DE2847320A1

DE2847320A1 - Feldeffektsteuerbare anzeigezelle mit einem nematischen fluessigkristall

Info

Publication number: DE2847320A1
Application number: DE19782847320
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Masataka Matsuura; Kiyoshi Toda; Tomio Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1979-05-03
Also published as: GB2010517A; JPS5753600B2; US4183630A; GB2010517B; DE2847320C3; JPS5464494A; DE2847320B2

Description

Sharp K.K.

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem verdrehten nematischen Flüssigkristall. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anzeigevorrichtung nach dem 5 Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wegen der verdrehten Struktur der Flüssigkristall-Moleküle zeigen feldeffektsteuerbare Flüssigkristallanzeigen der genannten Art die Eigenschaft, daß die Anzeigequalität stark vom Blickwinkel abhängt. Der Bereich günstiger Blickwinkel wiederum hängt von dem Pegel der Ansteuerspannung ab. Eine besonders starke Blickwinkelabhängigkeit wird beobachtet, wenn die Anzeigezelle durch ein Signal niedriger Effektivspannung angesteuert wird.

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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung hinsichtlich der Anzeigequalität zu verbessern. Insbesondere soll ein gleichmäßiger Anzeigekontrast erreicht werden, der weitgehend unabhängig ist vom jeweiligen Blickwinkel.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. 25

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

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Gemäß der Erfindung wird bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der genannten Art ein Frontsubstrat mit einer optisch wirksamen Faserplatte versehen, die als Zwischenschicht zu einer Flüssigkristallschicht dient. Diese Faserplatte besteht aus einer Mehrzahl von optischen Fasern, deren Achsen senkrecht zur Flüssigkristallschicht stehen. Die Faserplatte weist eine im wesentlichen parallel zur Flüssigkristallschicht und dieser gegenüberstehende Oberfläche auf.

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Die Flüssigkristall-Anzeigezelle/ die sich in Feldeffektbetriebsweise steuern läßt und einen verdrehten nematischen Flüssigkristall enthält, weist also eine zwischen einem frontseitigen und einem rückseitigen Substrat eingebrachte Flüssigkristallschicht auf, die mit Transparentelektroden versehen ist. Ein vorderseitiger Polarisierer ist vor dem Frontsubstrat angeordnet und ein rückseitiger Polarisierer ist auf der Rückseite des rückseitigen Substrats vorgesehen. Das rückseitige Substrat umfaßt eine Glasplatte und das frontseitige Substrat eine Faserplatte. Die Faserplatte weist eine Vielzahl von optischen Fasern auf, deren Achsen senkrecht zur durch die Flüssigkristallschicht bestimmten Ebene angeordnet sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung zur Erläuterung der Blickwinkelabhängigkeit

des Anzeigekontrasts bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;

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Fig. 2 die schematische Darstellung auf eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit gedreht-nematischem Flüssigkristall gemäß dem Stand der Technik; Fig. 3 die Schnittdarstellung einer Ausführungsform

einer Flüssigkristall-Anzeigezelle mit erfindungsgemäßen Merkmalen; Fig. 4 die vergrößerte Teilschnittdarstelung der Flüssigkristall-Anzeigezelle gem. Fig. 3 und Fig. 5 ein schematisches Schaubild zur Erläuterung

der gleichmäßigen Verteilung des Anzeigekontrasts in Abhängigkeit vom Blickwinkel bei der feldeffektsteuerbaren Flüssigkristall-Anzeigezelle nach Fig. 3. 15

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, werden zunächst die Blickrichtungsfaktoren θ und 0 unter Bezug auf die Fig. 1 definiert.

Auf der Anzeigefläche einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 sind rechtwinklige XY-Koordinaten so definiert, daß die X-Achse parallel liegt zur Hauptachse von Flüssigkristallmolekülen, die an ein Substrat angrenzen, unter der Bedingung, daß an der Anzeigevorrichtung kein elektrisches Feld anliegt. Eine Z-Achse bestimmt die Normalrichtung auf die Anzeigefläche. Ein Winkel θ entspricht einem Winkel zwischen einer Betrachtungsrichtung, gekennzeichnet durch einen Vektor V,und der Z-Achse_fund ein Winkel φ entspricht dem Winkel zwischen der X-Achse und der Projektion des Vektors V auf die XY-Ebene.

