BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Anzeige ist z.B. bekannt aus J. Appl. Phys., Jahrgang 53, Band 12 (Dezember 1982), Seiten 8599 bis 8606.
Die dort beschriebene Flüssigkristallanzeige funktioniert nach dem Bistabilitätseffekt und besteht aus einer Zelle mit zwei planparallelen Glasplatten, die mittels Abstandshalter in der Umrandung der Zelle beabstandet werden und nur auf zwei Seiten verklebt sind. Der Abstand zwischen den Glasplatten beträgt etwa 15,um. Es wird ausdrücklich erwähnt, dass Staubpartikel in der Zelle und Störungen an den Oberflächen der Glasplatten ungünstig sind für eine solche Anzeige. Diese Phänomene beschleunigen das Verschwinden des Angezeigten, welches bei den angegebenen Ansteuermethoden unvermeidbar ist. Deshalb muss die Anzeige ständig aufgefrischt werden. Die Anzeigezelle befindet sich zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren. Auf den Innenseiten der Glasplatten sind Elektrodenschichten und darüber Orientierungsschichten vorgesehen.
Die letzteren sind erzeugt durch schräges Aufdampfen von SiO unter einem Winkel von 5 mit der Plattenebene. Dadurch werden die benachbarten Flüssigkristallmoleküle mit einem Anstellwinkel von 55" mit der Plattennormale ausgerichtet. Die Orientierungsrichtungen der Orientierungsschichten stehen entweder parallel oder senkrecht zu der Schwingungsrichtung der Polarisatoren. Als Flüssigkristall ist die Cyano-Biphenyl Mischung E7 mit dem chiralen Zusatz Cholesteryl Nonanoat in die Zelle eingefüllt. Die interne Schraubendrehung des Flüssigkristalls beträgt 360 , das Verhältnis zwischen Schichtdicke und Ganghöhe 0,983. Für dieses Verhältnis wird ein Bereich von 0,95 bis 1,10 als sinnvoll erachtet. Unterhalb 0,95 sind die Schaltzeiten sehr lang, so dass dieser Bereich für eine solche Anzeige auszuschliessen ist.
Zudem wird ausdrücklich ein einwandfreies bistabiles Verhalten der Anzeige angestrebt, für welches Schichtdicke und Ganghöhe etwa gleich sein sollten. Die Anzeige wird entweder nach dem 3:1 Ansteuerschema oder nach dem 2:1 - Ansteuerschema betrieben, bei denen zeilenweise geschrieben wird. Da die Anzeige ständig aufgefrischt werden muss, können nur wenige Zeilen geschrieben werden. Das bedeutet, dass der Multiplexgrad niedrig ist und eine grosse Punktmatrixanzeige gemäss dem obigen Artikel nicht realisierbar ist.
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Flüssigkristallanzeige nach dem Bistabilitätseffekt anzugeben, die eine stete Anzeige ohne Auffrischung ermöglicht, nach dem üblichen Multiplexverfahren mit einem hohen Multiplexgrad ansteuerbar ist und einen grossen Sichtwinkelbereich bei hohem Kontrast aufweist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer Anzeige nach dem Bistabilitätseffekt durch eine Verringerung der gesamten Verdrillung innerhalb der Anzeigezelle und gleichzeitig eine Verringerung des Verhältnisses zwischen Schichtdicke und Ganghöhe des Flüssigkristalls der Spannungsbereich, in dem das bistabile Verhalten der Anzeige auftritt, derart eingeengt wird, dass mit Ansteuerspannungen nach dem üblichen Multiplexverfahren ausserhalb dieses Bereiches ein hoher Multiplexgrad erreicht wird.
Dabei soll die gesamte Verdrillung des Flüssigkristalls innerhalb der Anzeigezelle zwischen 1800 und 360" liegen.
