DE3107528C2

DE3107528C2 - Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3107528C2
Application number: DE3107528A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Yutaka Ishii; Toshiaki Tenri Nara Takamatsu; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB2072399A; US4405209A; JPS56122885A; DE3107528A1; GB2072399B

Abstract

Es wird eine Flüssigkristallmatrix-Darstellungs- bzw. -Anzeigevorrichtung beschrieben, die für die Darstellung von Bildern, insbesondere in einem Fernsehgerät, geeignet ist und bei der die Flüssigkristallschicht ein Dotierungsmittel in einem spezifischen Mengenbereich enthält, der erheblich größer ist als die Menge des Dotierungsmittels, die in bekannten Vorrichtungen verwendet wird.

Description

genügt, in der N die Anzahl der Abtastelektroden der Multiplexansteuerung, F die Halbbildfrequenz eines Bildsignals, Cdie Kapazität pro Flächeneinheit der Isolierungsschichten (9) und Cb die Kapazität pro Flächeneinheit der Isolierungsschichten (9) ist, wenn diese die spezifische dielektrische Kenstante e = 4 und die Dicke 10 nm haben.

2. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Darstellung eines Fernsehbildes.

3. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbildfrequenz F 60 Hz ist und zur Darstellung eines Fernsehbildes durch kommerzielles Fernsehen verwendet wird.

4. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierungsschichten (9) die Dicke von 10 nm und die spezifische dielektrische Konstante ε=4 haben.

5. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (10) aus Schiffschen-Basen-Flüssigkristallmaterialien zusammengesetzt ist.

6. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmittel Tetrabutylammonium-3,5-dinitrobenzoat ist.

7. Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (10) eine Dicke von 7 μιη± 1 μιη hat.

Die Erfindung betrifft eine Matrix-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs i. Eine solche Vorrichtung ist durch Proc. SID Bd.21/2,1980, S. 55 bis 61, bekannt

Seit langem wird für die Biiddarstellung in Fernsehgeräten eine Kathodenstrahlröhre (KSR) verwendet Diese ist immer noch die wichtigste Vorrichtung für die Biiddarstellung. Es wurden jedoch umfangreiche Untersuchungen über Flachplatten-Darstellungsvorrichtungen mit Einschluß von flachen Kathodenstrahlröhren durchgeführt, um einen Ersatz mit einem kleineren Volumen als herkömmliche Kathodenstrahlröhren zu entwickeln. Eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist eine Art einer Flachplatten-Darstellungsvorrichtung (FPD) und eine solche Vorrichtung hat aufgrund ihres niedrigeren Verbrauchs an Betriebsleistung besondere Aufmerksamkeit gefunden.

Die Flüssigkristall-Darstellung eines Bildes, insbesondere eines Fernsehbildes, wird gewöhnlich mittels einer Vorrichtung durchgeführt, welche eine sogenannte XY-Matrixelektrodenkonstruktion hat, die so ausgebildet ist, daß sie Punktelemente darstellt Bei dieser Vorrichtung wird der Schnitt zwischen der Y- (z. B. Spalten-) Elektrode und der X- (z. B. Reihen-) Elektrode elektrisch ausgewählt, daß ein Einheitsbildelement definiert wird. Die Helligkeit des Punkts wird zur Herstellung der Darstellung verwendet.

Bei einer derartigen Matrix-Darstellungsvorrichtung kann es jedoch zu einem sogenannten Übersprecheffekt kommen, der bewirkt, daß eine Information an einem ausgewählten Punkt sich in einen nicht-ausgewählten Punkt hineinmischt. Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, um dieses Problem zu lösen. Sie können grob in (1) die Optimierung der Wellenform der Antriebs- bzw. Steuerspannung und (2) die Optimierung der Eigenschaften der Darstellungselemente aufgeteilt werden. Es ist bekannt, daß bei der effektiven Spannung, die eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung antreibt, die Wellenform der Steuerspannung durch eine Spannungsausgleichsmethode (i/Jl/A/+l) Vorspannung) optimiert werden kann, z.B. Kmetz und von Willisen: Nonemissive Electrooptic Displays, New York 1976, Plenum Press, Seite 272. Bei dieser Steuermethode haben ein ausgewählter Punkt (V_11n) und ein nicht-ausgewählter Punkt (V₁₁^) ein Effektiv-Spannungsverhältnis von:

VJV.

