DE2747147A1

DE2747147A1 - Field-effect fluidic crystal display cell - has ridges on facing surfaces of substrate plates to assist in alignment of elongated molecules

Info

Publication number: DE2747147A1
Application number: DE19772747147
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Kando; Kiyoshige Kinugawa; Masaharu Koyama; Shigeru Matsuyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-20
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2747147B2; JPS5352140A

Abstract

The field-effect fluidic crystal display cell has a nematic fluidic crystal layer (8) sandwiched between two substrate plates (1, 4) carrying opposing transparent electrodes (2, 5). The inner face of each substrate plate (1, 4) has a number of parallel ridges, the directions of the ridges for both substrate plates intersecting one another, so that the molecular alignment for the fluidic crystal layer (8) is twisted. The height of the helix defined by the characteristic twist is formulated in terms of the distance between the two substrate plates (1, 4) and the angle between the ridges of the two substrate plates (1, 4).

Description

rlüssigkristallanzeigevorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung eines Feldeffekttyps, dle sich zur Gewinnung einer Hochqualitätsanzeige ohne Erzeugung induzierter Bereiche durch Regulieren der Konzentration eines Flssigkristallstoffes als optisch aktiven Stoffzusatzrs zu einem nematischen Flüssigkristall eignet. Liquid crystal display device The invention relates to a field effect type liquid crystal display device useful for obtaining a high quality display without generating induced areas by regulating the concentration of a liquid crystal substance as an optically active substance additive suitable for a nematic liquid crystal.

Allgemein ist eine Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigevorrichtung durch Ausnutzung einer solchen Erscheinung arbeitsfähig, daß die Molekularausrichtung eines Flüssigkristalls unter der Einwirkung eines angelegten elektrischen Felde zur hinderung gebracht wird, und vorteilhaft wegen eines sehr geringen Leistungsverbrauchs, der Möglichkeit beliebiger Auswahl der Größen von anzuzeigenden Schriftzeichen, Symbolen od. dgl. und der Eignung des Aurbaues der Vorrichtung in einer dünnen Form oder Struktur. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird daher in weitem Umfang bei verschiedenen Anwendungen, wie z. B. numerischer Anzeige von Rechnern auf Tischen, Anzeige von Armbanduhren usw. verwendet. In einer solchen Flfissigkristallanzeigevorrichtung ruft man in ausgewählten Teilen des Flüssigkristalls durch Anlegung eines elektrischen Potentials Änderungen hinsichtlich der Lichtdurchlässigkeit im Verhältnis zu der des übrigen Teils hervor, um dadurch ein sichtbares lüster zu erzeugen. In general, a field effect liquid crystal display device is by Exploitation of such a phenomenon that the molecular orientation of a liquid crystal under the action of an applied electric field is prevented, and advantageous because of a very low power consumption, the possibility of any selection of the sizes of the characters to be displayed, Symbols or the like and the suitability of the construction of the device in a thin form or structure. The liquid crystal display device is therefore widely used in various applications such as B. numeric display of computers on tables, advertisement used by watches, etc. In such a liquid crystal display device one calls in selected parts of the liquid crystal by applying an electric Potential changes in light transmission in relation to the the rest of the part in order to create a visible luster.

Der Stand der technik und die Erfindung sowie deren Vorteile sollen nun im einzelnen anhand der Zeichnung näher erläutert werden; darin zeigen: Seiten Fig. 1 einechnittdarstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zur Veranschaulichung der Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls; Fig. 2 eine vergrößerte Teilperspektivansicht der in Fig. 1 dargestellten Anzeigevorrichtung zur Veranschaulichung der Bewegung oder Verlagerung der FlUssigkristallmoleküle bei Anlegen eines elektrischen Feldes; Fig. 3 eine vergrößerte Teilperspektivansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Molekülausrichtungsregulierfilms zur beschränkenden Regulierung der Ausrichtung der FlüssigkristallmolekUle; Fig. 4 eine schematische Darstellung des Eigendralls eines Flüssigkristalls von verdrallter Struktur; und Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke einer FlUssigkristallschicht und deren Eigendrall zur Nichterzeugung induzierter Bereiche im FlÜssigkristall. The prior art and the invention and their advantages are intended will now be explained in more detail with reference to the drawing; show in it: sides Fig. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device for illustrative purposes the alignment of the molecules of the liquid crystal; Fig. 2 is an enlarged partial perspective view the display device shown in Fig. 1 to illustrate the movement or displacement of the liquid crystal molecules when an electric field is applied; Fig. 3 is an enlarged partial perspective view showing an example a molecular orientation regulating film for restrictively regulating the orientation the liquid crystal molecules; 4 shows a schematic representation of the intrinsic twist a liquid crystal of a twisted structure; and FIG. 5 is a diagram for illustration the relationship between the thickness of a liquid crystal layer and its intrinsic twist for not generating induced areas in the liquid crystal.

Wie oben erwähnt, ist eine Feldeffekt-FlUssigkristallanzeigevorrichtung durch Ausnutzung der Erscheinung arbeitsfähig, daß die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle einer änderung in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld unterworfen wird. Im Zusammenhang mit einer solchen Änderung der Molekülausrichtung ist es bekannt, daß dabei einige Bereiche in der elektrisch aktivierten Flüssigkristallzone erzeugt werden, in denen sich die tiolekularausrichtung unterschiedlich von den anderen Bereichen ändert. Die Erzeugung solcher Bereiche mit untereinander unterschiedlich ausgerichteten Molekülen verschlechtert die Anzeigequalität der FlUssigkristallanzeigevorrichtung erheblich. Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen diese vorstehend beschriebenen Bedingungen. As mentioned above, is a field effect liquid crystal display device by taking advantage of the phenomenon that the alignment of liquid crystal molecules work a change depending on an applied electrical Field is subjected. In connection with such a change in molecular orientation it is known that some areas in the electrically activated liquid crystal zone in which the molecular orientation is different from the other areas changes. The creation of such areas with one another is different aligned molecules deteriorates the display quality of the liquid crystal display device considerable. Figures 1 and 2 illustrate these conditions described above.