Durch die Erfindung wird nunmehr eine Flüssigkristallanzeige nach dem Bistabilitätseffekt ermöglicht, die für grosse Punktmatrixanzeigen besonders geeignet ist, schnelle Schaltzeiten aufweist und einen sehr grossen Blickwinkelbereich bei hohem Kontrast besitzt. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachstehenden Ausführungsbeispiel, das anhand der Zeichnungen näher erläutert wird.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Flüssigkristallanzeige,
Fig. 1 a einen Ausschnitt einer erfindungsgemässen Flüssigkristallanzeige mit internem Reflektor,
Fig. 2 Kurven mit der gesamten Verdrillung des des Flüssigkristalls als Parameter in einem Diagramm mit der Betriebsspannung U und dem Verkippungswinkel O in der Mitte der Anzeigezelle als Variablen, und
Fig. 3 Kontrastkurven für eine reflexive Anzeigezelle mit zwei Polarisatoren.
Die in Figur 1 dargestellte Flüssigkristallanzeige besteht aus zwei Trägerplatten 1 und 2 aus Glas, die mit einer Umrandung 3 eine Zelle bilden. Die Umrandung 3 besteht, wie üblich, aus einem Epoxy-Klebstoff, der Abstandshalter 4 aus Glasfasern enthält. Weitere Abstandshalter 4 sind zwischen den Trägerplatten 1 und 2 über die ganze Sichtfläche der Anzeige statistisch verteilt. In die Zelle ist ein nematischer Flüssigkristall 5 mit positiver dielektrischer Anisotropie eingefüllt, der einen chiralen Zusatz enthält. Die Innenseiten jeder Trägerplatte 1 und 2 besitzen parallele, streifenförmige Elektrodenschichten 6 und 7 aus In203, wobei die Richtung der Streifen auf der einen Trägerplatte 1 senkrecht zur Richtung der Streifen auf der andern Trägerplatte 2 verläuft. Auf diese Art wird eine Anzeige aus Matrixpunkten gebildet.
Jedoch sind auch andere Elektrodenformen möglich, wie z.B. die bekannte Siebensegment-Anordnung.
Über die Elektrodenschichten 6 und 7 sind Orientierungsschichten 8 und 9 aufgetragen. Auf der Aussenseite der vorderen Trägerplatte list ein aus einer Folie bestehender Linearpolarisator 10 aufgeklebt. Auf der Aussenseite der hinteren Trägerplatte 2 ist bei Transmissionsbetrieb ebenfalls ein Linearpolarisator 11 aufgeklebt. Für Reflexionsbetrieb ist hinter diesem Polarisator 11 ein diffus streuender, metallischer, externer Reflektor 12 angeordnet (strichliert angedeutet in Fig. 1). Ein solcher ist z.B. bekannt aus CH-B 618 018. Der Polarisator 11 kann jedoch auch weggelassen werden. Dadurch wird zwar die Helligkeit verbessert, der Kontrast jedoch geringer.
In Figur la ist der Fall dargestellt, wenn statt eines externen Reflektors 12 ein interner Reflektor 13 verwendet wird, wie er z.B. aus EP-B 060 380 bekannt ist. Wie der Ausschnitt zeigt, ist dieser Reflektor zwischen der Elektrodenschicht 7 und der Orientierungsschicht 9 angeordnet. Ansonsten sind ausser dem Polarisator 11 die gleichen Elemente wie in Figur 1 vorhanden.
Figur 2 stellt den theoretischen Zusammenhang eines typischen Flüssigkristalls zwischen dem Verkippungswinkel (9 der optischen Achse des Flüssigkristalls in der Mitte der Zelle und der angelegten Betriebsspannung U dar. Der Winkel O wurde in bezug zur Trägerplatte gemessen. Der Verkippungswinkel des Flüssigkristalls an den Trägerplatten beträgt in beiden Fällen 28". Der Parameter, die gesamte Verdrillung cD des Flüssigkristalls innerhalb der Anzeigezelle, durchläuft dabei die Werte 210 (Kurve I), 240 (Kurve II), 270 (Kurve III), 300 (Kurve IV), 330" (Kurve V) und 360" (Kurve VI).
