DE3503259A1

DE3503259A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3503259A1
Application number: DE19853503259
Authority: DE
Inventors: Shinji Mobara Chiba Hasegawa; Yasuhiko Kando; Tamihito Nakagomi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-02-01
Filing date: 1985-01-31
Publication date: 1985-08-01
Also published as: GB2154016A; GB8502315D0; US4652088A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und insbesondere auf eine Verbesserung in einer Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hinsichtlich Zeitmultiplex-Steuerung.

Eine bekannte sogenannte nematische Torsion-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hat eine 90° gedrehte Helixstruktur eines nematischen Flüssigkristalls mit positiver dielektrischer Anisotropie, versiegelt zwischen zwei Substraten mit in den gewünschten Anzeige-'Charakteristiken daran angeordneten transparenten Elektroden. Auf den Außenflächen der Substrate sind Polarisationsplatten so angeordnet, daß die Polarisationsachsen davon senkrecht oder parallel zu den Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle neben den Substraten werden.

Um die Flüssigkristallmoleküle zwischen den beiden Substraten z.B. um 90° zu drehen, wird eine sogenannte Reibmethode angewendet, bei der durch Reiben mit einem Tuch in einer Richtung viele feire Einkerbungen in eine Substratoberfläche, welche mit den Flüssigkristallmolekülen Kontakt hat, gemacht werden. In diesem Fall werden die Hauptachsen der Flüssigkristal lmoleküle neben der Oberfläche parallel zu dieser einen Richtung (d.h. einer Reibrichtung).

■Μ CI -M

Zwei geriebene Oberflächen haben voneinander Abstand, so daß sie sich einander gegenüberstehen, während ihre Reibrichtungen um 90° gedreht sind. Diese geriebenen Substrate werden dann mit einem Lötmittel versiegelt und ein nematisches Flüssigkristall, das positive dielektrische Anisotropie aufweist, wird in den zwischen den Substraten gebildeten Raum gefüllt. Daher sind die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle zwischen den Substanzen um 90° gedreht. Die resultierende Flüssigkristallzelle wird auf beiden Seiten von einem Paar Polarisationsplatten bedeckt mit den Polarisationsachsen weitgehend parallel oder senkrecht zu den Hauptachsen der jeweils benachbarten Flüssigkristallmoleküle. In einer üblichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Reflexionstyp, die am häufigsten verwendet wird, ist an der Außenfläche der unteren Polarisationsplatte ein Reflektor angeordnet. Licht, das von der Oberfläche der Vorrichtung einfällt, wird durch die Polarisationsplatte oder den Polarisator linear polarisiert. In einem Teil einer Flüssigkristallschicht, an den keine Spannung angelegt wird, wird die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts um 90 entlang der Helixstruktur gedreht und durch die untere Polarisationsplatte durchgelassen. Das Licht wird dann durch den Reflektor reflektiert und gelangt zur Oberfläche der Vorrichtung zurück. In einem Teil der Flüssig-

./6

kristallschicht,jedoch an den eine Spannung angelegt ist, wo die Helixstruktur zerstört ist, wird die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts nicht gedreht werden. Daher wird das linear polarisierte Licht, das durch die obere Polarisationsplatte durchgelassen wird, durch die untere Polarisationsplatte blockiert und erreicht den Reflektor nicht. Auf diese Weise können elektrische Signale in optische Bilder in Übereinstimmung mit der Anwesenheit oder Abwesenheit eines an die Flüssigkristallschicht angelegten elektrischen Potentials umgewandelt werden.

Die Arbeitsparameter für die Quantifizierung einer Zeitmultiplex-Steuerung in der folgenden Beschreibung wird nun kurz beschrieben.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, die.die typischen Helligkeits-Spannungs-Charakteristiken einer üblichen Flüssigkristal1-Anzeigevorrichtung vom Reflexionstyp zeigt, wenn ihre Polarisationsachsen gekreuzt sind; die grafische Darstellung gibt die relative Helligkeit des reflektierten Lichts als Funktion der angelegten Spannung wieder. Der Anfangswert der Helligkeit ist 100 % und der Endwert ist 0 %, wenn keine oder nur eine geringe weitere Änderung in der Reflexion stattfindet. Im allgemeinen wird die Schwellenspannung

