DE2946334A1 - Mehrschichtige fluessigkristall-anzeigeeinrichtung - Google Patents

Mehrschichtige fluessigkristall-anzeigeeinrichtung

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DE2946334A1 DE19792946334 DE2946334A DE2946334A1 DE 2946334 A1 DE2946334 A1 DE 2946334A1 DE 19792946334 DE19792946334 DE 19792946334 DE 2946334 A DE2946334 A DE 2946334A DE 2946334 A1 DE2946334 A1 DE 2946334A1
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Description

1299-GER-K
TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER Sharp K. K.
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und insbesondere eine mehrschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit gedrehten bzw. drehenden (twisted) nematischen Flüssigkristallen.
Bekanntermaßen zeigt eine gedrehte bzw. drehende nematische Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung eine starke Anisotropie und daher eine Abhängigkeit des Anzeigekontrastes vom Blickwinkel, wenn eine effektive Spannung mit einer Amplitude angelegt wird, die kleiner als das Dreifache des Schwellwertpegels für die optischen Effekte ist (vgl. den Aufsatz "Some Characteristics in Twisted Nematic Field Effect Liquid Crystal Displays" von Funada, Uede, Wada und Mito, Applied Physics, 4£, 866, 1975). Die Abhängigkeit vom Blickwinkel bzw. die Blickwinkelabhängigkeit wird von der Drehrichtung (der Spiralität bzw. Chiralität) der Flüssigkristallmoleküle und der Neigungsrichtung (dem Neigungswinkel) der Flüssigkristallmoleküle bezüglich einer Oberfläche eines Substrats beherrscht. Die Flüssigkristallmoleküle weisen daher dieselbe Chiralität und denselben Neigungswinkel in einer gemeinsamen Flüssigkristallzelle auf, da dadurch ein höchster Kontrastbereich in Übereinstimmung mit der Beobachtungsrichtung der Flüssigkristallzelle durch den Betrachter kommt. Dies ist von wesentlicher Bedeutung bei der Herstellung gedrehter nematischer Flüssigkristallzellen mit hoher Anzeigequalität (vgl. die JP-OS 51/4996).
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TER MEER - MÜLLER - S T E I N M E I S T E R Sharp K.K.
In der JP-OS 50/794 ist eine mehrschichtige gedrehte nematische Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung beschrieben, bei der solche gedrehten nematischen Flüssigkristallzellen in mehrschichtigem Aufbau angeordnet sind, und eine Elektrodenstruktur geschaffen wurde, um ein elektrisches Feld partiell an bestimmte Flüssigkristallschichten in der Zelle anzulegen. Weiterhin ist bei der bekannten Anzeigeeinrichtung eine eingebaute Ansteuerschaltung vorgesehen, um die gewünschten Spannungspegel an die jeweiligen Elektroden in den Zellen anzulegen. Diese mehrschichtige gedrehte nematische Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung weist gegenüber einer Anzeigeeinrichtung mit nur einer Schicht folgende Vorteile auf:
1) Verschiedene Anzeigen sind möglich,
2) es können elektro-optische logische Schaltungen gebildet werden, und
3) die Anzahl der Bildelemente kann durch die Anzahl
der Zellen erhöht werden, wenn die Zeitdauer (das Tastverhältnis) während der eine Spannung an den jeweiligen Bildelementen anliegt, beim Ansteuern der Anzeigeeinrichtung im Multiplexbetrieb fest ist.
Dennoch treten bei dieser Anzeigeeinrichtung Schwierigkeiten in der Praxis, hauptsächlich aufgrund schlechter Anzeigequalität, auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeeinrichtung mit mehreren gedrehten nematischen
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Flüssigkristallzellen zu schaffen, bei der Störungen der Anzeigefunktion nicht auftreten und eine gute Anzeigequalität erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der in Anspruch 1 angegebenen mehrschichtigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung schafft also eine Anzeigeeinrichtung mit mehreren Schichten von Flüssigkristallzellen, die eine sogenannte gedrehte nematische Flüssigkristallzusammensetzung aufweisen, und zwischen jeweils zwei Platten so angeordnet sind, daß die Spiralachse der Zellen senkrecht zu den Platten steht, und die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle etwa 90° bezüglich der Platten gedreht sind.
Die mehrschichtige Flüssigkristallanzeigeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist mehrere übereinanderliegende bzw. zu einem Stapel angeordnete Flüssigkristallschichten auf. Jede Flüssigkristallschicht ist in einem solchen Orientierungsvektor zwischen jeweils zwei Platten angeordnet, daß ihr guter Anzeigekontrastbereich nach der Umwandlung der molekularen Ausrichtung bezüglich der gesamten Anzeigefläche in Übereinstimmung zueinander gebracht wird.
Die Erfindung wir nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
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TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER Sharp K. K.
