DE2617924B2

DE2617924B2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Farbanzeige

Info

Publication number: DE2617924B2
Application number: DE2617924A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kamakura Kawamoto; Shoichi Yokohama Matsumoto; Kiyoshi Yokohama Mizunoya (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-04-24
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2617924A1; US4097128A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Farbanzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist aus »VDI Zeitschrift«, Band 115, Nr. 8, Juni 1973, S. 629 bis 638 entnehmbar.

Zudem wurde für Anzeigevorrichtungen ein System mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung (»ECB«) unter Verwendung nematischer Flüssigkristalle bereits in der Druckschrift »Journal of Applied Physics«, Band 43. Nr. 5. Mai 1972. Seite 2029 bis 2037 und in der Druckschrift »Applied Physics Letters«, Band 19, Nr. 10, 15, Nov. 1971, Seite 391 bis Seite 393, beschrieben.

Dieses System wird auf den Effekt der Deformation vertikal ausgerichteter Phasen (»DAP«) zurückgeführt. Bei dem ECB-System, bei welchem die dielektrische Anisotropie eines verwendeten Flüssigkristalls positiv ist, wird eine Flüssigkristallzelle durch den Einbau eines Flüssigkristalls zwischen zwei Substrate derart gebildet, daß die Längsachsen der Moleküle des Flüssigkristalls parallel zu den Substratoberflächen ausgerichtet werden. Bei dem ECB-System, bei welchem die dielektri-

sehe Anisotropie eines verwendeten Flüssjgkristalls negativ ist, wird eine Flüssigkristallzelle durch den Einbau des Flüssigkristalls zwischen zwei Substrate derart gebildet, daß die Längsachsen der Moleküle des Flüssigkristalls zu den Substratoberflächen senkrecht ausgerichtet sind

Einer derart gebildeten Flüssigkristallzelle wird über ein Elektrodenpaar eine höhere Spannung als eine gewisse Schwellenspannung eingeprägt, um so die Art der Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls zu verändern, und um so eine resultierende Veränderung in der Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht zu erreichen, und um dadurch die Farben durch einen Polarisator anzeigen zu können.

Ein derartiges ECB- (oder DAP-)System hat den Nachteil, daß es notwendig ist, einen hohen Spannungspegel anzulegen (im allgemeinen auf eine »Schwellen-Spannung« bezogen), um die, auf die Substratoberfläche bezogene, geneigte Orientierung der Moleküle eines Flüssigkristalls zu erhalten, wenn die Längsachse dieser Moieköle anfänglich parallel oder senkrecht zu der Substratoberfläche liegt Dadurch wird di; Anwendung einer hohen Spannung zum Betrieb einer Flüssiigkristallzelle erforderlich. Ein weiterer Nachteil des ECB- (oder DAP-)Systems besteht darin, daß die verschiedenen Farben wie z. B. Rot, Blau und Grün nur innerhalb eines extrem schmalen Spannungsbereichs sichtbar gemacht werden können, wobei der Spannungsbereich ungefähr bei 1 V über der Schwellenwertspannung liegt, und dadurch Schwierigkeiten bei der Auswahl der gewünschten Farbe verursacht. Mit anderen Worten, das ECB-System erfordert eine hohe Stabilität der Sparinungsquelle und eine hohe Präzision bei der Spannungsansteuerung entsprechend den Schwiergkeiten bei der spannungsabhängigen Farbauswahl, wodurch bei der praktischen Anwendung von solchen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen oft Fehler und Ausfälle auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Farbanzeige der eingangs genannte.] Art zu schaffen, mit der verschiedene Farben bei niedriger Spannung unter stabilen Bedingungen sukzessive darstellbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Moleküle am ersten Substrat parallel und am zweiten Substrat senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet sind.

Vorteilhaft ist es dabei, daß ei·.: breiter Spannungsbereich für die Darstellung der entsprechenden Farben gegeben ist und insbesondere eine deutliche Farbtrennung bei gleichzeitiger guter Helligkeit bewirkbar ist, so daß beispielsweise eir.e deutlich schwarze Farbe ebenso klar wie an'lere Farben angezeigt werden kann.

Vor!?ilh''fle Weiterbildungen ergeben sich aus den Untcransp'üchen.

Eine Fl'isuigkristallzelle mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen wird nachfolgend jeweils als »senkreehl pHrallelorientierte Flüssigkristallzelle« bezeichnet

Eine Abgasleitung der Erfindung besteht darin, daß eine zusä'zliche Flüssigkristallzelle vorgesehen ist, welche eii'en mit einer positiven dielektrischen Anisotropie vertieften Flüssigkristall aufweist, der zwischen zwei Subs'rate'i eingebaut ist, von denen jedes mit einer Elektrode vergehen ist und welche mit Vorrichtungen ausgestattet s'nd, mit welchen der Flüssigkristall zu einer 90°-Drehung der Polarisation veranlaßt wird, wenn kein elektrisches Feld eingeprägt wird, und daß die 90°-Drohung <J-r Polarisation aufgehoben wird, wenn ein elektrisches Feld eingeprägt wird, wobei diese zusätzliche Flüssigkristallzelle in demselben Strahlengang wie die oben erwähnte »senkrecht-parallel-orientierten Flüssigkristallzelle« angeordnet ist, und daß mindestens ein Polarisator in dem Strahlengang der zusätzlichen Flüssigkristallzelle vorgesehen ist.

Diese zusätzliche Flüssigkristallzelle ist also die bekannte Schadt-Helfrich-Zelle oder TN-Zelle, die ebenfalls in dem genannten Artikel in der »VDI-Zeitschrift« beschrieben wird.

ίο Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß mehrere »senkrecht-parallel-orientierte Flüssigkristallzellen« in demselben Strahlengang angeordnet sind und daß mindestens ein Polarisator in dem Strahlengang jeder Flüssigkristallzelle vorgesehen ist

und daß Vorrichtungen für die Änderungen der Doppelbrechung des nematischen Flüssigkristalls bei mindestens einer der Flüssigkris'.allzellen vorgesehen sind.

Noch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung

2i) besteht darin, daß ein nematische Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie vorgesehen ist und daß durch Wahl des FIüssigKristalls oder des Abstandes zwischen den Substraten in der »senkrechtparallel-orientierten Flüssigkristallzelle« ein optischer

>-> Gangunterschied zwischen ordentlichem und außerordentlichem Strahl (im folgenden nur noch Gangunterschied genannt) von 300 bis lOOOOnm erzeugt wird, wenn kein elektrisches Feld eingeprägt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein nematischer Flüssigkristall eine negative dielektrische Anisotropie aufweist und in der »senkrecht-parallel-orientierten Flüssigkristallzelle« ein Gangunterschied von 100 bis 2000 nm erzeugt wird, wenn kein elektrisches Feld eingeprägt wird.

