DE2946334C2

DE2946334C2 -

Info

Publication number: DE2946334C2
Application number: DE2946334A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Jp Funada; Keisaku Nara Jp Nonomura; Hisashi Yamatokoriyama Nara Jp Uede; Tomio Nara Jp Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-11-16
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1987-11-05
Also published as: GB2038498B; US4375317A; DE2946334A1; GB2038498A

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist bereits in der DE-OS 28 29 602 beschrieben. Der dortigen Fig. 7 ist eine mehrschichtige verdreht nematische Flüssigkristallanzeigeeinrichtung zu entnehmen, mit

- zwei übereinander angeordneten Flüssigkristallschichten aus gleichem Flüssigkristallmaterial, die Dicken zwischen 5 µm und 19 µm aufweisen,
- einer ersten Elektrodengruppe, die mit einer ersten der Flüssigkristallschichten verbunden ist, und die gleichmäßig voneinander beabstandete horizontale und vertikale Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Flüssigkristallschicht zur Bildung eines ersten Anzeigeabschnitts aufweist,
- einer zweiten Elektrodengruppe, die mit einer zweiten der Flüssigkristallschichten verbunden ist, und die gleichmäßig voneinander beabstandete horizontale und vertikale Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Flüssigkristallschicht zur Bildung eines zweiten Anzeigeabschnitts aufweist, der vom ersten Anzeigeabschnitt getrennt ist, wobei sich die horizontalen Elektroden der verschiedenen Elektrodengruppen und die Anzeigeabschnitte selbst aus der Sicht des Betrachters nicht überlappen,
- einer Polarisationseinrichtung, zwischen der die Flüssigkristallschichten angeordnet sind, und einer Streuplatte an einer Rückseite der Anzeigeeinrichtung (vgl. dort Fig. 8).

Aus der DE-OS 25 29 342 ist bereits eine einschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung bekannt, bei der Moleküle durch Anlegen eines elektrischen Feldes vorzugsweise um 90° in der Ausrichtung verdreht werden. Insbesondere ist dort erwähnt, in welchem Betrachtungsquadranten bei einschichtigen Drehzellen der optimale Anzeigekontrastbereich liegt (vgl. Fig. 9 und 10). Daß die Elektrodenstruktur in zwei voneinander getrennte Anzeigeabschnitte unterteilt sein soll, ist nicht erwähnt.

Aus der DE-OS 23 56 240 ist eine mehrschichtige Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung mit Flüssigkristallschichten aus gleichem Flüssigkristallmaterial bekannt, die jeweils eine gleiche Schichtdicke aufweisen. Die Molekülorientierungen an den jeweiligen Endflächen der Flüssigkristallschichten sind einander gleich, während andererseits ebenfalls nicht beschrieben ist, daß die Elektrodenstruktur in zwei Anzeigeabschnitte unterteilt sein soll.

Ferner ist aus der DE-OS 24 44 400 eine doppelschichtige Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung bekannt, bei der eine Zelle mit einem Flüssigkristallgemisch gefüllt ist, dessen nematische Eigenschaften etwa zwischen 50°C und 100°C auftreten, während die andere Zelle mit einem Flüssigkristallgemisch gefüllt ist, dessen nematische Eigenschaften bei einem tieferen Temperaturbereich auftreten. Beide Schichten können also nicht im selben Temperaturbereich betrieben werden, so daß ein Zweischichtsystem im Sinne der Erfindung nicht vorliegt (vgl. letzten Abs., Seite 9 und Abs. 1, Seite 10 der DE-OS 24 44 400).

Um Paralaxe-Effekte ausgleichen zu können, ist es aus der DE-AS 24 04 127 bereits bekannt, bei einer doppelschichtigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung die mittleren Elektroden auf einer sehr dünnen Folie anzuordnen. Daß die Elektrodenstruktur in zwei Anzeigeabschnitte unterteilt sein soll, ist nicht erwähnt. Auch ist nicht beschrieben, in welcher Weise die Molekülrichtungen in den Grenzbereichen der Flüssigkristallschichten relativ zueinander orientiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung so weiterzubilden, daß sich mit ihr ein höherer Kontrast bei gleichzeitig störungsfreiem Bild erzielen läßt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmalskombination.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung mit zwei Flüssigkristallschichten,