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit zwei Schichten,
Fig. 2(A) bis 2(B) Diagramme, die die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle wiedergeben und der
Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen,
Fig. 3 ein Diagramm für die Festlegung eines Vektors r, der die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle angibt,
Fig. 4 (A) bis 4(E) ein Diagramm, das die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung der in Fig. 1 dargestellten Anzeigeeinrichtung,
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Fig. 6 und 7 Diagramme, anhand denen die Funktionsweise bei der Anzeige auf der in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung erläutert wird,
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Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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In Fig. 1 ist der Aufbau einer Anzeigeeinrichtung mit zwei Schichten gedrehter nematischer Flüssigkristallen dargestellt. Drei lichtdurchlässige Platten 1a, 1b und 1c aus Glas oder einem anderen Werkstoff sind parallel zueinander angeordnet, und im Zwischenraum zwischen den jeweiligen lichtdurchlässigen Platten 1a, 1b und 1c befinden sich Schichten aus nematischem Flüssigkristall (oder Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall mit einem großen Abstand) 2a und 2b. Um an die Flüssigkristallschichten 2a und 2b eine Erregerspannung anzulegen, sind die lichtdurchlässigen Platten 1a, 1b und 1c mit lichtdurchlässigen Elektroden 3a, 3b, 3c bzw. 3d aus In?0^ oder einem anderen Material beschichtet. Zwei dieser Elektroden, nämlich die Elektroden 3a und 3b, sind mit einer Spannungsquelle 4a zum Betreiben der Flüssigkristallschicht 2a und die anderen beiden Elektroden 3c und 3d sind mit einer Spannungsquelle 4b zum Betreiben der Flüssigkristallschicht 2b verbunden. Die Oberflächen der lichtdurchlässigen Elektroden 3a, 3b, 3c und 3d sowie die Oberflächen der lichtdurchlässigen Platten 1a, 1b und 1c, die zu den Flüssigkristallschichten hin liegen, sind mit Ausrichtschichten 5a, 5b, 5c und 5d beschichtet, nachdem eine Ausricht-Behandlung, beispielsweise ein SchleifVorgang oder ein schräges Bedampfen, zur Festlegung der Richtung für die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle durchgeführt wurde. Die lichtdurchlässigen Platten 1a, 1b und 1c sind an der Randbereichen mit einem geeigneten Dichtmittel, beispielsweise mit Epoxyharz oder einer Glasfritte, verschlossen. Auf der Außenseite der lichtdurchlässigen Platten 1a und 1c sind L.inear-Polarisierungs-Filter 7a und 7b oder Jodsysteme, polyene Farbsysteme usw. aufgebracht. """
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Auf der Rückseite der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist eine Platte 8 angeordnet, die das Licht streuend reflektiert. Die Polarisierungsfilter 7a und 7b machen eine Anzeige bei Umwandlung der Richtung der molekularen Ausrichtung sichtbar. Durch Anlegen einer Spannung an die lichtdurchlässigen Elektroden wird eine Sichtanzeige für den Betrachter mittels optischer Effekte erreicht, die durch Umwandlung der Richtung der molekularen Ausrichtung in den Flüssigkristallschichten 2a und 2b hervorgerufen werden.
Die Fig. 2(A) bis 2(E) zeigen die molekulare Ausrichtung auf den Ausrichtschichten 5a, 5b, 5c und 5d, sowie das gesamte Flüssigkristallfeld. Die Fig. 2(A) und 2(B) zeigen die Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2a. Die Fig. 2(A) zeigt die molekulare Ausrichtung der Ausrichtschicht 5a und Fig. 2(B) zeigt die molekulare Ausrichtung der Ausrichtschicht 5b. Es wird darauf hingewiesen, daß die Drehrichtung linkshändig bzw. im Gegen-Uhrzeigersinn ist. Die Fig. 2(C) und 2(D) zeigen Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2b, wobei die Fig. 2(C) die molekulare Ausrichtung auf der Ausrichtschicht 5C und Fig. 2(D) die molekulare Ausrichtung auf der Ausrichtschicht 5C wiedergibt. Die Drehrichtung ist hierbei linkshändig bzw. verläuft im Gegenuhrzeigersinn. In den Zeichnungen sind die Orientierungsvektoren der Flüssigkristallmoleküle mit
2 2 1 1
Ir2, Jr1, |r und Jr.. bezeichnet.
Fig. 3 dient der Erläuterung eines Neigungswinkels der Flüssigkristallmoleküle. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist mit Jr die Richtung bezeichnet, in der die Flüssigkristallschicht 2a und 2b einen Neigungswinkel
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1 OQQ- (
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Sharp K.K.
Δθ bezüglich der lichtdurchlässigen Platten 3a, 3b, 3c und 3d aufweisen.
