DE2847320B2

DE2847320B2 - Feldeffektsteuerbare Flussigkristall-Anzeigezelle mit einem gedreht-nematischen Flüssigkristall

Info

Publication number: DE2847320B2
Application number: DE2847320A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Masataka Tenri Matsuura; Kiyoshi Toda; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1980-10-23
Also published as: US4183630A; GB2010517A; JPS5464494A; JPS5753600B2; GB2010517B; DE2847320C3; DE2847320A1

Description

Die Erfindung betrifft eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit einem zwischen einer frontseitigen und einer rückseitigen Transparentelektrode angeordneten gedreht-nematischen Flüssigkristall und mit zwei die Transparentelektroden zwischen sich einschließenden Polarisatoren.

Eine solche Flüssigkristall-Anzeigezelle ist aus der DE-OS 25 29 342 bekannt Die beiden Transparentelektroden sind über einen Schalter an eine Spannungsquelle angeschlossen, so daß die optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls durch das Feld zwischen den Transparentelektroden beeinflußt werden können. Um eine gleichmäßige Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und damit eine Gleichmäßigkeit des Anzeigekontrasts zu erreichen, weisen die mit der Flüssigkristallschicht in Berührung stehenden Flächen ein asymmetrisches Rillenprofil auf.

In der DE-OS 27 03 177 ist eine Anzeigetafel beschrieben, die aus einer Vielzahl von Anzeigebereichen besteht, zwischen denen sich nichtanzeigende Bereiche befinden. Diese nichtanzeigenden Bereiche sind Konstruktionselemente, die verhindern, daß die aus einer Vielzahl von Anzeigebereichen bestehende Anzeigetafel ein ununterbrochenes Anzeigefeld bilden. Bei der bekannten Anzeigetafel werden faseroptische Platten eingesetzt, um das Licht der Anzeigebereiche auf einen größeren Bereich zu verteilen, so daß eine Anzeigetafel ohne störende nichtaktive Zwischenbereiche entsteht.

Flüssigkristall-Anzeigeszellen der eingangs genannten Art haben wegen der verdrehten Struktur der Flüssigkristall-Moleküle die Eigenschaft, daß die Anzeigequalität stark vom Blickwinkel abhängt. Dabei hängt der Bereich günstiger Blickwinkel wiederum vom Pegel der Ansteuerspannung ab. Eine besonders starke Blickwinkelabhängigkeit wird beobachtet, wenn die Anzeigezelle durch ein Signal niedriger Effektivspannung angesteuert wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigezelle der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Kontrast unabhängig vom Blickwinkel des Beobachters ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der frontseitigen Transparentelektrode und dem frontseitigen Polarisator eine faseroptische Platte mit optischen Fasern angeordnet ist, deren Länge groß gegen ihren Radius ist und deren rückseitige Enden in einem Abstand vom Flüssigkristall angeordnet sind, der kleiner als das Vierzigfache des Radius der optischen Fasern ist

Dadurch, daß zwischen dem frontseitigen Polarisator und dem Flüssigkristall eine faseroptische Platte angeordnet wird, ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit des Anzeigekontrastes vom Blickwinkel des Beobachters, so daß auch bei niedriger Effektivspannung eine verbesserte Anzeigequalität erreicht wird. Besonders zweckmäßig ist es, die faseroptische Platte parallel zu der sich zwischen den Transparentelektroden erstreckenden Flüssigkristallschicht auszurichten. Eine besonders einfache Herstellung ergibt sich, wenn die frontseitige Transparentelektrode unmittelbar auf die Oberfläche der faseroptischen Platte aufgebracht wird.

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

F i g. 1 eine schematische Perspektivdarstellung zur Erläuterung der Blickwinkelabhängigkeit des Anzeigekontrasts bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,

F i g. 2 die schematische Darstellung auf eine feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit gedreht-nematischem Flüssigkristall gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 3 die Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigezelle,

Fig.4 die vergrößerte Teilschnittdarstellung der Flüssigkristall-Anzeigezelle gem. F i g. 3 und

F i g. 5 ein schematisches Schaubild zur Erläuterung der gleichmäßigen Verteilung des Anzeigekontrasts in Abhängigkeit vom Blickwinkel bei der feldeffektsteuerbaren Flüssigkristall-Anzeigezelle nach F i g. 3.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, werden zunächst die Blickrichtungsfaktoren Θ und Φ unter Bezug auf die F i g. 1 definiert.

Auf der Anzeigefläche einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 sind rechtwinklige ΛΎ-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, und ein Winkel Φ entspricht dem Winkel zwischen der X-Achse und der Projektion des Vektors Vauf die XY-Ebene.