In Fig. 1 ist ein gemäß der Figur oberes Substrat 1 mit transparenten Elektroden 2 an seiner inneren Oberfläche in einem bestimmten Muster versehen, während die äußere Oberfläche des Substrats 1 eine Polarisationsschicht oder -platte 3 trägt. In gleichartiger Weise ist ein unteres oder Bodensubstrat 4 mit einer transparenten Gegenelektrode 5 an seiner inneren Oberfläche und einer Polarisationsplatte 6 an seiner äußeren Oberfläche versehen. Im Fall einer Reflexionstyp-Anzeigevorrichtung ist auf der Polarisationsplatte 6 außen noch eine Reflexionsplatte 7 ausgebildet. (Nicht dargestellte) Abstandsstücke sind zwischen dem oberen Substrat 1 und dem unteren Substrat 4 längs deren Umfänge angebracht, um einen Raum mit bestimmtem Abstanddzwischen den Substraten 1 und 4 aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Umfangsteile des Raums zwischen dem oberen Substrat und dem unteren Substrat abzudichten. Der Raum ist mit einem nematischen Flüssigkristall 8 fluiddicht gefüllt. Eine große Zahl von Rillen ist an den inneren Oberflächen sowohl des oberen als auch des unteren Substrats durch Schleifen od. dgl. Behandlung gebildet, die sich in der gleichen Richtung parallel zueinander an jedem der Substrate erstrecken. Diese Rillen dienen zur beschänkenden Regulierung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle. Einige dieser Rillen sind in Fig. 2 als Rillen 9 dargestellt. In Fig. 1 soll angenommen werden, daß die an der inneren Oberfläche des oberen Substrats 1 gebildeten Rillen 9 in der zur Zeichenebene parallelen Richtung erstreckt sind, während sich die an der Innenoberfläche des Bodensubstrats 4 gebildeten Rillen 9 senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Dank dieser Anordnung der Rillen sind die Fldssigkristallmolektlle zwischen den Substraten in einer sog. verdr alten Struktur ausgerichtet, bei der sich die Längsachsen der einzelnen Molekle parallel zu den Innenoberflächen der Substrate 1 und 4 erstrecken, und die verdrallte Struktur hat den Torsionswinkel von 900 für den Abstand zwischen der inneren Oberfläche des oberen Substrats 1 und der inneren Oberfläche des unteren Substrats 4. Die auf der D2eren Oberfläche des oberen Substrats 1 ausgebildete Polarisationsplatte 3 hat eine Polarisationsachse, die parallel oder senkrecht (mit einem Winkel von 900) zur Ausrichtung der slüssigkristallmolekiile an der inneren Oberfläche des Substrats 1, d. h. an der Grenzfläche zwischen dem oberen Substrat 1 und dem Flüssigkristall 8 hat, und die an der äuderen Oberfläche des Bodensubstrats 4 ausgebildete Polarisationsplatte 6 hat eine Polarisationsachse, die parallel oder senkrecht (mit einem Winkel von 900) zur Ausrichtung der I1lüssigkristallmoleküle an der inneren Oberfläche des Substrats 4, d. h. an der Grenzfläche zwischen dem Bodensubstrat 4 und dem Flüssigkristall 8 ist. In Fig. 1, an upper substrate 1 according to the figure is transparent Electrodes 2 provided on its inner surface in a certain pattern while the outer surface of the substrate 1 carries a polarization layer or plate 3. In a similar way is a lower or bottom substrate 4 with a transparent Counter electrode 5 on its inner surface and a polarizing plate 6 provided on its outer surface. In the case of a reflection type display device a reflection plate 7 is also formed on the outside of the polarization plate 6. Spacers (not shown) are between the upper substrate 1 and the lower substrate 4 along their perimeters attached to a space with certain To maintain the spacing between the substrates 1 and 4 and at the same time the To seal peripheral parts of the space between the upper substrate and the lower substrate. The space is filled with a nematic liquid crystal 8 in a fluid-tight manner. A big Number of grooves are on the inner surfaces of both the upper and lower Substrate formed by grinding od. Like. Treatment, which is in the same Direction parallel to each other on each of the substrates. These grooves serve for the restrictive regulation of the alignment of the liquid crystal molecules. Some this Grooves are shown as grooves 9 in FIG. 2. In Fig. 1 it should be assumed that the grooves 9 formed on the inner surface of the upper substrate 1 in the direction parallel to the plane of the drawing, while those at the Inner surface of the bottom substrate 4 formed grooves 9 perpendicular to the plane of the drawing extend. Thanks to this arrangement of the grooves, the liquid crystal molecules are between aligned with the substrates in a so-called twisted structure in which the Longitudinal axes of the individual molecules parallel to the inner surfaces of the substrates 1 and 4, and the twisted structure has the torsion angle of 900 for the distance between the inner surface of the upper substrate 1 and the inner one Surface of the lower substrate 4. The one on the second surface of the upper substrate 1 formed polarizing plate 3 has a polarization axis that is parallel or perpendicular (at an angle of 900) to the alignment of the liquid crystal molecules on the inner surface of the substrate 1, i.e. H. at the interface between the upper substrate 1 and the liquid crystal 8, and the one on the outer surface of the bottom substrate 4 formed polarizing plate 6 has a polarization axis, the parallel or perpendicular (with an angle of 900) to the alignment of the liquid crystal molecules on the inner surface of the substrate 4, i.e. H. at the interface between the Bottom substrate 4 and the liquid crystal 8 is.

