DE3327272C2

DE3327272C2 -

Info

Publication number: DE3327272C2
Application number: DE3327272A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Kozaki; Yutaka Nara Jp Ishii; Fumiaki Yamatokoriyama Jp Funada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1987-08-27
Also published as: GB2126366A; GB8320376D0; US4552436A; GB2126366B; DE3327272A1; JPS5922031A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

Die Erfindung befaßt sich mit einer Flüssigkristall- Anzeige vom Typ TN-FEM (twisted-nematic field-effect, d. h. verdrillt nematische Feldeffekt-Flüssigkristall- Anzeige), welche Flüssigkristall-Moleküle mit einer 90° Verdrillung aufweist, wobei ein Polarisator und ein Analysator spezielle spektrale Charakteristiken fest legen, wozu deren Polarisationsachsen so gelegt werden, daß sie einen bestimmten Winkel R miteinander ein schließen, damit das Aussehen der auf der TN-FEM-Flüssig kristall-Anzeige erscheinenden Bilder, insbesondere dann, wenn an die Anzeige kein elektrisches Feld angelegt ist, verbessert wird. Eine derartige TN-FEM Flüssigkristall- Zelle ist aus DE 30 49 394 bekannt. Die Parameter der dort angegebenen Zelle sind für den Betrieb mit zeitunterteilter Ansteuertechnik ausgelegt.

Fig. 1(a) zeigt in Querschnittdarstellung eine herkömm liche TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle. Fig. 1(b) zeigt in einem Schaubild die Orientierung der Polarisations achsen eines Polarisators und eines Analysators. Zwischen dem Polarisator 1 (siehe Fig. 1(a)) und einem Annalysator 7 ist eine Flüssigkristall-Zelle angeordnet. Die Flüssigkristall-Zelle enthält zwei Glassubstrate 2, 2′, zwei durchsichtige Elektroden (ITO Elektroden) 3 sowie zwei isolierende Filme 4 zur Orientierung von Flüssigkristall-Molekülen. Die Elektroden 3 und die Filme 4 sind zwischen den inneren Oberflächen der Substrate 2, 2′ angeordnet und eine Flüssigkristall-Schicht 5 von verdrillt nematischer Struktur ist zwischen die iso lierenden Filme 4 eingebracht. Die Glassubstrate 2 und 2′ sind um ihre Außenkanten mittels eines Abstandshalters 6 abgedichtet. Die Flüssigkristall-Moleküle, welche näher an dem Glassubstrat 2 liegen, sind in Richtung eines Vektors gemäß Fig. 1(b) orientiert, während die Flüssig kristall-Moleküle, die näher an dem Glassubstrat 2′ liegen, in Richtung eines Vektors orientiert sind. Der Polarisator 1 hat eine Polarisationsrichtung, welche durch den Vektor wiedergegeben ist. Der Analysator 7 hat eine Polarisationsrichtung, welche durch den Vektor wiedergegeben ist. Diese in Fig. 1(b) wiedergegebenen Polarisationsrichtungen sind aus einer Sicht unmittelbar oberhalb der Flüssigkristall-Zelle dargestellt. R be zeichnet den Winkel zwischen dem Polarisator 1 und dem Analysator 7, d. h. zwischen deren Polarisationsrichtungen, β den Verdrillungswinkel (= 90°) der Flüssigkristall- Moleküle. In Fig. 1(b) beträgt der Differenzwinkel

Fig. 2 zeigt die spektrale Lichtdurchlässigkeit der in Fig. 1(a) gezeigten Flüssigkristall-Zelle, wie man sie im allgemeinen erhält, wenn kein elektrisches Feld an gelegt ist. Die spektrale Durchlässigkeit hängt ab von der Anisotropie Δ n des Brechungsindex des Flüssigkristalls ( Δ n = n _e-n _o, wobei n _e der Brechungsindes des außer ordentlichen Strahls und n _o der Brechungsindex des ordent lichen Strahls sind), der Dicke d der Flüssigkristall- Schicht und den spektralen Charakteristiken des Polari sators und Analysators sowie dem Winkel R, der zwischen den Polarisationsachsen des Polarisators und Analysators eingeschlossen ist.

