DE3110382A1

DE3110382A1 - "mehrschichtige fluessigkristallanzeige mit verdreht-nematischem fluessigkristallmaterial"

Info

Publication number: DE3110382A1
Application number: DE19813110382
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Masataka Tenri Nara Matsuura; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE3110382C2; US4892390A; GB2074746B; GB2074746A; JPS56130715A

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigen und betrifft insbesondere eine mehrlagige oder mehrschichtige Flüssigkristallanzeige mit einer Mehrzahl von Flüssigkristall-Anzeigezellen, die jeweils ein verdrehtnematisches Flüssigkristallmaterial enthalten, bei dem die Spiralachsen der Flüssigkristallmoleküle innerhalb zweier Trägerplatten senkrecht zur Ebene der Platten orientiert sind, während die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle um etwa 900 verdreht sind.
Die Menge der anzuzeigenden Information nimmt ständig zu und dementsprechend auch die Nachfrage nach Matrixanzeigen, die allmählich die herkömmlichen Segmentanzeigevorrichtungen ersetzen. Matrixanzeigen für sogenannte hohe Multiplexgrade, also Anzeigen, die sich mit hoher Zeitunterteilungsrate ansteuern lassen, werden für große Informationsmengen bevorzugt. Leider stehen die technischen und physikalischen Eigenschaften solcher Flüssigkristallanzeigen einer Multiplex-Ansteuertechnik entgegen im Gegensatz zu anderen flachen Anzeigevorrichtungen, etwa Plasma-Anzeigefeldern und Elektrolumineszenzanzeigen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß der Anzeigekontrast in Abhängigkeit von den zugeführten Spannungen bei Multiplexansteuerung unbefriedigend wird.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine mehrschichtige Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu schaffen, die sich durch bessere Anzeigeeigenschaften auszeichnet, insbesondere durch ein rasches Ansprechverhalten, so daß eine Multiplexansteuerung besser möglich ist als bisher.
Die erfindungsgemäße Lösung ist in knapper Form im Patentanspruch angegeben.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zweischichtigen Flüssigkristallanzeige mit verdreht-nematisches Flüssigkristallmaterial enhaltenden Zellen, Fig. 2 eine Darstellung zur Definition eines Vektors rjir Fig. 3 eine Darstellung zur herkömmlichen Anordnung von Polarisationselementen, Fig. 4 eine Darstellung zur Definition von Vth und Vsat, und Fig. 5 eine Darstellung der Anordnung von Polarisationselementen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte zweischichtige Flüssigkristallanzeige enthält zwischen drei transparenten Platten 1a, 1b und 1c aus Glas oder dergleichen zwei Schichten aus verdreht-nematischem Flüssigkristallmaterial (oder cholesterische Flüssigkristallschichten mit einer langen, jedoch 10d nicht überschreitenden Steigung IPot10d) 2a und 2b, denen zu ihrer Aktivierung mittels auf den Platten 1a, 1b, 1c befindlichen transparenten Elektroden 3a, 3b, 3c und 3d aus In203 oder dergleichen, welche mit einer nicht dargestellten externen Treiberschaltung verbunden sind, eine Spannung zugeführt wird. Die restlichen, nicht von den transparenten Elektroden bedeckten Oberflächenanteileder transparenten Platten 1a, 1b und 1c tragen Isolierschichten 4a, 4b, 4c und 4d zur Unterdrückung von Lichtreflexionen für einen Betrachter. An den Grenzoberflächen zwischen den transparenten Elektroden 3a ...3d, den Isolierschichten 4a...4d und dem Flüssigkristallmaterial sind Ausrichtschichten 5a, 5b, 5c und 5d gebildet, denen durch ein Reibverfahren oder durch Schrägaufdampfung eine Richtungspriorität verliehen wurde.
Auf diesen Ausrichtschichten haben die Längs achsen der Flüssigkristallmoleküle eine allgemeine Richtung r1 und im einzelnen von der Seite her gezählt, wo der Streu-2 1 lichtreflektor 8 lieqt, Richtungen r1, r1 und r An r17 ihren Außenkanten sind die transparenten Platten 1a, lb und 1c mittels Spoxid-Harz oder eines anderen geeigneten Abdichtmediums versiegelt und die Flüssigkristallschichten so eingeschlossen.
Außen auf den transparenten Platten 1a und lb befinden sich lineare Polarisationsfilter 7a und 7b eines Jod-, Polyen- oder Farbstoffsystems oder dergleichen, deren Polarisationsrichtungen durch einen Vektor A bzw. Vektor P angegeben sind. Die Bezugsziffer 9 steht für einen Betrachter.
In Fig. 2 ist in Verbindung mit einer Ausrichtschicht 5 und den mit 2 bezeichneten Flüssigkristallmolekülen der zuvor erwähnte Vektor r. definiert.
Fig. 3 zeigt die herkömmliche Einbauweise der linearen Polarisationsfilter 7a und 7b. Dabei ist jeweils der zwischen r1 und P gebildete Winkel 0° und für den Pola-2 risator 7a ebenfalls der zwischen r2 und Vektor A gebildete Winkel gleich 0". Hierzu sei bemerkt, daß der charakteristische Wert von Vsat /Vth auch dann gleich groß ist, wenn der Winkel zwischen r1 und P sowie der Winkel r2 und A = 90° beträgt und so weiter. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur der Winkel zwischen 1 2 r1 und P = 00 und der Winkel zwischen r2 und A ebenfalls mit 0o angegeben.