)■) Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungs-'orm der Erfindung,

Fig.2 eine quer auseinandergezogene Darstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

•r> Fig.3 einen Querschnitt durch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4, 5 und 7 Farbübertragungskurven, welche von der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 abgeleitet sind,

F i g. 6 Farbübertragungskurven, welche von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen gemäß dem Stand der Technik abgeleitet sind, und

Fig.8 Spektralübertragungskurven, welche von der

r. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 3 bestimmt werden.

In F i g. I ist ein schcmatischer Querschnitt durch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungstom der Erfindung dargestellt. Zwei

Wi transparente Glassubstrate 1 und 2 sind jeweils mit einer transparenten Elektrode 9 versehen, welche die ganze oder einen Teil der Substrateberfiäche überdekken. Die Oberfläche des einen Substrats 1. welche mit der transparenten Elektrode 9 versehen ist. ist so

h-, behandelt, daß Jie Längsachsen der Moleküle eines Flüssigkristalls 3 parallel zu dieser Oberfläche ausgerichtet werden. Die Oberfläche des anderen Substrats 2, die mit der transparenten Elektrode 9 versehen ist. ist so

behandelt, daß die Längsachsen der Moleküle des Flüssigkristalls 3 senkrecht zu dieser Oberfläche ausgerichtet werden. Die Substrate 1 und 2 sind so angeordnet, daß die behandelten Oberflächen einander zugewandt sind und einen dazwischenliegenden Flüssigkristall 3 einschließen. Aus F i g. 1 ist zu erkennen, daß die Moleküle des Flüssigkristalls 3 im Hinblick auf die Substrate 1 und 2 in einem sukzessiven Änderungsverhältnis orientiert sind, d. h. von einer parallelen Position im Hinblick auf das Substrat 1 zu einer senkrechten Position im Hiiblick auf das Substrat 2. In dem Strahlengang sind Polarisatoren 4 und 5 angeordnet, und zwar auf beiden Seiten der Flüssigkristallzelle, welche von den Substraten 1 und 2 und dem Flüssigkristall 3 gebildet wird.

Licht 6, das auf die Flüssigkristallzelle gelangt, tritt durch den Polarisator 4 hindurch und wird dadurch in linear polarisiertes Licht verwandelt und läuft dann durch den Flüssigkristall 3, um dadurch in elliptisch polarisiertes Licht durch die Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht 3 umgesetzt zu werden. Jener Teil des elliptisch polarisierten Lichtes, welcher auf die Polarisationsachse des Polarisators 5 ausgerichtet ist. kann durch den Polarisator 5 hindurchtreten. Während das anfängliche Licht 6 weiß ist, weist derjenige Teil des Lichts, der durch den Polarisator 5 hindurchtritt, eine Interferenz-Farbe auf. Diese Farbe variiert mit der Doppelbrechung in dem Flüssigkristall 3 und der Dicke dieser Flüssigkristallschicht. Wo deshalb Flüssigkristallschichten mit verschiedener Doppelbrechung und Dicke wahlweise verwendet werden, ist es möglich, jede gewünschte Farbe, wie z. B. Rot. Blau. Grün oder jede dazwischenliegende Farbe darzustellen, ohne daß eine Spannung angelegt wird.

Wenn insbesondere die Polarisationsachsen der Polarisatoren 4 und 5 derart angeordnet werden, daß sie einander unter einem rechten Winkel schneiden und weiterhin eine Polarisationsachse einen Winkel von 45^: mit der Richtung bildet, in welcher die Oberfläche des Substrats 1 behandelt oder geschliffen ist. um die Moleküle des Flüssigkristalls in dieser Richtung zu der Oberfläche parallel auszurichten (diese behandelte Oberfläche wird nachfolgend als »parallelbehandelte Fläche« bezeichnet), dann liefert Licht, das durch die Flüssigkristallzelle gelangt, eine maximale Farbintensität und eine dadurch erhaltene Farbe zeigt eine maximale Helligkeit. Wenn die Polarisationsachsen der Polarisatoren 4 und 5 zueinander parallel angeordnet sind und des weiteren mit jener Richtung einen Winkel von 45⁵ definieren, in welcher die Oberfläche des Substrats 1 »purallelbehandelt« ist. dann erreicht die zu der oben erhaltenen Farbe sich ergebende Komplementärfarbe einen maximalen Grad an Intensität und Helligkeit Wenn die Polarisationsachse eines Polarisators irgendeinen anderen Winkel als 45° mit jener Richtung einschließt, in welcher die Oberfläche des Substrats 1 »parallelbehandelt« ist, dann tritt eine Änderung in der Intensität des übertragenen Lichtes durch die Flüssigkristallzelle ein. Wenn die Polarisationsachsen der Po'arisatoren 4 und 5 ein anderes, als ein senkrechtes oder paralleles Verhältnis zueinander aufweisen, dann erscheinen andere Farben, als jene, weiche in dem oben erwähnten senkrechten oder parallelen Anordnungsfall erhalten würden. Daher führen Veränderungen der relativen Position der Polarisationsachsen der Polarisatoren 4 und 5 zu einer Änderung sowohl der Intensität als auch der Farbe des durch die Flüssigkristallzelle hindurchtretenden Lichtes.

Das erste Substrat I ist über einen Draht und eine Spannungsquelle 7 mit einem Schalter 8 verbunden, und das zweite Substrat 2 ist über einen Draht direkt mit dem Schalter 8 verbunden. Wenn der Schalter 8 geschlossen wird, um dadurch eine wachsende Spannung an den Flüssigkristall 3 anzulegen, wobei bei einem Zustand begonnen wird, in welchem der Flüssigkristall spannungslos ist, dann setzt eine sukzessive Änderung jener Neigungswinkel ein, welche die jeweiligen Moleküle des Flüssigkristalls 3 mit der Oberfläche der beiden Substrate 1 und 2 bilden, und dadurch beginnt die Veränderung der Doppelbrechung in der Flüssigkristallschicht. Wenn monochromatisches Licht durch die Flüssigkristallschicht hindurchtritt, dann tritt eine Änderung in der Intensität dieses Lichtes ein. Wenn weißes Licht durch die Flüssigkristallschicht hindurchtritt, dann tritt eine Änderung der Farbe des durch die Schicht hindurchtretenden Lichtes entsprechend der Veränderung der Doppelbrechung in der Flüssigkristallschicht ein, wobei diese Änderung durch das Anwachsen der angelegten Spannung verursacht wird. In einem Spannungsbereich, in welchem jede weitere Spannungserhöhung keine Veränderung der Doppelbrechung des Flüssigkristalls 3 erzeugt, also in einem Spannungsbe reich, in dem die Doppelbrechung gesättigt ist, erscheint das durch den Flüssigkristall hindurchtretende Licht in schwarzer oder weißer Farbe, indem entweder überhaupt keine Farbe mehr angezeigt wird oder in ein sehr fahles Licht umgesetzt wird. Der Spannungsbereich, in dem die Doppelbrechung des Flüssigkristalls gesättigt ist, variiert mit der dielektrischen Anisotropie der Doppelbrechung des Flüssigkristalls 3 und der Dicke der Flüssigkristallschicht. Dieser Spannungsbereich liegt im allgemeinen zwischen 8 und 10 V.

Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dieser Erfindung kann die »parallele Behandlung« der in die Flüssigkristallzelle eingeschlossenen Substratoberfläche durch irgendeinen Schleifprozeß der Substratoberfläche mit einem Baumwollappen oder einem Poliermaterial bewirkt werden, oder indem ein flacher Dampfniederschlag aus einem anorganischen Material auf die Substratoberfläche aufgebracht wird und indem eine organische Silanschicht auf die Substratoberfläche aufgebracht wird oder eine Schicht aus einer bestimmten Art eines plastischen Materials auf der Substratoberfläche ausgebildet wird. Die »senkrechte Behandlung« der Substratoberfläche (nämlich die Behandlung derart, daß die Moleküle des Flüssigkristalls senkrecht zu der Substratoberfläche ausrichtbar sind) kann beispielsweise dadurch ausgeführt werden, daß die Substratoberfläche mit Säure behandelt wird, und durch Behandlung der Substratoberfläche mit einem Oberzug wie z. B. einer Beschichtung aus einem organischen Silan auf der Substratoberfläche.

Ein nematischer Flüssigkristall, der in der farbigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird, kann eine positive oder eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen. Vom Standpunkt einer wirksamen Lebensdauer aus wird insbesondere ein mit Feldeffekt arbeitender, nematischer Flüssigkristall bevorzugt, welcher nicht mit einem Elektrolyten gemischt ist Ein mit einem Elektrolyten gemischter, nematischer Flüssigkristall wird nicht bevorzugt weil ein derartiger Flüssigkristall die Wirkung einer dynamischen Streuung aufweist Verbindungen, die durch irgendeine der folgenden chemischen Strukturformeln dargestellt sind, sind als Flüssigkristalle mit einer positiven dielektrischen Anisotropie verfüg-

bar. Die Verbindungen können alleine oder in Kombination verwende! werden.

NC

(Il N

'■-"■■ (Il N

CN

(N

wobei:

X : Alkvlgruppc. Äthergruppe oder
AlkyloxyGruppe.

Verbindungen, die durch obige, allgemeine ehemisrhe Sirukliirformeln ausgedruckt sind, beinhalten /. B.
4'-n-But(>xybenzyliden-4-eyanoanilin,
4'-n-Hexylberi7.ylidcn-4-cyanoanilin und
4'-n-Pcntyl-4-cyanobiphenyl.

Verbindungen, die durch irgendeine der folgenden allgemeinen chemischen Strukturformeln ausgedrückt sind, sind für die Verwendung als Flüssigkristalle mit einer negativen dielektrischen Anisotropie geeignet. Die Verbindungen können alleine oder in Kombination verwendet werden.

(Il N

N N
O

C O

wobei:

X. Y = Alkylgruppe. Äthergruppe oder
Alkyloxy-Gruppe.

Verbindungen, die durch obige allgemeine chemische Strukturformeln ausgedrückt sind, beinhalten z. B.
4'-Methoxybenzy I iden-4-n-buty !anilin.
4'-Äthoxybenzyliden-4-n-butylanilinund
4'- Methoxy-4-n-butylazoxybenzen.

Flüssigkristalle, die in dieser Erfindung verwendet werden können, beinhalten viele andere Verbindungen als oben aufgelistet sind. Diese Verbindungen können alleine oder in Kombination verwendet werden. Es ist auch möglich, eine Mischung aus Flüssigkristallen mit einer positiven und einer negativen dielektrischen Anisotropie zu verwenden.

Wie bereits oben erwähnt, kann ein nematischer Flüssigkristall, der in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (im folgenden auch Farbanzeigevorrichtung genannt) gemäß der Erfindung verwendet wird, sowohl eine positive ais auch eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen. Die Anwendung der positiven dielektrischen Anisotropie hat jedoch den Vorteil, daß

beim Anlegen einer anwachsenden Spannung dieser Typ des nematischen Flüssigkristall eine Doppelbrechung aufweist, die theoretisch bis Null reduzierbar ist und dadurch die Darstellung einer schwarzen Farbe ermöglicht, d. h. ein Anwachsen der Anzahl der darstellbaren Farben.

Umgekehrt hat die Anwendung eines nematischen Flüssigkristall?;' mit einer negativen dielektrischen Anisotropie den Nachteil, daß beim Anlegen einer wachsenden Spannung die Doppelbrechung des Flüssigkristalls bis /ur Verdoppelung des Wertes ,ingehoben wird, der bei Abwesenheit einer Spannung vorliegt. Somit wird verhindert, daß in einer solchen Farban/eigevorrichtung eine schwarze Farbe angezeigt wird, und die Anzahl der darstellbaren Farben in dieser Vorrichtung ist begrenzt.

Die Vorteile, die sich bei ricmatischen Flüssigkristallen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie ergeben, Mini iiiiciiHMgciiu aiiiii

rote, grüne und blaue I
und auch die schwarze

arben. Farbe

3.

Fs ist möglich,
/wischenfarben
darzustellen.

Fs ist möglich, eine große Anzahl von Farben mit hervorragender Helligkeit und solche mit einem dazwischenliegenden Grad an Helligkeit darzustellen.

Wenn keine Spannung angelegt ist. erscheint eine schwache Grundfarbe, während beim Anlegen einer Spannung eine bestimmte klare Farbe ^!" erscheint.

4. Fin breiter Spannungsbereich ist für die Darstellung einer bestimmten Farbe erlaubt (Interferenzfarbe niedriger Ordnung), wodurch eine leichte Ansteuerung der Farbselektion ermöglicht wird.

5. Eine Flussigkristallzelle kann mit hoher Präzision hergestellt werden.

6. Ein hoher Grad an positiver dielektrischer Anisotropie ermöglicht, daß die daraus resultierende Flüssigkristallzelle mit einer relativ niedrigen Spannung betrieben werden kann.

Des weiteren ist es möglich, Flüssigkristallzellen zu verwenden, die aus einer Mischung von nematischen Flüssigkristallen gebildet werden, welche eine positive

j". dielektrische Anisotropie bzw. eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen.

Im Unterschied zu dem bekannten ECB-System ist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die in der Nähe der

in Substratoberflächen befindlichen Moleküle des Flüssigkristalls bereits während der Abwesenheit einer Spannung zu den Substraten geneigt sind und dadurch ermöglichen, den Neigungswinkel dieser Moleküle bereits'durch Anlegen einer niedrigen Spannung zu verändern. Mit anderen Worten hat die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung eine niedrige Schwellenspannung, welche die Änderung der Farben bei niedriger Spannung ermöglicht Darüber hinaus kann mit dieser Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ein

μ breiterer Spannungsbereich zur selektiven Darstellung der entsprechenden Farben, wie z. B. Rot, Blau und Grün als bei dem bekannten ECB-System verwendet werden.