Fig. 2 (A) bis 2 (E) Diagramme zur Erläuterung der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen nachteiliger Anzeigeeinrichtungen,

Fig. 3 ein Diagramm für die Festlegung eines Vektors r, der eine weitere Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle angibt,

Fig. 4 (A) bis 4 (E) Diagramme zur Erläuterung der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung der in Fig. 1 dargestellten Anzeigeeinrichtung,

Fig. 6 und 7 Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und

Fig. 8 eine konkretere Darstellung der Elektrodeneinheit nach Fig. 5.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer Anzeigeeinrichtung mit zwei Schichten gedrehter nematischer Flüssigkristalle dargestellt. Drei lichtdurchlässige Platten 1 a, 1 b und 1 c aus Glas oder einem anderen Werkstoff sind parallel zueinander angeordnet, und im Zwischenraum zwischen den jeweiligen lichtdurchlässigen Platten 1 a, 1 b und 1 c befinden sich Schichten 2 a, 2 b aus nematischem Flüssigkristall (oder Schichten aus cholesterischem Flüssigkristall mit einem großen Abstand). Um an die Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b eine Erregerspannung anzulegen, sind die lichtdurchlässigen Platten 1 a, 1 b und 1 c mit lichtdurchlässigen Elektroden 3 a, 3 b, 3 c bzw. 3 d aus In₂O₃ oder einem anderen Material beschichtet. Zwei dieser Elektroden, nämlich die Elektroden 3 a und 3 b, sind mit einer Spannungsquelle 4 a zum Betreiben der Flüssigkristallschicht 2 a und die anderen beiden Elektroden 3 c und 3 d sind mit einer Spannungsquelle 4 b zum Betreiben der Flüssigkristallschicht 2 b verbunden. Die Oberflächen der lichtdurchlässigen Elektroden 3 a, 3 b, 3 c und 3 d sowie die Oberflächen der lichtdurchlässigen Platten 1 a, 1 b und 1 c, die zu den Flüssigkristallschichten 2 a, 2 b hin liegen, sind mit Ausrichtschichten 5 a, 5 b, 5 c und 5 d 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 1 a, 1 b und 1 c sind an den Randbereichen mit einem geeigneten Dichtmittel, beispielsweise mit Epoxyharz oder einer Glasfritte, verschlossen. Auf den Außenseiten der lichtdurchlässigen Platten 1 a und 1 c sind Linear-Polarisierungs-Filter 7 a und 7 b oder Jodsysteme, polyene Farbsysteme usw. aufgebracht.

Auf der Rückseite der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist eine Platte 8 angeordnet, die das Licht streuend reflektiert. Die Polarisierungsfilter 7 a und 7 b machen eine Anzeige bei Umwandlung der Richtung der molekularen Ausrichtung sichtbar. Durch Anlegen einer Spannung an die lichtdurchlässigen Elektroden 3 a, 3 b, 3 c, 3 d wird eine Sichtanzeige für den Betrachter mittels optischer Effekte erreicht, die durch Umwandlung der Richtung der molekularen Ausrichtung in den Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b hervorgerufen werden.

Die Fig. 2 (A) bis 2 (E) zeigen eine denkbare, nachteilige molekulare Ausrichtung auf den Ausrichtschichten 5 a, 5 b, 5 c und 5 d, sowie das gesamte Flüssigkristallfeld. Die Fig. 2 (A) und 2 (B) zeigen die Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2 a. Die Fig. 2 (A) zeigt die molekulare Ausrichtung der Ausrichtschicht 5 a und Fig. 2 (B) zeigt die molekulare Ausrichtung der Ausrichtschicht 5 b. Es wird darauf hingewiesen, daß die Drehrichtung linkshändig bzw. im Gegenuhrzeigersinn ist. Die Fig. 2 (C) und 2 (D) zeigen Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2 b, wobei die Fig. 2 (C) die molekulare Ausrichtung auf der Ausrichtschicht 5 c und Fig. 2 (D) die molekulare Ausrichtung auf der Ausrichtschicht 5 d wiedergibt. Die Drehrichtung ist hierbei linkshändig bzw. verläuft im Gegenuhrzeigersinn. In den Zeichnungen sind die Orientierungsvektoren der Flüssigkristallmoleküle mit |r₂², |r₁², |r₂¹ und |r₁¹ bezeichnet.