Vth bei einer relativen Helligkeit von 90 % erteilt und eine Sättigungsspannung Vsat bei einer relativen Helligkeit von 10 %, um die Flüssigkristall-Charakteristiken zu bestimmen. In der Praxis jedoch ist ein Pixel genügend hell, wenn die relative Helligkeit über 90 % beträgt, so daß das Pixel als im OFF-Zustand befindlich angesehen wird. Wenn die relative Helligkeit unter 50 % liegt, ist das Pixel dunkel genug und wird daher als im ON-Zustand befindlich angesehen. Die Spannungen, die den relativen Helligkeiten 90 % und 50 % entsprechen, werden hierin als Schwellenspannung Vth und Sättigungsspannung Vsat bezeichnet. Mit anderen Worten, die Schwellenspannung Vth bedeutet eine maximal zulässige Spannung, die dem OFF-Zustand entspricht, und die Sättigungsspannung Vsat bedeutet eine mindestzulässige Spannung, die. dem ON-Zustand entspricht. Fig. 1 gibt die Durchlässigkeits-Spannungs-Charakteristiken einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom durchlässigen Typ wieder.

Die elektrooptischen Eigenschaften der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ändern sich mit dem Betrachtungswinkel. Diese Eigenschaften begrenzen den Betrachtungswinkel auf einen Bereich, in welchem gute Anzeigequalität erhalten wird.

Ein Betrachtungswinkel k wird mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. In dieser Figur ist eine Reibrichtung eines oberen Substrats 11 einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet, die Reibrichtung des unteren Substrats 12 mit dem Bezugszeichen 3 und ein Drehwinkel zwischen Flüssigkristall-Molekülen neben dem oberen Substrat 11 und Flussigkristallmolekülen neben dem unteren Substrat 12 ist mit dem Bezugszeichen 4 angezeigt. Die X- und die Y-Achsen sind entlang der Oberfläche der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 eingezeichnet. Die X-Achse definiert eine Richtung zur Halbierung des Drehwinkels 4 in den Flüssigkristall-Molekülen. Die Z-Achse definiert eine Senkrechte zu der X-Y-Ebene. Ein Winkel zwischen der Betrachtungsirichtung 5 und der Z-Achse wird als der Betrachtungswinkel <p definiert. Im vorliegenden Fall ist aus Gründen der Vereinfachung die Betrachtungsrichtung 5 in der X-Z-Ebene eingezeichnet. Der Betrachtungswinkel 4 in Fig. 2 ist als positiv anzusehen. Da der Kontrast groß ist, wenn aus einer Richtung in der X-Z-Ebene betrachtet, wird diese Richtung die Betrachtungsrichtung 5 genannt.

Übliche im Handel erhältliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen haben Betrachtungswinkel, die in einen Bereich von 10° bis 4 0° fallen. Daher ist in Fig. 1

die Spannung, die der 90 % Helligkeit bei einem Betrachtungswinkel von 10° entspricht, mit Schwellenspannung Vthl wiedergegeben, die Spannung, die der 50 % Helligkeit bei dem gleichen Betrachtungswinkel entspricht, mit Sättigungsspannung Vsatl und die Spannung, die der 90 % Helligkeit bei einem Betrachtungswinkel von 40° entspricht, mit Schwellenwertspannung Vth2. Die Schärfe der He11igkeits-Spannungs-Charakteristik y, die Betrachtungswinkel-Abhängigkeit Δ <j> und die Zeit-Multiplexabilität m sind wie folgt definiert

y = Vsatl/Vthl A φ = Vth2/Vthl m = Vth2/Vsatl

Vorausgesetzt, daß die Helligkeits-Spannungs-Charakteristik-Kurven ideal sind, unterscheiden sich die zwei Kurven bei Betrachtungswinkeln von 10 und 40 nicht; die Kurven sind steil genug, daß eine Schwellenspannung und eine Sättigungsspannung den gleichen Wert haben.