Der Spannungspegel (Effektivspannung), der an die Flüssigkristallzelle angelegt wird, um verschiedene Farben darzustellen, kann auch durch Veränderung der Breite der Spannungsimpulse geändert werden.
Des weiteren können sogar bei Flüssigkristallzellen.

welche keine Elektroden aufweisen und in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen sind, die Farbe bzw. die Farben geändert werden, wenn Mittel vorgesehen sind, die zur Veränderung des Neigungswinkels der Moleküle des Flüssigkristalls geeignet sind, wie beispielsweise ein Magnetfeld. Darüber hinaus ist die Flüssigkristall-Anzeigevorrich'ung gemäß der Erfindung weniger anfällig als das bekannte ECB-System hinsichtlich der Präzision, mit welcher die Dicke der Flüssigkristallzelle einzuhalten ist. el. h. zulässige Abweichungen in der Dicke ergeben einen Vorteil bei der Herstellung der erfiiidungsgcmäßen Flüssigkristallzellen.

Die vorangegangene Beschreibung der Flüssigkrisiall-Anzeigevorrichtung bezog sich iuif den transparenten Typ gemäß Fig. 1. Die Erfindung ist jedoch auch für den Reflexionstyp anwendbar. Mit einer Farbanzeigevorrichtung vom Reflexionstyp, bei welcher eine Licht reflektierende oder eine Licht diffundierende Anzeigetafel auf der lichtemittierenden Seite der Flüssigkristallzelle gemäß Fig. I vorgesehen ist, oder einer anderen Farbanzeigevorrichtung vom Reflcxionstyp, bei welcher eines der Substrate aus einer Flüssigkristallzelle als eine lichtreflektierende Tafel, welche mit einer Elektrode versehen ist, ausgebildet ist, kann ebenfalls eine so ausgezeichnete Farbdarstellungseigenschaft erreicht werden, wie durch die zuvor beschriebene Farbanzeigevorrichtung vom transparenten Typ. In dem Falle, daß die Farbanzeigevorrichtung vom Reflcxionstyp eine lichtreflektierende Tafel aufweist, muß nur ein Polarisator auf der entgegengesetzten Seite der Flüssigkristallzelle vorgesehen werden, um auf der lichtreflektierenden Tafel eine ebenso wirksame Darstellung zu erreichen wie bei dem zuvor erwähnten Typ gemäß Fig.l.

Bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dieser Erfindung ist, wie oben beschrieben, die Anwendung eines jeden Typs von nematischcn Flüssigkristallen möglich, wobei die Verwendung einer nematischen Flüssigkristallzelle, deren Gangunterschied in einem bestimmten Bereich liegt, im Hinblick auf die optimalen Eigenschaften der Farbanzeigevorrichtung vorzuziehen ist. Insbesondere gilt für eine Flüssigkristallzelle mit einem nematischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ein Gangunterschied von 300 bis lOOOOnm beim Fehlen einer Spannung und für eine Flüssigkristallzelle mit einem nematischen Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie ein Gangunterschied von 100 bis 2000 nm beim Fehlen einer Spannung als optimal.

Der Gangunterschied einer Flüssigkristallzclle hängt von der Doppelbrechung des Flüssigkristalls, die in der Zelle auftritt, und von dem Abstand zwischen den beiden Substraten dieser Flüssigkristallzelle ab, weshalb die Art des Flüssigkristalls oder der Abstand zwischen den Substraten so gewählt wird, daß die sich daraus ergebende Flüssigkristallzelle einen Gangunterschied aufweist, der innerhalb des oben erwähnten Bereichs beim Fehlen einer Spannung fällt Dabei wurde herausgefunden, daß die dargestellten Farben bei niedriger Spannung geändert werden können und daß ein breiter Spannungsbereich für die Darstellung der jeweiligen Farben wie z. B. Rot Blau und Grün zulässig ist, wobei eine leichte Steuerung der Farbselektion und die Aufrechterhaltung der Darstellung verschiedener Farben unter stabilen Bedingungen möglich »st.

Umgekehrt ergibt sich dann bei einer Flüssigkristallzelle, weiche einen außerhalb des oben erwähnten Bereichs in Abwesenheit einer Spannung liegenden Gangunterschied aufweist, daß eine praktisch unerwünschte Anzeigevorrichtung entsteht, welche Schwierigkeiten bei der Anzeige verschiedener Farben und beim Wechsel der Farben aufweist und insbesondere nur eine schwarze Farbe anzeigt oder für die Darstellung der Farben einen Spannungsbereich mit einem sehr hohen Pegel erfordert.

In Fig. 2 ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt Diese Atisführungsform weist eine zusätzliche Flüssigkristallzelle auf. die so angeordnet ist, daß sie der Flüssigkristallzelle 16 gemäß Fig. I gegenüberliegt und sich in demselben Sirahlengang befindet Diese zusätzliche Flüssigkristallzellc umfaßt in ähnlicher Weise zwei Substrate, deren Oberflächen wie oben definiert mit einer »parallelen Behandlung« versehen sind und zwischen denen ein nematischer Flüssigkristall positiver dielektrischer Anisotropie angeordnet ist. Diese zusätzliche Flüssigkristallzelle ist so eingerichtet daß sie eine 90°-Drehung der Polarisation in dem Flüssigkristall bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes erzeugt und die 90°-Drehung der Polarisation beendet wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Dies wird durch entsprechende Anordnung der beiden Substrate Il und 13 zueinander erreicht, indem die Richtungen der »parallelen Behandlung« einander unter einem rechten Winkel schneiden (Zelle vomTN-Typ).

Polarisatoren 22, 23 und 24 sind so angeordnet, daß sie in den Zwischenraum zwischen den beiden Flüssigkristallzellen !0 und 16 und vor und hinter den beiden Fliissigkristallzellen liegen, wie in F i g. 2 dargestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 dringt einfallendes Licht 25 durch den Polarisator 22 und wird dadurch in ein linear polarisiertes Licht verwandelt, jener Teil der TN-Flüssigkristallzelle 10, der mit einem elektrischen Feld beaufschlagt ist bewirkt keine 90"-Drehung der Polarisation, während jener Teil der TN-Flüssigkristallzelle 10, welcher nicht mit einem elektrischen Feld beaufschlagt ist, writerhin die 90"-Drehung erzeugt. Die Polarisatoren 22 und 23 sind so angeordnet, daß sich die Richtungen ihrer Polarisationsachsen unter einem rechten Winkel schneiden, oder so, daß sie zueinander parallel liegen, wobei die Achse eines Polarisators parallel zu der »parallelen Behandlung« eines Substrats der Flüssigkristallzelle 10 liegt. Dadurch wirken die Polarisaloren 22 und 23 und die TN-Flüssigkristallzelle 10 zusammen wie ein Lichtverschluß.

