CS275803B6

CS275803B6 - Display cell on the base of liquid crystals

Info

Publication number: CS275803B6
Application number: CS877126A
Authority: CS
Inventors: Frans Dr Leenhouts
Original assignee: Hoffmann La Roche
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1992-03-18
Also published as: NO874414L; JPS63115137A; DD264303A5; HK63695A; GR3007399T3; EP0264667B1; US4896947A; DE3782916D1; IL84202A; KR940008528B1; CN87107121A; CA1289228C; EP0264667A1; ATE83081T1; DK555487D0; AU7988087A; DK555487A; IL84202A0; AU605793B2; NO874414D0

Description

Vynález se týká displejové buňky na bázi tekutých krystalů, sestávající ze stočené nematické vrstvy tekutých krystalů, která je uspořádána mezi dvěma deskami, opatřenými elektrodami a povrchovými orientacemi, a dvěma polarizátory, přičemž tato vrstva vykazuje positivní dielektrickou anisotropii. ,

Vynález se týká zejména displejové buňky na bázi tekutých krystalů shora uvedeného typu, ve které nematická vrstva tekutých krystalů vykazuje nepatrný optický fázový rozdíl.

Je známo, že displejové buňky na bázi tekutých krystalů musí mít k dosažení vysokého multiplexního poměru strmou elektro-optickou charakteristiku. Příslušný vývoj se proto soustředuje na vysocestočené nematické struktury. Pod pojmem vysocestočené nematické struktury se rozumí takové struktury, které jsou stočené o více než 90*. Rozumí se samo sebou, že k dosažení takového stočení je zpravidla nezbytná dotace chirálními přísadami.

Výhody displejových buněk na bázi tekutých krystalů s vysocestočenými strukturami spočívají především v tom, že tyto buňky vykazují obzvláště strmou elektro-optickou charakteristiku a velký pozorovací úhel. Strmá elektro-optická charakteristika vede k vysokým raultiplexním poměrům, které jsou zase nezbytné pro uskutečnění oznámení s vysokou informační hustotou.

Přitom zůstávalo značnou měrou bez povšimnutí, že pro určité aplikace je v popředí zájmu nejen vysoký multiplexní poměr, ale i možnost dosažení pokud možno diferenciované šedé stupnice. Tak je tomu zvláště například v připadech použiti pro televizi.

Úkolem předloženého vynálezu bylo proto připravit displejovou buňku na bázi tekutých krystalů, která by měla zvláště mírnou strmost elektro-optické charakteristiky.

Podle vynálezu je tohoto úkolu dosaženo displejovou buňkou na bázi tekutých krystalů shora zmíněného typu, které podstata řešení spočívá v tom, ž,e úhel stočení y? je mezi 10* a 80*, úhel Q mezi směrem orientace povrchu a směrem polarisace desky na straně dopadu světla je od -30* do 60*, úhel y/ mezi směry polarisace obou polarisátorů je od 80* do 110 a optického fázového rozdílu je od 0,2 do 0,7 yUm.

Pro účely tohoto popisu nutno uvedeným úhlům rozumět následujícím způsobem:

Úhlem stočení ψ je úhel, který navzájem svírají k deskám kolmé roviny definované oběma nematickými direktory na desce na straně dopadu světla a na desce na straně výstupu světla, popřípadě jinými slovy úhel, o který jsou navzájem pootočeny nematické direktory. Tato definice odpovídá označení obvyklému v odborných kruzích.

Úhel Θ je úhel mezi směrem orientace povrchu na přední desce, popřípadě mezi nematickým direktorem na této desce a směrem polarisace polarisátoru přiřazeného k této desce. Positivní hodnoty úhlu Q udávají, že směr polarisace leží mimo úhel

Ý /negativní hodnoty pro úhel Q udávají směr polarisace, který leží mezi nematickými direktory.

Úhel tj/~ je úhel, o který jsou navzájem pootočeny polarisátory. Jako .zkřížené se označují polarisátory, jestliže téměř zcela uzavírají průchod světla, aniž by mezi nimi docházelo k ovlivňování světla. To znamená, že výraz zkřížený” se neomezuje výlučně na pootočení o 90*, ale zahrnuje všechny hodnoty úhlu γ', které zde přicházejí v úvahu.