(Pi)

worin N die Anzahl der Multiplexiervorgänge (Abtastelektroden) ist, deren reziproker Wert der Arbeitsphase entspricht. Aus der Gleichung Pl geht hervor, daß. selbst wenn die vorgeschlagene Antriebsmethode angewendet wird, bei einer Erhöhung des Wertes von N das V_an/V_a„5-Verhältnis sich an 1 annähert. Dies bedeutet, daß die effektive Spannung eines ausgewählten Punkts nicht dazu imstande ist, genügend höher zu sein als diejenige eines nicht-ausgewählten Punkts, und eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung nach einem Spannungsselektrionsschema, welche keine so hohe Spannungsabhängigkeit des Kontrastes hat. wie eine Entladungsröhre, kann verschiedene Probleme mit sich bringen, beispielsweise eine Verminderung des Kontrasts der Darstellung und eine langsamere Antwort. Um diese Probleme zu überwinden, sind schon Untersuchungen über eine Zweifrequenz-Adressenme-

thode, eine Mehrfach-Matrixmethode, eine Methode, bei der ein schaltendes Element in Bildelemente eingearbeitet wird, und dergleichen durchgeführt worden. Keine dieser Methoden hat jedoch bis jetzt praktische Anwendung gefunden. Somit besteht keine Alternative, als die Eigenschaften der Darstellungselemente zu optimieren.

In neuerer Zeit wurde, wie eingangs erwähnt, die Verwendung der Depolarisierung in einer verdreht-nematischen Schicht (DTN) als Art und Weise einer Flüssigkristall-Vorrichtung bekannt, die für eine Matrix-Ansteuerung geeignet ist. Die DTN-Art und-Weise ist eine Art und Weise der Darstellung, die sowohl die Merkmale der herkömmlichen TN-(verdreht-nematisch) und DS-(dyna mische Streuungs-) Typen besitzt, wie sie in dem eingangs genannten Artikel von Y. Ishii, einem der vorliegenden Erfinder, et al. beschrieben werden. Eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung dieser Art wird auch in der US-PS 37 49 474 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkristall-Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die Eigenschaften hat, welche mit der eingangs genannten Vorrichtung zur Darstellung von Bildern in einem Fernsehgerät mit entsprechend hoher Betriebsfrequenz geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es ist zwar allgemein bekannt, die Grenzfrequenz f_c durch Zugabe von Dotierungsmittel zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Flüssigkristallschicht zu erhöhen, jedoch war bisher damit stets eine unerwünschte Verringerung der Lebensdauer der Darstellungsvorrichtung verbunden (Meier, Sackmann, Grabmaier: Applications of Liquid Crystals, Berlin 1975, Springer-Verlag, Seite 124). Bevorzugte Flüssigkristallmaterialien für eine Darstellur.gsvorrichtung des DS-Typs werden in der US-PS 41 55 872 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung ist in ihrer Konstruktion im wesentlichen mit bekannten Darstellungsvorrichtungen des DTN-Typs identisch. Eine verdrehtnematische, im An-Zustand dynamisch streuende Flüssigkristallschicht (was im An-Zustand die Depolarisation in der verdreht-nematischen Schicht bedeutet) ist zwischen ein Paar transparente Substrate zwischengelegt, welche ein Paar von gegenüberliegenden Oberflächen definieren, die jeweils mit einer transparenten Elektrode, einer isolierenden Schicht und einer Einrichtung zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle versehen sind. Ein Polarisator ist auf der der Flüssigkristallschicht entgegengesetzten Oberfläche jedes Substrats angeordnet (Fig. 1).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich jedoch von allen bekannten Darstellungsvorrichtungen des DTN-Typs dadurch, daß die Flüssigkristallschicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein ionisches Dotierungsmittel bis zu einem Ausmaß enthält, daß die kritische Frequenz bzw. Grenzfrequenz f_c für den dynamischen Streuungseffekt der Flüssigkristallschicht der folgenden Beziehung bezüglich zu der Anzahl Nder Multiplexansteuerung (Arbeitsphase MN) im Bereich der Umgebungstemperatur

_C

C₀

16--fr- N-F- C>f_c>iNF

(D

genügt, wobei F für die Rahmenfrequenz eines Bildsignals steht, C für die Kapazität pro Einheitsfläche der isolierenden Schichten steht uno Co für die Kapazität pro Einheitsfläche der isolierenden Schichten, wenn sie für die spezifische dielektrische Konstante den Wert 4 und die Dicke von 10 nm haben, steht

Als Dotierungsmittel wird erfindungsgemäß ein quaternäres Ammoniumsalz einer organischen Säure verwendet, das weniger zersetzend wirkt als die

ίο bekannten Ammoniumsalze anorganischer Säuren.