Daher hat die Ausführungsform gemäß F i g. 2 eine besondere Farbdarstellungscharakteristik, die kaum von dem bekannten Stand der Technik erwartet werden kann, da verschiedene Farben auf dem Hintergrund einer schwarzen Farbe oder eine schwarze Farbe auf dem Hintergrund einer anderen Farbe angezeigt werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist die TN-Flüssigkristallzelle 10 auf der Lichteingangsseite der Anordnung positioniert Es kann jedoch auch die Flüssigkristallzelle mit der »senkrechten-parallelen Behandlung« auf der Lichteingangsseite angeordnet werden. Hauptsache ist, daß beide Flüssigkristallzellen 10 und 16 in demselben Strahlengang angeordnet werden. Bei der Flüssigkristallzelle 16 mit der »senkrechten-parallelen Behandlung« ist es auch möglich, die mit der »senkrechten Behandlung« versehene Substratoberfläche auf der Lichteingangsseite und die

Il

mit der »parallelen Behandlung« versehene Substratoberfläche auf der Lichtausgangsscite anzuordnen.

Obwohl die Ausführungsform gemäß F i g. 2 einen lichtdurchlässigen Typ darstellt, weist eine lich.reflek-(ierende Ausführungsform dieselben Eigenschaften auf. wenn eine lichtstreuende oder lichtreflekticrende Tafel auf der lichtemittierenden Seite angeordnet ist.

Im nachfolgenden ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 beschrieben, welche mindestens zwei wechselseitig einander zugewandte Flüssigkristallzellen mit einer »senkrechten-parallclen Behandlung« umfaßt und entsprechend angeordnete Polarisatoren aufweist.

Die Aasfi'hrungsform gemäß F-" i g. 3 weist mindestens zwei erfindungsgemäße FlUssigkristall/.cllcn 30 und 40 auf, welche mit einer »scnkrechtcn-parallelen Behandlung« ähnlich wie in F i g. I verschen und in demselben .Sirahlengang angeordnet sind. Drei Polarisatoren 51, 52 und 53 sind ebenfalls in diesem Strahlengang so angeordnet, daß die zwei Flüssigkristallzellcn 30 und 40 zwischen jeweils zwei von drei benachbarten Polarisatoren 51, 52 und 53 angeordnet sind. F)ie Ausfiihriingsform gemäß Fig. 3 weist ferner Vorrichtungen zur Änderung der Doppelbrechung in jedem Flüssigkristall auf, wobei die Flüssigkristall/cllen 30 und 40 unabhängig voneinander ansteuerbar sind

Bei d;r Ausführungsform gemäß F i g. 3 gelangt das einfallende Licht, z. B. weißes Licht, durch den Polarisator 51 und wird in die- cm in linear polarisiertes Licht umgesetzt und gelangt dann durch die erste Flüssigkristallzelle 30, in welcher es in elliptisch polarisiertes Licht umgesetzt wird, und gelangt dann durch den Polarisator 52. wodurch eine aus dem übertragenen Licht durch Interferenz ausgewählte Farbe dargestellt werden kann. Licht, das durch den Polarisator 52 gelangt, wird durch die zweite Hiissigkristallzclle 40 und den Polarisator 53 geleitet und so in das emittierte Licht 56 umgesetzt, welches eine -Spektralcharakteristik aufweist, die von jenen der ersten und der /weiten Flüssigkristallzellen 30 und 40 verschieden ist. Die Spektralcharakteristik des übertragenen Lichtes 56 kann sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Flüssigkristallzelle 30 bzw. 40 durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit den zugehörigen Schaltern 37 und/oder 47 frei gewählt werden. Es ist eine feinere Auswahl der Wellenlänge des einfallenden Lichtes möglich, als bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, welche nur aus einer Flüssigkristallzelle und Polarisaloren besteht. Es wird ferner die Spektralbandbreite des übertragenen Lichtes verringert, und durch die Verringerung der Möglichkeit zur Mischung der Wellenlänge dieses Lichtes mit einem anderen Licht, das eine andere Farbe darstellt, ergibt sich die Darstellung von sehr reinen, bestimmten Farben.

Die deutlichsten Farben werden dann dargestellt, wenn die nachfolgend aufgeführten Bedingungen alle erfüllt sind, d.h. wenn die Polarisationsachse des Polarisators 51 einen Winkel von 45° mit der Richtung der »parallelen Behandlung« von der ersten Flüssigkristallzelle 30 bestimmt; und ferner die Richtung der Polarisationsachse des Polarisators 52 jene des Polarisators 51 unter einem rechten Winkel schneidet oder parallel zu ihr liegt; und ferner die Richtung der »paraHelen Behandlung« bei der zweiten Flüssigkristallzelle 40 einen Winkel von 45° mit der Richtung der Polarisationsachse des Polarisators 52 bestimmt; und ferner die Richtung der Polarisationsachse des Polarisators 53 jene des Polarisators 52 unter einem rechten Winkel schneidet odor zu ihr parallel liegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist vorgesehen, daß beide Flüssigkristallzcllen 30 und 40 mit Vorrichtungen zur Anlegung eines elektrischen Feldes ι versehen sind. Es ist jedoch auch π öglich, diese Vorrichtungen nur für eine der Fir.ssigkristallzellen 30 oder 40 vorzusehen. Des weiteren können auch Vorrichtungen zum Anlegen eines magnetischen Feldes anstelle eines elektrischen Feldes vorgesehen werden. in Beim Anlegen eines magnetischen Feldes ist es auch möglich, die transparenten Elektroden, welche auf den I lussigkristall/cllen 30 und 40 befestigt sind, wegzulassen.

Es ist auch möglich, eine mit Reflexion arbeitende ι -. Flüssigkristall-An/eigcvorrichtung zu verwenden.

Die erfindiingsgcmäße FlüssigkristallAnzeige vorrichtung wird anhand der nachfolgenden Beispiele noch genauer beschrieben.

Beispiel!

Zwei Glassubsirate sind jeweils mit einer transparenten Elektrode beschichtet. Die Oberfläche einer dieser beiden Glassubstrate, die mit einer transparenten Elektrode beschichtet ist. wurde mit einem Baumwoll-

j'i lappen in einer vorgeschriebenen Richtung gerieben, um die oben definierte »parallele Behandlung« /u erzeugen. Die Oberfläche des anderen Glassubstrats, welches mit einer transparenten Elektrode beschichtet ist, wurde durch Verwendung eines organischen Silans

in »senkrecht behandelt«. Die beiden Substrate wurden so angeordnet, daß die behandelten Oberflächen einander zugewandt waren. Zwischen die Substrate wurde ein Abstandshalter eingesetzt, um einen Abstand von 8 μιη zwischen den Elektroden vorzusehen. Eine Mischung

i, aus zwei ncmatischen Flüssigkristallen, nämlich 4'-Methoxybenzyliden-4-n-butylanilin (des weiteren als »MBBA« abgekürzt) und 4'-n-Butoxybenzyliden-4-eyanoanilin (des weiteren als »BBCA« bezeichnet) wurde in den Zwischenraum zv 'sehen den beiden Substraten

κι eingefüllt, um so eine Flüssigkristallzelle zu erzeugen. Die Flüssigkristalle MBBA und BBCA wurden in einem Verhältnis von 4 Gewichtsteilen zu 1 Gewichtsteil gemischt. Die Flüssigkristallmischung hatte e'ne positive dielektrische Anisotropie und einen nematischen

r, Temperaturbereich von8bis57°C.