Erfindungsgemäß wird durch eine sorgfältige Wahl der Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter 7a und 7b ein günstigerer Kontrastverlauf erzielt. Die neuartige erfindungsgemäß aufgebaute Mehrschicht-Flüssigkristallanzeige hat dadurch bessere Anzeigeeigenschaften, eine erhöhte Informationsanzeige-Kapazität und ein schnelleres Ansprechverhalten, so daß sie für eine Multiplex-Ansteuerung geeignet ist.
Für die Ansteuerungstechnik der verdreht-nematischen Flüssigkristallanzeige wird die sogenannte Optimalspannungsangleichung empfohlen, d.h. der Spielraum der Effektivspannungswerte an ausgewählten und nicht-ausgewählten Punkten ist folgendermaßen definiert: Vein = (N-l) (1) Vaus (N+1) / Darin sind Vei und Vaus die Effektivspannungswerte für gewählte bzw. nicht-gewählte Punkte, und N ist der Grad der Multiplexansteuerung.
Falls das Verhältnis Vsat zu Vth in der Kontrastkurve größer als das Verhältnis Vein/Vaus = 1,39 bei N = 10 ist, dann liegt ein schlechter Kontrast vor. Zur Verbesserung der Anzeigeeigenschaften sollte daher der Wert Vsat/Vth verkleinert werden; in Fig. 4 sind diese Größen definiert.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von der herkömmlichen Anordnung in Fig. 3 dadurch, daß erfindungsgemäß die Richtungen von P und A gegenüber der Richtung r11 und r22 um einen Winkel ##1 abweichen, der zwischen 3° und 15°, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise zwischen 50 bis 100 liegt. Durch diese Richtungsabweichung wird eine Verminderung des Spiralwinkels der spiralförmig verlaufenden Flüssigkristallmoleküle in den Flüssigkristallschichten 2a und 2b erzielt. Die Absolutwerte von Ao 1 und sind im wesentlichen identisch, weil eine Differenz zwischen beiden zu Unterschieden der elektro-optischen Eigenschaften der Flüssigkristallmaterialschichten 2a und 2b, insbesondere bezüglich Vsat/Vth' und zu Ungleichförmigkeiten der Anzeigequalität in beiden Schichten führen würde.
Bei den von den Erfindern durchgeführten Versuchen wurden folgende Materialen verwendet: Als transparente Platten la, 1b, 1c wurden Natronglasplatten von 2mm, 0,7mm bzw.
imin Dicke verwendet, die Flüssigkristallmaterialschicht 2a enthielt das nematische Flüssigkristallmaterial ROTN-403 der Firma Roche mit etwa 0,1 Gew.-% Cholesteryl-nonanoat mit linksdrehender Spirale. Die Flüssigkristallmaterialschicht 2b bestand aus ROTN-403 mit etwa 0,1 Gew.-% (+)-2 Methylbutyl-cyanobiphenyl die Spirale verlief rechtsdrehend. Beide Flüssigkristallmateriai-2 schichten 2a und 2b waren etwa 6µm dick. r12 ist etwa umyekehrt parallel zu r21, und der Winkel zwischen r11 und r12 lag etwa bei 90°. Die transparenten Elektroden 3a, 3b, 3c waren aus In203 etwa 0,05m dick durch Elektronenstrahl aufgedampft. Die Isolierschichten 4a, 4b, 4c und 4d hatten etwa den gleichen Brechungsindex wie In 203 und bestanden typischerweise aus Nb203, welches durch Elektronenstrahlaufdampfung in gleicher Dicke wie die transparenten Elektroden (In203) aufgedampft wurde. Die Ausrichtschichten 5a, 5b, 5c und Sd wurden nach Herstellung eines Uberzugs aus einem oberflächenaktiven Silan (C-600 der Firma Torei Silicone) einem Reibeverfahren unterzogen. Die Versiegelungen 6a und 6b bestanden aus Epoxid-Harz mit einem Lötmittel oder dergleichen (R 2401-HC11 der Firma Somal). Die Polarisationsfelder 7a und 7b waren lineare Polarisationsfilter L-83-18 der Firma Sanritsu Electric, und der Streulichtreflektor 8 wurde gebildet durch eine sandgestrahlte Aluminiumplatte.
Die mit dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erzielten Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle enthalten: Tabelle 1 1 2 V sat /Vth 0O 0o 1.55 0° 10° 1.52 10° 0O 1.42 10° 100 1.36 -100 0O 1.99 Die Beobachtungen erfolgten aus Richtung einer Senkrechten auf die Glasplatten 1a, 1b, 1c. Bei reduziertem Verdrehwinkel und Spannungsanlegung an die Flüssigkristallmaterialschicht 2b, trägt ae ein Minuszeichen.
Aus der vorstehenden Erläuterung geht hervor, daß die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige einen stark reduzierten Wert für V ,/Vth und eine optimale Eignung für eine sat th Multiplexansteuerung hat.
Bezüglich der Bereiche von 4 81 und daß ein Winkel unter 3° in den Bereich der Meßgenauigkeit fällt und ein über 15° liegender Winkel den Absolutkontrast vermindert, weil Farbinterferenzen auftreten.
Deshalb sollten vorzugsweise ##1 und ##2 im Bereich zwischen 5 und 10° liegen.
Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die zuvor beschriebene Flüssigkristallanzeige, deren Schichten 2a, 2b links- und rechts-drehend sind, beide Schichten können vielmehr auch die gleiche Drehrichtung haben. Es ist bewiesen, daß auch dann bessere Eigenschaften vorhanden sind, wenn die Orientierung von 1 und r1 im Sinne einer Redur2 die Orientierung von 1 zierung der Spiralrichtung in dem Bereich zwischen 00 und 150 abgelenkt sind. In diesem Fall sollten die reduzierten Spiralwinkel der Flüssigkristallmoleküle (ße1)und (##2) in bezug auf P und r11 sowie auf A und r22 ungefähr gleich sein. Dies gilt für eine Erhöhung von A (oder P) um 90°. Erfindungsgemäß kann auf den Streulichtreflektor 8 auch verzichtet werden.