Die Menge des Dotierungsmittels, die erforderlich ist, damit der Gleichung (1) genügt wird, ist mindestens etwa zehnmal größer als diejenige Menge des Dotierungsmittels, die in der bekannten, eingangs genannten Vorrichtung verwendet wird. Sie ermöglicht jedoch die Reproduktion eines Bildes mit ziemlich zufriedenstellendem Kontrast und Halbton.

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

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung vom DTN-Typ, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt;

Fig.2 eine Querschnittsansicht der DS-Zelle, die in der Vorrichtung der F i g. 1 verwendet wird;

Fig.3 ein Diagramm, das die Kontrastcharakteristiken des DTN-Typs zeigt;

F i g. 4 ein Diagramm, das die Frequenzabhängigkeit der Schwelleuspannung für den DTN-Typ zeigt;

F i g. 5 eine Anzahl von Wellenformmustern, die den Umriß der Ansteuerspannung zeigen, d. h. (A) eine Wellenform der Spannung Vy, (B) eine Wellenform der Spannung VOc(C) eine Matrixelektrodenanordnung, (D) eine Wellenform der kombinierten Spannung V_x+ W und (E) ein weiteres Beispiel für eine Wellenform der kombinierten Spannung Vx+ Vy, und

F i g. 6 ein Diagramm für einen Ersatzstromkreis, bei dem eine genügend niedrigere Frequenz als die Grenzfrequenz f_c für die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung in Betracht gezogen wird.

■to In der F i g. 1 ist der bekannte konstruktive Aufbau einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung allgemein durch das Bezugszeichen 11 dargestellt. Die Darstellungsvorrichtung 11 enthält einen Lichtdiffusor 1, ein Paar Polarisatoren 2 und eine verdreht-nematische DS-Zelle 4. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, besteht die DS-Zelle 4 aus einem Paar transparenter Substrate 7, einer Vielzahl von transparenten Elektroden 8, die in einer Matrix angeordnet sind, einem Paar von isolierenden Schichten 9, die auch als Einrichtung zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle dienen, und einer Flüssigkristallschicht 10, die eine Flüssigkristallmischung mit einem Dotierungsmittel enthält. In der F i g. 1 bedeutet das Bezugszeichen 5 eine Beleuchtungsvorrichtung und das Bezugszeichen 6 zeigt einen Betrachter an.

Die F i g. 3 zeigt in typischer Weise die Spannungsabhängigkeit des Darstellungskontrastverhältnisses nach der DTN-Art und -Weise. Da unterhalb der Schwellenspannung V,h kein zufriedenstellendes Kontrastverhältnis erhalten werden kann, ist es notwendig, eine Antriebsspannung anzulegen, die mindestens der Schwellenspannung V₁/, gleich ist. Da die DTN-Art und -Weise den DS-Effekt verwertet, wird jedoch die Schweilenspannung V,/, stark von der Frequenz der Antriebsspannung beeinflußt. Diese Frequenzabhängigkeit der Schwellenspannung ist in F i g. 4 dargestellt, in der die Spannung eine sinusförmige Wellenform hat, und sie zeigt einen Effektivwert an.

Aus Fig.4 wird ersichtlich, daß die kritische Frequenz bzw. Grenzfrequenz /",. eine Grenze definiert, oberhalb der die Schwellenspannung V,h unendlich hoch wird und die Darstellungsvorrichtung nicht mehr angetrieben wird. Anders ausgedrückt, die Ansteuerfrequenz /j/ für die DTN-Art und -Weise hat eine obere Grenze, die von dem Wert von /Ί-abhängt:

k\ ■ f,t<fc

(2)

Darin ist k\ größer als 1.