Die optischen Messungen an dieser Flüssigkristallzelle wurden mit einem Polarisationsmikroskop ausgeführt, wobei selektiv eines von drei Filtern verwendet wurde, welche jeweils den Durchgang eines roten

ν ι Lichtes (R) mit einer dominanten Wellenlänge von 632,7 nm, eines grünen Lichtes (G) mit einer dominanten Wellenlänge von 554,6 nm und eines blauen Lichtes (B) mit einer dominanten Wellenlänge von 452,0 nm aufwiesen. Die durch die Flüssigkristallzelle und durch

·-,·-, irgendeines der drei Filter hindurchtretende Lichtmenge wurde durch einen Photoverstärker aufgenommen und mit dem Durchtritt eines einfallenden weißen Lichtes verglichen.
Zur Ansteuerung wurde sinusförmige Wechselspan-

bo nung mit einer Frequenz von 500 Hz verwendet Die Spannung zwischen den Elektroden wurde verändert, wobei zur Veränderung der Doppelbrechung des Flüssigkristalls mit einer Spannung von 0 V begonnen wurde.

Die Polarisatoren und Flüssigkrisiallzellen wurden so angeordnet, daß die Richtungen der Polarisationsachsen von zwei, in dem Polarisationsmikroskop angeordneten. Polarisatoren einander unter einem rechten Winke!

schnitten und daß die Richtung der Poiarisationsachsen von einem der beiden Polarisatoren einen Winkel von 45° mit der Richtung, in welcher die Substratoberfläche »parallelbehandelt« war, definierten. In Fig.4 ist die Lichtübertragung durch diese Flüssigkristallzelle mit jedem der drei Lichtfilter dargestellt, wobei veränderliche Spannungspegel angelegt wurden.

Der Farbwechsel entsprechend den angelegten Spannungspegeln wurde beobachtet. In Beispiel 1 erschien beim Fehlen eines elektrischen Feldes eine gelb-grüne Farbe. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Farben und Spannungspegel aufgezeigt. In F i g. 4 ist der Spannungsbereich dargestellt, in welchem die verschiedenen Farben jeweils dargestellt werden können, & h. der farbvariable Spannungsbereich. Die in F i g. 4 dargestellten Kurven zeigen den zur Darstellung eines klaren roten, blauen und grünen Lichts geeigneten Spannungsbereich. Dieser liegt zwischen 0 und 15 V (rms) (Effektivwert). Des weiteren ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle 1, daß die zur Darstellung der grünet., blauen und roten Anzeige erforderlichen Spanr.ungspegel eine Spannungsdifferenz von 0,3 V (rms) aufweisen. Daraus ist zu erkennen, daß mit der J(I

vorliegenden Erfindung eine leichte Steuerung der Farbsclektion möglich ist.

Kontrolle 1

Zum Vergleich wurde eine Flüssigkristallzelle vom ECB-Typ untersucht, die wie in Beispiel 1 aufgebaut war, mit dem Unterschied, daß beide Substrate in gleicher Richtung »parallel behandelt« waren. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die für die Darstellung der Farben erforderlichen Spannungspegel.

Das angeführte experimentelle Resultat offenbart, daß bei einem Vergleich mit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, eine konventionelle Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem ECB-System die Anwendung einer zwei- bis dreifach höheren Spannung für die Darstellung von grünem, blauem und rotem Licht erfordert und daß die Spannungspegel eine um ein Drittel geringere Differenz als diejenige bei der erfindungsgerr.äßen Anordnung aufwiesen, was zu erhebJichen Schwierigkeiten bei der Steuerung der Farbselektion führte.

Tabelle 1 Beispiel I (Krllnduna)

!'.onlrolle I (Stund der
Technik)

Flüssigkristall Elektrodenabstand (·<)

Die zur Darstellung verschiedener Farben erforderlichen Spannungspcgel (V rms)

Mischung aus 4 Gewichts- Mischung aus 4 Gewichtsteilen von ΜΒΒΛ und teilen von ΜΒΒΛ und Gewichlsteil von BBCA 1 Gewichtsteil von BBCA

Grün	Beispiel	2	0.6
Blau		0.9
Rot		1.2

Im wesentlichen wurde derselbe Typ einer Flüssigkristallzelle wie in Beispiel I gebildet, mit der Ausnahme, daß ein Flüssigkristall mit einer negativen dielektrischen Anisotropie verwendet wurde und ein Elektrodenabstand von 5 μιτι gewählt wurde. Die Messungen wurden in derselben Art wie in Beispiel I durchgeführt. Es wurden 3 Gewichtsteile von MBBA und 2 Gewichtsteile von 4'-Äthoxybenzyliden-4-n-butylanilin (des weiteren als »EBBA« abgekürzt) zusammengemischt, um einen Flüssigkristall zu bildender eine negative dielektrische Anisotropie und einen nematischen Temperaturbereich zwischen 6 und 53⁰C aufweist. Die bei der Messung der Intensität des durchgelassenen Lichtes erzielten Ergebnisse sind in Fig.5 dargestellt und die Farben mit den angelegten Spannungspegeln sind aus der nachfolgenden Tabelle 2 entnehmbar. In Beispiel 2 zeigte die Farbanzeigevorrichtung eine rote Farbe, wenn keine Spannung angelegt war. Wie aus Kig. 5 erkennbar ist. war der farbveränderliche Spannungsbereich so breit, daß er sich von OV bis 4 V erstreckte. Die Spannungspegel, die zur Darstellung der entsprechen- 2.0 2.1

den Farben erforderlich waren, waren jedoch sehi niedrig und hallen eine große Differenz von ungcfähi I V.

Kontrolle 2

Das Koniroll-ECB-System wurde wie in Beispiel Ά aufgebaut, jedoch waren beide Substrate »senkrechi behandelt«. In F i g. 6 ist die Intensität des durchgclassc nen Lichtes dargestellt, und in der nachfolgender Tabelle 2 sind die angelegten Spannungspegel a υ ige zeigt.

F i g. 6 und Tabelle 2 zeigen, daß bei der Farbanzeige vorrichtung von Konirolle 2 der farbvariable Span nungsbereich in der Nähe von 5,5 bis 7,4 V lag. Di( erforderlichen Spannungspegel für die Darstellung dci Farben waren daher wesentlich höher und reichten vor dem Zwei- bis Zehnfachen gegenüber dem Beispiel 2.

Die zur Darstellung der Farben verwendeter Spannungspegel zeigten eine kleine Differenz von nui 0,4 bis 0.5 V. also einem Wert, der ungefähr gleich dei Hälfte desjenigen Wertes ist, der in Beispiel 2 benötigl wurde, und somit die großen Schwierigkeiten bei dei Steuerung der Farbselektion beweist.