Bei einer bestimmten Schichtdicke d des Flüssigkristalls ist die Ganghöhe p so gewählt, dass das Verhältnis d/p durch die folgende Formel beschrieben wird: d/p = (D/360 . (1)
Dies gewährleistet, dass der Verdrillungszustand der Flüssigkristallschicht stabil ist und nicht um zusätzlich + 1800 verdreht, und dass keine optische Störungen in der Anzeige auftreten. Die Werte 210 , 240 , 270 , 300 , 3300 und 360" entsprechen daher einem Verhältnis d/p von 0,58, 0,67, 0,75, 0,91 und 1,0.
Erfindungswesentlich ist, dass das Verhältnis von Schichtdicke d zu Ganghöhe p des Flüssigkristalls im Bereich von 0,50 bis 0,95 liegt, bevorzugt zwischen 0,65 und 0,85. Die Ganghöhe p wird dadurch eingestellt, dass dem nematischen Flüssigkristall ein bestimmter Gewichtsanteil eines chiralen Zusatzes beigemischt wird. Dieser Anteil ist abhängig von der Art des Flüssigkristalls und des chiralen Zusatzes, und von der Schichtdicke d. Ferner ist es wichtig, dass mindestens eine der Orientierungsschichten 8 oder 9 die benachbarten Flüssigkristallmoleküle mit einem Anstellwinkel grösser als 5 ausrichtet, bevorzugt mit etwa 100 bis 40". Dabei ist zu beachten, dass die Ausrichtung der Orientierungsschichten 8 und 9 mit dem natürlichen Drehsinn des mit dem chiralen Zusatz dotierten Flüssigkristalls 5 übereinstimmt.
Weiterhin soll die Schichtdicke d kleiner als 10 um und die gesamte Verdrillung 4) innerhalb der Anzeigezelle zwischen 1800 und 360" liegen, bevorzugt zwischen 240 und 300 . Dadurch wird gewährleistet, dass die Kennlinie der Anzeige, d.h. die Transmissionskurve bei angelegter Betriebsspannung, ausreichend steil ist und der Bereich des bistabilen Verhaltens derart eingeengt ist, dass mit Betriebsspannungen ausserhalb dieses Bereiches nach dem üblichen Multiplexverfahren (vgl.
z.B. IEEETrans. El. Dev., Vol. ED-21, No. 2, Febr. 1974, Seiten 146-155) angesteuert werden kann. Es wurde gefunden, dass innerhalb dieses Bereiches die Schaltzeiten mindestens hundert mal grösser sind als ausserhalb. Die Kennlinie der Anzeige hat einen ähnlichen Verlauf wie die Kurven in Fig. 2, ausser dass die negative Steigung der Kurve (Kurven III bis VI) durch einen bistabilen Bereich (Hystereseschleife) ersetzt werden soll.
Ein anderer wichtiger Punkt ist, dass das Produkt von Doppelrechnung An und Schichtdicke d des Flüssigkristalls in dem Bereich von 0,6 um bis 1,4 um liegt, bevorzugt zwischen 0,8 um und 1,2 um.
Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Flüssigkristallanzeige in Transmission lässt sich nun wie folgt erklären: Das durch den Linearpolarisator 10 linear polarisiertes Licht durchsetzt die Trägerplatte 1 und trifft unter einem Winkel zu dem an der Orientierungsschicht 8 ausgerichteten Flüssigkristall auf. Wegen der gesamten Verdrillung 4) und der doppelbrechenden Eigenschaften des Flüssigkristalls wird das ursprünglich linear polarisierte Licht elliptisch polarisiert, und zwar unterschiedlich je nach angelegter Betriebsspannung. Die Orientierungsrichtung der Orientierungsschicht 9 und die Schwingungsrichtung des hinteren Linearpolarisators 11 bilden ebenfalls einen bestimmten Winkel.