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Die Fig. 2 verdeutlicht die Betrachtungs-Richtungsabhängigkeit einer feldeffektsteuerbaren Flüssigkristall-Anzeige mit verdreht nematischem Flüssigkristall nach dem Stand der Technik.
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Wie schematisch dargestellt, hängt das Anzeigekontrastverhältnis für einen konstanten Winkel θ (θ = 20°) vom Winkel 0 ab, wobei die Kurve Qj die Bedingung wiedergibt, daß der Effektivwert der zugeführten Spannung 2,5 V beträgt. Die Kurve QQ zeigt die Verhältnisse für den Effektivwert 3,0 V; und die Kurve Q^ zeigt den Zustand, daß der Effektivwert der zugeführten Spannung 6,0 V beträgt. Der durch die jeweilige Kurve eingegrenzte Bereich zeigt einen ausreichend guten Anzeigekontrast, während der Anzeigekontrast außerhalb der jeweiligen Kurve als schlecht zu beurteilen ist.

Aus Fig. 2 läßt sich ersehen, daß der Blickwinkelbereich umso enger wird, je niedriger die zugeführte Spannung liegt. Außerdem zeigt auch der Bereich guten Anzeigekontrasts eine bestimmte Vorzugsrichtung auf der XY-Koordinatenebene.

Die in der Kurvendarstellung der Fig. 2 wiedergegebenen Eigenschaften wurden in der folgenden Weise ermittelt!

Die Flüssigkristall-Zusammensetzung enthält ein Schiff'sches Flüssigkristall-Basisgemisch von MBBA, EBBA und BBAB. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug 6 μΐη; der Neigungseinkel der Flüssigkristallmoleküle zum Substrat war kleiner als 5° unter der Bedingung, daß kein elektrisches Feld anlag; die Elektroden umfaßten mindestens eine In₃O₃-Transparent-Elektrode; die Orientierungs-

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schicht umfaßte eine SiO2~Schicht mit durch Reiben erzeugter Riffelung und als Ansteuerspannung wurde ein Rechteck-Wechselspannungssignal von 32 Hz verwendet.

Die 0-Abhängigkeit des Anzeigekontrasts wird bei Multiplex- Ansteuerung der feldeffektsteuerbaren Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit verdreht nematischem Flüssigkristall schlecht, d.h. also bei dynamischer Ansteuerung. Dies liegt daran, daß der effektive Spannungspegel bei steigendem Multiplex-Verhältnis niedriger wird. Wird die Anzeige beispielsweise im sogenannten 1:3-Vorspannungsverfahren ange-..-steuert, so betragen die Pegel der Effektivspannung an einem bestimmten gewählten Punkt bzw. an einem nicht gewählten Punkt (rr + 1)"2.V bzw. V . Beträgt die Anzeige-Wiederholungsperiode T und ist das Multiplex-Verhältnis mit N bezeichnet, so liegt an einem gewählten Punkt während einer Zeitperiode von T/N eine Spannung von 3V , während ein nicht gewählter Punkt während einer Zeitperiode von (T-T/N) eine Spannnung von V erhält. Ersichtlicherweise wird der am gewählten Punkt liegende Effektivwert mit steigendem Multiplex-Verhältnis N niedriger. Diese Effektivwertverminderung ist selbstverständlich nicht auf die 1:3-Vorspannungsansteuerung beschränkt, sondern gilt generell für das 1:n-Vorspannungs-Ansteuerverfahren.

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Wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der genannten Art im Multiplexbetrieb angesteuert, so vermindert sich die einem gewählten Punkt zugeführte Effektivspannung wie oben erläutert. Daraus ergibt sich unter Berücksichtigung der obigen Erläuterungen zu Fig. 2 eine Offensichtliche Blickwinkelabhängigkeit. Der Anzeigekontrast ist insbesondere für die Normalrichtung oder für 9=0 besonders schlecht.

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Ziel der Erfindung ist es, die ^-Abhängigkeit des Anzeigekontrasts bei feldeffektsteuerbaren Flüssigkristallanzeigen mit gedreht nematischem Flüssigkristall zu vergleichmäß igen.
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Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Flüssigkristall-Anzeigezelle gem. der Erfindung:

Ein Beobachter 2 sei oberseitig vor der Flüssigkristall-Anzeigezelle gedacht, die einen Frontpolarisierer 3, eine optische Faserplatte 4, eine frontseitige Transparentelektrode 5, eine frontseitige Orientierungsschicht 6, eine Flüssigkristallschicht 7, ein Versiegelungsteil 8, eine rückseitige Orientierungsschicht 9, eine rückseitige Transparentelektrode 10, ein rückseitiges Glassubstrat 11, einen rückseitigen Polarisierer 12 sowie einen Reflektor 13 umfaßt.