Die Zeitmultiplex-Steuerung der bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hängt ab vonin-d, wobei Δ,η die Brechungsindex-Anisotropie ist, d.h. die optische Anisotropie des Flüssigkristalls, und d die Dicke

.../10

der Flüssigkristallschicht. Wenn^n-d größer ist (z.B. größer als 0,8 pm), wird die Schärfe der Helligkeits-Spannungs-Charakterikfgut (klein), und die Betrachtungswinke !abhängigkeit λ φ schlecht (klein). Wenn jedoch Δη·d klein ist (z.B. kleiner als 0,8 pm) , wird die Schärfe der He11igkeits-Spannungs-Charakteristikp schlecht (groß) und die Betrachtungswinkelabhängigkeit Λ φ wird gut (groß). Die Zeitmultiplexabilität m {=A<j>/r) wird jedoch gut (groß), wenni n«d abnimmt. Ein typisches Beispiel ist in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

~~~~~~-—-—^^^ An*d Charakteristiken ^-^^	0, 5 yin	1,0 ym
Y	1,150	1,084
Δφ	0,965	0,877
m	0,.839	0,808

Die Zeitmultiplex-Steuerung wird nun kurz mit Bezug auf eine punktiert eingezeichnete Matrix-Anzeige beschrieben. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind auf dem unteren und dem oberen Substrat 12 und 11 Y Streifenelektroden (Signalelektroden) 13 und X Streifenelektroden (Abtastelektroden) 14 gebildet. Pixels, Flüssigkristall-

.../11

abschnitte an den Überschneidungen der X und der Y Elektroden 14 und 13 werden ausgewählt, so daß sie in einem ON- oder einem OFF-Zustand sind, um Eigenschaften oder dergleichen anzuzeigen. Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen, η Abtastelektroden Xl, X2, ..., Xn werden, in der Reihenfolge in einer Zeitmultiplex-Art benannt, wiederholt abgetastet. Wenn eine gegebene Abtastelektrode (z.B. X3 in Fig. 3) ausgewählt ist, wird ein Selektion- oder Nichtselektions-Anzeigesignal gleichzeitig allen Pixels P31, P32, ... und P3m auf der gegebenen Abtastelektrode durch die Signalelektrode 13, gebildet von Elektroden Yl, Y2, ... und Ym, entsprechend einem Anzeigesignal zugeführt. Mit anderen Worten, der ON/OFF-Betrieb der Pixels an den Überschneidungen der Abtastelektroden und der Signalelektorden wird durch eine Kombination der Spannungsimpulse, die den Abtast- und Signal-Elektroden angelegt werden, bestimmt. In diesem Fall entspricht die Zahl der Abtastelektroden X der Zahl der Zeitmultiplexierung.

Die übliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hat schlechte Zeitmultiplex-Steuercharakteristiken, wie in Tabelle 1 gezeigt. Diese Charakteristiken wurden eine Zeitmultiplexierung eines Maximums von nur 32 oder 64 gestatten.

.../12

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hinsichtlich Bildqualität zu verbessern und die Zahl der Datenanzeigen zu erhöhen.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung geschaffen worden, die eine bessere Zeitmultiplex-Steuercharakteristik aufweist als die in der zur Zeit schwebenden US-PA, Serial No. 644,766 der Anmelderin vom 27. 8. 1984 offenbarten Vorrichtung. In dieser Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem Drehwinkelbereich von 160 bis 200° in der Helixstruktur der nematischen Flussigkristallmoleküle sind die Polarisationsachsen oder Absorptionsachsen eines Paares von Polarisatxonsplatten, die so angeordnet sind, daß sie die Helixstruktur von beiden Seiten einschließen, um einen vorbestimmten Winkel mit Bezug auf die Orientierung der Substrate neben den Polarisatxonsplatten verschoben. Die Zeitmultiplex-Steuercharakteristiken dieser Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung sind besser als die der eingangs beschriebenen konventionellen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wodurch eine gute Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

.../13

bereitgestellt ist, die in der Lage ist, Anzeigen ausgezeichneter Qualität mit einer Zeitmultiplexierung von über 32 zu geben. Es ist jedoch keine Vorrichtung mit einem Drehwinkelbereich außerhalb des oben angegebenen Bereiches beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Merkmal der Erfindung ist die Schaffung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von Zellenstruktur, die sich von der üblichen bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vollkommen unterscheidet und einen Drehwinke-lbereich hat, der verschieden ist von dem Drehwinkelbereich von 160 bis 200° der bekannten Helixstruktur nematischer Flüssigkristallmoleküle, wodurch ausgezeichnete Zeitmultiplex-Steuercharakteristiken und daher ausgezeichnete Bildqualität erhalten werden, selbst wenn die Zahl der Zeitmultiplexierung größer als 32 ist.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein nematisches Flüssigkristall einer positiven dielektrischen Anisotropie, dem ein chirales Material zugesetzt ist, zwischen einem Paar von oberem und unterem Substrat versiegelt ist, so daß eine Helixstruktur, die in einem Bereich