Takto vytvořená buňka skýtá positivní kontrastové zobrazení a toto zobrazení není s překvapením především pro nízké hodnoty d. /1 na úhel Q / 0 barevné.

Při positivním kontrastovém zobrazení se jeví elektricky buzené segmenty jako tmavé na světlém pozadí, zatímco při negativním kontrastovém zobrazení se tyto segmenty jeví jako světlé na temném pozadí.

V následující části popisu bude displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle tohoto vynálezu blíže objasněna pomocí připojených výkresů, kde na obr. 1 je schematické zobrazení displejové buňky na bázi tekutých krystalů podle vynálezu, na obr. 2 je grafické zobrazení vzájemných vztahů úhlů povrchových orientací a polarisátorů a na obr. 3 je křivka závislosti kontrastu na napětí výhodného provedení displejové buňky na bázi tekutých krystalů podle vynálezu.

Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle vynálezu má obdobné uspořádání jako dosud známé displejové buňky, mezi které patří například displejová buňka se stočenou nematickou strukturou, popsaná Schadtem a Ilelfrichem v Appl. Phys. Lett. 18,

127 (1971), takže není nezbytně nutné zabývat se zde podrobným popisem této buňky.

Displejová buňka sestává z vrstvy £ tekutého krystalu, která je uspořádána mezi v podstatě vzájemně planparalelními deskami £ a £ z průhledného materiálu, jakým je například sklo, plexisklo nebo fólie z plastické hmoty. Před přední deskou £ se nachází polarisátor £, který je s výhodou s deskou spojen, například nalepením. Stejně tak je zadní desce £ přiřazen polarisátor £. Obě desky £ a £ mají vzájemný rozestup d.

Na površích přivrácených k vrstvě tekutého krystalu mají·’desky'£ a £ elektrodového ovrstveni £ ve tvaru segmentů obvyklých pro zobrazení znaků nebo obrazových bodů. Kromě toho jsou tyto povrchy zpracovány tak, že vykonávají směrové působení na povrchové molekuly tekutého krystalu, které s těmito povrchy sousedí, čímž určují směr nematického direktoru n. Toto opracování povrchu spočívá například v odrhnutí povrchu v jednom směru nebo v šikmém napařování orientačních vrstev, přičemž sice není žádoucí, ale ani nevýhodné, dbát na klopný úhel.

Výsledek takovéhoto opracování povrchu je pro účel tohoto popisu označen jako orien táce povrchu. Orientace povrchu na přední desce £ je znázorněna šipkou £. Orientace povrchu na zadní desce £ je pootočena vůči orientaci na přední desce £ a je označena šipkou £.

Polarisátor £ náležející k přední desce je upraven tak, že směr jeho polarisace svírá vůči úhlu stočení určitý úhel, na který bude dále ještě blíže poukázáno. Na zadní straně je polarisátor £ upraven tak, že směr jeho polarisace je zkřížen se směrem polarisace prvého polarisátorů.

Tekutý krystal £ je nematickým tekutým krystalem, který je dotován chirálními přísadami .

Na obr. 2 jsou znázorněny vzájemné úhlové vztahy nematických direktorů a směrů polarisací. Jak již bylo uvedeno, n^ je nematickým direktorem na přední desce £, zatímco n£ je nematickým di-rektorem na zadní desce £. Ohel stočení mezi oběma nematickými direktory je označen jako úhel y . Tento úhel stočení y je při výhodném provedení displejové buňky na bázi tekutých krystalů podle vynálezu roven asi 50*. Od této hodnoty se však může tento úhel stočení γ odchylovat jak směrem nahoru tak i směrem dolů. Dobrých výsledků se dosahuje při absolutních hodnotách úhlu γ , které leží při pravotočivém nebo levotočivém stočení mezi 10* a 80*, výhodně mezi 20' a 60', a zvláště výhodně mezi 30' a 50*.