Fig. 2 zeigt in mehr Einzelheiten die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentliche optische Faserplatte 4. Die aus der Fig. 3 bereits bekannten Elemente sind mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet:

Die optische Faserplatte 4 besteht aus einer Mehrzahl von optischen Fasern, deren Achsen senkrecht zur Schichtebene der Flüssigkristallschicht 7 stehen; sie weist eine innere Oberfläche 14 auf, die im wesentlichen parallel liegt zur Schichtebene der Flüssigkristallschicht 7.

Jede optische Faser weist eine Länge 1 auf, die ausreichend groß gegen den Krümmungsradius r der jeweiligen Faser ist. überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Blickwinkelabhängigkeit durch diese Faserschicht weitgehend verhindert wird, d.h., der Blickwinkelbereich wird gleichmäßig. Die innere Oberfläche 14 der Faserplatte 4

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weist von der Flüssigkristallschicht 7 einen Abstand m auf, welcher der Dicke der Front-Transparentelektrode 5 und der vorderseitigen Orientierungsschicht 6 entspricht und vorzugsweise kleiner gewählt wird als 4Or. Wird der Abstand m größer als 4Or, so läßt sich ein Bild durch die Faserplatte 4 nicht mehr erkennen.

Zwischen der optischen Faserplatte 4 und der frontseitigen Transparentelektrode 5 kann eine Isolatorschicht vorgesehen sein, um eine flache Oberfläche zu erhalten. Zwischen dem Frontpolarisierer 3 und der Faserplatte 4 kann eine Glasplatte angeordnet sein, um die Faserplatte zu verstärken.

Obgleich die Fig. 3 eine Flüssigkristall-Anzeigezelle vom sogenannten Reflexionstyp zeigt, läßt sich die Erfindung in gleicher Weise auch auf Flüssigkristall-Anzeigezellen vom Durchsichtstyp anwenden.

Fig. 5 verdeutlicht die Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses vom Blickwinkel bei einer feldeffektsteuerbaren Flüssigkristallanzeigezelle mit gedreht nematischem Flüssigkristall gem. der Erfindung. Die Prüfung wurde unter genau den gleichen Bedingungen durchgeführt wie bei Fig. 2_f und die untersuchte Flüssigkristallzelle wies die im nachfolgenden Beispiel dargestellten konstruktiven Einzelheiten auf.

Aus Fig. 5 läßt sich ersehen, daß der Bereich guten Kontrastverhältnisses im wesentlichen symmetrisch zur Z-Achse verteilt ist. Auch in der Normalrichtung (Θ = 0) zeigt sich ein sehr guter Kontrast.

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BEISPIEL

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Vorder- und rückseitiger Polarisierer:

Flüssigkristall-Zusammensetzung

rückseitiges Glassubstrat:

Reflektor:

optische Faserplatte:

Versiegelung:

HN 42, hergestellt durch Polaroid-Corporation

E-8, hergestellt durch BDH Chemical Ltd., Dicke 10 μπι Stärke: 3 mm
Aluminium-Matt-Reflektor

Faserplatte PH97HS, hergestellt durch Cannon K.K., Stärke: 5 mm

Epoxyharz.

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Leerseite

Claims

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D-8000 München 22 D-48OO Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

1091-GER 31. Oktober 1978

Sharp Kabushiki Ksiaha 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Japan

Feldeffektsteuerbare Anzeigezelle mit einem nematischen Flüssigkristall

Priorität: 31. Oktober 1977, Japan, Ser.Nr. 131368/1977

PATENTANSPRÜCHE

Feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit einem zwischen zwei Substraten angeordneten gedreht-nematischen Flüssigkristall sowie mit einem vor dem ersten Substrat angeordneten Polarisierer, gekennzeichnet durch eine Faserplatte (4), die eine Vielzahl von optischen Fasern enthält, deren Achsen senkrecht zur Ebene der Flüssigkristallschicht (7) stehen.

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2. Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Oberfläche der Faserplatte (4) der Flüssigkristallschicht (7) gegenübersteht, deren Oberfläche wiederum im wesentlichen parallel liegt zur Ebene der Flüssigkristallschicht.
3. Anzeigezelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine auf der Oberfläche der Faserplatte (4) aufgebrachte Transparentelektrode (5).

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