DE3049394A1 - "fluessigkristall-anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischem fluessigkristallmaterial" - Google Patents
"fluessigkristall-anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischem fluessigkristallmaterial"Info
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Description
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER SHARP K. K. 1548-GER-A
30493Ϊ4
- 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
TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER
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
Fig. 2 ein grafisches Schaubild von Vergleichsdaten, bei
dem auf der Ordinate das in Normalrichtung des
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TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEiSTER SHARP K.K. - 1548-GER-A
3Ö4939I4
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
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 rp in der Nähe von P und als rÄ
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 rp (in Fig. 3 <
P rp):
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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TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER 3 KARF K. K. 1548-GER-A
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 rp = 5°
(ii) < A rA = 5
(iii) < A P = 80
(2) Daten der Kurve ft> (herkömmliche Anzeigetechnik)
(i) < P rp = -5
(ii) < A rA = 5°
(ii) < A rA = 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 rp = 0°
(ii) < A r_ = 0°
(ii) < A r_ = 0°
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TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER SHARP K. K. 1 548-GER-A
— 30A9394
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 (3)
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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TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER
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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