Bei einer solchen vorstehend beschriebenen Anordnung der Anzeigevorrichtung erreichen auf die Frontseite einer Anzeigetafel einfallende, d. h. in Fig.l von oben kommende Lichtstrahlen den Flüssigkristall 8 nach Polarisierung durch die Polarisationsplatte 3 und Durchgang durch das obere Substrat 1. Während des Durchgangs durch den Flüssigkristall 8 wird das Licht optisch um 900 gedreht und nach Durchgang durch das Bodensubstrat 4 und die Polarisationsplatte 6 von der Reflexionsplatte 7 zur Front(ober)seite reflektiert. Nimmt man an, daß ein elektrisches Potential zwischen der am Bodensubstrat 4 angeordneten Elektrode 5 und ausgewählten Elektroden der am oberen Substrat 1 ausgebildeten slektroden 2 angelegt wird, so neigen die MoleKüle des Flüssigkristalls in den ausgewählten elektroden entsprechenden Bereichen zur Verlagerung, wobei die Längsachsen der einzelnen Kristallmoleküle in der Richtung des erzeugten elektrischen Feldes ausgerichtet werden. So verlieren die Flüssigkristallmoleküle die Drehpolarisation mit dem Ergebnis, daß die nach Durchgang durch die Polarisationsplatte 3 und das obere Substrat 1 in die den ausgewählten Elektroden entsprechenden Fldssigkristallbereiche kommenden Lichtstrahlen nicht polarisiert und daher am Erreichen der Reflexionsplatte 7 durch die Schirmwirkung der Polarisationsplatte 6 gehindert werden, deren Polarisationsachse sich nun von der des Lichts um 90° unterscheidet. In dieser Weise erscheinen die den an das elektrische Potential gelegten ausgewählten Elektroden 2 entsprechenden Flliss igkristallbereiche einem die Anzeigevorrichtung von deren Frontseite betrachtenden Beobachter dunkel, wodurch ein ausgewähltes Muster erkennbar ist. Wenn auf die FlUssigkristallmoleküle in einer verdrillten Ausrichtung das elektrische Feld einwirkt, um ihre Ausrichtungen zu ändern, neigen die MolekUle zu einer Bewegung, um ihre Ausrichtungen parallel zur Richtung des elektrischen Feldes zu erreichen, wobei sie sich in einer Richtung zur Beseitigung der Torsion der verdrallten Ausrichtung drehen. Jedoch werden allgemein die Längsachsen der FlUssigkristallmolekUle nicht genau parallel zur Richtung des elektrischen Feldes, sondern tendieren zu einer Ausrichtung mit einer geringen Neigung. In Fig.l ist der Zustand der Moleküle ohne angelegtes elektrisches Feld bei A dargestellt, während die Zustände unter Einwirkung eines elektrischen Feldesbei B, C und D dargestellt sind. With such an arrangement of the display device as described above reach incident on the front of a display board, i. H. in Fig.l of light rays coming above the liquid crystal 8 after polarization by the polarizing plate 3 and passage through the upper substrate 1. During the passage through the liquid crystal 8 the light is optically rotated by 900 and after passage through the bottom substrate 4 and the polarizing plate 6 from the reflection plate 7 reflected to the front (upper) side. Assume that there is an electrical potential between the electrode 5 arranged on the bottom substrate 4 and selected electrodes the slectrode 2 formed on the upper substrate 1 is applied, so they tend to Molecules of the liquid crystal in the selected electrode-corresponding areas for displacement, the longitudinal axes of the individual crystal molecules in the direction of the generated electric field are aligned. So the liquid crystal molecules lose the rotational polarization with the result that the after passing through the polarizing plate 3 and the upper substrate 1 into the liquid crystal regions corresponding to the selected electrodes incoming light rays not polarized and therefore on reaching the reflection plate 7 prevented by the shielding effect of the polarization plate 6, the polarization axis now differs from that of light by 90 °. This is how the correspond to the selected electrodes 2 applied to the electrical potential Liquid crystal regions looking at the display device from its front side Observer dark, whereby a selected pattern can be seen. When on the liquid crystal molecules in a twisted alignment the electric field acts to change their alignments To change, the molecules tend to move to keep their orientations parallel to achieve the direction of the electric field, moving in one direction rotate to remove the torsion of the twisted alignment. However, it will be general the long axes of the liquid crystal molecules are not exactly parallel to the direction of the electric field, but tend to be one Alignment with a slight slope. In Fig.l is the state of the molecules without applied electrical Field shown at A, while the states under the action of an electric Fields at B, C and D.

Wenn die Flüssigkristallmoleküle parallel zu den Grenzflächen und in einer verdrillten Ausrichtung beim Verdrillungs-oder Torsionswinkel von 900 angeordnet sind, wie in Fig. 1 bei A dargestellt ist, haben die Moleküle eine Freiheit, die eine oder die andere von zwei Rotationsrichtungen, d. h. When the liquid crystal molecules are parallel to the interfaces and arranged in a twisted orientation at the twist or torsion angle of 900 are, as shown in Fig. 1 at A, the molecules have a freedom that one or the other of two directions of rotation, d. H.