Insbesondere bezüglich der Beziehung zwischen der Grenzfrequenz f_L und der Ansteuerfrequenz /j wird aus der F i g. 5 ersichtlich, daß die Ansteuerfrequenz fj eine fundamentale Frequenzkomponente von 2 FN (Hz) enthält, worin F für die Rahmenfrequenz eines Bildsignals steht und N für die Zahl des Multiplexantriebs bzw. Vielfachantriebs für die Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 steht, wenn die Blankzeit vernachlässigbar ist. Die Ansteuerspannung hat jedoch eine rechteckige Wellenform und sie enthält einen erheblich hohen Verhältnisanteil einer harmonischen Komponente. Demgemäß ist es in der Praxis notwendig, bei der Auswahl der Frequenzcharakteristiken der Flüssigkristallelemente irgendeine derartige harmonische Komponente in Betracht zu ziehen, was insbesondere bei einer Fernseheinrichtung der Fall ist, die einen höheren harmonischen Verhältnisteil hat, falls sie durch eine Impulsbreitenmodulierung einen Halbton darstellt. Somit kann, wenn mindestens eine sekundäre harmonische Welle in Betracht gezogen wird, die Ansteuerungsfrequenz Qgrundlegend wie folgt ausgedrückt werden:

/"rf=4 FN

(3)

It₂-F- N</[-

(4)

fc=K ■ (Vif:,,

(5)

Darin steht K für einen Proportionalitätsfaktor, der empirisch etwa 0.6 ist. und so steht für die Dielektrizitätskonstante des Vakuums.

Der Ausdruck (5) lehrt, daß es möglich ist, die Grenzfrequenz /"„ die der Gleichung (4) genügt, zu erhalten, indem man entweder die Leitfähigkeit d erhöht oder indem man die spezifische dielektrische Konstante ε vermindert.

Von den Erfindern wurde eine große Anzahl von Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen mit verschiedenen und progressiv steigenden Werten der Leitfähigkeit hergestellt, indem verschiedene Mengen von Dotierungsmittel in die Flüssigkristallschicht eingearbeitet wurden. Damit wurde eine große Anzahl von Versuchen zur Bilddarstellung durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß ein Bild, das hinsichtlich des Kontrasts und des Halbtons zufriedenstellend ist, erhalten werden kann, wenn das Dotierungsmittel in einer Menge eingearbeitet wird, welche der Beziehung (4), worin k₂ den Wert 8 hat, oder der folgenden Beziehung:

8 · N · F<f_c (6)

genügt Mit anderen Worten, wenn die Flüssigkristall-

worin k? größer als 4 ist.

Die in Fig.4 gezeigte Grenzfrequenz f_c hängt von der Leitfähigkeit ö und der spezifischen dielektrischen Konstant f der Flüssigkristallschicht 10 ab und kann wie folgt ausgedrückt werden:

schicht eine Grenzfrequenz /"„ die kleiner als 8 A/Fist, hat, dann antwortet der Flüssigkristall selbst dann nicht in der richtigen Weise, wenn kein Signal für die Darstellung eines Halbtons an die Zelle angelegt wird. Wenn in der DS-ZeIIe 4 die Ansteuerungsfrequenz /",/ genügend niedriger ist als die Grenzfrequenz £> dann ist der Ersatzstromkreis, in dem die isolierenden Schichten 9 in Betracht gezogen werden, ein solcher, bei dem die Kapazität C durch die Isolierungsschichten 9 und der Widerstand R durch die Flüssigkristallschicht 10 miteinander in Reihe verbunden sind. Die Spannung V, die tatsächlich an die Flüssigkristallschicht 10 angelegt wird, ist:

V =

(7)

Die Beziehung (7) kann wie folgt umgeschrieben werden:

Ί +

2nf_dCR

worin E für die Quellenspannung steht.

Wenn es gewünscht wird, mindestens 90% der Quellenspannung E wirksam an die Flüssigkristallschicht anzulegen, dann muß der folgenden Beziehung genügt werden:

Der Ausdruck (2) kann durch Einarbeitung des Ausdrucks (3) wie folgt umgeschrieben werden:

2nf_dCR

■ < 0,5 .

(9)

Es wird somit ersichtlich, daß eine der Bedingungen, der von der Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung 11 genügt werden muß, von einem Wert bestimmt wird, der durch Multiplikation der Kapazität C der Isolierungsschichten 9. die zwischen den Elektroden 8 und der Flüssigkristallschicht 10 angeordnet sind und die auch zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle dienen, mit dem Widersiand R der Flüssigkristallschicht TO erhalten wird und der mit einer Zeitkonstante in Beziehung steht.