.../14

zwischen 90 und 160 entlang einer Dickenrichtung davon gedreht ist, gebildet wird; die Polarisationsoder Absorptionsachsen eines Paares von Polarisationsplatten, die auf dem oberen und dem unteren Substrat angeordnet sind, in einem vorbestimmten Winkel, der in einen Bereich zwischen 25° und 65° fällt, mit Bezug auf die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle neben dem oberen bzw. dem unteren Substrat und in die Richtung der Drehung des Flüssigkristalls geneigt sind; und daß ein Produkte n*d einer Dicke d (um) und einer optischen Anisotropie Δ η einer Flüssigkristallschicht in einen Bereich von 0,8 μπι und 1,2 pm fällt.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein nematisches Flüssigkristall einer positiven dielektrischen Anisotropie, dem ein chirales Material zugesetzt ist, zwischen einem Paar von oberem und unterem Substrat versiegelt ist, so daß eine Helixstruktur, die in einem Bereich zwischen 90 und 160 entlang einer Dickenrichtung davon gedreht ist, gebildet wird; eine der Polarisations- oder Absorptionsachsen eines Paares von Polarisationsplatten, die auf dem oberen und dem unteren Substrat angeordnet sind, in einem vorbestimmten Winkel im Bereich zwischen 25° und 65 mit Bezug

.../15

auf die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle neben dem entsprechenden oberen oder unteren Substrat in der Drehrichtung des Flüssigkristalls geneigt ist; und die andere der Polarisations- oder Absorptionsachsen des Paares von Polarisationsplatten in einem vorbestimmten Winkel mit Bezug auf die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle neben dem entsprechenden oberen oder unteren Substrat und in einer der Drehrichtung des Flüssigkristalls entgegengesetzten Richtung geneigt ist; und daß ein Produkt^ n«d einer Dicke d (um) und einer optischen Anisotropie Δ η einer Flüssigkristallschicht in einen Bereich von 0,55 bis 0,90 pm fällt.

Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung der Helligkeits-Spannungs-Charakteristiken einer üblichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, verwendet zur Erklärung der Zeitmultiplex-Charakteristiken;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Erläuterung der Meßrichtung der Zeitmultiplex-Steuercharakteristiken;

.../16

Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erklärung der Zeitmultiplex-Steuerung;

Fig. 4, 5, 6 und 7 sind Darstellungen zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Neigungsrichtung von Flüssigkristallmolekülen und der Drehrichtung sowie der Achsen von Polarisatoren einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 8 bis 10 sind Darstellungen, von denen jede die Beziehung zwischen den Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle, dem Drehwinkel und der Achsen der Polarisatoren einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Es folgt nun eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Figuren.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Richtung (äquivalent zu, z.B. einer Reibrichtung) der Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle, einem Drehwinkel davon und Absorptionsachsen (Polarisationsachsen) der Polarisatoren einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wenn die

.../17