die in Fig. 2 durch einen Pfeil L angedeutete Gegenuhrzeigerrichtung und die durch einen Pfeil R angedeutete Uhrzeigerrichtung, zu wählen. Daher entstehen Bereiche, in denen die Moleküle in der im Gegenuhrzeigersinn verdrillten Ausrichtung angeordnet sind, und andere Bereiche, wo die Moleküle in im Uhrzeigersinn verdrillter Ausrichtung angeordnet sind. Ein Anlegen des elektrischen Feldes unter diesen Bedingungen führt zu Bereichen, wo die Moleküle ihre Ausrichtungen in einer bei B und D in Fig. 1 dargestellten Weise ändern, und zu anderen Bereichen, wo die lekUle in der bei C in Fig. 1 angedeuteten Weise ausgerichtet sind, da die Flüssigkristallmoleküle die Tendenz haben, ihre Ausrichtungen unter Drehung zur Beseitigung der Torsion der verdrallten Ausrichtung zu ändern. Dies fUhrt seinerseits zu einer Ungleichheit oder Ungleichmäßigkeit der vom Benutzer beobachteten Anzeige infolge unterschiedlicher Anzelgekontra8te, wie sie durch den Unterschied in den Ausrichtungsrichtungen verursacht werden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, setzt man einen Flüssigkristallstoff mit optisch aktivem Verhalten zu, um die Drallrichtung in der Ausrichtung der nematischen FlUssigkristaltm« ea /beschränkend zu regulieren. Es sind zwei Arten von optisch aktiven Storen bekannt, deren eine ein-Uhrzeigerdrallverhalten und deren andere ein Gegenuhrzeigerdrallverhalten aufweisen. Wenn der eine oder der andere'dieser optisch aktiven Stoffe zugesetzt wird, läßt sich die Drallrichtung der nematischen Flüssigkristallmoleküle auf eine einzige ausgewählte beschränken. Dabei neigen beim Anlegen eines elektrischen Feldes die FlUssigkristallmoleküle zur gleichmäßigen Bewegung unter gleichzeitiger Drehung in der gleichen Richtung zur Beseitigung der Torsion der verdrillten Ausrichtung. In diesem Zusammenhang soll festgestellt werden, daß die Begriffe "Uhrzeigersinn" und "Gegenuhrzeigersinn" relativ zueinander verwendet werden. Zur Verdeutlichung der Beschreibung wird hierin definiert, daß der Uhrzeigerdrall und der Gegenuhrzeigerdrall bedeuten, daß die Ausrichtungen der Moleküle an der Grenzfläche des oberen Substrats 1 im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn relativ zu denen der Moleküle an der Grenzfläche des Bodensubstrats 4 sind, wenn die Anzeigevorrichtung von der Frontseite, d. h. in der Hichtung vom oberen Substrat 1 zum unteren Substrat 4 betrachtet wird.the counterclockwise direction indicated by an arrow L in FIG and the clockwise direction indicated by an arrow R. Hence arise Areas where the molecules are in the counterclockwise twisted orientation and other areas where the molecules are twisted in a clockwise direction Alignment are arranged. An application of the electric field under these conditions leads to areas where the molecules change their orientations in one of B and D in Fig. 1 way shown, and to other areas where the lekUle in the case C in Fig. 1 are aligned as the liquid crystal molecules have a tendency to rotate their alignments to eliminate the torsion to change the twisted orientation. This in turn leads to inequality or unevenness of the display observed by the user due to different Display contrasts, such as those caused by the difference in the alignment directions will. In order to overcome this disadvantage, a liquid crystal substance is used optically active behavior to the twist direction in the alignment of the nematic Limiting regulation of liquid crystal. There are two types of optical active blinds known, one clockwise twist behavior and the other have a counterclockwise twist behavior. If one or the other of these optically Active substances are added, the twist direction of the nematic liquid crystal molecules limit to a single selected one. Doing so tend to apply an electrical Field the liquid crystal molecules to move evenly while at the same time Rotation in the same direction to remove the torsion of the twisted orientation. In this context it should be noted that the terms "clockwise" and "counterclockwise" can be used relative to one another. For clarification of the specification is defined herein as the clockwise twist and the counterclockwise twist mean that the orientations of the molecules at the interface of the upper substrate 1 clockwise or counterclockwise relative to those of the molecules on the Are the boundary surface of the bottom substrate 4, if the display device is viewed from the front, d. H. is viewed in the direction from the upper substrate 1 to the lower substrate 4.

5 ist jedoch bereits bekannt geworden,da83 auch, wenn die Drehrichtungen der tfl.olekAle bei der Bewegung nach Anlagen eines elektrischen Feldes gleichmäßig gemacht werden, noch Bereiche entstehen, wo sich die Molekülausrichtung von den anderen Bereichen in der elektrisch aktivierten Zone unterscheidet. 5 has already become known, however, that even if the directions of rotation are of the tfl.olecals evenly when moving after applying an electric field are made, areas still arise where the molecular alignment differs from the different areas in the electrically activated zone.

Im einzelnen neigen, wenn die FlUssigkristallmoleküle in einer Richtung, z. B. in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden, einige Moleküle zu einer Bewegung, bei der ihr eines Ende in der in Fig. 2 durch einen Pfeil v angedeuteten Richtung verlagert wird, während andere MolekUle zu einer Bewegung neigen, bei der ihr eines Ende in der durch den Pfeil F angedeuteten Richtung verlagert wird. Folglich nehmen solche MolekUle, die sich von den Endteilen a zu bewegen beginnen, solche Ausrichtungen an, wie sie in Fig.1 bei B und D dargestellt sind, während solche Moleküle, die sich vom «nde b beginnend drehen, die bei C in Fig. 1 dargestellten Ausrichtungen annhrnn. Die Bereiche, in denen sich die Molekülausrichtungen voneinander unterscheiden, verursachen das Auftreten einer ungleichmäßigen Anzeige mit unterschiedlichen Kontrasten.In particular, if the liquid crystal molecules tend in one direction, z. B. rotated counterclockwise, some molecules into motion, at one end in the direction indicated by an arrow v in FIG is shifted, while other molecules tend to move, with one of them The end is displaced in the direction indicated by the arrow F. Hence take those molecules that begin to move from the end portions a have such orientations as shown in Fig. 1 at B and D are shown while such Molecules that rotate starting from the end b are those shown at C in FIG Accept alignments. The areas where the molecular orientations differ from each other different cause the occurrence of uneven display with different Contrasts.

Diese 3ereiche werden als "induzierte Bereiche"bezeichnet.These areas are referred to as "induced areas".

Zum Vermeiden des Auftretens solcher induzierter Bereiche ist es bekannt, Ausrichtungsregulierfilme auf den inneren Oberflächen des oberen Substrats 1 und des unteren Substrats 4 vorzusehen, um die Bewegungen der Flüssigkristallmoleküle nach eindeutig Anlegen eines elektrischen Feldes/beschränkend zu regulieren.To avoid the occurrence of such induced areas, it is known to Alignment regulating films on the inner surfaces of the upper substrate 1 and of the lower substrate 4 to accommodate the movements of the liquid crystal molecules after unequivocally applying an electric field / to be regulated in a restrictive manner.