Claims

Mehrschichtige Flüssigkristallanzeige mit verdrehtnematischem Flüssigkristallmaterial Priorität: 17. März 1980, Japan, Nr. 55-34539 PATENTANSPRUCII 1. Mehrschichtige Flüssigkristallanzeige, deren aufeinandergeschichtete Flüssigkristallschichten verdreht-nematisches Flüssigkristallmaterial enthalten, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß - die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle in den Flüssigkristallschichten (2a, 2b) spiralförmig verlaufen und die Flüssigkristallschichten parallel zu den Spiralachsen angeordnet sind; - zur Umwandlung der Molekularausrichtung mindestens ein Abschnitt der Flüssigkristallschichten aus einer Spannungsquelle mit einer Spannung versorgt wird; und - eine Polarisationseinrichtung (7a, 7b) zum Sichtbarmachen der Umwandlung der Molekularausrichtung vorhanden ist, deren Polarisationsrichtung bzw bei denen eine Senkrechte zu der Polarisationsrichtung um einen Winkel zwischen etwa 30 bis 150 in bezug auf die Längsrichtung der Flüssigkristallmoleküle abgelenkt wird, um den Spiralwinkel der Flüssigkristallschichten zu verkleinern und den Ablenkungswinkel im wesentlichen auf die Längsrichtung der Flüssigkristallmoleküle auszurichten.