Das aus dem Flüssigkristall austretende, elliptisch polarisierte Licht wird im hinteren Polarisator 11 entweder fast vollständig oder kaum absorbiert, je nach dem ob die Hauptachse des elliptisch polarisierten Licht senkrecht oder parallel zur Schwingungsrichtung des Polarisators 11 steht. Durch geeignete Wahl der obengenannten Winkel der Orientierungsschichten 8 und 9 und der Polarisatoren 10 und 11 wird ein optimaler Kontrast erreicht. Dieser Winkel beträgt mindestens 20 , liegt bevorzugt zwischen 35 und 55 , wobei der Drehsinn sowohl mit dem Urzeigersinn als auch mit dem Gegen-Uhrzeigersinn zusammenfallen kann. Dabei ist der Uhrzeigersinn in bezug auf die betrachterseitige Normale und der Winkel in bezug auf die Orientierungsrichtung bestimmt.
Im Reflexionsbetrieb ist die Wirkungsweise im wesentlichen gleich wie bei der Transmission. Insbesondere wird der optimale Kontrast bei nur einem Polarisator 10 durch geeignete Wahl des Winkels zwischen der Schwingungsrichtung des vorderen Linearpolarisators 10 und der Orientierungsrichtung der ersten Orientierungsschicht 8 bestimmt.
Die Erfindung hat sich besonders bewährt bei einer reflektiven Anzeigezelle mit einer Schichtdicke d von 7,6 um und einer gesamten Verdrillung 4 > des Flüssigkristalls von 270 .
Das Verhältnis d/p beträgt hier 0,75. Die erste Orientierungsschicht 8 ist durch schräges Aufdampfen mit SiO unter einem Winkel von 5" zur Plattenebene hergestellt, so dass die benachbarten Flüssigkristallmoleküle derart ausgerichtet sind. dass der Anstellwinkel zwischen der optischen Achse des Flüssigkristalls an der Orientierungsschicht und der Projektion dieser optischen Achse auf die Plattenebene 28 beträgt. Die Schwingungsrichtung des vorderen Polarisators 10 und die Orientierungsrichtung der Orientierungsschicht 8 bilden einen Winkel von etwa 30 . Die zweite Orientierungsschicht 9 ist eine geriebene Polymerschicht und ergibt einen Anstellwinkel von 10. Jedoch ist eine ähnliche Orientierungsschicht wie die erste ebenfalls möglich.
Der Flüssigkristall 5 besteht aus der nematischen Mischung ZLI-1840 der Firma Merck. BRD, und 2,05 Gewichtsprozent des chiralen Zusatzes Cholesteryl Nonanoat. Dieser Flüssigkristall besitzt eine positive dielektrische Anisotropie von + 12,2 und eine Doppelbrechungsanisotropie von 0,15. Der Temperaturbereich erstreckt sich von 258"K bis 363"K, die Viskosität beträgt 1.18 102 m2/s bei 273"K und 3,1 10 3 m2/s bei 293'- K.
Mit dieser Anzeigezelle werden 96 Zeilen nach dem üblichen Multiplexverfahren angesteuert. Die Betriebsspannungen sind 1.90 V für den nicht-angesteuerten Zustand (dunkel) und 2,10 V für den angesteuerten Zustand (hell).
Die Anzeige ist im hellen Zustand völlig achromatisch, im dunklen Zustand tief blau. Wenn zusätzlich eine optische Verzögerungsplatte, wie z.B. eine k/SPIatte, zwischen dem vorderen Linearpolarisator 10 und der vorderen Trägerplatte 1 verwendet wird. kann die Farbe der Anzeige entsprechend geändert werden. Sie besitzt einen hervorragenden Blickwinkelbereich unabhängig von der Beleuchtungsrichtung. Die Ein- und Ausschaltzeiten der Anzeige betragen 0,4 s bei 296 K.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer reflektiven Anzeigezelle mit einer 0,7 mm dicken Trägerplatte 1 und einer 0,5 mm dicken Trägerplatte 2. Die Schichtdicke d beträgt 6,5 um. Bei dieser Anzeigezelle sind ein vorderer Polarisator 10, ein hinterer Polarisator 11 und ein externer Reflektor 12 vorgesehen. Die beiden Orientierungsschichten 8 und 9 sind durch schräges Aufdampfen mit SiO unter einem Winkel von 5" zur Plattenebene hergestellt und richten die benachbarten Flüssigkristallmoleküle derart aus, dass die optische Achse des Flüssigkristalls einen Anstellwinkel von 28 zur Plattenebene bildet.
