DE3049394A1

DE3049394A1 - "fluessigkristall-anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischem fluessigkristallmaterial"

Info

Publication number: DE3049394A1
Application number: DE19803049394
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Syuichi Nara Kozaki; Shigehiro Ikoma Nara Minezaki; Hisashi Wakayama Uede
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE3049394C2; JPS5692518A; GB2072868A; US4426133A; GB2072868B

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER SHARP K. K. 1548-GER-A

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- 4 BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die einen verdreht-nematischen Flüssigkristall enthält und sich durch Feldeffekteinflüsse steuern läßt. Eine solche Flüssigkristall-Anzeigezelle zeichnet sich unter bestimmten nachfolgend diskutierten Voraussetzungen durch einen hohen Anzeigekontrast aus und wird auch als "TN-FEM-Flüssigkristallzelle" bezeichnet (TN-FEM = Twisted-Nematic-FieId-Effect-Mode).

TN-FEM-Flüssigkristallzellen werden in jüngster Zeit in großem Umfang insbesondere bei elektronischen Uhren als Anzeigeelemente eingesetztyda sie sich durch einen sehr guten Wiedergabekontrast, niedrige erforderliche Betriebsspannungen und rasches Ansprechverhalten auszeichnen. Diese an sich vorteilhaften Eigenschaften lassen sich bis jetzt jedoch nur bei Ansteuerung im Dauerstrichbetrieb gewährleisten. Wird dagegen für eine hohe Anzeigesegmentdichte ein an sich naheliegendes Ansteuerverfahren, nämlich Multiplex-Ansteuerung, beispielsweise in zeilensequentieller Folge angestrebt, so ergeben sich erhebliche Probleme aus den vergleichsweise schlechten oder unspezifischen Schwellenwert-Kennwerten und dem für diese Ansteuertechnik zu langsamen Ansprechverhalten. Dies führt in der Praxis zu einem unbefriedigendem Anzeigekontrast.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine vorzugsweise großflächige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit TN-FEM-Flüssigkristallzellen zu schaffen, die sich durch einen hohen Anzeigekontrast auch bei Anwendung einer zeit-

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_Λ ,__ c-rrr.MNynr.cs-rr-w SHARP K.K. 1 548-GER-A

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unterteilten Ansteuertechnik auszeichnet.

Eine erfindunggemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der eingangs definierten Gattung weist die im kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbare Verbesserung des Anzeigekontrasts bei TN-FEM-Flüssigkristallanzeigepaneelen wird vor allem durch eine optimale Orientierungsrichtung durch jeden eines Paars von linearen Polarisierer erreicht, die einander gegenüber stehen und zwischen denen sich eine Flüssigkristallschicht befindet. Diese Schicht aus einem verdreht-nematischen Flüssigkristall läßt sich dadurch charakterisieren, daß die Richtung jeder der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle, welche jedem der Polarisierer benachbart sind, vom Orientierungsvektor jedes Polarisierers verschieden sind, also von dem Orientierungsvektor um einen bestimmten Winkelbetrag abweichen, überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich damit eine erhebliche Verbesserung des Anzeigekonstrasts erzielen läßt.

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

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung eines TN-FEM-Flüssigkristallanzeigepaneels mit Merkmalen nach

der Erfindung;
Fig. 2 ein grafisches Schaubild von Vergleichsdaten, bei

dem auf der Ordinate das in Normalrichtung des

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Anzeigepaneels zu beobachtende Anzeigekontrastverhältnis und auf der Abszisse die angelegte Spannung aufgetragen sind und wobei der Orientierungsvektor jedes einzelnen eines Paars von Polarisierern als variabler Parameter berücksichtigt ist, und
Fig. 3 verdeutlichen den Zusammenhang zwischen den

einzelnen Orientierungsvektoren bei einem Anzeigepanells gemäß Fig. 1.

Das TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeigepaneel gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Paar von transpartenten Substraten 1 und 2, einem Paar von Linearpolarisierern 3 und und einer zwischen den Substraten eingebrachten Flüssigkristallschicht. Aus Gründen der einfacheren Darstellung sind auf den Substraten 1 und 2 aufgebrachte Elektroden ebenso nicht gezeigt, wie eine auf den Elektroden bzw. den Substraten vorhandene Orientierungsschicht.