Man erkennt in Fig.3, die eine vergrö3erte Teilperspektivansicht zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Ausrichtungdregulierfilms ist, diesen Film 10, der auf der inneren Oberfläche des Bodensubstrats 4 (oder des oberen Substrats 1) mit der Elektrode 5 (oder den Elektroden 2) ausgebildet ist. Der Ausrichtungsregulierfilm 10 hat eine Oberfläche, die durch eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten länglichen Streifenoberflächen gebildet ist, deren jede Oberflächenbereiche 12 und 13 in Form von steilen bzw. flachen Böschungen abgwechselnd nebeneinander in zusammenhängender oder wellenartiger Form enthält. Rinnen 11 werden zwischen der steilen Böschungsfläche 12 und der flachen Böschungsfläche 13 definiert, die sich im wesentlichen parallel zur inneren Oberfläche des Substrats erstrecken. Die Breite der länglichen Streifenoberfläche oder die Länge e der Rinne 11 ist größer als die Längsachse des FlüssigkristallmolekUls. So erstrecken sich die innerhalb der Rinnen 11 gelagerten MolekUle im wesentlichen parallel zur inneren Oberfläche des Substrats. Die Richtung der im Ausrichtungsregulierfilm auf dem Bodensubstrat 4 gebildeten Rinnen 11 bildet einen rechten Winkel zur Richtung der Rinnen 11 des Ausrichtungsregulierfilms auf dem oberen Substrat, wodurch de Flüssigkristallmoleküle zwischen diesen Substraten in einer verdrallten Ausrichtung mit einem Torsions- oder Drallwinkel von 90° angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel wird ein optisch aktiver Stoff mit einem Uhrzeigersinn-Drallverhalten zugesetzt, so daß die Flüssigkristallmoleküle im Uhrzeigersinn verdrallt werden. Es ist festzustellen, daß die verdrallte Ausrichtung der Moleküle mit einem Drall- oder Torsionswinkel von 90° nur dem Zweck eines Ausführungsbeispiels dient. Im Fall der FlUssigkristallanzeigevorrichtung wird Ublicherweise die verdrallte Ausrichtung mit einem Drall- oder Torsionswinkel im Bereich von 70 bis 900 verwendet. Beispielsweise kann der Ausrichtungsregulierfilm 10 auf dem unteren (oder oberen) Substrat durch Verdampfen von Siliziumdioxid mit einer AuflamPfungsrate von etwa 1 2/sec in der Richtung ausgebildet werden, die einen Winkel im Bereich von 50 - 73° bezüglich der auf der Ebene der inneren Oberfläche des unteren (oder oberen) Substrats senkrechten Linie bildet. One recognizes in Fig. 3, an enlarged partial perspective view to illustrate an embodiment of the alignment regulating film is this Film 10 deposited on the inner surface of the bottom substrate 4 (or the top substrate 1) is formed with the electrode 5 (or the electrodes 2). The alignment regulating film 10 has a surface defined by a plurality of juxtaposed elongated Strip surfaces is formed, each of which surface areas 12 and 13 in the form of steep or flat embankments alternately next to each other in contiguous or wave-like shape. Gutters 11 are between the steep slope surface 12 and the flat embankment surface 13 are defined, which are substantially parallel extend to the inner surface of the substrate. The width of the elongated stripe surface or the length e of the groove 11 is greater than the longitudinal axis of the liquid crystal molecule. Thus, the molecules stored within the grooves 11 extend substantially parallel to the inner surface of the substrate. The direction of the alignment regulating film Grooves 11 formed on the bottom substrate 4 forms a right angle to the direction the grooves 11 of the alignment regulating film on the upper substrate, through which de Liquid crystal molecules between these substrates in a twisted orientation are arranged with a torsion or twist angle of 90 °. In the example shown an optically active substance with a clockwise twist behavior is added, so that the liquid crystal molecules are twisted clockwise. It is to be noted that the twisted alignment of the molecules with a twist or torsion angle of 90 ° only serves the purpose of an exemplary embodiment. In the case of the liquid crystal display device Usually, the twisted alignment with a twist or torsion angle used in the range from 70 to 900. For example, the orientation regulating film may be 10 on the lower (or upper) substrate by evaporation of silicon dioxide with at an inflation rate of about 1 2 / sec in the direction which an angle in the range of 50-73 degrees with respect to that on the plane of the inner surface of the lower (or upper) substrate forms a vertical line.

Die Beziehung zwischen der Richtung, in der die Aufdampfung erfolgt, und der Ausrichtung der FlUssigkristallmolekUle ist beispielsweise aus dem Aufsatz "Measurement of Alignment Tilt in Twisted Nematic Displays" von K. Toriyama und T. Ishibashi in "NonemissiveElectrooptic Displays", 1976, Seiten 145 - 148 bekannt.The relationship between the direction in which evaporation occurs, and the alignment of the liquid crystal molecules is, for example, from the article "Measurement of Alignment Tilt in Twisted Nematic Displays" by K. Toriyama and T. Ishibashi in "Nonemissive Electrooptic Displays", 1976, pages 145-148.