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung in Richtung von oben betrachtet wird. Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die diese Beziehung zeigt. Im dargestellten Fall sind die Flüssigkristallmoleküle 17 um einen Winkelot linksgängig von einer Reibrichtung 6 eines oberen Substrats 11 zu einer Reibrichtung 7 eines unteren Substrats 12 gedreht. Ein Winkel ßl zwischen der Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11 und einer Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 8 der oberen Polarisationsplatte 15 hat die gleiche Richtung wie eine Drehrichtung 10 (in diesem Fall linksgängig) der Flüssigkristallmoleküle mit Bezug auf die Reibrichtung 6 des oberen Substrats Ein Winkel ß2 zwischen der Reibrichtung 7 des unteren Substrats 12 und einer Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 9 der unteren Polarisationsplatte 16 ist in gleicher Weise wie der Winkel ßl definiert. Wenn ein Winkel eines ganzzahlig Vielfachen von 180 dem Winkel ßl oder ß2 zugefügt wird, so ist der Wert des resultierenden Winkels natürlich der gleiche wie des Winkels ßl oder ß2. Die Werte der Winkel ßl und ß2 sind durch Minimum-Werte zwischen den Winkeln, die die gleichen Werte haben, dargestellt. Außerdem werden die Drehrichtung 10 (durch den gebogenen Pfeil gezeigt) und der Drehwinkels der Flüssigkristallmoleküle 17 bestimmt durch die Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11, die Reibrichtung 7 des unteren Substrats 12 und die Art

../18

und Menge eines chiralen Materials, das dem nematischen Flüssigkristall zugefügt ist. Der Drehwinkel wird durch die Reibrichtungen 6 und 7 der oberen und unteren Substrate 11 und 12 bestimmt. Die Stabilität der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird durch die spezifische Ganghöhe (pitch) des chiralen Materials, deren Menge und die Dicke der Flüssigkristallschicht bestimmt.

Der maximale Wert des Drehwinkels«*, ist auf 160° begrenzt, weil Lichtstreuung auftreten kann, wenn sich die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bei oder nahe der Schwellenspannung in einem ON-Zustand befindet. Der untere Grenzwert des Drehwinkels ist auf 90 festgelegt, weil bei Drehwinkeln kleiner als 90° die Farbe der Anzeige mit dem Betrachtungswinkel in unzulässigem Maße schwankt.

Der Winkel ßl zwischen der Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 8 der oberen Polarisationsplatte 15 und der Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11 und der Winkel ß2 zwischen der Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 9 der unteren Polarisationsplatte 16 und der Reibrichtung 7 des unteren Substrats müssen jeweils innerhalb des Bereiches zwischen 25° und 65 fallen, wenn Kontrast, Helligkeit, Zeitmultiplex-Steuercharakteristik, Farbe und dergleichen in Betracht gezogen werden.

.../19

In Fig. 4 sind, unter der Voraussetzung, daß die Drehrichtung 10 der Flüssigkristallmoleküle linksgängig ist, die Winkel ßl und ß2 festgelegt. Jedoch auch wenn die Drehrichtung der Flüssigkristallmoleküle rechtsgängig ist, wie in Fig. 6 gezeigt, kann der vorstehend beschriebene Effekt durch Festlegen der Winkel ßl und ß2 rechtsgängig erhalten werden.

Die Charakteristiken der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung hängen in großem Umfange ab von An«d, d.h., einer optischen Wegdifferenz; d ist eine Dicke in pm und λ η eine optische Anisotropie der Flüssigkristallschicht. Wenn die optische Wegdifferenz die Bedingung 0,8 pm » Δ η>d£ 1,2 pm erfüllt, werden zufriedenstellende Ergebnisse in Form von Kontrast, Helligkeit, Farben und dergleichen erhalten. Die optische Anisotropie δ η hängt im allgemeinen von Wellenlängen ab. Die optische Anisotropie steigt, wenn die Wellenlänge kurz ist, während sie sinkt, wenn die Wellenlänge lang wird. Der Werten für die optische Anisotropie in dieser Beschreibung ist unter Verwendung eines Helium-Neon-Laserstrahls einer Wellenlänge von 6.328 A bei einer Temperatur von 25°C gemessen worden. Wenn die optische Anisotropie bei anderen Wellenlängen gemessen wird, kann sie von der in der vorliegenden Erfindung gemessenen etwas abweichen.

../20

Die Konstruktion und die Meßergebnisse der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird weiter unten beschrieben.

Fig. 5 zeigt das Verhältnis zwischen der Reibrichtung der Substrate, der Drehrichtung und dem Winkel der Helixstruktur der Flüssigkristallmoleküle, und der Polarisationsachsen (oder Absorptionsachsen) der Polarisatoren, wenn die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von oben betrachtet wird.