Die jeweiligen Polarisationsvektoren der Polarisierer 3 und 4 seien P und A definiert. Andererseits seien die Längsachsen der in Kontakt mit den C Jastraten stehenden Moleküle der Flüssigkristallschicht zu r_p in der Nähe von P und als r_Ä in der Nähe A definiert.

Wie in der Fig. 3 angegeben enspreche die positive Richtung bei der Messung von Winkeln der Richtung des Steigungswinkels in der Flüssigkristallschicht, das heißt also im vorliegenden Beispiel werden positive Winkel im Gegenuhrzeigersinn gemessen. Die Beziehung zwischen jedem der beiden Polarisationsvektoren und jeder der Moleküllängsachsen wird erfindungsgemäß wie folgt angegeben:

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER SHA_RP_K.K. 15_48^GER_r.A__._

- T₁ _ 3 O A 9 3 9

(1) Der Winkel von P gegen r_p (in Fig. 3 < P r_p):

etwa 3° bis etwa 8° einschließlich der angegebenen Winkelwerte selbst;

(2) Winkel von A gegen r ( < A r ): etwa -3° bis etwa -8° jeweils einschließlich der angegebenen Grenzwerte;

(3) Winkel A gegen"? (< "a "p) : etwa 74° bis etwa 80° jeweils einschließlich der angegebenen Grenzwerte.

Die angegebenen Bedingungen gelten für eine Anzeigevorrichtung, bei der zur Sichtdarstellung im Falle von Doppelbrechung die außerordentlichen Strahlen innerhalb der Flüssigkristallmoleküle ausgenutzt werden.

Um andererseits die ordentlichen Strahlen bei Flüssigkristallmolekülen für den erwünschten Anzeigezweck auszunutzen, ist von den oben angegebenen Winkelbedingungen jeweils um einen Winkelbetrag von -90° oder +90° abzuweichen, was in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht ist.

Versuche haben ergeben, daß sich der erfindungsgemäße Effekt einer erheblichen Kontrastverbesserung dann nicht erzielen läßt, wenn der oben angegebene Bereich von etwa 3° bis etwa 8° einschließlich der Winkelwerte selbst über- oder unterschritten wird (vgl. obige Bedingungen (1), (2)). Oberhalb von 8° ließ sich selbst dann kein guter Anzeigekonstrast erzielen, wenn ein über der Schwellenspannungen liegender Spannungswert an die Flüssigkristallschicht angelegt wurde.

Die grafische Darstellung der Fig. 2 verdeutlicht einen Vergleich zwischen einem ansonsten gleich aufgebauten herkömmlichen Anzeigepaneel und einer Anzeigevorrichtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen. Die mit dem Hinweiszeichen

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gekennzeichnete gestrichelte Kurve bezieht sich auf die Erfindung und die Kurven β und γ auf herkömmliche Anzeigetechnik.

Die jeweiligen Daten wurden unter folgenden Bedingungen erhalten:

(1) Daten der Kurve ⁰^- (Erfindung): (i) < P r_p = 5°

(ii) < A r_A = 5

(iii) < A P = 80

(2) Daten der Kurve ft> (herkömmliche Anzeigetechnik)

(i) < P r_p = -5
(ii) < A r_A = 5°

(iii) < A P = 100°

Ähnliche Daten, wie sie der Kurve β entsprechen, lassen sich auch unter folgenden Betriebsbedingungen erhalten: 20

(i) < P r"_p = etwa -3° bis etwa -8° (unter Einschluß der Grenzwerte)

(ii) < A ?_A = etwa 3° bis etwa 8° (unter Einschluß der Grenzwerte) (iü) < a P = etwa 96° bis etwa 106° (unter Ein

schluß der Grenzwerte).

(3) Daten der Kurve y (herkömmliche Anzeigetechnik) 30

(iii) < X P= 90°.

(i) < P r_p = 0°
(ii) < A r_ = 0°

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Die Flüssigkristallanzeigen wurden wie folgt geprüft:

Als Flüssigkristallmischung wurde ein cholesterisches Flüssigkristallmaterial z.B. der Biphenyltyp ROTN 403 von Hoffmann-La Roche mit einem Zusatz von 15 Gew.-% an Cholesteryl-Nonanoat verwendet, bei welchem die Steigungsrichtung im Gegenuhrzeigersinn liegt und die Steigungsteilung etwa 80μΐη beträgt. Vorzugsweise ist die Steigungsteilung gleich oder größer als 40μιη. Die cholesterische Mischung kann durch ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie ersetzt sein.