Die Orientierungsschichten 8 und 9 sind so angeordnet, dass die gesamte Verdrillung cD eine linkshändige Drehung von 250 macht.
Als Flüssigkristall 5 ist die nematische Mischung ZLI-1840 mit einem chiralen Zusatz von 2,56 Gewichtsprozent Cholesteryl Nonanoat in die Zelle eingefüllt. Die Doppelbrechung An von ZLI-1840 beträgt 0,15, so dass das Produkt An. d = 0,975 ist. Der Winkel zwischen der Schwingungsrichtung des vorderen Linearpolarisators 10 und der Orientierungsrichtung der zugehörigen Orientierungsschicht 8 und der Winkel zwischen der Schwingungsrichtung des hinteren Linearpolarisators 11 und der Orientierungsrichtung der zugehörigen Orientierungsschicht 9 beträgt + 45 . In Fig.
3 sind die Kontrastkurven angegeben für den Fall, dass beide Winkel 45 oder beide Winkel -45" sind (Kurve A), und für den Fall, dass der eine Winkel 45 und der andere Winkel -45" ist, oder umgekehrt (Kurve B). Die Abszisse gibt dabei die angelegte Spannung U in Volt an, die Ordinate die Helligkeit der Anzeige in willkürlichen Einheiten. Im ersten Fall (Kurve A) erhält man im nicht-angewählten Zustand eine hell-gelbe Anzeige, im angewählten Zustand eine schwarze Anzeige. Im zweiten Fall (Kurve B) erhält man eine dunkel-violette Anzeige im nicht-angewählten Zustand, eine helle Anzeige im angewählten Zustand. Die Messungen wurden ausgeführt bei senkrecht einfallendem Licht mit einem Photometer der Firma Tektronix, Modell J 6523.
Dieses Photometer berücksichtigt die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Die Rampe beträgt 30 mV/sec. Die gemessenen Kontrastverhältnisse bei einem Multiplexgrad von 100:1 sind wie folgt:
EMI3.1
<tb> KurveA <SEP> Vs <SEP> = <SEP> 1,580V <SEP> \ <SEP> <SEP> Kontrastverhältnis <SEP> = <SEP> 19,8 <SEP>
<tb> <SEP> Vos <SEP> = <SEP> 1,429V <SEP> Kontrastveratnis <SEP> - <SEP> 19,8 <SEP>
<tb> Kurve <SEP> B <SEP> Vs <SEP> = <SEP> 1,609V <SEP> h"l' <SEP> h <SEP> lt <SEP> i <SEP> 11 <SEP> 8 <SEP> - <SEP>
<tb> <SEP> V05 <SEP> = <SEP> 1,456V <SEP> Kontrastveratnis <SEP> - <SEP>
11,8
<tb>
Die Spannungen Vs und Vns sind die üblichen angewählten und nicht-angewählten Ansteuerspannungen nach dem vorgenannten Artikel IEEE Trans. El. Dev. Das Verhältnis Vs/Vns ist dann 1,106 bei einem Multiplexgrad von 100:1.
DESCRIPTION
The invention relates to a liquid crystal display according to the preamble of claim 1. Such a display is e.g. known from J. Appl. Phys., Volume 53, Volume 12 (December 1982), pages 8599 to 8606.
The liquid crystal display described there works according to the bistability effect and consists of a cell with two plane-parallel glass plates which are spaced in the border of the cell by means of spacers and are only glued on two sides. The distance between the glass plates is about 15 µm. It is expressly mentioned that dust particles in the cell and defects on the surfaces of the glass plates are unfavorable for such a display. These phenomena accelerate the disappearance of what is displayed, which is unavoidable with the specified control methods. Therefore, the display must be refreshed constantly. The display cell is located between two crossed polarizers. Electrode layers and orientation layers above are provided on the inside of the glass plates.