Ein Flüssigkristall, das in dieser Vorrichtung verwendet wird, ist ein nematisches Flüssigkristall. Dieses nematische Flüssigkristall enthält als Hauptbestandteile eine Gesamtmenge von 79 % eines Biphenyl-Flüssigkristalls und eines Ester-Cyclohexan (ECH)-Flüssigkristalls. Das nematische Flüssigkristall enthält außerdem als ein Additiv 0,5 Gew.-% eines chiralen Materials S811

O₂CH-C₆H₁₃) (erhältlich von Merk),

CH₃

Die optische Anisotropie η dieses nematischen Flüssigkristalls ist 0,123, und die Zusammensetzung davon ist in Tabelle 2 wiedergegeben.

.../21

Tabelle 2

Komponente

Gehalt (Gew.-%)

,-0-OC₂H₅

OC₂H₅ OCH.,

S811

21 21 21

7.5

7 6 0.5

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Der Winkel zwischen den Reibrichtungen 6 und 7 der oberen und unteren Substrate 11 und 12 ist 140°, die Drehrichtung nach Zugabe des chiralen Materials S811 ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet, und der Drehwinkels ist 14 0°. Die Winkel ßl und ß2 zwischen der Reibrichtung 6 und der Absorptionsachse 8 und der Reibrichtung 7 und der Absorptionsachse 9 sind jeweils 45°.

.../22

Es ist eine Anzahl von Flüssigkristallvorrichtungen konstruiert worden, die sich in der Dicke d der Flüssigkristallschichten unterscheiden, was in verschiedenen Werten der optischen Wegdifferenz An*d resultiert, um die angezeigten. Farben und die Helligkeit zu testen. Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

Δ n«d (pm)	Helligkeit	Farbe
0,70	dunkel	purpur
0,80	schwach dunkel	blau
0,90	leuchtend	grün
1,00	stark leuchtend	gelbgrün
1,10	leuchtend	gelborange
1,20	schwach dunkel	rotorange
1,30	dunke1	rotorange
1,40	dunkel	blaugrün

Es ist gefunden worden, daß beides, Farben und Helligkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung am besten und zufriedenstellendsten waren, wenn die optische Wegdifferenz 4 n«d etwa 1,00 um betrug, d.h. im Bereich zwischen 0,90 pm und 1,10 um lag. Außerdem wurde gefunden, daß in der Praxis keine Schwierigkeiten auftraten,

.../23

wenn die optische Wegdifferenz £n«d in den Bereich von 0,80 μπι bis 1,20 μπι fiel.

Die Tabelle 3 zeigt experimentelle Ergebnisse, wenn der Drehwinkels 140° ist. Ähnliche Ergebnisse wie die in Tabelle 3 gezeigten können jedoch auch mit der in Fig. 4 gezeigten Anordnung erhalten werden, wenn der Drehwinke IOC in einen Bereich zwischen 90 und 160 fällt und die Fehlwinkel ßl und ß2 in einen Bereich zwischen 25 und 65° fallen, ohne daß irgendwelche praktischen Probleme in dem Bereich von/in«d von 0,8 bis 1,20 pm auftreten.

Die Meßergebnisse der Zeitmultiplex-Steuercharakteristiken der Flussigkristallzelle gemäß der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung mit der optischen Wegdifferenz ^n-d von 1,05 pm sind in Tabelle 4 zusammengestellt. Die Schärfe der Helligkeits-Spannungs-Charakteristiky , die Betrachtungswinkel-Abhängigkeit Δ φ und die Zeitmultiplexabilitat m sind erheblich verbessert.

Tabelle 4

γ	1.041
Δφ	0.975
m	0.937

Die Polarisationsachsen der Polarisationsplatten in Fig. 5 können anstelle der Absorptionsachsen angeordnet sein, um den gleichen Effekt zu erhalten. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Flüssigkristall-Gemisch von Biphenyl- und ECH-Flüssigkristallen verwendet. Es kann aber irgendein anderes nematisches Flüssigkristall, das positive dielektrische Anisotropie hat, in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eingesetzt werden, um den gleichen Effekt zu erhalten. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Drehrichtung der Helixstruktur linksgängig. Die Drehrichtung kann jedoch, wie in Fig. 6 gezeigt, auch rechtsgängig sein, um den gleichen Effekt wie in der vorstehenden Ausführungsform zu erhalten.

Die Art des chiralen Materials ist nicht speziell auf das vorstehend angegebene chirale Material begrenzt, wenn die Beziehungen zwischen den Reibrichtungen und den Drehrichtungen, wie in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigt, eingehalten werden.

Durch die Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, ist, anders als die konventionelle Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, eine solche Vorrichtung erhalten worden, die ausgezeichnete Zeitmultiplex-Steuercharak-

.../25

teristiken und Anzeigecharakteristiken hoher Qualität aufweist.