ω Die Fig.2 verdeutlicht die Betrachtungs-Richtungsabhängigkeit einer feldeffektsteuerbaren Flüssigkristall-Anzeige mit verdreht nematischem Flüssigkristall nach dem Stand der Technik.

Wie schernatisch dargestellt, hängt das Anzeigekontastverhältnis für einen konstanten Winkel Θ (Θ = 20°) vom Winkel Φ ab, wobei die Kurve © die Bedingung wiedergibt, daß der Effektivwert der zugeführten Spannung 2,5 V beträgt. Die Kurve (Σ) zeigt die

Verhältnisse für den Effektivwert 3,0 V; und die Kurve (D 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 F i g. 2 läßt sich ersehen, daß der Biickwin&elbereich um so enger wird, je niedriger die zugeführte Spannung !iegt Außerdem zeigt auch der Bereich guten Anzeigekontrasts eine bestimmte Vorzugsrichtung auf der XK-Koordinatenebene.

Die in der Kurvendarstellung der F i g. 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 μπι; der Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle zum Substrat war kleiner als 5° unter der Bedingung, daß kein elektrisches Feld anlag; die Elektroden umfaßten mindestens eine ItoCVTransparent-Elektrode; die Orientierungsschicht umfaßte eine SiO2-Schicht mit durch Reiben erzeugter Riffelung und als Ansteuerspannung wurde ein Rechteck-Wechselspannungssignal von 32 Hz verwendet

Die Φ-Abhängigkeit des Anzeigekontrasts wird bei Multiplex-Ansteuerung der feldeffektsteuerbaren Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit verdreht nematischem Flüssigkristall schlecht d. h. also bei dynamijcher Ansteuerung. Dies liegt daran, daß der effektive Spannungspegel bei steigendem Multiplex-Verhältnis niedriger wird. Wird die Anzeige beispielsweise im sogenannten 1 :3-Vorspannungsverfahren angesteuert, so betragen die Pegel der Effektivspannung an einem bestimmten gewählten Punkt bzw. an einem nicht gewählten Punkt

F₀ bzw. K₀.

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 3VO, während ein nicht gewählter Punkt während einer Zeitperiode von (T- T/N) eine Spannung von V₀ 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 : /i-Vorspannungs-Ansteuerverfahren.

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

Es soll nun die Φ-Abhängigkeit des Anzeigekontrasts bei feldeffektsteuerbaren Flüssigkristallanzeigen mit gedreht nematischem Flüssigkristall vergleichmäßigt werden.

F i g. 3 zeigt den Aufbau einer Flüssigkristall-Anzeigezelle, die dies leistet:

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

F i g. 4 zeigt in mehr Einzelheiten die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentliche optische Faserplatte 4. Die aus der F i g. 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 / 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 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 4On 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 Frontpoiarisierer 3 und der Faserplatte 4 kann eine Glasplatte angeordnet sein, um die Faserplatte 4 zu verstärken.

Obgleich die F i g. 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 Flüssigkristall-Anzeigezelle mit gedreht nematischem Flüssigkristall gem. der Erfindung. Die Prüfung wurde unter genau den gleichen Bedingungen durchgeführt wie bei F i g. 2, und di«. untersuchte Flüssigkristallzelle wies die im nachfolgenden Beispiel dargestellten konstruktiven Einzelheiten auf.

Aus F i g. 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.

Beispiel

Flüssigkristall-Schicht: Dicke 10 μπι

rückseitiges Glassubstrat: Stärke: 3 mm

Reflektor: Aluminium-Matt-Reflektor

optische Faserplatte: Stärke :5 mm

Versiegelung: Epoxyharz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit einem zwischen einer frontseitigen und einer rückseitigen Transparentelektrode angeordneten gedreht-nematischen Flüssigkristall und mit zwei die Transparentelektroden zwischen sich einschließenden Polarisatoren, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der frontseitigen Transparentelektrode (5) und dem frontseitigen Polarisator (3) eine faseroptische Platte (4) mit optischen Fasern angeordnet ist, deren Länge (I) groß gegen ihren Radius fr} ist und deren rückseitige Enden (14) in einem Abstand vom Flüssigkristall (7) angeordnet sind, der kleiner als das Vierzigfache des Radius (r) der optischen Fasern ist

2. Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die faseroptische Platte (4) parallel zu der sich zwischen den Transparentelektroden (5,10) erstreckenden Flüssigkristallschicht (7) ausgerichtet ist

3. Anzeigezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frontseitige Transparentelektrode (5) unmittelbar auf die Oberfläche der faseroptischen Platte (4) aufgebracht ist.