The latter are produced by obliquely evaporating SiO at an angle of 5 with the plate plane. This aligns the neighboring liquid crystal molecules with an angle of attack of 55 "with the plate normal. The orientation directions of the orientation layers are either parallel or perpendicular to the direction of oscillation of the polarizers. The cyano-biphenyl mixture E7 with the chiral additive cholesteryl nonanoate is filled into the cell as liquid crystal The internal screw rotation of the liquid crystal is 360, the ratio between layer thickness and pitch 0.983. For this ratio a range from 0.95 to 1.10 is considered useful. Below 0.95 the switching times are very long, so that this range for such notification must be excluded.
In addition, it is expressly aimed for a perfect bistable behavior of the display, for which layer thickness and pitch should be approximately the same. The display is operated either according to the 3: 1 control scheme or according to the 2: 1 control scheme, which is written line by line. Since the display has to be refreshed constantly, only a few lines can be written. This means that the degree of multiplexing is low and a large dot matrix display according to the above article cannot be realized.
The invention, as characterized in the claims, solves the problem of specifying a liquid crystal display according to the bistability effect, which enables continuous display without refreshing, can be controlled by the usual multiplexing method with a high degree of multiplexing and has a large viewing angle range with high contrast.
The invention is based on the finding that, in the case of a display based on the bistability effect, the voltage range in which the bistable behavior of the display occurs is narrowed in this way by reducing the total twist within the display cell and at the same time reducing the ratio between the layer thickness and the pitch of the liquid crystal that a high degree of multiplexing is achieved outside of this range with control voltages using the usual multiplex method.
The total twist of the liquid crystal within the display cell should be between 1800 and 360 ".
The invention now enables a liquid crystal display according to the bistability effect, which is particularly suitable for large dot matrix displays, has fast switching times and has a very large viewing angle range with high contrast. Further advantages of the invention result from the exemplary embodiment below, which is explained in more detail with reference to the drawings.
It shows:
1 shows a cross section of a liquid crystal display according to the invention,
1 a shows a section of a liquid crystal display according to the invention with an internal reflector,
Fig. 2 curves with the total twist of the liquid crystal as a parameter in a diagram with the operating voltage U and the tilt angle O in the middle of the display cell as variables, and
Fig. 3 contrast curves for a reflective display cell with two polarizers.
The liquid crystal display shown in Figure 1 consists of two support plates 1 and 2 made of glass, which form a cell with a border 3. The border 3 consists, as usual, of an epoxy adhesive which contains spacers 4 made of glass fibers. Further spacers 4 are statistically distributed between the support plates 1 and 2 over the entire visible area of the display. A nematic liquid crystal 5 with positive dielectric anisotropy is filled into the cell, which contains a chiral additive. The inner sides of each carrier plate 1 and 2 have parallel, strip-shaped electrode layers 6 and 7 made of In203, the direction of the strips on one carrier plate 1 being perpendicular to the direction of the strips on the other carrier plate 2. In this way, a display is formed from matrix points.
However, other electrode shapes are also possible, e.g. the well-known seven-segment arrangement.
Orientation layers 8 and 9 are applied over the electrode layers 6 and 7. A linear polarizer 10 consisting of a film is glued onto the outside of the front carrier plate. A linear polarizer 11 is also glued to the outside of the rear carrier plate 2 during transmission operation. For reflection operation, a diffusely scattering, metallic, external reflector 12 is arranged behind this polarizer 11 (indicated by dashed lines in FIG. 1). Such is e.g. known from CH-B 618 018. However, the polarizer 11 can also be omitted. Although this improves the brightness, the contrast is reduced.
FIG. 1 a shows the case when, instead of an external reflector 12, an internal reflector 13 is used, as it is e.g. is known from EP-B 060 380. As the detail shows, this reflector is arranged between the electrode layer 7 and the orientation layer 9. Apart from the polarizer 11, the same elements as in FIG. 1 are otherwise present.