In der vorstehend gezeigten Ausführungsform sind die Polarisationsachsen oder Absorptionsachsen der oberen und der unteren Polarisationsplatten in die gleiche Richtung geneigt, wie der Drehwinkel der Flussigkristallmolekule. Es kann jedoch eine der Polarisationsachsen oder Absorptionsachsen der oberen und unteren Polarisationsplatte in die gleiche Richtung wie der Drehwinkel der Flussigkristallmolekule geneigt sein und die andere der Polarisations- oder Absorptionsachsen kann in eine Richtung geneigt sein, die der des Drehwinkels entgegengesetzt ist. Diese Neigungen sind auf den vorbestimmten Winkelbereich begrenzt. Es können die gleichen guten Charakteristiken erhalten werden, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die Figuren 8 bis 10 zeigen eine andere Ausführungsform, in der die vorstehend beschriebene Alternative verwirklicht ist.

Es wird nun auf Fig. 8 Bezug genommen. In gleicher Weise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform sind die Flussigkristallmolekule um einen Winkel «^ linksgängig von einer Reibrichtung 6 eines oberen Substrats als Ausgangsrichtung in eine Reibrichtung 7 eines unteren Substrats gedreht. Ein Winkel ßl zwischen der

.../26

Reibrichtung 6 des oberen Substrats und einer Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 8 der oberen Polarisationsplatte hat die gleiche Richtung wie eine Drehrichtung 10 (in diesem Fall linksgängig) der Flüssigkristal lmoleküle mit Bezug auf die Reibrichtung 6 des oberen Substrats als der Ausgangsrichtung. Ein Winkel ß2 zwischen der Reibrichtung 7 des unteren Substrats oder einer Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 9 der unteren Polarisationsplatte hat jedoch eine Richtung (rechtsgängig) entgegengesetzt der Drehrichtung 10 mit Bezug auf die Reibrichtung 7 als der Ausgangsrichtung.

Der Winkel ßl zwischen der Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) der oberen Polarisationsplatte und der Reibrichtung des oberen Substrats und der Winkel ß2 zwischen der Absorptionsachse (oder Polarisationsachse) 9 der unteren Polarisationsplatte und der Reibrichtung des unteren Substrats müssen in den Bereich zwischen 25 und 65° fallen, wenn Kontrast, Helligkeit, Zeitmultiplexier-Steuercharakteristiken, Farbe und dergleichen in Betracht gezogen werden.

In Fig. 8 sind die Winkel ßl und ß2 definiert unter der Voraussetzung, daß die Drehrichtung 10 der Flüssigkristal lmoleküle linksgängig ist. Wenn jedoch die Dreh-

.../27

richtung der Flüssigkristallmoleküle rechtsgängig ist, wie die Fig. 10 im Gegensatz zur Ausführungsform in Fig. 8 zeigt, kann der gleiche Effekt, wie vorstehend beschrieben, durch rechtsgängiges Festlegen der Winkel ßl und ß2 erhalten werden.

Es ist gefunden worden, daß bei der zweiten Ausführungsform guter Kontrast, Helligkeit und Farben erhalten wurden, wenn die Bedingung 0,55 Jjm « ün*d ^ 0,9 pm erfüllt wurde.

Der Aufbau und die Messungen des veranschaulichten Falls der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird unten beschrieben. Für den gleichen Zweck wie Fig. 5 zeigt Fig. 9 eine Draufsicht auf die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Das verwendete Flüssigkristall ist das gleiche wie das bei der ersten Ausführungsform benutzte.

Wie Fig. 9 zeigt, ist der Winkel zwischen den Reibrichtungen 6 und 7 des oberen und des unteren Substrats 120 ; Die Drehrichtung nach Zusatz des chiralen Materials S811 ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet, und der Drehwinkels ist 120°. Die Winkel ßl und ß2 zwischen der Reibrichtung 6 und der Absorptionsachse 8 und zwischen der Reibrichtung 7 und der Absorptionsachse 9

.../28

sind jeweils 45 .

Es ist eine Anzahl von Flüssigkristallvorrichtungen konstruiert worden, die sich in der Dicke d der Flüssigkristal lschichten unterschieden, was in verschiedenen Werten der optischen Wegdifferenz Λη-d resultiert, um die angezeigten Farben und die Helligkeit zu testen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt.

Tabelle 5

Δ n«d (pm)	Helligkeit	Farbe
0,40	sehr dunkel	dunkelblau
0,50	dunke1	blau
0,55	schwach dunkel	blaugrün
0,60	schwach dunkel	grün
0,65	leuchtend	grün
0,70	leuchtend	gelbgrün
0,75	stark leuchtend	gelbgrün
0,80	leuchtend	gelborange
0,85	schwach dunkel	organe
0,90	schwach dunkel	rotorange
1,00	dunke1	purpur

.../29

