CN87106251A - 液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种由高扭曲向列型液晶构成的液晶显示(LCD)盒。该液晶装置在两个电极平板和偏振片之间且具有正介电各向异性光程差△n.d为0.2—0.7μm，而厚度与间距的比d/p为0.2—0.6。扭曲角Φ的绝对值可为120°与260°之间的右旋扭曲或左旋扭曲，在偏振片之间的角ψ可以为0°与180°之间，而在表面取向方向与光入射边显示屏上的偏振方向之间的角β可以为0°与360°之间。

Description

本发明涉及一种由高扭曲向列型液晶层构成的液晶显示（LCD）盒。该液晶层装置在具有电极和表面取向的两块平板和两个偏振片之间，并且具有正介电各向异性。
本发明特别涉及一种所表示的LCD盒，其中向列型液晶层具有很小的光程差。
一段时间以来，人们已经了解到，高扭曲向列型液晶的LCD盒，尽管它们在断路时有强的干涉色彩，仍优于具有90°扭曲的同类的单元。术语“高扭曲向列型结构”被认为是表示大于90°扭曲的结构，当然，通常必须搀杂手性添加剂以产生这样的扭曲。
具有高扭曲向列型结构的液晶盒其主要优点是非常陡峭的光-电特性和宽的视角范围。陡峭的光-电特性产生高的多路比，它是提供高信息密度的显示所必需的。
除早期提出的基于辅助基质效应的高扭曲液晶盒外，最早的一种不用任何着色助剂的高扭曲向列型液晶盒是Amstutz，H.等在欧洲专利NO.131    216中公布的。这种液晶盒有从180°到360°的扭曲。偏振片相对于屏幕上的取向方向的偏置角为20°到70°，层厚与液晶螺距的d/p比介于0.5到0.95之间。该显示盒要求在电极表面特殊的壁取向，以导致向列相方向的高倾斜角，这种壁取向的生产过程复杂，因此价格昂贵。
其后，由于LCDs日益增多的用于大面积高密度信息显示，并且这种特殊的应用必需高的多路驱动能力，所以在开发高扭曲向列相结构的液晶盒的各个领域都做了很多工作。从而，先后提出了许多90°-360°之间的扭曲角范围，许多偏振片相对表面取向和两偏振片之间的角度范围，以及光学各向异性比例△n，电极距或电极厚度d，及与其相关的手性搀杂向列型液晶的自然螺距p。已公布的每种着重于改进多路驱动能力和扩大视角范围的高扭曲结构，都提出了各种优点。所发现的一个缺点是这样的显示盒有强的干涉色彩，如果要避免色差，要求有精确的板间距，因此，生产过程昂贵。并且，当这类显示器用于无鲜明色彩的光-电开关，例如，尤其是彩色电视或彩色显示屏幕所要求的，它们的强的固有色彩对其应用是一个障碍。
本发明的目的，也就是所要解决的问题，是目前对于更好的LCD盒的需要所引出的。这种显示器应具有特别少的固有色彩、能够产生灰色色调、生产简单、开关时间短以及高的光对比度、降低对视角的依赖性、好的多路驱动能力和受显示盒的板间距影响较小的显示图象。
已经发现，使用特殊组合的液晶盒和材料参数，高扭曲向列型液晶显示器可意外地获得比早期所知的更好的结果。
按照本发明的LCD盒由以下组合显示其特性，一个180°的扭曲角φ，表面取向方向和光入射边平板上的偏振方向之间的一个0°或90°的角β，光入射边平板上的偏振方向与光出射边平板上的偏振方向之间的一个角ψ，当β＝0°时ψ为90°，β＝90°时ψ为-0°，一个0.2到0.7的光程差△n·d（d单位为μm）和一个0.2到0.6的厚度-螺距比d/p，因此角φ、ψ和β可以在所给出的下列范围的值内变化：扭曲角φ的绝对值可以在120°与260°的右旋扭曲或左旋扭曲之间，角ψ可以在0°与180°之间而角β可以在0°与360°之间。
上面确定的角度范围不但包含正的而且包含负对比度的显示器。
在电激发切断的正对比度显示器中，亮背景上出现黑暗，而在负对比度显示器中，情况相反。
本发明的实施方案将在下面参照附图进行描述，其中：
图1是根据本发明的一种LCD盒的示意部件分解图。
图2是表示角排列、表面取向和相对于另一个的偏振片的示意图。
图3图示了一种最好实施方案的电压-对比度曲线。
根据本发明的LCD盒具有与已知显示盒例如扭曲向列型LCDs（Schadt和Helfrich，Appl.Phys，Lett.18，127〔1971〕）非常相似的结构，因此在这没有必要对其结构进行详细说明。根据本发明的显示盒包括一个装置在两个基本平行的平板3，4间的液晶层，平板所用的材料是透明材料，例如玻璃、丙烯酸玻璃、塑料箔或类似的材料。平板3前面装有一个偏振片5，最好通过例如粘结作用将它们联结起来。一个偏振片5同样地同后面平板4联接起来，两平板由一个间隔或间距d所隔开。
在平板3，4靠近液晶的表面上，镀有用于显示字码或小数点的常用的分段电极涂层6，而且，要进行表面处理以对相邻液晶分子施加一个定向影响，并因此确定向列相方向
Figure 87106251_IMG2
。处理包括例如以一个方向研磨表面或取向层的倾斜蒸发镀层等，没有必要提供一个倾斜角，但也没有什么不利。为了本说明的目的，这个处理的结果将称为表面取向。箭头7表示前面平板2上的表面取向，在后面平板3上的表面取向平行于前面平板上的表面取向，并用一个箭头8表示。如下面将要明显看到的，并不要求两个平板的表面取向是严格平行的，两个方向可以变化而对液晶盒控制没有本质的损害。