Fig. 3 dient der Erläuterung eines Neigungswinkels der Flüssigkristallmoleküle. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist mit |r die Richtung bezeichnet, in der die Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b einen Neigungswinkel ΔR bezüglich der lichtdurchlässigen Platten 3 a, 3 b, 3 c und 3 d aufweisen.

Wenn die Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b die in Fig. 2 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 2 a einen guten Anzeigekontrast im Bereich 10 von Fig. 2 (E) auf, der gestrichelt ist, und die Flüssigkristallschicht 2 b 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 Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b erhalten werden, nicht übereinstimmen. Dadurch ergeben sich ernsthafte Probleme hinsichtlich der Anzeigequalität und -wirksamkeit von mehrschichtigen Flüssigkristall- Anzeigefeldern.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Orientierungsvektoren der jeweiligen Flüssigkristallschichten zueinander um jeweils 90° ausgerichtet, periodisch und bezüglich der Spiralachse symmetrisch, um alle guten Kontrastbereiche der jeweiligen Flüssigkristallschichten in Übereinstimmung zu bringen. Die Fig. 4 (A) bis 4 (E) zeigen Orientierungsvektoren der Flüssigkristallmoleküle in der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit zweischichtigem Aufbau gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Aufbau der zweischichtigen Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau. Die lichtdurchlässigen Platten 1 a, 1 b und 1 c bestehen aus Natron- bzw. Sodaglas und sind 0,7 bis 8 mm dick. Die lichtdurchlässigen Elektroden 3 a, 3 b, 3 c und 3 d sind durch einen Ätzvorgang oder durch ein anderes Behandlungsverfahren in Form eines Musters ausgebildet und bestehen aus In₂O₃. Die Ausrichtschichten 5 a, 5 b, 5 c und 5 d bestehen aus einer dünnen Schicht SiO₂, die durch Elektronenstrahl-Aufdampfung aufgebracht und dann in einer bestimmten Richtung mit einem Tuch oder einem ähnlichen Material gerieben bzw. geschliffen wurde. Die Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b sind etwa 7 µm dick und enthalten einen Biphenyl-Flüssigkristall mit einer geringen Menge von Cholesteryl-Nonanoat. Die Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b 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 Flüssigkristallschichten im folgenden Bereich liegen:

oder anders ausgedrückt, di und dj weisen vorzugsweise Werte zwischen 5 µm und 10 µm auf.

Die Abdichtungen 6 a und 6 b bestehen aus Epoxyharz, das für einen Film- bzw. Schablonendruck geeignet ist. Die Streureflektionsplatte 8 ist eine Aluminiumplatte, die sandgestrahlt wurde. Die Fig. 4 (A) und 4 (B) zeigen Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2 a, wobei die Ausrichtschicht 5 a einen Vektor |r₂² und die Ausrichtschicht 5 b einen Vektor |r₁² aufweist. Die Orientierungsvektoren der Flüssigkristallschicht 2 b sind in den Fig. 4 (C) und 4 (D) dargestellt, wobei die Ausrichtschicht 5 c einen Vektor r₂¹ und die Ausrichtschicht 5 d einen Vektor r₁¹ aufweist. Der Neigungswinkel ΔR liegt in einem Bereich von 2° bis 3°.

Mit einer solchen Anordnung befinden sich die guten Anzeigekontrastbereiche der beiden Flüssigkristallschichten 2 a und 2 b im Bereich 12, der strichliniert ist, und stehen in Übereinstimmung zueinander.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung. Ein Anzeigeabschnitt 10 ist durch die Elektrodengruppen 3 a und 3 b und ein weiterer Anzeigeabschnitt 11 durch die Elektrodengruppen 3 c und 3 d festgelegt. Wenn man in senkrechter Richtung (in Z-Richtung) auf die Anzeigeeinrichtung schaut, so ist der Abstand (r′) zwischen den beiden benachbarten Anzeigeabschnitten auf der X-Achse gleich dem Abstand (r) innerhalb desselben Anzeigeabschnitts.