Figure 2 shows the theoretical relationship of a typical liquid crystal between the tilt angle (9 of the optical axis of the liquid crystal in the center of the cell and the applied operating voltage U. The angle O was measured with respect to the carrier plate. The tilt angle of the liquid crystal on the carrier plates is in both cases 28 ". The parameter, the total twist cD of the liquid crystal within the display cell, runs through the values 210 (curve I), 240 (curve II), 270 (curve III), 300 (curve IV), 330" (curve V) and 360 "(curve VI).
With a certain layer thickness d of the liquid crystal, the pitch p is chosen such that the ratio d / p is described by the following formula: d / p = (D / 360. (1)
This ensures that the twisted state of the liquid crystal layer is stable and not rotated by an additional + 1800, and that there are no optical disturbances in the display. The values 210, 240, 270, 300, 3300 and 360 "therefore correspond to a ratio d / p of 0.58, 0.67, 0.75, 0.91 and 1.0.
It is essential to the invention that the ratio of layer thickness d to pitch p of the liquid crystal is in the range from 0.50 to 0.95, preferably between 0.65 and 0.85. The pitch p is set by adding a certain weight fraction of a chiral additive to the nematic liquid crystal. This proportion depends on the type of liquid crystal and the chiral additive, and on the layer thickness d. It is also important that at least one of the orientation layers 8 or 9 aligns the adjacent liquid crystal molecules with an angle of incidence greater than 5, preferably about 100 to 40 ". It should be noted that the orientation of the orientation layers 8 and 9 corresponds to the natural direction of rotation of the coincides with the chiral addition of doped liquid crystal 5.
Furthermore, the layer thickness d should be less than 10 μm and the total twist 4) within the display cell should be between 1800 and 360 ", preferably between 240 and 300. This ensures that the characteristic curve of the display, ie the transmission curve when the operating voltage is applied, is sufficiently steep and the range of bistable behavior is so narrow that with operating voltages outside this range using the usual multiplex method (cf.
e.g. IEEETrans. El. Dev., Vol. ED-21, No. 2, Feb. 1974, pages 146-155) can be controlled. It was found that the switching times within this range are at least a hundred times longer than outside. The characteristic curve of the display has a similar course to the curves in FIG. 2, except that the negative slope of the curve (curves III to VI) is to be replaced by a bistable range (hysteresis loop).
Another important point is that the product of double calculation An and layer thickness d of the liquid crystal is in the range from 0.6 µm to 1.4 µm, preferably between 0.8 µm and 1.2 µm.
The mode of operation of the liquid crystal display according to the invention in transmission can now be explained as follows: The light polarized linearly by the linear polarizer 10 passes through the carrier plate 1 and strikes it at an angle to the liquid crystal aligned on the orientation layer 8. Because of the total twist 4) and the birefringent properties of the liquid crystal, the originally linearly polarized light is elliptically polarized, to be precise differently depending on the operating voltage applied. The direction of orientation of the orientation layer 9 and the direction of vibration of the rear linear polarizer 11 also form a certain angle.
The elliptically polarized light emerging from the liquid crystal is either almost completely or hardly absorbed in the rear polarizer 11, depending on whether the main axis of the elliptically polarized light is perpendicular or parallel to the direction of oscillation of the polarizer 11. An optimal contrast is achieved by a suitable choice of the above-mentioned angles of the orientation layers 8 and 9 and of the polarizers 10 and 11. This angle is at least 20 and is preferably between 35 and 55, the direction of rotation being able to coincide with both the clockwise and counter-clockwise directions. The clockwise direction with respect to the normal on the observer side and the angle with respect to the orientation direction are determined.
The mode of operation in reflection mode is essentially the same as in transmission. In particular, the optimal contrast for only one polarizer 10 is determined by a suitable choice of the angle between the direction of vibration of the front linear polarizer 10 and the orientation direction of the first orientation layer 8.
The invention has proven particularly useful with a reflective display cell with a layer thickness d of 7.6 μm and a total twist 4> of the liquid crystal of 270.