Směr polarisace předního polarisátorů £ je označen jako P^. Tento směr polarisace je při výhodném provedení displejové buňky na bázi tekutých krystalů podle vynálezu pootočen o úhel Θ =20' vůči nematickému direktoru n^. Směr polarisace P^ předního polarisátorů £ se však může také odklánět o úhel Q v rozmezí -30' < Θ <60* od nematického direktoru n^. Polarisátory £, £ mohou být tedy uspořádány symetricky vůči nematickým direktorům. Podmínkou pro to je Q = (90 - y)/2, pokud úhel -yť = 90*. Symetrie je výhodná, není však nutná. Směr polarisace P? zadního polarisátorů £ je pootočen vůči směru polarisace předního polarisátorů P^ o úhel -yÍ, který při výhodném provedení displejové buňky na bázi tekutých krystalů podle vynálezu činí 90. Tento úhel pJT. může však při dobrých výsledcích ležet mezi 90* a 110*. Směry polarisace P^ a P₂ ^se mohou navzájem zaměnit bez negativního vlivu na výsledky.

Při dalším výhodném provedení displejové buňky na bázi tekutých krystalu podle vynálezu je například úhel = 30’, úhel Q = 30, úhel ·γ* = 90*, přičemž bylo použito následující směsi tekutého krystalu (směs A) v tlouštce vrstvy d = 3,4 ^um.

Směs A složka koncentrace (% hmot.) <6d(4)CP

5CP

4P(1)P

5CAPO2

3CEC3

4CEC4

5CEC3

5CPAC4

5CPPAC4

5CPAPAC4

4CEPO2

5CEPO1 p- [trans-4-(4-pentenyl)cyklohexyl3benzonitril 8,000 p-(trans-4-pentylcyklohexy1) benzonitril 11,000 p—(5-butyl-2-pyrimidinyl) -benzonitril 3,000 p- (2-(trans-4-pentylcyklohexyl)ethyl 3ethoxybenzen 6,000 trans-4-propylcyklohexylester trans-4-propylcyklohexankarboxylové kyseliny 8,000 trans-4-butylcyklohexylester trans-4-butylcyklohexankarboxylové kyseliny 11,000 trans-4-propylcyklohexylester trans-4-pentylcyklohexankarboxylové kyseliny 11,000

1- L2-(trans-4-butylcyklohexyl)-ethyl 3 -4-(trans-4-pentylcyklohexyl)benzen 9,500

4- [2-(trans-4-butylcyklohexyl)ethyl 3-4^{* 1 * * 4} -(trans-4-pentylcyklohexyl)bifenyl 5,500

4-(trans-4-pentylcyklohexyl)-4'- [2-(trans-4-butylcyklohexyl) ethyl 3-1,1'-ethylendibenzen 7,000 p-ethoxyfenylester trans-4-butylcyklohexankarboxylové kyseliny 11,000 p-methoxyhexylester trans-4-pentylcyklohexankarboxylóvé kyseliny

9,000

Druhý příklad provedení byl prováděn za použití směsi B, jejíž složení je uvedeno v následující tabulce:

Směs B

složka	koncentrace (% hmot.)
4P(1)P	p-(5-butyl-2-pyrimidinyl) benzonitril	8,820
í5d(3)CP	p- (.trans-4-(3-butenyl) cyklohexylJ benzonitril	7,390
ld(3)CP	p— (trans-4-(3E-pentenyl)•cyklohexylJ benzonitril	7,420
<ád(4)CP	4'- (trans-4-(4-pentenyl)-4-bifenylkarbonitril	6,170
3CEC3	trans-4-propylcyklohexylester trans-4-propylcyklo- hexankarboxylové kyseliny	21,050
4CEC4	trans-4-butylcyklohexylester trans-4-butylcyklohexankarboxylové kyseliny	28,100
5CEC3	trans-4-propylcyklohexylester trans-4-pentylcyklohexankarboxylové kyseliny	21,050

Způsob označo\'án£ složek je pro odborníka v daném oboru známou skutečností.