这样装置前面的平板偏振片4以使其偏振方向基本上平行或垂直于平板2的表面取向。当在正对比度显示器中操作液晶盒时，如此装置后面的偏振片5以使其偏振方向垂直或平行于平板3的表面取向8。
液晶1是搀杂有手性添加剂的一种向列型液晶，液晶1因此呈现一个具有预定螺距p的自然扭曲，由于手性添加剂而产生的自然扭曲与表面取向间的协同作用的结果，使晶体呈现一个180°的扭曲。前平面的向列相方向n1和后平面的向列相方向n2彼此相差180°的扭曲结果表示在图1中。
图2说明了向列相方向与偏振方向相对应的角度关系，如上所述，
Figure 87106251_IMG3
1是前面平板2上的向列相方向而
Figure 87106251_IMG4
2是后面平板3上的向列相方向。两个向列相方向之间的扭曲角为φ，这个角度的最好实施方案为180°，然而，它可以在180°的上下变化。对于右旋或左旋扭曲φ的绝对值取在120°到260°之间，能够获得满意的结果。
前面的偏振片4有一个偏振方向P1，在这个实施方案中，这个方向与向列相方向n1平行。然而，方向P1可与向列相方向
Figure 87106251_IMG5
1变化一个角β，其在0°＜β＜360°的范围内能获得满意的结果。然而，方向P1可能垂直于向列相方向
Figure 87106251_IMG6
1，而偏振方向P2可能与 1平行，这里在0°＜β＜360°的变化范围内仍能获得满意的结果。后偏振片5的偏振方向P2相对于前偏振片4的偏振方向P1旋转一个角度ψ，在正对比度显示器中的最好实施方案为90°（正交偏振片）。然而，角度ψ可以在0°到180°之间。当ψ＝0°时（平行偏振片），在φ和β角出现对比度反转，在其它方面这两个角度是相等的。另一个对负对比度显示器的最好实施方案为φ＝180°、β＝0°和ψ＝135°。变化范围通过在图2示意中相应的射线来表示。
一个特别好的实施方案，例如，φ＝-175°、β＝350°和ψ＝70°（正对比度）及φ＝175°、β＝5°和ψ＝135°（负对比度），采用层厚d＝5μm的下列液晶混合物（混合物A）。
组分    浓度
（重量%）
φd（4）CP    ＝对-〔反式-4-（4-戊烯基）
环己基〕苯基氰    8.780
3CPO2    ＝1-乙氧基-4-（反式-4-
丙基环己基）苯    7.320
3CPS    ＝异硫氰酸对-（反式-4-丙基
环己基）苯酯    11.700
4P（1）P    ＝对-（5-丁基-2-嘧啶基）
苯基氰    4.870
3CAP2    ＝4-乙基-1-〔2-（反式-
4-丙基环己基）乙基〕苯    4.390
4CEPO2    ＝反式-4-丁基环己酸对-乙氧
基苯酯    10.730
5CEPO1    ＝反式-4-戊基环己酸对-甲氧
基苯酯    10.730
4CEC4    ＝反式-4-丁基环己酸反式-4
-丁基环己酯    9.280
4PP（1）P    ＝对-〔5-（4-丁基苯基）-
2-嘧啶基〕苯基氰    4.400
φd（4）CPP    ＝4′-〔反式-4-（4-戊烯
基）环己基〕联苯腈    6.850
Od（4）CPP3    ＝4′-〔反式-4-（4-戊烯
基）环己基〕-4-丙基联苯    5.850
5CPAC4    ＝1-〔2-（反式-4-丁基环
己基）乙基〕-4-（反式-4
-戊基环己基）苯    9.750
5CPPAC4    ＝4-〔2-（反式-4-丁基环
己基）乙基〕-4′-（反式-
4-戊基环己基）联苯    5.350
也向这个混合物加入一种适当的手性添加剂。
本发明第二个实施方案是应用下列混合物“B”所作出的。
组分    浓度
（重量%）
φd（3）CP    ＝对-〔反式-4-（3-丁烯基）
环己基〕苯基氰    10.000
1d（3）CP    ＝对-〔反式-4-（3E-戊烯
基）环己基〕苯基氰    10.000
4P（1）P    ＝对-〔反式-4-（3E-戊烯
基）环己基〕苯基氰    6.000
5CC（0）d    ＝γ-1-氰基-1-（3-丁烯
（3）φ    基）-顺式-4-（反式-4-
戊基环己基）环己烷    10.000
4CEC4    ＝γ-1-氰基-1-（3-丁烯基）-
顺式-4-（反式-4-戊基环己基）
环己烷    12.000
5CEC3    ＝反式-4-戊基环己酸反式-4-丙
基环己酯    12.000
3CEC3    ＝反式-4-丙基环己酸反式-4-丙
基环己酯    10.000
5CPAC4    ＝反式-4-丙基环己酸反式-4-丙
基环己酯    12.000
5CPPAC4    ＝反式-4-丙基环己酸反式-4-丙
基环己酯    4.000
3CEPCd    ＝反式-4-丙基环己酸对-〔反式-
（3）1    4-（3E-戊烯基）环己基〕苯酯    8.000