Wenn die Flüssigkristallschicht 2a und 2b die in Fig.
dargestellte molekulare Ausrichtung zeigen, weisen die obere und untere Flüssigkristallzelle Bereiche auf, wo die Sichtrichtung unterschiedlich ist und dadurch ergibt sich für das Auge des Betrachters kein gleichförmiger Anzeigekontrast, so daß dadurch die Anzeigequalität vermindert wird, wenn ein elektrisches Feld an den gesamten Anzeigebereich angelegt wird. Oder anders ausgedrückt weist die Flüssigkristallschicht 2a einen guten Anzeigekontrast im Bereich 10 von Fig. 2(E) auf, der gestrichelt ist, und die Flüssigkristallschicht 2b weist einen guten Anzeigekontrast in dem Bereich 11 auf, der durch schräge Schraffierungen kenntlich gemacht ist, so daß die beiden guten Anzeigekontrastbereiche, die durch die Flüssigkristallschicht 2a und 2b gewirkt wurden, nicht übereinstimmen. Dadurch ergeben sich ernsthafte Probleme hinsichtlich der Anzeigequalität und -Wirksamkeit von mehrschichtigen Flüssigkristall-Anzeigefeldern .
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Orientierungsvektoren der jeweiligen Flüssigkristallschichten periodisch und bezüglich der Spiralachse symmetrisch, um alle guten Kontrastbcreiche der jeweiligen Flüssigkristallschichten in Übereinstimmung zu bringen. Die Fig. 4(A) bis 4(E) zeigen Orientierungsvektoren der Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung mit zweischichtigem Aufbau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Aufbau der zweischichtigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau. Die lichtdurchlässigen Platten 1a, 1b und 1c bestehen aus Natron- bzw. Sodaglas und sind 0,7 bis 8 mm dick.
Die lichtdurchlässigen Elektroden 3a, 3b, 3c und 3d sind durch einen Ä'tzvorgana oder einem anderen Behandlungsverfahren in Form eines Musters ausgebildet und bestehen aus In3O3. Die Ausrichtschichten 5a, 5b, 5c und 5c bestehen aus einer dünnen Schicht SiC^, das durch Elektronenstrahl-Aufdampfung aufgebracht wurde und dann in einer bestimmten Richtung mit einem Tuch oder einem ähnlichen Material gerieben bzw. geschliffen wurde. Die Flüssigkristallschichten 2a und 2b sind etwa 7 um dick und enthalten einen Biphenyl-Flüssigkristall (ROTN 4o3 von Roche) mit einer geringen Menge von Cholesteryl-Nonanoat. Die Flüssigkristallschichten 2a und 2b sollten aus demselben Flüssigkristallmaterial bestehen und dieselbe Dicke aufweisen, so daß die zweite Schicht eine Komponente elliptischer Polarisation kompensiert, die in der ersten Schicht auftritt. Dadurch ergibt sich ein hoher Kontrast für die mehrschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, ohne eine störende Farbe im Hintergrund. Bei den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, wenn die Dicken di und dj der Flüssigkristallschicht im folgenden Bereich liegen:
0,7 < -±j- ^ 1,4 30
oder anders ausgedrückt, di und dj weisen vorzugsweise Werte zwischen 5 um und 10 um auf.
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Die Abdichtungen 6a und 6b bestehen aus Epoxyharz, das für einen Film- bzw. Schablonendruck geeignet ist. Als Polarisationsfilter 7a und 7b können bevorzugt die Filter L-83-18 der Firma Sanritsu Electric Co. verwendet werden. Die Streureflektionsplatte 8 ist eine Aluminiumplatte, die sandgestrahlt wurde. Die Fig. 4(A) und 4(B) zeigen Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht
2 2a, wobei die Ausrichtschicht 5a einen Vektor tr~ und
2 die Ausrichtschicht 5b einen Vektor Ir^ aufweist. Die
Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2b
sind in den Fig. 4(C) und 4 (D) dargestellt, wobei die Ausrichtschicht 5c einen Vektor r^ aufweist. Der Neigungswinkel Δθ liegt in einem Bereich von 2° bis 3°.
Mit einer solchen Anordnung befinden sich die guten Anzeigekontrastbereiche der beiden Flüssigkristallschichten 2a und 2b im Bereich 12, dor strichliniert ist und stehend in Übereinstimmung zueinander.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung bei der zuvor beschriebenen zweischichtigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung. Ein Anzeigeabschnitt 10 ist durch die Elektrodengruppen 3a und 3b und ein weiterer Anzeigeabschnitt 11 durch die Elektrodengruppen 3c und 3d festgelegt. Wenn man in senkrechter Richtung (in Z-Richtung) auf die Anzeigeeinrichtung schaut, so ist der Abstand (r1) zwischen den beiden benachbarten Anzeigeabschnitten auf der X-Achse gleich dem Abstand (r) innerhalb desselben Anzeigeabschnitts.