Die durch ein Elektronenstrahlverdampfungsverfahren aufgebrachte Orientierungsschicht besteht aus SiO„ mit einer Schichtdicke von etwa 100nm. Diese Schicht wurde sodann mit bekannter Reibtechnik behandelt, um die Orientierungswirkung zu erzielen. Der Steigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle zwischen den beiden Substraten 1 und 2 wird auf annähernd rechten Winkel eingestellt. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug etwa 7μπι und die Umgebungstemperatur etwa 25°C. Die jeweilige Zelle wurde mit einer Sinus-Wechselspannung erregt. Die zugeführte Spannung wurde als Effekivwert in Volt gemessen (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert). Zur Erzeugung einer gewünschten Sichtanzeige wurde das Anzeigepaneel in Normalrichtung mittels eines Photovervielfachers bestrahlt.

Wie sich aus den Messkurven der Fig. 2 ersehen läßt, verdeutlichen die der Erfindung entsprechenden Daten der Kurve (X einen deutlich besseren Kontrast als die auf die herkömmlichen Anzeigevorrichtungen bezogenen Kurven (i und Y ·

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TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER SHARE K. K. 1548-GER-A

Die obige Beschreibung bezog sich auf eine TN-FEM-Flüssigkristallanzeigevorrichtung, deren Flüssigkristallmaterial im Gegenuhrzeigersinn optisch verdreht ist. Ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, kann dieses Flüssigkristallmaterial auch durch eines mit optischer Rotation im Uhrzeigersinn ersetzt sein.

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Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER Beim europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandatalres agreäs pres !'Office european des brevets Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller Siekerwall 7, Triftstrasse 4, D-8OOO MÜNCHEN 22 D-480O BIELEFELD 1 1548-GER-A Mü/kü 29. Dezember 1980 SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Japan Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischem Flüssigkristallmaterial Priorität: 26. Dezember, Japan, Nr. 54-173728 PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit

- einem zwischen ein Substratpaar eingebrachten verdrehtnematischem Flüssigkristallmaterial, dessen Moleküllängsachsen zwischen den beiden Substraten im wesentlichen um rechte Winkelbeträge verdreht sind, sowie mit einem dem ersten Substrat zugeordneten ersten Polarisierer und einem dem zweiten Substrat zugeordneten

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER SHAkP K.K. 1 548-GER-A

zweiten Polarisierer, deren Polarisationsrichtungen mit P bzw. A bezeichnet sind

gekennzeichnet durch folgende Winkelverhältnisse und Zuordnungen der Polarisationsrichtungen zur Längsachse der Flüssigkristallmoleküle:

- ein erster Winkel von A gegen P beträgt etwa 74° bis etwa 84° unter Einschluß der Grenzwerte;

- ein zweiter Winkel von P gegen r beträgt etwa 3° bis etwa 8° jeweils unter Einschluß der Grenzwerte sowie des Winkelbetrags + 90°;

- ein dritter Winkel von A gegen ? beträgt etwa -3° bis etwa -8° unter Einschluß der Grenzwerte sowie des Winkelbetrags + 90°,wobei

- positive Winkel als in Richtung des Steigungswinkels des Flüssigkristallmaterials definiert sind,

- eine erste Richtung der Längsachse eines Flüssigkristall-Moleküls, das dem ersten die Polarisationsrichtung P bewirkenden Polarisierer benachbart liegt mit r und

- eine zweite Richtung der Längsachse eines anderen Flüssigkristallmoleküls, das dem zweiten die Polarisationsrichtung A bewirkenden Polarisierer benachbart liegt mit r bezeichnet ist.

2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Artspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Flüssigkristallmaterial ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie oder ein cholesterischer Flüssigkristall mit einer Steigungsteilung von mindestens 40μπι verwendet ist.

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SHARP K.K. 1548-GER-A 3TOF39T

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Polarisierer lineare Polarisierer sind.

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