In letzter Zeit wurden Flüssigkristall-Anzeigen derart konstruiert, daß die BrechungsindexAnisotropie Δ n der Flüssigkristalle und die Dicke d der Flüssigkristall schicht sehr klein waren, um den Betrachtungswinkel zu verbessern. Dies führte dazu, daß die optische Weglänge Δ n · d so klein ist, daß sie der Wellenlänge sichtbarer Lichtstrahlen vergleichbar wird, so daß es zu einer starken Ausbildung von Interferenzphänomenen kommt. Dies bewirkt, daß die spektrale Lichtdurchlässigkeit durch die TN-FEM Flüssig kristall-Zelle sich im Bereich des sichtbaren Lichts sehr stark ändert, was zu einer Einfärbung oder Entfärbung der Flüssigkristall-Zelle führt. Als Folge hiervon wird die von der Flüssigkristall-Anzeige gelieferte Anzeigequalität sehr beeinträchtigt. Dieses Phänomen der Farbigkeit hängt in hohem Grade von der Dicke d der Flüssig kristall-Zelle ab. Da es bei einer Flüssigkristall-Zelle, die eine relativ große Anzeigefläche aufweist, schwer ist, die Dicke der Kristall-Zelle gleichmäßig zu halten, variiert die Fläche der Flüssigkristall-Zelle in der Farbe und es ergibt sich eine schlechte Anzeigequalität. Aus der DE-A-31 48 447 ist eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung bekannt, bei der zur Vermeidung von unerwünschten Färbungen der Anzeigezelle mit einer dünnen Flüssigkristallschicht des verdrillten nematischen Typs, eine zweite Flüssigkristall-Zelle vorgesehen ist, die optisch mit der Anzeigezelle in Reihe geschaltet wird. Dadurch ergeben sich ein komplexerer Aufbau für die Anzeige vorrichtung und somit höhere Herstellungskosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Über windung der vorstehenden Nachteile eine Flüssigkristall-Anzeige zu schaffen, bei der jegliches Farbphänomen der Flüssigkristall-Zelle zum Verschwinden gebracht wird bzw. die Flüssigkristall-Anzeige in die Lage gesetzt wird, eine Anzeige in einem gleichmäßigen Farbton hoher Qualität zu liefern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Bevorzugte Weiterbil dungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Mit der Erfindung wird eine Flüssigkristall-Anzeige geschaffen, die eine zwischen einem Polarisator und einem Analysator eingebrachte Flüssigkristall-Schicht von ver drillt nematischer Struktur erhält. Der Polarisator und der Analysator haben Spektralcharakteristiken, die derart ausgewählt sind, daß die Lichtdurchlässigkeit in dem Wellenlängenbereich zwischen 400 nm bis 500 nm maximal ist. Die Flüssigkristall-Schicht hat eine Brechungsindex- Anisotropie Δ n und eine Dicke d. Der Polarisator und der Analysator haben Polarisationsachsen, die einen Winkel R zwischeneinander einschließen, wobei der Winkel R so aus gewählt ist, daß er in einem Bereich zwischen 91° und 110° liegt, wenn das Produkt Δ n · d etwa 0,5 µm beträgt und daß er in einem Bereich zwischen 94° und 120° liegt, wenn das Produkt Δ n · d annähernd 1,0 µm beträgt, wobei eine ca. 10%ige Schwankung zugelassen ist.

Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Er läuterung der Erfindung.

Fig. 1(a) zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle.

Fig. 1(b) zeigt in schematischer Weise die Orientierung der Polarisationsachsen eines Polarisators und eines Analysators.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm der spektralen Lichtdurch lässigkeit durch die in Fig. 1(a) gezeigte Flüssigkristall-Zelle.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm der spektralen Lichtdurch lässigkeit durch die Flüssigkristall-Zelle der Fig. 1(a), bei unterschiedlichen Winkeln zwischen den Polarisationsachsen.

Fig. 4 zeigt im Diagramm die spektralen Charakteristiken eines Polarisators und eines Analysators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 zeigt im Diagramm die spektralen Charakteristiken eines Polarisators und eines Analysators gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 6 zeigt im Diagramm die spektrale Lichtdurch lässigkeit durch eine TN-FEM-Flüssigkristall- Zelle, deren Polarisationsachsen einen Winkel von 92° miteinander einschließen.

Fig. 7 zeigt im Diagramm die spektrale Charakteristik des unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Polarisators und Analysators, wobei die Polarisationsachsen einen Winkel von 90° miteinander einschließen.

Fig. 8 zeigt im Diagramm die spektrale Charakteristik eines Polarisators und eines Analysators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 zeigt im Diagramm die spektrale Lichtdurch lässigkeit durch eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle, deren Polarisationsachsen einen Winkel von 94° miteinander einschließen.