V tomto směru budiž poukázáno například na publikaci M. Schadta a dalších v Mol. Cryst. Lig. Cryst. 122 (1985), 241 a další a v Proč. Int. Displ. Res. Conf., San Diego (1985).

V následující tabulce 1 jsou shrnuty relevantní parametry obou směsí A a B.

Tabulka 1

parametr	směs A	směs B
teplota čeřeni T^ (*C)	72	42,5
teplota tání T (*C) m	< - 20	< 0
n o	1,432	1,476
optická anisotropie /1 n	0,086	0,072
viskosita (při 22 'c) [mPa.sJ	23	21

Za použití těchto směsí bylo dosaženo elektro-optických výsledků, které jsou shrnuty v následující tabulce 2. K výsledkům, které byly dosaženy s novou displejovou buňkou na bázi tekutých krystalů podle předloženého vynálezu, jsou vždy přiřazeny hodnoty, které byly dosaženy se stejnými směsmi tekutých krystalů v konvenční buňce (srov. vždy třetí sloupec).

Tabulka 2

Směs A

	γ = 30 Θ = 30 Y. = 90*	y = 60 & = 15 y = 90	= 90 É> = 0 y = 9o
v₁₀ (Volt)		2,165	2,058		1,971
V₅₀ (Volt)		2,895	2,617		2,265
P o		0,337	0,271		0,149
d £yumj		3,4	3,8		4,0
dá n	[yUmj	0,29	0,33		0,34
Směs “B
v₁₀ (Volt)		1,562	1,614		1,441
^V50 <^Volt)		2,092	2,015		1,671
P o		0,339	0,248		0,159
d [yum ]		4,5	6,0		7,0
dán	L /^um J	0,32	0,43		0,50
Parametry uváděné v tabulce 2 mají následující	významy:
^vio ......	znamená	optické prahové	napětí při 10	% extinkci (popřípadě při 90 %

transmisi);

VgQ ...... znamená napětí při 50 % extinkci nebo při 50 % transmisi;

Ρθ ...... znamená strmost transmisní křivky při úhlu dopadu světla popřípadě při pozorovacím úhlu β - 0 podle vzorce

Na obr. 3 jsou zobrazeny kontrastové křivky charakteristické pro elektro-optické chování displejové buňky podle vynálezu ve srovnání s kontrasovými křivkami z klasické buňky, které byly získány bílým světlem, tj. pro úhel y> = 30) $ - 30*a pro r = = 90'(křivka I), pro úhel y? = 60) Θ - 15*a pro iy = 90 (křivka II) a pro úhel γ = 90, 8 = O’ a pro úhel Tjz* = 90 (klasická buňka, křivka III).

Z tohoto obr. 3 je zřejmé, že s rostoucím úhlem stočení je křivka strmější.

Shora popsaná buňka může být provozována jak při transmisní, tak i při reflexní aplikaci.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů tvořená stočeným nematickým tekutým krystalem s positivní dielektrickou anisotropií uspořádaným mezi dvěma deskami opatřenými elektrodami a orientacemi povrchů a mezi dvěma polarisátory, vyznačující se tím, že úhel stočení ψ je mezi 10* a 80', úhel & mezi směrem orientace povrchu a směrem polarisace desky na straně dopadu světla je od -30’ do 60’, úhel y mezi směry polarisace obou polarisátorů je od 80* do 110* a optický fázový posun ( 4 n.d) je od 0,2 do 0,7 /Um.

2. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 1, vyznačující se tím, že optický fázový posun ( Δ n.d) je od 0,3 do 0,5 ^um.

3. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 1, vyznačující se tím, že úhel stočení je 20’ až 60’.

4. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 3, vyznačující se tím, že úhel stočení je 30’ až 50.

5. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 1, vyznačující se tím, že úhel Θ. = (90*- ^9)/2, přičemž úhel mezi polarisátory y = 90*.

6. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 1, vyznačující se tím, že úhel $ je O’ až 60*. 7. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 1, vyznačující se tím, že úhel β . je mezi -30’ a 0’. 8. Displejová buňka na bázi tekutých krystalů podle bodu 1, vyznačující se tím, že

úhel =90’.