Es ist gefunden worden, daß beides, die Farben und die Helligkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bestens und zufriedenstellend waren, wenn die optische Wegdifferenz Λ n*d etwa 0,75 pm war, d.h. im Bereich zwischen 0,65 pm und 0,85 um lag. Es ist außerdem gefunden worden, daß in der Praxis keine Schwierigkeiten auftraten, wenn die optische Wegdifferenz £n«d in den Bereich von 0,55 pm bis 0,90 pm fiel.

Die Tabelle 5 zeigt experimentelle Ergebnisse, wenn der Drehwinkels 120 ist. Ähnliche Ergebnisse, wie die in Tabelle 5 angegebenen, können aber auch mit der in Fig. 8 gezeigten Anordnung erhalten werden, wenn der DrehwinkeloL in einen Bereich zwischen 90 und 15 0° fällt und die Fehlwinkel ßl und ß2 in einen Bereich zwischen 25 und 65° fallen, ohne daß für den Bereich von Δ n.d von 0,8 bis 1,20 pm in der Praxis irgendwelche Probleme auftreten.

Die Meßergebnisse der Zeitmultiplex-Steuercharakteristiken mit der optischen Wegdifferenz An«d = 0,75 pm sind in Tabelle 6 zusammengestellt. Die Charakteristiken y , Δ φ und m sind im Vergleich zu denen der konventionellen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen (Tabelle 1) erheblich verbessert.

.../30

Tabelle 6

γ	1.062
Δφ	0.971
m	0.914

In der zweiten Ausführungsform ist die Drehrichtung der Helixstruktur linksgängig. Die Drehrichtung kann aber, wie in Fig. 10 gezeigt, auch rechtsgängig sein, um den gleichen Effekt wie in der zweiten Ausführungsform zu erhalten.

.../31

-Μ-

- Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß einnematisches Flüssigkristall einer positiven dielektrischen Anisotropie, dem ein chirales Material zugesetzt ist, zwischen einem Paar von oberem und unterem Substrat versiegelt ist, so daß
eine Helixstruktur, die in einem Bereich zwischen 90° und 160° entlang einer Dickenrichtung davon gedreht ist, gebildet wird; die Polarisations- oder Absorptionsachsen eines Paares von Polarisationsplatten, die auf dem oberen und dem unteren Substrat angeordnet
sind, in einem vorbestimmten Winkel, der in einen Be-

...12

European Potent Attorneys Zugelassene Vertreter beim Europäischen Pjntentamt

Deutsche Bank AG Hamburg, Nr. O5/2B4O7 (BLZ 2OO7OOOO) · Pomsehoek Hamburg 2H42-2OO

Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. O33OO35 (BLZ 2OOBOO00)

0H0INM- INSPECTED

reich zwischen 25° und 65° fällt, mit Bezug auf die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle neben dem oberen bzw. dem unteren Substrat und in die Richtung der Drehung des Flüssigkristalls geneigt sind; und daß ein Produkt δ n*d einer Dicke d (pm) und einer optischen Anisotropie Δη einer Flüssigkristallschicht in einen Bereich von 0/8 pm und 1,2 um fällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anisotropie Δ η«d in einen Bereich zwischen 0,90 pm und 1,10 pm fällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Winkel 45 sind.

4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung^dadurch gekennzeichnet, daß ein nematisches Flüssigkristall einer positiven dielektrischen Anisotropie, dem ein chirales Material zugesetzt ist, zwischen einem Paar von oberem und unterem Substrat versiegelt ist, so daß eine Helixstruktur, die in einem Bereich zwischen 90 und 160 entlang einer Dickenrichtung davon gedreht ist, gebildet wird; eine der Polarisations- oder Absorptionsachsen eines Paares von Polarisationsplatten, die auf dem oberen und dem unteren Substrat angeordnet sind, in einem vorbestimmten Winkel im Bereich zwischen und 65° mit Bezug auf die Hauptachsen der Flüssigkristall-

moleküle neben dem entsprechenden oberen oder unteren Substrat in der Drehrichtung des Flüssigkristalls geneigt ist; und die. andere der Polarisations- oder Absorptionsachsen des Paares von Polarisationsplatten in einem vorbestimmten Winkel mit Bezug auf die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle neben dem entsprechenden oberen oder unteren Substrat und in einer der Drehrichtung des Flüssigkristalls entgegengesetzten Richtung geneigt ist; und daß ein Produkt Cl n«d einer Dicke d (pm) und einer optischen Anisotropie δ η einer Flüssigkristallschicht in einen Bereich von 0,55 bis 0,90 pm fällt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anisotropie λ η»d in einen Bereich zwischen 0,65 um und 0,85 um fällt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Winkel 45° sind.

./4