Fig. 10 zeigt im Diagramm die spektrale Charakteristik des unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterten Polarisators und Analysators, wobei die Polari sationsachsen einen Winkel von 90° miteinander einschließen.

Die spektrale Lichtdurchlässigkeit einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeige wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt erkennen, daß das Transmissionsvermögen bei längeren Wellenlängen des sichtbaren Lichtes größer ist und bei kürzeren Wellenlängen kleiner ist. Der Farbton der Flüssigkristallanzeige ist rötlich und die Anzeige qualität schlecht. Zur Entfernung des rötlichen Farb tons wird die Spektralcharakteristik eines Polarisators oder eines Analysators derart ausgewählt, daß das Transmissionsvermögen in Nachbarschaft des Wellenlängen bereichs von 400 nm bis 500 nm maximal ist. Wenn das Pro dukt aus Brechungsindex-Anisotropie Δ n des Flüssig kristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht, d. h. die optische Wellenlänge 0,5 µm beträgt, wird der Winkel R zwischen den Polarisationsachsen des Polarisators und des Analysators in einem Bereich gewählt, der zwischen 90° und 105° liegt, wenn das Produkt Δ n · d dagegen 1,0 µm beträgt, wird der Winkel R in einem Bereich von 94° bis 110° gewählt. Dies vergrößert die Durchlässigkeit für das durch die Flüssigkristall-Zelle hindurchgelassene Licht bei kürzeren Wellenlängen im sichtbaren Bereich des Spektrums, so daß die spektrale Charakteristik der Flüssig kristall-Zelle über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums eben wird. Die Flüssigkristall-Zelle wird daher weiß und die Anzeigequalität derselben wird erheblich verbessert. Die Anmelderin konnte desweiteren bestätigen, daß sich die Einstellwinkel auch auf eine Verbesserung des Kontrastverhältnisses und der Betrachtungs winkel der Flüssigkristall-Anzeige auswirken.

Fig. 3 zeigt die spektrale Charakteristik, die man erhält, wenn der Winkel R zwischen den Polarisationsachsen bie 90° und 100° gewählt wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf den Ergebnissen solcher Experimente.

Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen er läutert.

Beispiel 1

Es wurde eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle, wie in Fig. 1 dargestellt, verwendet, welche eine Flüssigkristall- Schicht mit einer Dicke d von 5,5 µm enthielt. Das ver wendete Flüssigkristall-Material war Phenylcyclohexan. Die Brechungsindex-Anisotropie Δ n betrug 0,1, so daß das Produkt Δ n · d einen Wert von 0,55 µm annahm.

Fig. 4 zeigt die spektrale Charakteristik eines Polari sators und eines Analysators gemäß diesem Beispiel mit einer maximalen Lichtdurchlässigkeit in Nachbarschaft zu der Wellenlänge 450 nm. Fig. 5 zeigt die Spektralcharak teristik eines Polarisators und Analysators gemäß dem Stand der Technik, welche über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums flach verläuft. Fig. 6 zeigt die Spektralcharakteristik des durch eine TN-FEM-Flüssig kristall-Anzeige hindurchgelassenen Lichts bei Verwendung des Polarisators und des Analysators, welche die maximale Durchlässigkeit in Nachbarschaft der Wellenlänge 450 nm aufweisen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Polarisationsachsen einen Winkel von 92° einschließen. Fig. 6 zeigt, daß die spektrale Charakteristik über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts flach verläuft. Zu Vergleichszwecken sei auf Fig. 7 verwiesen, welche die spektrale Charakteristik des von einer TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeige durchgelassenen Lichts zeigt, wobei bei dieser ein Polarisator und Analysator verwendet wurde, der die herkömmliche Spektralcharakteristik gemäß Fig. 5 aufweist, und dessen Polarisationsachsen einen Winkel von 90° einschließen. Da die Durchlässigkeit bei größeren Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts größer ist, wirkt die Anzeigeoberfläche der Flüssig kristall-Zelle rötlich. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Vergleich der Fig. 6 und 7.

Beispiel 2

Es wurde eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle gemäß Fig. 1 verwendet, welche eine Flüssigkristall-Schicht mit einer Dicke d von 6,8 µm enthielt. Als Flüssigkristall-Material wurde eine Mischung aus Phenylcyclohexan, Biphenyl und Ester verwendet. In der folgenden Tabelle ist ein typisches Beispiel für eine Mischung aus Polyphenyl cyclohexan, Biphenyl und Ester wiedergegeben.