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- 12 -
Wenn die gedrehte bzw. drehende nematische Feldeffekt-Anzeigezelle 12 im Multiplexbetrieb angesteuert wird, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, so ist der gute Anzeigekontrastbereich 13 in einem Sichtwinkelbereich beschränkt, der von der spezifischen Z-Achsenrichtung oder der senkrechten Richtung entfernt ist. Wenn in einem in Fig. 6 dargestellten Winkel θ auf die in den Fig. 1 und 5 dargestellte Anzeigreinrichtung geschaut wird, hängt der wesentliche Abstand rQ' der Anzeigeabschnitte 10 und 11 vom Sichtwinkel θ ab, weil die optische Dicke 1 der Platte 16 begrenzt ist. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist beispielsweise r ' < r, rQ' = r und r„' > r, wenn -θ0 < θ < 0, θ = 0 bzw. θ > 0 ist. Die Anzeigeabschnitte 10 und 11 überlappen sich, wenn θ < -θ- ist. Wenn θ > 0 ist und auf die in Fig. 7 dargestellte Anzeigeeinrichtung in einem in Fig. 6 dargestellten Sichtwinkel θ geschaut wird, so bedeutet r ' > r, daß der Abstand TCq' zwischen den beiden benachbarten Anzeigeabschnitten 10 und 11 sich vom Abstand r im selben Anzeigeabschnitt unterscheidet, so daß eine Anzeige mit einer "seltsamen Linie" entsteht.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die lichtdurchlässigen Elektroden 3a, 3b, 3c und 3d so festgelegt, daß die jeweiligen Anzeigebereiche der Flüssigkristallschichten sich gegenseitig nicht überlappen, und der X-Achsen-Abstand r„' zwischen den beiden benachbarten Anzeigeabschnitten im wesentlichen gleich dem X-Achsen-Abstand r innerhalb desselben Abstandes ist, oder es ist r > rL, wenn die Flüssigkristallzelle vom guten Anzeigekontrastbereich betrachtet wird.
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Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel überlappen sich die Anzeigeabschnitte 10 und 11, wenn senkrecht auf die Anzeigeabschnitts oder in einer Richtung von θ < 0 geschaut wird. Der Schwellwertspannungspegel für die elektro-optischen Effekte in dem Bereich, bei dem θ < 0 oder θ = 0 ist, ist höher als der für einen Bereich, bei dem θ > 0 ist, so daß kein Unterschied im Anzeigekontrast hervorgerufen wird.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auch bei Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen mit drei oder mehr Flüssigkristallschichten anwendbar.
Die vorliegende Erfindung wurde zuvor anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben. Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Claims (3)

PATENTANWÄLTE 2 9 A 6 3 34 TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER Beim Europllschen Patentamt zuQelassene Vertreter Prof. Representatives before the European Patent Office - Mandatalres agrees prAs !Office europeen des brevets Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller _. . „, Triftstrasse 4, Siekerwall 7, D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1 1299-GER-K ir .. , .„_. Sharp K.K. 16' November I979 Dr.G/ SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku Osaka 54 5, Japan Mehrschichtige Flussigkrista11-AnZeigeeinrichtung Prioritäten: Japanische Anmeldung 141982/1978 vom 16.11.1978 17521/1979 vom 16.2.1979 4O646/1979 vom 3.4.1979 Patentansprüche
1. Mehrschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet durch
- mehrere übereinander angeordnete Flüssigkristallschichten (2a, 2b), in denen die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle sich spiralförmig erstrecken, und die parallel zu den Spiral achsen angeordnet sind,
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ORIGINAL INSPECTED
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- eine Elektrodenanordnung (3a, 3b, 3c, 3d), mit der eine Spannung an wenigstens einem Bereich der Flüssigkristallschichten (2a, 2b) zur Änderung der molekularen Ausrichtung angelegt wird, und
- eine Polarisierungseinrichtung (7a, 7b), um die
Änderung der molekularen Ausrichtung sichtbar zu machen,
wobei jede Flüssigkristallschicht (2a, 2b) zwischen jeweils zwei Platten (1a, 1b bzw. 1b, 1c) in einem solchen Orientierungsvektor angeordnet ist, daß ihr guter Anzeigekontrastbereich nach der Änderung der molekularen Ausrichtung bezüglich des gesamten Anzeigebereichs miteinander in Übereinstimmung gebracht ist.
2. Mehrschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristallschichten (2a, 2b) aus demselben Flüssigkristallmaterial mit im wesentlichen derselben Dicke bestehen.
3. Mehrschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand (r) zwischen BiId- elementen innerhalb desselben Anzeigeabschnitts (1o, 11) und der Abstand (r.1) zwischen den beiden benachbarten Anzeigeabschnitten (10, 11) entsprechend r =, r0" oder r > rQ' miteinander in Beziehung stehen.
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