Tabelle 2

Beispiel 2 (F.rfinilung)

Kontrolle 2 (Stand der
Technik)

Flüssigkristall

Elektrodenabstand h)

Die zur Darstellung der Farben
erforderlichen Spannungspegcl
(V rnis)

3 Gewichtsteile von ΜΒΒΛ und 2 Gewichtsteile von EBBA

3 Gewichtsteile von
ΜΒΒΛ und 2 Gewichtsteile von EBBA

Rot	R Q ι ς η ι ί> Ι	3	0,6
Blau		2,0
Grün		3,1

Es wurde die gleiche Anordnung wie bei Beispiel 1 benutzt, mit d<_'m einzigen Unterschied, daß die Polarisaiionsachsen beider Polarisatoren parallel ausgerichtet waren.

In F i g. 7 sind bei der Messung der Intensität des durchgelassenen Lichts erzielten Ergebnisse dargestellt, und in der nachfolgenden Tabelle 3 erscheint die Zuordnung der Farben zu den angelegten Spannungspegeln. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von Beispiel 3 stellte die Komplementärfarben zu jenen Farben dar. die in Beispiel I erschienen.

laoellc 3

Itcispiel ■

lüssiukristall

Elektrodenabstand ( 11

4 Gewichisteile von ΜΒΒΛ und 1 Gewichlsteil von BIK \

Die /ur Darstellung der Farben
erforderlichen Sp.miuinpspegcl
(V rnis)

GeIh

Grün

0.6
0.° 1.2

Im folgenden sind Beispiele beschrieben, bei welchen der Gangiinlcrschicd bei einer Flüssigkrisiallzcllc so gewählt wurde, daß er innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs beim Fehlen eines elektrischen Feldes lag.

Beispiel 4

Im wesentlichen wurde dieselbe Art von Flüssigkristallzcllcn wie in Beispiel I verwendet, mit der Ausnahme, daß ein Elektrodenabstand mit dem nachfolgend erwähnten Bereich gewählt wurde.

Der Gangunterschied der verwendeten Flüssigkristallzcllc wurde so gewählt, daß er innerhalb eines Bereiches von 300 bis lOOOOnm beim Fehlen eines elektrischen Feldes je nach Elektrodenabstand lag. Der entsprechende Elektrodenabstand bei diesem Gangunterschied lag zwischen 2.5 und 83 μηι. In diesem Bereich zeigte die erfindungsgemäßc Farbnnzeigevor-6,0 6.4 6,9

richtung die bereits mehrfach erwähnten Vorteile, dies besonders deutlich oberhalb 9öö nm Gangunterschied (7,5 μίτι Elektrodenabstand).

Wurde andererseits eine Flüssigkristallzelle gewählt, deren Gangunterschied bei 250 nm beim Fehlen eines elektrischen Feldes und bei einem Elektrodenabstand von 2.1 μνη lag. dann erschien ein sehr dunkles grünes Licht, wenn kein elektrisches Feld angelegt wurde. Sogar das Anlegen einer sehr hohen Spannung resultierte nur in einer leichten Aufhellung der Dunkelheit.

Wurde dagegen eine Flüssigkristallzelle mit einem größeren Gangunterschied als 11 000 nm beim Fehlen eines elektrischen Feldes und mit einem Elektrodenabstand von bis zu 92 μπ\ gewählt, dann war eine hohe Spannung von 10 bis 12 V erforderlich, um ein deutlich grünes, blaues im rotes Licht darstellen zu können. Darüber hinaus α ^rten diese Farben einen niedrigeren Grad von Helligkeit, und eine unerwünscht lange Antwortzeil war zur Darstellung dieser Farben erforderlich. Daher fehlten dieser Flüssigkristallzelle die besonderen Eigenschaften, wie sie bei Flüssigknstallzellen auftreten, welche einen Gangunterschied zwischen 300 und lOOOOnm heim Fehlen eines elektrischen Feldes aufweisen.

In Beispiel 4 wurde die Steuerung des Gangunterschiedes durch eine Änderung des Elcktrodenabstandes erreicht. Diese Steuerung kann jedoch auch dadurch ausgeführt werden, daß andere Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie gewählt werden, welche unterschiedliche Grade von Doppelbrechung bei gleichbleibendem Elektrodenabstand aufweisen.

Beispiel 5

Es wurde eine Flüssigkristallzelle entsprechend Beispiel 4 verwendet, mit der Ausnahme, daß der verwendete Flüssigkristall aus MBBA mit einer negativen dielektrischen Anisotropie bestand. Der Gangunterschied der Flüssigkristallzelle wurde mit einem Wert zwischen 100 und 2000 ηm beim Fehlen eines elektrischen Feldes gewählt, wobei der Elektrodenabstand zwischen 0.9 und 17 μπι lag. so daß er dem oben erwähnten Gangunterschied entsprach. In diesem Bereich zeigte die erfindungsgemäße Farbanzeigevorrichtung die bereits erwähnten Vorteile.

Wenn die Flüssigkristallzelle insbesondere einen Gangunterschied von 400 bis 500 nm beim Fehlen eines elektrischen Feldes und bei einem Elektrodenabstand zwischen 3.4 und 4.2 μπι aufwies, dann wurde ein

besonders deutliches rotes, blaues und grünes Licht dargestellt, wenn ein elektrisches Feld an diese Flüssigkristallzelle angelegt wurde.

Hatte eine Flüssigkristallzelle dagegen einen Gangunterschied von nur 60 nm beim Fehlen eines elektrischen Feldes und bei einem Elektrodenabstand von 0,5 μιη, dann zeigte sich eine schwarze Farbe, wenn kein elektrisches Feld angelegt wurde. Nur das Anlegen einer sehr hohen Spannung bewirkte, daß die schwarze Farbe leicht aufgehellt wurde.

Wenn eine Flüssigkristallzelle einen Gangunterschied von 3000 nm beim Fehlen eines elektrischen Feldes und bei einem Elektrodenabstand von 25 μπι aufwies, dann wurde keine deutliche Farbe angezeigt, unabhängig davon, ob an die Flüssigkristallzelle ein elektrisches Feld angelegt wurde oder nicht.

In dem Beispiel 5 wurde der Gangunierschied einer Flüssigkristallzelle durch Veränderung des Elketrodenabstandes gesteuert. Diese Steuerung kann jedoch auch durch andere flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie bewirkt werden, die unterschiedliche Grade der Doppelbrechung bei gleichbleibendem Elektrodenabstand zeigen.

Beispiel 6

Gemäß F i g. 2 wurde die Anordnung in Beispiel 1 durch eine TN-Flüssigkristallzclle und einen drillen Polarisator ergänzt. Die Achsen der beiden Polarisatoren 22 und 23 waren parallel, alle übrigen Richtungen wie bei Beispiel I und der Erläuterung der Fig. 2 beschrieben. Dio Oberfläche von einem der zwei Substrate des TN-Flüssig.''.ristalls *ar mit einer transparenten Elektrode derart beschichtet, daß die Figur »A« angezeigt werden konnte.