Die Brechungsindex-Anisotropie Δ n betrug 0,16 und das Produkt Δ n · d betrug 1,09 µm.

Fig. 8 zeigt die spektrale Charakteristik eines Polari sators und Analysators gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die eine maximale Lichtdurchlässigkeit in Nachbarschaft zu der Wellenlänge von 450 nm aufweisen. Fig. 9 zeigt die spektrale Charakteristik des durch eine TN-FEM- Flüssigkristall-Anzeige hindurchgelassenen Lichts, bei Verwendung des Polarisators und des Analysators mit der in Fig. 8 gezeigten spektralen Charakteristik, wobei die Polarisationsachsen einen Winkel von 94° ein schließen. Fig. 9 zeigt, daß die spektrale Charakteristik über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes wie Beispiel 1 flach verläuft. Zu Vergleichszwecken wird auf Fig. 10 verwiesen, welche die spektrale Charakteristik des von einer TN-FEM-Flüssigkristall- Anzeige durchgelassenen Lichts wiedergibt, bei der ein Polarisator und Analysator mit der herkömmlichen in Fig. 5 gezeigten Spektralcharakteristik verwendet wird und die Polarisationsachsen einen Winkel von 90° einschließen.

Beispiel 2 läßt erkennen, daß die Wiedergabequalität der Flüssigkristall-Zelle durch die Verwendung des Polarisators und Analysators mit einer maximalen Durchlässigkeit im Bereich kürzerer Wellenlängen des sichtbaren Spektrums verbessert wird.

Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es somit, durch eine Regelung der spektralen Charakteristik eines Polari sators und eines Analysators das Farbproblem in einer Flüssigkristall-Zelle auszuschalten und Flüssigkristall-Anzeigen mit verbesserter Wiedergabe qualität herzustellen.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeige mit einer Flüssigkristall schicht (5) des verdrillten nematischen Typs, die eine Dicke (d), einen Verdrillungswinkel ( β ) von im wesentlichen 90° und eine wellenlängenabhängige Anisotropie ( Δ n) des Berechnungsindex aufweist und zwischen einem Polarisator (1) und einem Analysator (7) angeordnet ist, deren Polarisationsachsen einen Polarisationswinkel ( R ) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationswinkel ( R ) im Bereich zwischen 91°, vorzugsweise 92° und 110° gewählt ist, wenn das Produkt aus Dicke (d) und Anisotropie ( Δ n) im Bereich 0,45 µm n · d 0,55 µm liegt, und daß der Polarisationswinkel ( R ) den Verdrillungswinkel (ß) symmetrisch einschließt.

2. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Dicke (d) und Anisotropie ( Δ n) etwa 0,5 µm beträgt.

3. Flüssigkristall-Anzeige mit einer Flüssigkristall schicht (5) des verdrillten nematischen Typs, die eine Dicke (d), einen Verdrillungswinkel (β) von im wesentlichen 90° und eine wellenlängenabhängige Anisotropie ( Δ n) des Brechungsindex aufweist und zwischen einem Polarisator (1) und einem Analysator (7) angeordnet ist, deren Polarisationsachsen einen Polarisationswinkel ( R ) einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationswinkel ( R ) im Bereich zwischen 94° und 120° gewählt ist, wenn das Produkt aus Dicke (d) und Anisotropie ( Δ n) im Bereich 0,9 µm n · d 1,1 µm liegt, und daß der Polarisationswinkel ( R ) den Verdrillungswinkel (β) symmetrisch einschließt.

4. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Dicke (d) und Anisotropie ( Δ n) etwa 1,0 µm beträgt.

5. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Transmission des Polarisators und/oder des Analysators im Bereich kurzer sichtbarer Wellenlängen ein flaches Maximum aufweist.

6. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Schicht (5) Phenylcyclohexan ent hält.

7. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Flüssigkristall-Schicht (5) ein Gemisch aus 1-(4-Cyanophenyl)-4-(C_3-4-alkyl)cyclohexan, 4-Cyano-4′- (C_2-4-alkyl)biphenyl, 4-Cyano- oder 4-Ethyl-4′-(4- pentylcyclohexyl)biphenyl und 4-(C_1,3,5,7-Alkyl)-benzoe- säure-(4′-pentylphenyl)ester aufweist.