Bei einer solchen Anordnung bewirkt das Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen den Elektroden 5 und ausgewählten der Elektroden 2, daß sich die dazwischen befindlichen FlUss lgkristallmolekUle unter Änderung ihrer A usrichtungen zur Richtung des angelegten elektrischen Feldes unter Drehung in der Entdrillungsrichtung bewegen. Im einzelnen neigen die an oder nahe der Oberfläche des Ausrichtungsregulierfilms 10 des Bodensubstrats 4 liegenden FlUssigkristallmolekUle zum Drehen in der Uhrzeigerrichtung, wenn vom oberen Substrat 1 zum unteren Substrat 4 gesehen. Jedoch wird das Ende b des Moleküls an einer Bewegung durch die steile Böschung 12 gehindert, während eine Bewegung des Endes a aufwärts längs der flachen Böschung 13 möglich ist. In dieser Weise erfolgt die änderung der Molekulausrichtung gleichmäßig ohne Erzeugung unerwünschter induzierter Bereiche. With such an arrangement, the application of an electrical Potential between the electrodes 5 and selected one of the electrodes 2 that are the liquid crystal molecules in between, changing their orientations the direction of the applied electric field with rotation in the untwisting direction move. Specifically, those on or near the surface of the alignment regulating film tend to be 10 of the bottom substrate 4 lying liquid crystal molecules to rotate in the clockwise direction, if from the upper substrate 1 seen towards the lower substrate 4. However the end b of the molecule is prevented from moving through the steep slope 12, while a movement of the end a upwards along the flat slope 13 is possible is. In this way, the change in the molecular orientation takes place uniformly without Creation of unwanted induced areas.

Die Mittel zum Verhindern der Erzeugung induzierter Bereiche durch Zusammenwirken des zugesetzten optisch aktiven Stoffes und des Ausrichtungsregulierfilms 10 sind nur wirksam, wenn die Flüssigkristallmoleküle in der verdrallten Ausrichtung eine Kraft zur Beseitigung der Torsion der verdrallten Ausrichtung, d. h. eine vntdrallungskraft haben, die Uber einem bestimmten Wert liegt. Wenn beispielsweise die Entdrallungskraft der MolekUle nahezu gleich Null ist, tritt keine Drehbewegung der MolekUle in der Entdrallungsrichtung auf, so daß sich die MolekUle, beginnend vom Ende a oder b, ohne jede Drehung bewegen können. So wird die Wahrscheinlichkeit einer Bewegung, die vom Ende a beginnt, und der, die vom Ende b beginnt, gleich, was zur Möglichkeit des Auftretens induzierter Bereiche fUhrt. Eine solche unerwUnschte Erscheinung findet statt, wenn die Menge des zur Regulierung der Richtung des Dralls der MolekUle zugesetzten optisch aktiven Stoffs ungeeignet ist. The means of preventing the generation of induced areas by Cooperation of the added optically active substance and the alignment regulating film 10 are only effective when the liquid crystal molecules are in the twisted alignment a force to remove the torsion of the twisted orientation, d. H. a twisting force that is above a certain value. If, for example, the untwisting force of the molecules is almost equal to zero, there is no rotational movement of the molecules in the Untwisted direction, so that the molecules, starting from end a or b, can move without any rotation. So the probability of movement which begins from end a, and that which begins from end b, whatever the possibility the occurrence of induced areas. Such an undesirable phenomenon takes place when the amount of to regulate the direction of the twist of the molecules added optically active substance is unsuitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu entwickeln, die zur Erzeugung einer Hochqualitätsanzeige unter Verhinderung des Auftretens induzierter Bereiche der genannten Art durch Regulierung des Anteils eines einem nematischen Flussigkristall zugesetzten optisch aktiven Stoffes geeignet ist. The invention is based on the object of a liquid crystal display device to develop capable of producing a high quality display while preventing the Occurrence of induced areas of the type mentioned by regulating the proportion an optically active substance added to a nematic liquid crystal is.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist die im Patentanspruch näher gekennzeichnete Vorrichtung. The subject of the invention, with which this object is achieved, is Device characterized in more detail in the claim.

Wenn die Eigendrallganghöhe eines Flüssigkristallstoffes mit einer verdrillten Struktur bei Verwendung als optisch aktiver Stoff durch P0( µm), die Eigendrallganghöhe des nematischen Flüssigkristalls, dem der optisch aktive Stoff zugesetzt ist und der so eine verdrallte Struktur aufweist, durch P(yum) und die Konzentration des optisch aktiven Stoffes, der dem nematischen Flüssigkristall zugesetzt wird, durch C (Gew. %) dargestellt werden, existiert zwischen diesen Faktoren die folgende Beziehung: P = 100 P0 ............................. (1) c Im Zusammenhang mit der Terminologie ist darauf hinzuweisen, daß "Eigendrallganghöhe" eine Distanz oder Länge bedeutet, längs deren die FlUssigkri t0allmolekUle in einer verdrallten Ausrichtung um einen Ga entsprechend der Darstellung in Fig. 4 unter der Bedingung verdrallt sind, daß die Moleküle frei von jeder Regulierung hinsichtlich ihrer Ausrichtung, also beispielsweise nicht einer zwangsweisen Verdrallungsausrichtung, wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind. Demgemäß wird im Fall, wo die FlUssigkristallmolekUle mit dem Drallwinkel von 900 über einen Weg entsprechend der Dicke d ( µm) der Flüssigkristallschicht, wie bei A in Fig. 1 gezeigt ist, verdrallt sind, wenn die Beziehung P = 4d gilt, die Drallganghöhe der zwischen dem oberen Substrat 1 und dem unteren Substrat 4 enthaltenen Flüssigkristallmoleküle in der verdrallten Ausrichtung mit Hilfe der Rinnen 11 gleich der Eigendrallganghöhe P des Flüssigkristalls, der so im verdrallten Zustand stabilisiert wird. Dies bedeutet, daß die Entdrallungskraft Null ist. If the natural twist pitch of a liquid crystal substance with a twisted structure when used as an optically active substance due to P0 (µm), the Intrinsic twist pitch of the nematic liquid crystal, which is the optically active substance is added and which has such a twisted structure, by P (yum) and the Concentration of the optically active substance added to the nematic liquid crystal is represented by C (wt%) exists between these factors the the following relationship: P = 100 P0 ............................. (1) c In context with the terminology it is to be pointed out that "own twist pitch" is a distance or length means along which the liquid crystal in a twisted Alignment around a Ga as shown in Fig. 4 under the condition are twisted so that the molecules are free from any regulation with regard to their orientation, So, for example, not a compulsory twist alignment, as in Fig. 3 is shown. Accordingly, in the case where the liquid crystal molecules with the twist angle of 900 over a distance corresponding to the thickness d (µm) of the liquid crystal layer, as shown at A in Fig. 1, are twisted when the relationship P = 4d applies, the twist pitch between the upper substrate 1 and the lower substrate 4 contained Liquid crystal molecules in the twisted alignment with the help of the grooves 11 equal to the eigen-twist pitch P of the liquid crystal, the so is stabilized in the twisted state. This means that the untwisting force Is zero.