The ratio d / p is 0.75 here. The first orientation layer 8 is produced by oblique vapor deposition with SiO at an angle of 5 "to the plate plane, so that the adjacent liquid crystal molecules are oriented in such a way that the angle of incidence between the optical axis of the liquid crystal at the orientation layer and the projection of this optical axis onto the plate plane 28. The direction of vibration of the front polarizer 10 and the orientation direction of the orientation layer 8 form an angle of approximately 30. The second orientation layer 9 is a rubbed polymer layer and gives an angle of attack of 10. However, an orientation layer similar to the first is also possible.
The liquid crystal 5 consists of the nematic mixture ZLI-1840 from Merck. FRG, and 2.05 percent by weight of the chiral additive cholesteryl nonanoate. This liquid crystal has a positive dielectric anisotropy of + 12.2 and a birefringence anisotropy of 0.15. The temperature range extends from 258 "K to 363" K, the viscosity is 1.18 102 m2 / s at 273 "K and 3.1 10 3 m2 / s at 293'- K.
This display cell is used to control 96 lines using the usual multiplex method. The operating voltages are 1.90 V for the non-activated state (dark) and 2.10 V for the activated state (light).
The display is completely achromatic in the light state and deep blue in the dark state. If an additional optical delay plate, e.g. ak / SPIatte is used between the front linear polarizer 10 and the front support plate 1. the color of the display can be changed accordingly. It has an excellent viewing angle regardless of the direction of illumination. The display's on and off times are 0.4 s at 296 K.
Another exemplary embodiment of the invention consists of a reflective display cell with a 0.7 mm thick carrier plate 1 and a 0.5 mm thick carrier plate 2. The layer thickness d is 6.5 μm. In this display cell, a front polarizer 10, a rear polarizer 11 and an external reflector 12 are provided. The two orientation layers 8 and 9 are produced by oblique vapor deposition with SiO at an angle of 5 "to the plane of the plate and align the adjacent liquid crystal molecules in such a way that the optical axis of the liquid crystal forms an angle of incidence of 28 to the plane of the plate.
The orientation layers 8 and 9 are arranged so that the total twist cD makes a left-handed rotation of 250.
The nematic mixture ZLI-1840 is filled into the cell as liquid crystal 5 with a chiral addition of 2.56 percent by weight of cholesteryl nonanoate. The birefringence An of ZLI-1840 is 0.15, so the product An. d = 0.975. The angle between the direction of vibration of the front linear polarizer 10 and the orientation direction of the associated orientation layer 8 and the angle between the direction of vibration of the rear linear polarizer 11 and the orientation direction of the associated orientation layer 9 is + 45. In Fig.
3 the contrast curves are given for the case that both angles are 45 or both angles are -45 "(curve A), and in the case that one angle is 45 and the other angle is -45", or vice versa (curve B) . The abscissa indicates the applied voltage U in volts, the ordinate the brightness of the display in arbitrary units. In the first case (curve A) you get a light yellow display when not selected, and a black display when selected. In the second case (curve B) you get a dark purple display in the non-selected state, a bright display in the selected state. The measurements were carried out with perpendicularly incident light using a Tektronix model J 6523.
This photometer takes into account the spectral sensitivity of the human eye. The ramp is 30 mV / sec. The measured contrast ratios at a multiplex degree of 100: 1 are as follows:
EMI3.1
<tb> CurveA <SEP> Vs <SEP> = <SEP> 1.580V <SEP> \ <SEP> <SEP> Contrast ratio <SEP> = <SEP> 19.8 <SEP>
<tb> <SEP> Vos <SEP> = <SEP> 1,429V <SEP> Contrast ratio <SEP> - <SEP> 19.8 <SEP>
<tb> curve <SEP> B <SEP> Vs <SEP> = <SEP> 1.609V <SEP> h "l '<SEP> h <SEP> lt <SEP> i <SEP> 11 <SEP> 8 <SEP > - <SEP>
<tb> <SEP> V05 <SEP> = <SEP> 1.456V <SEP> Contrast ratio <SEP> - <SEP>
11.8
<tb>
The voltages Vs and Vns are the usual selected and non-selected drive voltages according to the aforementioned article IEEE Trans. El. Dev. The ratio Vs / Vns is then 1.106 with a multiplexing degree of 100: 1.