Aufgrund der Beziehung (3) kann die Beziehung (9) wie folgt umgeschrieben werden:

-^< AnCFN.

55

Da

(10)

(H)

und da die Beziehung (5) wie folgt umgeschrieben werden kann:

60 ε-ερ-fc

³ —t~

(12)

kann die Beziehung (10) wie folgt umgeschrieben werden:

fc<-

ΑπΚ
h ■ ε- C₀

• CFN.

(13)

Wenn in der Beziehung (13) —
drückt Wird, dann gilt folgendes:

/.<*, CFN.

• c ■ co

als A4 ausge-

(14)

Die Beziehung (14) definiert eine Obergrenze für die Grenzfrequenz f_cder Flüssigkristallschicht 10.

Wie bereits ausgeführt wurde, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtungen mit verschiedenen und progressiv ansteigenden Werten der Grenzfrequenz f_c hergestellt, indem die Menge des Dotierungsmittels in der Flüssigkristallschicht erhöht wurde. Sie haben eine Anzahl von Versuchen zur Bilddarstellung durchgeführt. Als Ergebnis haben sie festgestellt, daß ein Bild mit zufriedenstellendem Kontrast und Halbton erhalten werden kann, wenn das Dotierungsmittel in einer Menge eingearbeitet wird, die der Beziehung (14), worin £4 = 16/Co, d. h. der folgenden Beziehung:

CFN

(15)

genügt, wobei Co für die Kapazität pro Flächeneinheit der Isolierungsschichten 9 steht, wenn sie eine spezifische dielektrische Konstante von 4 und eine Dicke von 10 nm haben. Anders ausgedrückt, wenn isolierende Schichten (ε =4) mit einer Dicke von etwa 10 nm auf einem Paar von Substraten als Minimumblokkierungsschichten vorgesehen werden, um eine zufriedenstellende orientierte Flüssigkristallschicht zu erhalten, welche eine Grenzfrequenz f_c, die größer als 16 FN ist. hat, dann kann nachteiligerweise die Spannung nicht wirksam an die Flüssigkristallschicht angelegt werden, wenn der Spannungsimpuls eine Breite H (F ig. 5, D), die 0 oder '/2 FN see ist oder in der Nachbarschaft davon liegt, hat.

Bezüglich der Wellenform der kombinierten Spannung V_x + Vy, wie in F i g. 5 bei D gezeigt, ist, wenn die Punkte entlang aller Reihen für eine dunkle (H= 0) oder helle (H=Ui FN see) Darstellung, die nicht zur Urauskaia gehoren.verwendet werden, die Grundfrequenz nicht 2 FAZ(Hz), sondern F(Hz) (vgl. F i g. 5, E).

Die Beziehung (1) kann aus den Beziehungen (6) und (15) abgeleitet werden:

materialien sind p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilin, p-Äthoxybenzyliden-p'-butylanilin, 1 -Cyano-1 -(p-äthoxypenyl)-2-(p-heyloxyphenyl)-äthylen und Cholesterylnonanoat. Wenn Tetrabutylammonium-3,5-dinitrobenzoat als Dotierungsmittel verwendet wird, dann kann die Menge des Dotierungsmittels, die der Beziehung (1) genügt, im Bereich von 0,5 bis 1,0 Gew.-% des Flüssigkristallmaterials liegen, wenn die Halbbildfrequenz 60 Hz ist, die Multiplexierungszahl bzw. Vervielfältigungszahl (Anzahl der Abtastelektroden) 60 ist und die isolierenden Schichten aus S1O2 zusammengesetzt sind und eine spezifische dielektrische Konstante von etwa 4 und eine Dicke von etwa 10 nm haben. Somit kann die Beziehung (1), die auf der Grenzfrequenz f_c aufgebaut ist, in geeigneter Weise dazu verwendet werden, um die Menge des Dotierungsmittels zu bestimmen, die in die Flüssigkristallschicht eingearbeitet werden soll.

Durch die Erfindung wird daher eine neue und gewerblich verwendbare Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die die Darstellung eines Bildsignals ermöglicht, indem die Menge des Dotierungsmittels zur Festlegung der Grenzfrequenz f_c so eingestellt wird, daß sie der Beziehung (1) genügen kann.

Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben. Die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist im wesentlichen in der Konstruktion mit der Vorrichtung 11, wie vorstehend beschrieben, identisch. Die isolierenden Schichten haben eine spezifische dielektrische Konstante ε von etwa 4 und eine Dicke von etwa 10 nm und ihre Kapazität ist gleich G- Die Halbbildfrequenz F ist 60 Hz, um ein Bildsignal für das kommerzielle Fernsehen darzustellen. Demgemäß wird der Wert von fc so ausgewählt, daß er der folgenden Beziehung genügt:

C₀

(D

Somit ist die obere Grenze von f_c ein Wert, der von der Leitfähigkeit des Flüssigkristalls unter Einbeziehung des Spannungsabfalls durch die Blockierungsschicht abhängt, wenn die Grundfrequenz F (Hz) beträgt während die untere Grenze von f_c ein Wert ist, der von dem Anteil der harmonischen Komponenten von der Grundfrequenz abhängt.

Die Beziehung (1) drückt nicht direkt die Menge des Dotierungsmittels aus, die in die Flüssigkristallschicht einzuarbeiten ist, da sie je nach dem, Typ des Dotierungsmittels, dem Typ des Flüssigkristallmaterials und anderen Faktoren variieren kann und nicht direkt ausgedrückt werden kann. Es ist jedoch leicht möglich, die Menge des Dotierungsmittels entsprechend der Beziehung (1) zu bestimmten, wenn alle diese Faktoren festgelegt sind. Geeignete Beispiele für Flüssigkristall-8 /Vx 120>/c(Hz)£4 Nx 120

In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, daß die Vollbildfrequenz Fin einer Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung der Bildwechselfrequenz im Falle des kommerziellen Fernsehens entspricht und daher zweimal so hoch ist wie die Haibbiidirequenz Frv beim kommerziellen Fernsehen. Diese höhere Haibbiidirequenz ist vorgesehen, um das Flimmern im Bild zu vermindern.

£j ist empirisch bekannt, daß eine Matrixdarstellung eines Fernsehbildes ein Minimum von 160x120 Bildelementen benötigt. Wenn daher einfach eine Matrixansteuerung durchgeführt wird, sind 160 Reihenelektroden und 120 Spaltenelektroden notwendig, und die Anzahl jV der Multiplexiervorgänge ist 120. Der Wert von V_an/Vaus ist 1,10 entsprechend der Beziehung (Pl). Wenn die DTN-Art und -Weise bei einem V,i/V,_urVerhältnis von 1,10 angesteuert wird, dann erfordert dies jedoch eine Antwortszeit, die, selbst wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht nur etwa 7 μηι beträgt, so lang wie etwa 1 see ist, wodurch es schwierig wird, ein sich bewegendes Bild darzustellen.

Wenn die Reihenelektroden zentral in zwei Gruppen aufgeteilt sind, an die unabhängig Datensignale (V_x) angelegt werden, dann kann die Zahl N der Multiplexiervorgänge auf die Hälfte vermindert werden und sie beträgt im Falle, daß 120 Linienelektroden vorhanden sind, 60. Der Wert von V,n/V_iuJist 1,14 entsprechend der Beziehung (Pl), so daß es möglich ist, die Antwortcharakteristiken der DTN-Art und -Weise zu erhalten, die

eine Darstellung eines sich bewegenden Bildes gestattet.

Wenn N 60 ist, dann ist die Grenzfrequenz f_c aus dem

Bereich von 29 bis 58 kHz auszuwählen, um der durch die Gleichung (Y) definierten Beziehung zu genügen.

Ein solcher Bereich von f_c kann erhalten werden, wenn die folgenden Verhältnismengen der folgenden Flüssigkristallmaterialien und Dotierungsmittel verwendet werden.

Flüssigkristallmaterialien

Verhältnismenge
(Gew.-V.)

CH₃O

C₂H₅O

OC₆H₁₃ 45

45

9,82

CN

Cholesterylnonanoat

0,18

Dotierungsmittel

Verhältnismenge

NO₂

NO₂

0,5 bis 1,0 Gew.-% der
Flüssigkristallmaterialien

Eine Flüssigkristallzusammensetzung, die aus einem Gemisch der vorgenannten Flüssigkristallmaterialien und dem vorgenannten Dotierungsmittel gebildet worden war, wurde zwischen ein Paar von Substraten zwischengelegt, von denen jedes eine Platte von Kalksodaglas mit einer Dicke von 2 mm enthielt und auf denen transparente ITO-Elektroden in einem Streifenmuster gebildet würden "wären. Die r iü55igiCn5täii-

schicht hatte eine bei 7μηι±ΐ μιη eingestellte Dicke, -n um eine Verminderung des Kontrasts durch eine optische Rotationsdispersion aufgrund der Mauguin-Grenze zu verhindern und um zufriedenstellende Antwortcharakteristiken zu erhalten.