So ist, um den Flüssigkristallmolekülen eine Entdrallungskraft zu verleihen, die Bezienung P t 4d, d. h.So is to give an untwisting force to the liquid crystal molecules lend, the description P t 4d, d. H.

P> 4d oder P < 4d erforderlich.P> 4d or P <4d required.

Jedoch wird im Fall, wo P 4 4d ist, den auf halben Wege der Entfernung d befindlichen FlussigkristallmolekUlen sowohl eine Uhrzeigersinn-Entdrallungskraft als auch eine Gegenuhrzeigersinn-rntdrallungskraft verliehen, da der FlUssigkristall in einer verdrillten Ausrichtung mit einem Drallwinkel über 900 zur Verdrillung mit dem Drallwinkel von 900 gezwungen wird. Beispielsweise werden, wenn P = 2d ist, die Flüssigkristallmoleküle, die in einer verdrallten Ausrichtung mit einem Drallwinkel von 1800 angeordnet sind, zwangsweise mit dem Drallwinkel von 900 angeordnet. Unter solchen Umständen drückt das Anlegen eines elektrischen Feldes zur Lösung der MolekUle aus der zwangsweise verdrallten Ausrichtung eine Uhrzeigersinn-Entdrallungskraft und eine Gegenuhrzeigersinn-Entdrallungskraft gleicher Größe auf die in der durch d,/2 ausgedrückten Lage befindlichen Moleküle auf. Folglich werden die Ausrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in der der Einwirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzten Zone ungleichmäßig und erzeugen unterschiedliche AnzeigekontraSte, die ihrerseits die Anzeigequalität verschlechtern. Da eine Flüssigkristallanzeigervorrichtung gegenwärtig eine verdrallte Struktur mit einem Drallwinkel i Bereich von 70 bis 900, wie oben erwähnt, verwendet, variiert die Beziehung zwischen P und d in Abhängigkeit vom Drall-der Torsionswinkel. Im einzelnen bedeutet die Beziehung P = 4d, daß die ntdrallungskraft im Fall einer FlÜssigkristallanzeigevorrichtung Null ist, in der der Flüssigkristall in der verdrallten Ausrichtung mit dem Drallwinkel von 900 angeordnet ist. bXn wird ohne weiteres feststellen, daß die rntdrallungskraft, wenn der Drallwinkel db ist, unter der Bedingung P = (360/).d Null wird. Es wurde im Laufe von seitens der Erfinder durchgeführten Versuchen, wie unten erläutert, gefunden, daß eine gute Anzeigequalität nicht stets erhältlich ist, wenn PL (360/α).d ist. Im einzelnen zeigten experimentelle Beobachtungen der Anzeigequalität unter Variation der Werte von P und d, daß, wenn P > (360/d ).d ist, der Fall, wo eine gute Anzeigequalität erhältlich ist, aber auch der Fall auftritt, wo die Anzeigequalität eher verschlechtert wird, was bedeutet, daß die Auswahl der Beziehung zwischen P und d schwierig ist. Die Ergebnisse der Versuche fUhrten so zum Schluß,daß die Bedingung P > (360/α ).d eingehalten werden muß. However, in the case where P 4 is 4d, it becomes the halfway point of the distance d located liquid crystal molecules both a clockwise untwisting force as well as a counterclockwise twisting force imparted to the liquid crystal in a twisted orientation with a twist angle greater than 900 to twist is forced with the helix angle of 900. For example, if P = 2d, the liquid crystal molecules that are in a twisted alignment with a twist angle of 1800 are arranged, forcibly arranged with the helix angle of 900. Under such circumstances pushes the application of an electric field to dissolve the molecules a clockwise untwisting force from the forcibly twisted alignment and a counterclockwise untwisting force of equal magnitude to that in the through d, / 2 expressed position molecules. Consequently, the alignments of the liquid crystal molecules in the exposed to the action of an electric field Zone unevenly and produce different display contrasts, in turn degrade the display quality. As a liquid crystal display device currently a twisted structure with a twist angle i range from 70 to 900, as above mentioned, the relationship between P and d varies depending on the Twist - the angle of torsion. In detail, the relation P = 4d means that the twisting force in the case of a liquid crystal display device is zero, in that of the liquid crystal in the twisted alignment with the twist angle of 900 is arranged. bXn will readily determine that the twisting force, if is the twist angle db, under the condition P = (360 /). d becomes zero. It was in In the course of experiments carried out by the inventors, as explained below, found that good display quality is not always available when PL (360 / α) .d is. In particular, experimental observations showed the display quality below Variation of the values of P and d that if P> (360 / d) .d, the case where a good display quality is obtainable, but there is also a case where display quality occurs tends to deteriorate, meaning that the choice of the relationship between P and d is difficult. The results of the experiments led to the conclusion that the condition P> (360 / α) .d must be observed.

Die Entdrallungskraft # F wird genau durch die folgende Gleichung gegeben: Das Auftreten induzierter Bereiche wird verhindert, indem man den FlUssigkristallmolekUlen, wie erwähnt, eine höhere Entdrallungskraft als einen bestimmten Wert verleiht. Daher ist es möglich,das Auftreten von induzierten Bereichen durch geeignete Wahl der Eigendrallganghöhe P des FlUssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht auf der Basis der Gleichung (2) zu verhindern.The untwisting force # F is given exactly by the following equation: The occurrence of induced areas is prevented by giving the liquid crystal molecules, as mentioned, a higher untwisting force than a certain value. Therefore, it is possible to prevent induced regions from occurring by appropriately selecting the natural twist pitch P of the liquid crystal and the thickness d of the liquid crystal layer on the basis of the equation (2).