5CPAPAC4    ＝4-（反式-4-戊基环己基）-4′
-〔2-（反式-4-丁基环己基）
乙基〕-1，1′-亚乙基二苯    6.000
也向这个混合物加入一适当的手性添加剂。
组分的名称对那些液晶（l.c）技术熟练的人是熟悉的，关于这方面内容，可参考Schadt，M.等在Mol.Cryst.Lig.Cryst.122（1985）241ff和Proc.Int.Displ.Res.Lonf.，San    Diego（1985）上所发表的文章。
所有与两个混合物“A”和“B”有关的参数编制在下列的表1中。
表1
混合物“A”    混合物“B”
清亮点 Tcl[℃] 81 77
熔点 Tm[℃] ＜-30 ＜-30
介电常数·平行·ε    8.99    10.3
介电各向异性    △ε    4.31    6.2
折射率    no    1.482    1.499
光学各向异性    △n    0.088    0.125
k11[10-12N] 11.13 11.34
k22[10-12N] 4.98 4.47
k33/k11    1.31    1.04
粘度
η（+22℃）    [mPa·s]    24    27
粘度
η（-20℃）    [mPa·s]    350    460
光程差
△n·d    [μm]    0.44    0.60
这些混合物获得的光-电结果编制在下列表2中，在所有情况下，本发明所涉及的新型液晶盒所得的结果与常用的扭曲向列型（TN）液晶盒中同样的液晶混合物所得的结果进行比较。
表2
混合物“A”    混合物“B”
新液    TN液    新液    TN液
晶盒    晶盒    晶盒    晶盒
V10（θ＝0°） [V] 2.33 2.09 1.91 2.00
V50（θ＝0°） [V] 2.41 2.44 2.01 2.24
透射曲线的坡度
PO（θ＝0°） 0.032 0.169 0.052 0.121
rT（θ＝0°）[%/℃] - - ～-0.28 -0.28
rθ（V＝V10）
[%/°θ）    -    -    -0.081    -0.49
扭曲角    -180°    -90°    -180°    90°
电极距    [μm]    5    6    5    8
2d/p（p＝螺距）    0.55    0    0.6    0
多路比 Nmax1008 42 390 77
θ＝视角
表2的关键
-V10表示10%消光（或透射）的光阈值电压。
-V50表示50%透射的电压
-PO表示按照下式在视角θ＝0°时透射曲线的坡度。
po= (V50-V10)/(V10)
-Nmax表示按照Alt和Pleshko的多路驱动线路的最大数量。
Nmax=［ ((1+p)2+1)/((1+p)2-1) ]2
-γT表示在0℃与40℃之间电压V10的阈值与温度的关系。
rT= (V10(40℃)-V10(0℃))/(30°) · (100%)/(V10(10℃)) ［%/℃]
-γθ表示在0℃与40℃之间阈值电压V10与角度的关系。
rθ= (V10(40°)-V10(0°))/(30°) · (100%)/(V10(10°)) ［％／°θ]
-θ表示光入射角或视角。
在本实施方案中，光程差△n·d对混合物“A”是0.44μm而对混合物“B”是0.6μm。在0.25μm＜△n·d＜0.7μm的范围内调整可以得到好的结果。
在本实施方案中，层厚d与自然螺距P的比的绝对值近似为0.3，而在0.2＜d/p＜0.8范围内改变可以获得好的结果。
图3表示了光-电现象和接收白光的对比度曲线特性，这个曲线陡峭的坡度表明这种液晶盒能提供高的多路比。实际上，在5∶1的对比度下，已经得到了1000∶1以上的多路比（见表2）。此外，角度关系比90°的TN液晶盒（表2）更好并至少与其它已知的高扭曲液晶盒结构同样的好。液晶盒的低的固有颜色（黑-白或白-黑对比度）造成不但在“断路”而且“开路”状态中曲线的急剧下降波形。
具有下面表3和4所编制的组合参数能获得特别好的结果，表中列出了所规定的光程差△n·d和角φ，β和ψ的值。因此这些组合代表了本发明的最好实施方案。在每种情况下，选择手性添加剂的搀杂，以使产生的螺距以及平板间距能提供最理想的扭曲角φ。表3包含形成正对比度的组合，表4包含形成负对比的组合。
表3
φ（°）    △n·d（μm）    β（°）    ψ（°）
180    0.4-0.7    0±20    90±20
〃    〃    90±20    -80±20
210    0.4-0.5    0±20    90±20
〃    〃    90±20    -80±20
〃    0.6    0±30    90±20
〃    〃    100±20    -90±30
〃    0.7    10±30    70±30
〃    〃    110±20    -110±20
240    0.4    10±20    95±20
〃    〃    100±20    -90±20
〃    0.5    30±20    95±15
〃    〃    120±20    -90±25
〃    0.6    30±25    85±20
〃    〃    120±25    -90±25
〃    0.7    30±25    80±30
〃    〃    130±30    -100±25
270    0.5    30±30    80±20
〃    0.6    50±30    70±30
〃    〃    140±30    -100±30
〃    0.7    60±30    60±30
〃    〃    140±30    -110±30
表4
ψ（°）    △n·d（μm）    β（°）    ψ（°）
180    0.4    25±20    40±20
〃    0.5    30±20    30±20
〃    125±20    40±20
0.6    40±20    10±20
〃    130±20    10±20
0.7    60±20    150±20
〃    150±20    150±20
210    0.4    40±20    50±20
〃    〃    130±20    50±20
〃    0.5    45±20    30±20
〃    〃    135±20    30±20
0.6    60±20    10±20
〃    150±20    10±20
〃    0.7    80±20    160±20
〃    〃    170±20    160±20
240    0.5    160±20    30±20
〃    0.6    75±20    20±20
〃    〃    170±20    10±20
〃    0.7    0±30    170±20
〃    〃    85±20    170±20
270    0.5    170±20    40±20
〃    0.6    10±20    20±20
〃    〃    100±20    20±20
〃    0.7    30±40    10±20
〃    〃    125±40    10±20
以上所描述的液晶盒可用于透射型和反射型。

Claims (10)

1、一种由高扭曲向列型液晶构成的液晶显示(LCD)盒。该液晶装置在具有电极和表面取向的两个平板之间，并具有正介电各向异性，这种液晶显示盒的特点在于下列组合：一个180°的扭曲角ψ，一个光入射边平板上的表面取向方向与偏振方向间的0°或90°角β，一个光入射边平板上的偏振方向与光出射边平板上的偏振方向间的角ψ，当β=0°时ψ为90°而β=90°时ψ为-0°，一个0.2到0.7μm的光程差△n·d和一个0.2到0.6的厚度与螺距比d/p，因此角Φ、ψ和β的值可不同于所给的值并在下列范围内改变：扭曲角Φ的绝对值可以在120°与260°在右手扭曲或左手扭曲之间，角ψ可以在0°与180°之间而角β可以在0°与360°之间。
2、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征为扭曲角是180°。
3、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征为φ＝180°、β＝0°和ψ＝90°。
4、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征为φ＝180°、β＝0°和ψ＝135°-。
5、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征为角β＝0°±10°和角ψ＝9°±40°。
6、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征为β＝0°和ψ＝135°。
7、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征为β＝90°±10°和正交的偏振片。
8、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征是光程差为0.4-0.6μm。
9、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征是厚度对螺距的比d/p为0.29到0.4。
10、按照权利要求1的液晶显示盒，其特征是可用于反射型显示。
CN87106251A 1986-09-12 1987-09-11 液晶显示器 Expired CN1014099B (zh)

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