Eine Schicht für die homogene Orientierung von 5» Flüssigkristallmolekülen mit einem niedrigen Kippwinkei wurde erhalten, indem eine Darsieiiurigsoberfiächc mit einem Film von SiOj (ε = 4) mit einer Dicke von nicht mehr als etwa 10 nm als Isolierungsschicht gebildet wurde und der SiO2-Film mit einem Silankupplungsmittel (Toray Silicone Cc Ltd., SH6040) beschichtet wurde. Die Oberflächen wurden zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle gerieben und ihre verdrehte Orientierung wurde durch eine Verdrehung zwischen den Substraten mit einem Winkel von etwa 90° realtiv zueinander erhalten. Ein Film vom Nylon-Heißschmelztyp 12 (Disel Ltd., Diamide) wurde als Dichtungsmaterial verwendet

Die Flüssigkristallzusammensetzung wurde in den Raum zwischen den Substraten durch Vakuuminjektion t>5 eingeführt und ein Pool, der nahezu die gleiche Menge der Flüssigkristallzusammensetzung wie diejenige, die den Raum zwischen den Substraten füllte, enthielt wurde an einem Ort vorgesehen, der diagonal der entfernteste Ort von der Injektionsöffnung war. um den Chromatoeffekt des Dotierungsmittels zu vermindern. Der Flüssigkristallpool ist entfernbar, nachdem der Raum zwischen den Substraten mit der Flüssigkristallzusammensetzung gefüllt worden ist.

Die Polarisatoren waren aus Polaroid HN-38 hergestellt. Der Diffusor war aus einer weißen Platte aus Acryüt. hergestellt von Mitsubishi Rayon Co, Ltd. gebildet. Die Lichtquelle war ein 35-mm-Filmprojektor, hergestellt von Minolta Camera Co_ Ltd, und ein mikroskopisches Blaufilter, hergestellt von Nippon Kogaku K.K., wurde als Filter zum Abschneiden der Wärmestrahlen verwendet.

Die wie oben beschrieben konstruierte Darstellungsvorrichtung wurde durch die Ansteuerungsspannung. deren Wellenformen in Fig.5 gezeigt sind fV_A = 4.9 V und V₁= 38 V). angesteuert und sie ergab ein zufriedenstellendes Fernsehbild. Die Grenzfrequenz F_c lag im Bereich von 29 kHz bis 58 kHz bei 25° C.

Zufriedenstellende Fernsehbilder konnten nicht erhalten werden, als das Dotierungsmittel in einer Menge von 0,1 Gew.-% (entsprechend der Grenzfrequenz f_c 6 kHz) und 2,0 Gew.-% (entsprechend der

60 von Grenzfrequenz /_cvon 116 kHz) eingearbeitet wurde.

Eine Flüssigkristallzusammensetzung mit negativer dielektrischer Anisotropie ist für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung notwendig. Sie kann zusätzlich zu den obengenannten Materialien aus den folgenden Materialien hergestellt werden:

(a) C₂H₅O

Ten = 65°C Γ_Ν1 = 78°C

(b) CH₃O

Ten = 20⁰C Γ_Ν1 = 80°C

(d) CH₃O

r_CN = 32°C r_N, = 42⁰C

C₅H₁₁

OC^H₁₃ und andere Flüssigkristalle der Stilbenreihe

und andere Azoxy-Flüssigkristalle

und andere B ipheny!-Flüssigkristalle

und andere Ester-Flüssigkristalle

(e) C₅H₁₁-

r_CN = 45⁰C r_N, = 101⁰C (0 C₅H_n^ ^H

-CO—\(~} )—C₇Hi₅ und andere Biphenylester-Flüssigkristalle

Il ^{X κ} ο

CO—< H )^C,H₇ sowie

Ton = 67°C r_NI = 154⁰C (g) C₃H₇^f h'