Wenn die erste und zweite Flüssigkrisuillzelle jeweils spannungslos waren, dann zeigte die Farbanzeigevorrichtung von Beispiel 6 eine schwarze Farbe. Wenn die zweite Fliissigkristallzelle mit einer Spannung von 1.5 V beaufschlagt wurde, dann erschien die F i g. »A« in einer gelb-grünen Farbe. Der übrige Abschnitt der anzeigenden Oberfläche von diesem Substrat blieb dabei schwarz. Die Fig. »A« wurde in grüner Farbi angezeigt, wenn an die erste Flüssigkristallzelle eine Spannung von 0.6 V angelegt wurde; beim Anlegen einer Spannung von 0,9 V erschien die Figur in einer blauen Farbe; beim Anlegen einer Spannung von 1,2 V erschien die Figur in einer roicn Farbe, und beim Anlegen einer Spannung von 1,7 V erschien die Figur in einer gelben Farbe. In all diesen Fällen bildete der übrige Abschnitt der Anzeigefläche dieses Substrats einen schwarzen Hintergrund,
ϊ

Beispiel 7

Zwei Flüssigkristallzellen (die mit »A-Zeü?« bzw. »B-Zelle« bezeichnet werden) sind im wesentlichen vom

in gleichen Typ wie diejenigen vom Beispiel 1, außer daß der Elektrodenabstand bei diesen Zellen 8 bzw. 14 μιη betrug. Die A- und B-Flüssigkristallzellen wurden derart einander gegenüberliegend angeordnet, daß die Richtungen, in welchen die Oberflächen der Substrate beider

Ii Zellen gerieben wurden, parallel zueinander verlaufen. Es wurden, wie in Fi g. 3 dargestellt, drei Polarisatoren vorgesehen. In diesem Falle waren die Richtungen der Polarisationsachsen der auf der Lichteingangsseite und der Lichtausgangsseite angeordneten Polarisatoren

in parallel zueinander angeordnet, und diese Richtungen bildeten mit der Richtung, in welcher die Oberflächen des Substrats der entsprechenden Flüssigkristallzellen behandelt waren, einen Winkel von 45". Weiterhin wurden die Richtungen der Polarisationsachsen der

_>-. zwei Polarisatoren so verwendet, daß sie mit der Richtung der Polarisationsachse desjenigen Polarisators einen Winkel von 90" bildeten, welcher zwischen den A- und B-Zellen angeordnet war.

Die Kurve A von Fig.8 zeigt das Ergebnis der

«ι spektrophotomeuischen Messung, das allein von der A-ZeIIe bei einer Spannung von 1,4 V erhalten wurde, und die Kurve B zeigt das Meßergebnis, das allein von der B-ZeIIe bei einer Spannung von 0.9 V erhalten wurde, und schließlich zeigt die Kurve C das

Γ: Meßergebnis, das bei einer gemeinsamen Funktion der beiden A- und B-Zellen entstand.

An der Kurve C von Fig. 8 ist erkennbar, daß die Flüssigkristall-Anzcigcvorrichtung von Beispiel 7 nur eine einzige Spitze an Lichlübenrugung bei einem

in schmalen Wellcnlängcnbcreich zwischen 600 nm und 700 nm aufweist, was einer Anzeige eines deutlichen roten Lichtes entspricht.

Wenn die A-ZeIIe der farbigen Flüssigkristall-Anzcigcvorrichtung von Beispiel 7 mit einer Spannung von

I) 4,0 V und die B-ZeIIc mil einer Spannung von 4.^r> V beaufschlagt wurde, dann wurde eine schwarze Farbe angezeigt.

.1 IiIaIt

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Farbanzeige mit mindestens einer aus zwei Substraten ϊ gebildeten Flüssigkristallzelle mit einem zwischen den Substraten angeordneten nematischen Flüssigkristall mit Elektroden auf den Substraten, von denen mindestens eines einschließlich der Elektrode transparent ist und die beide zur senkrechten oder parallelen Ausrichtung der Längsachsen der Moleküle des nematischen Flüssigkristalls oberflächenbehandelt sind und mit wenigstens einem Polarisator im Strahlengang und einer Vorrichtung zur Anlegung einer änderbaren Spannung an die Elektroden . > zur Änderung der Doppelbrechung des Flüssigkristalls, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle am ersten Substrat parallel und am zweiten Substrat senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet Sind. 2"

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie aufweist

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall 2> eine negative dielektrische Anisotropie aufweist

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall von einem elektrolytfreien Feldeffekttyp ist.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch jo gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle durch Wahl des Flüssigkristalls oder des Abstands zwischen den zwei Substraten einen Gangunterschied in einem Bereich zwischen 300 und 10 000 nm beim Fehlen eines elektrischen Feldes aufweist. ι >

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle einen Gangunterschied in einem Bereich von 900 bis lOOOOnm beim Fehlen eines elektrischen Feldes aufweist. w

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle durch Wahl des Flüssigkristalls oder des Abstandes zwischen den zwei Substraten einen Gangunterschied in einem Bereich von 100 bis 2000 nm beim -n Fehlen eines elektrischen Feldes aufweist.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle einen Gangunterschied in einem Bereich von 400 bis 500 nm aufweist. "> <>

9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Flüssigkristallzelle vorgesehen ist.

10 Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung vom transparenten Typ ist und auch das zweite Substrat einschließlich Elektrode transparent ist und daß jeweils ein Polarisator sowohl auf der Lichteingangs- als auch auf der Lichtausgarrgsseite im Strahlengang der Flüssigkristallzelle angeordnet ist.

11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung vom Reflexionstyp ist und der Polarisator auf der Lichteingangsseite im Strahlengang der Flüssigkristallzelle angeordnet ist

12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren einander unter einem rechten Winkel schneiden und daß die Richtung der Polarisationsachse von einem dieser Polarisatorcn einen Winke! von 45° mit der Richtung einschließt, in welcher die Oberfläche des ersten Substrats vorbehandelt ist

13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der Polarisationsachsen der zwei Polarisatoren parallel zueinander angeordnet sind und daß die Richtung der Polarisationsachsen einen Winkel von 45° mit der Richtung einschließt, in welcher die Oberfläche des ersten Substrats vorbehandelt ist

14. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß eine zusätzliche Flüssigkristallzelle vorgesehen ist, welche zwei gegenseitig zugewandte Substrate aufweist, von denen jedes mit einer Elektrode beschichtet ist und in dem Strahlengang der ersten Flüssigkristallzelle angeordnet ist und daß ein nematischer Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie zwischen den beiden Substraten angeordnet ist und daß ferner Mittel vorgesehen sind, welche den Flüssigkristall beim Fehlen eines elektrischen Feldes zu einer 90°-Drehung der Polarisation veranlassen, und daß die 90°-Drehung der Polarisation beim Anlegen eines elektrischen Feldes aufgehoben wird.

15. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flüssigkristallzellen mit Vorrichtungen zur Änderung der Doppelbrechung der nematischen Flüssigkristalle der entsprechenden Flüssigkristallzellen in unabhängiger Arbeitsweise voneinander im Strahlengang vorgesehen sind.