Wenn die gedrehte bzw. drehende nematische Feldeffekt- Anzeigezelle 12′ im Multiplexbetrieb angesteuert wird, 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 R auf die in den Fig. 1 und 5 dargestellte Anzeigeeinrichtung geschaut wird, hängt der wesentliche Abstand r₀′ der Anzeigeabschnitte 10 und 11 vom Sichtwinkel R ab, weil die optische Dicke l der Platten begrenzt ist. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist beispielsweise r₀′<r, r₀′=r und r₀′<r, wenn -R₀<R<0, R=0 bzw. R<0 ist. Die Anzeigeabschnitte 10 und 11 überlappen sich, wenn R<-R₀ ist. Wenn R<0 ist und auf die in Fig. 7 dargestellte Anzeigeeinrichtung in einem in Fig. 6 dargestellten Sichtwinkel R geschaut wird, so bedeutet r₀′<r, daß der Abstand r₀′ 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 Erfindung sind (Fig. 8), wenn die Flüssigkristallzelle vom guten Anzeigekontrastbereich betrachtet wird, die lichtdurchlässigen Elektroden 3 a, 3 b, 3 c und 3 d so festgelegt, daß die jeweiligen Anzeigeabschnitte der Flüssigkristallschichten sich gegenseitig nicht überlappen, und der X-Achsen- Abstand r₀′ zwischen den beiden benachbarten Anzeigeabschnitten ist im wesentlichen gleich oder kleiner dem X-Achsen- Abstand r innerhalb der Anzeigeabschnitte.

Die Anzeigeabschnitte 10 und 11 überlappen sich, wenn senkrecht auf die Anzeigeabschnitte oder in einer Richtung von R<0 geschaut wird. Der Schwellwertspannungspegel für die elektro-optischen Effekte in dem Bereich, bei dem R<0 oder R=0 ist, ist höher als der für einen Bereich, bei dem R<0 ist, so daß kein Unterschied im Anzeigekontrast hervorgerufen wird.

Claims

Mehrschichtige verdreht nematische Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung, mit
- - zwei übereinander angeordneten Flüssigkristallschichten (2 a, 2 b) aus gleichem Flüssigkristallmaterial, die Dicken (d, d′) zwischen 5 µm und 10 µm aufweisen,
- - einer ersten Elektrodengruppe (3 a, 3 b), die mit einer ersten (2 a) der Flüssigkristallschichten verbunden ist, und die gleichmäßig voneinander beabstandete horizontale (3 a) und vertikale Elektroden (3 b) auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Flüssigkristallschicht (2 a) zur Bildung eines ersten Anzeigeabschnitts (10) aufweist,
- - einer zweiten Elektrodengruppe (3 c, 3 d), die mit einer zweiten (2 b) der Flüssigkristallschichten verbunden ist, und die gleichmäßig voneinander beabstandete horizontale (3 c) und vertikale Elektroden (3 b) auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Flüssigkristallschicht (2 b) zur Bildung eines zweiten Anzeigeabschnitts (11) aufweist, der vom ersten Anzeigeabschnitt (10) getrennt ist, wobei sich die horizontalen Elektroden (3 a, 3 c) der verschiedenen Elektrodengruppen und die Anzeigeabschnitte (10, 11) selbst aus der Sicht des Betrachters nicht überlappen,
- - einer Polarisationseinrichtung (7 a, 7 b), zwischen der die Flüssigkristallschichten (2 a, 2 b) angeordnet sind, und
- - einer Streuplatte (8) an einer Rückseite der Anzeigeeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination
- - die in Blickrichtung aufeinanderfolgenden Orientierungsvektoren (r₂², r₁², r₂¹, r₁¹) der aufeinanderfolgenden Flüssigkristallschichten (2 a, 2 b) im Bereich der Grenzschichten in Blickrichtung abwechselnd in und entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um gleiche Winkel von 90° versetzt sind (Fig. 4), um einen guten Anzeigekontrast unter einem gemeinsamen Sichtwinkel (R≠0) relativ zur Normalenrichtung (Z) der Anzeigeeinrichtung zu erhalten,
- - die Dicken (d, d′) der Flüssigkristallschichten (2 a, 2 b) ein Verhältnis von aufweisen, und
- - die Anzeigeabschnitte (10, 11) sich bei senkrechter Draufsicht auf die Anzeigeeinrichtung so weit überlappen, daß bei Betrachtung der Anzeigeeinrichtung unter dem Sichtwinkel (R≠0) der Abstand (r₀′) zwischen den Anzeigeabschnitten (10, 11) kleiner oder gleich dem Abstand (r) zwischen Bildelementen eines der Anzeigeabschnitte (10, 11) ist.