CO—\O/—^⁴**' ^{und andere} Phenylcyclohexanester-

Il N—' Flüssigkristalle

⁰ CN

7"ni=113°C

(i) C₄H,

OC_;H_S

monotropisch

OC₂Hs

und andere Phenylcyclohexan-Flüssigkristalle

und andere Cyclohexanester-Flüssigkristalle

Tat = 37°C r_NI = 75°C

Eine Flüssigkristallzusammensetzung kann entweder das oben nicht gezeigt ist, zu verwenden, wenn es eine

ein Gemisch von Flüssigkristallen, das zu einer der 60 negative dielektrische Anisotropie hat. Es ist auch

obengenannten Gruppen gehört, oder ein Gemisch von möglich, eine kleinere Menge einer optisch aktiven

Flüssigkristallen aus zwei oder mehreren Gruppen sein. Substanz, z. B. von Vholesterylnonanoat und Es ist auch möglich, ein Gemisch von Flüssigkristallen,

C₆H₁₃O

O

(* asymmetrisches Kohlenstoffatom)

CO — CH₂CHCH₂CH₃

CH₃

starken Säuren, wie
um+Br-

und andere Additive zuzusetzen, um die verschiedenen Eigenschaften der Flüssigkristallausammensetzung zu verbessern.

Das Dotierungsmittel, das in die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung eingearbeitet wird, kann aus einer Vielzahl von an sich bekannten quaternären Ammoniumverbindungen ausgewählt werden. Es wurde gefunden, daß, weil erfindungsgemäß eine größere Menge an Dotierungsmittel verwendet wird als bislang, es besser ist. Salze von organischen Säuren, wie sie unten beispielsweise gezeigt sind, als Salze von

(a) Tetrabutylammoniumsalz der Benzoesäure

^- COO-N⁺(C₄H,)₄

(b) Tetrabutylammoniumsalz der p-Nitrobenzoesäure

(c) Tetrabutylammoniumsalz der p-Chlorbenzal-p'-aminobenzoesäure

CH =N<^S COO-N ⁺(C₄H,)₄

(d) Tetrabutylammoniumsalz von p-Carboxybenzolamino-p'-chlorbenzol

N = CH

zu verwenden, da es bei den erstgenannten Salzen weniger wahrscheinlich ist, daß sie die Zersetzung der

Flüssigkristallmoleküle fördern.
Beispiele für quaternäre Ammoniumverbindungen,

die erfindungsgemäß zur Verwendung als Dotierungsmittel besonders gut geeignet sind, sind die folgenden Materialien:

(e) Tetrabutylammoniumsalz der Terephthalsäure

^h₉C₄)N⁺OOC-AA-COO-N⁺(CH,),

(O Tetrabutylammoniumsalz der 3,5-Dinitrobenzoesäure NO₂

COO-N⁺(C₄Ho)₄

NO₂

(g) TetrabUylammoniumsalz der p-Butoxybenzoesäure C₄H₉O —-<f>— COQ-N ⁺(C₄H,)„

(h) Tetrahexylammoniumsalz der Benzoesäure -COO-N⁺(C₆H₁J)₄

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Matrix-Flüssigkristall-Darstellungsvorrichtung vom Typ der Depolarisation einer verdrehtnematisehen Schicht (DTN-Typ) mit einem Paar von transparenten Substraten, die ein Paar von sich gegenüberliegenden Oberflächen definieren, transparenten Elektroden, die auf jeder dieser Oberflächen vorgesehen sind, einer Isolierungsschicht, die ι ο auf den Elektroden auf jeder der genannten Oberflächen gebildet ist, einer Flüssigkristallschicht, die zwischen die einander gegenüberliegenden isolierenden Schichten zwischengelegt, im spannungslosen Zustand homogen orientiert und ver- is drehtnematisch ist und deren Grenzfrequenz f_c der dynamischen Streuung durch einen entsprechenden Gehalt an quaternärem Ammaniumsalz als Dotierungsmittel auf einen höheren Wert als die maximale Betriebsfrequenz eingestellt ist, und einem Polarisator auf jeder von der Flüssigkristallschicht entgegengesetzten Oberfläche der genannten Substrate, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht (10) als Dotierungsmittel ein quaternäres Ammoniumsalz einer organischen Säure und das Dotierungsmittel in einem derartigen Ausmaß enthält, daß die Grenzfrequenz f_c des dynamischen Streuungseffekts der Flüssigkristallschicht (10) im Bereich der Umgebungstemperatur der Beziehung

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