Es wurden verschiedene Experimente durchgeführt, in deren di erfinder einen nematischen Flüssigkristall worin r4, R5 und R6 eine Alkylgruppe oder Alkoxygruppe bedeuten, und einen optisch aktiven Stoff methylbutyloxy)-4-cyanobiphenyl) verwendeten.Various experiments were carried out in which di inventor a nematic liquid crystal wherein r4, R5 and R6 represent an alkyl group or an alkoxy group, and an optically active substance methylbutyloxy) -4-cyanobiphenyl) used.

Die Mischung der obigen Flüssigkristalle wird in den zwischen dem oberen Substrat 1 und dem unteren Substrat 4 begrenzten Raum in der verdrallten Ausrichtung mit dem Drall-oder Torsionswinkel α eingebracht. Es wurden Beobachtungen hinsichtlich der Erzeugung von induzierten Bereichen unten Variation der Eigendrallganghöhe P (/um) der Flüssigkristallmischung und des Abstandes d (/um) zwischen dem oberen und dem unteren Substrat (Dicke der Flüssigkristallschicht) rur mehrere Werte des Drallwinkels α (Grad) vorgenommen. Es wurde gefunden, daß kein induzierter I3ereich erzeugt wird, sofern die folgende Bedingung eingehalten wird: Fig. 5 veranschaulicht graphisch die versuchsergebnisse in dem Fall, wo die Flüssigkristallmischung eine verdrallte Struktur mit dem Drallwinkel von 90° aufweist. In dieser Figur ist die Dicke d der Flüssigkristallschicht längs der Abszisse genommen, während die Eigendrallganghöhe P der Flüssigkristallmischung längs der Ordinate aufgetragen ist.The mixture of the above liquid crystals is introduced into the space delimited between the upper substrate 1 and the lower substrate 4 in the twisted orientation with the twist or torsion angle α. Observations were made with regard to the generation of induced areas at the bottom, variation of the intrinsic twist pitch P (/ µm) of the liquid crystal mixture and the distance d (/ µm) between the upper and the lower substrate (thickness of the liquid crystal layer) for several values of the twist angle α (degrees) . It has been found that no induced region is generated if the following condition is met: 5 graphically illustrates the test results in the case where the liquid-crystal mixture has a twisted structure with the twist angle of 90 °. In this figure, the thickness d of the liquid-crystal layer is taken along the abscissa, while the natural twist pitch P of the liquid-crystal mixture is taken along the ordinate.

Parallel zur Abszisse gezogene gestrichelte Linien stellen Konzentrationen des optisch aktiven Stoffes entsprechend den Eigendrallganghöhen dar. Im schraffierten Bereich, in welchem die folgende Bedingung eingehalten ist: welche Gleichung aus der Gleichung (3) durch einsetzen von 900 für α abgeleitet ist, wurde bestätigt, daß eine hohe Anzeigequalität ohne Auftreten irgendeines induzierten Bereich erhältlich ist. Die mit P = 4d bezeichnete gerade Linie stellt die Beziehung zwischen P und d dar, die die rntdrillungskraft von Null ergibt.Dashed lines drawn parallel to the abscissa represent concentrations of the optically active substance corresponding to the inherent twist heights. In the hatched area in which the following condition is met: which equation is derived from equation (3) by substituting 900 for α, it was confirmed that high display quality can be obtained without occurrence of any induced area. The straight line labeled P = 4d represents the relationship between P and d, which gives the twisting force of zero.

Wie aus der Gleichung (1) ersichtlich ist, ist die Figendrallganghöhe P der Fldssigkristallmischung eine Funktion der Konzentration des Zusatzes an optisch aktivem Stoff. Dementsprechend ist es leicht möglich, eine geszeigerte bzw. verbesserte Anzeigequalität durch Auswahl der Konzentration des zugesetzten optisch aktiven Stoffes entsprechend der Gleichung (3) auf der Basis der Dicke d der Flüssigkristallschicht und des Drallwinkels α der verdrallten Struktur des Flüssigkristalls zu erhalten. As can be seen from equation (1), the figure is a twist pitch P of the liquid crystal mixture is a function of the concentration of the additive of optical active substance. Accordingly it is easily possible to get a pointed or improved display quality by selecting the concentration of the added optically active substance according to equation (3) on the basis of the thickness d the liquid crystal layer and the twist angle α of the twisted structure of the liquid crystal.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

A liquid crystal display device comprising a first substrate; a second substrate arranged opposite this in parallel; electrodes arranged on the opposing inner surfaces of the two substrates; a first, formed on the inner surface of the first substrate including a surface of the associated electrode alignment regulating film with one of a plurality of juxtaposed, in a certain direction parallel to the inner surface of the first substrate stripe surfaces with an inner plurality of alternately and contiguously arranged steep slopes and flat embankments and a plurality of grooves defined by steep and flat embankments and running essentially parallel to the inner surface of the first substrate; a second, formed on the inner surface of the second substrate including a surface of the associated electrode with one of a plurality of side by side, in a different direction from the first determined, parallel to the inner surface of the second substrate stripe surfaces formed with a plurality of alternating and coherently arranged steep slopes and flat slopes and a plurality of grooves defined by a steep and flat slope and running essentially parallel to the inner surface of the second substrate; and one contained between the first substrate and the second substrate. nematic liquid crystal mixed with an optically active substance, the molecules of which are arranged in a twisted alignment by means of the alignment regulating films, characterized in that the intrinsic twist pitch P (um) of the nematic liquid crystal (8) mixed with the optically active substance, the distance d (µm) between the opposing inner surfaces of the first substrate (') and the second substrate (4) and the angle (degrees) formed between the grooves (11) in the first alignment regulating film (10) and the grooves (11) in the second alignment regulating film (10) ) meet the condition: