DE3608911C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Herkömmliche sog. verdrillt-nematische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen (sog. TN-LCDs) weisen ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie auf, das zwischen zwei Substraten mit transparenten Elektroden eingeschlossen ist, die auf den Substraten in einem erwünschten Anzeigemuster vorgesehen sind, wobei das Flüssigkristallmaterial eine um 90° verdrillte Helixstruktur aufweist (vgl. 13 72 868 A). Auf den Außenseiten der Substrate sind Polarisatoren derart angeordnet, daß ihre Polarisations- oder Absorptionsachsen senkrecht oder parallel zu den Hauptachsen der an die Substrate angrenzenden Flüssigkristallmoleküle liegen.

Zur Verdrillung der Flüssigkristallmoleküle zwischen den beiden Substraten um 90° werden Orientierungsschichten auf den Elektroden und den freiliegenden Flächen der Substrate durch Aufbringen eines Polyimidharzes und Erzeugung zahlreicher feiner Vertiefungen durch Reiben der beschichteten Oberflächen, die in Kontakt mit den Flüssigkristallmolekülen kommen, mit einem Tuch längs einer Richtung erzeugt. In diesem Fall werden die Hauptachsen der an die betreffende Oberfläche angrenzenden Flüssigkristallmoleküle parallel zu dieser einen Richtung, d. h., der Reibrichtung, orientiert. Die beiden Substrate werden in einem Abstand voneinander so einander gegenüber angeordnet, daß ihre Reibrichtungen unter einem Winkel von 90° gekreuzt zueinander sind. Diese geriebenen Substrate werden dann mit einem Abdichtmittel abgedichtet, worauf ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie in den zwischen den Substraten gebildeten Raum eingefüllt wird. Die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle sind entsprechend zwischen den Substraten um 90° verdrillt. Die resultierende Flüssigkristallzelle wird sandwichartig zwischen zwei Polarisatoren eingebracht, deren Polarisationsachsen im wesentlichen parallel bzw. senkrecht zu den Hauptachsen der daran angrenzenden Flüssigkristallmoleküle liegen.

Bei herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Reflexionstyp, der am meisten verwendet wird, ist ein Reflektor an der Außenseite des unteren Polarisators vorgesehen. Auf der Oberseite der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung einfallendes Licht wird vom Polarisator linear polarisiert. In dem Bereich der Flüssigkristallschicht, an dem keine Spannung anliegt, wird die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes längs der Helixstruktur um 90° gedreht, wobei das Licht vom unteren Polarisator durchgelassen wird. Das Licht wird dann vom Reflektor reflektiert und kehrt wieder zur Oberseite der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zurück. In den Bereichen der Flüssigkristallschicht, an denen eine Spannung anliegt, wodurch die Helixstruktur zerstört wird, wird allerdings die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts nicht gedreht. Das linear polarisierte Licht, das durch den oberen Polarisator hindurchtritt, wird entsprechend vom unteren Polarisator abgefangen und erreicht den Reflektor nicht. Auf diese Weise können elektrische Signale je nach Vorliegen oder Fehlen eines elektrischen Potentials an der Flüssigkristallschicht in entsprechende optische Bilder umgesetzt werden.

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom verdrillt-nematischen Typ werden aufgrund der mit ihnen verbundenen Vorteile, insbesondere der niederen Betriebsspannung, der geringen Leistungsaufnahme, ihrer kleinen Dicke und ihrer geringen Masse, in ausgedehnten Maße technisch eingesetzt, beispielsweise in Armbanduhren, Taschen- und Tischrechnern, verschiedenen technischen Meßgeräten sowie etwa bei Kraftfahrzeuginstrumenten.

TN-LCDs vom Punktmatrixtyp, mit denen sich Buchstaben und Zahlen darstellen lassen, genießen seit längerer Zeit erhebliches Interesse als günstige Anzeigevorrichtungen für tragbare Computer und verschiedene Datenterminals. Gegenwärtig sind Punktmatrix bzw. einer 128×480-Punktmatrix auf dem Markt, die mit einem Tastverhältnis von 1/64 im Multiplexbetrieb angesteuert werden.

Es besteht jedoch ein erhebliches Bedürfnis an LCDs mit noch höherer Anzeige- und Informationsdichte, beispielsweise mit 200×640 Bildelementen bzw. 256×640 Bildelemente, die hinsichtlich ihrer Anzeigekapazität Kathodenstrahl-Bildröhren äquivalent sind. Zur Kommerzialisierung müssen derartige LCDs in wirksamer Weise in einem Kurzzeitmultiplexbetrieb ansteuerbar sein, bei dem das Tastverhältnis größenordnungsmäßig im Bereich von 1/100 bzw. 1/128 liegt.

Im folgenden wird der Stand der Technik anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: Ein Diagramm zur Abhängigkeit der relativen Helligkeit von der angelegten Spannung bei herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zur Definition ihrer Charakteristik im Zeitmultiplexbetrieb;

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Erläuterung des Bereiches des Betrachtungswinkels und

Fig. 3: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ansteuerung von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen im Zeitmultiplexbetrieb.

In Fig. 1 ist eine typische Kennlinie der Abhängigkeit der Helligkeit von der angelegten Spannung für eine herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Reflexionstyp mit einem nematischen Flüssigkristallmaterial einer um 90° verdrillten Helixstruktur dargestellt, bei der die Achsen ihrer Polarisatoren senkrecht zueinander liegen. Das Diagramm von Fig. 1 zeigt dabei die Abhängigkeit der relativen Helligkeit des reflektierten Lichts von der angelegten Spannung. Der Anfangswert der Helligkeit ist dabei als 100% gesetzt (AUS), während der Endwert, bei dem nur eine geringe oder keine weitere Änderung der Helligkeit bei hinreichend hoher Spannung eintritt, gleich 0% festgesetzt ist. Allgemein wird die Schwellenspannung Vth bei einer relativen Helligkeit von 90% angesetzt, und die Sättigungsspannung Vsat bei einer relativen Helligkeit von 10%, um so die Flüssigkristalleigenschaften festzulegen. Ein Pixel ist ausreichend hell, wenn die relative Helligkeit mehr als 90% beträgt, so daß das betreffende Pixel als im AUS-Zustand befindlich angesehen wird. In der Praxis ist andererseits das Pixel, wenn die relative Helligkeit weniger als 50% beträgt, dunkel genug, daß eine weitere Abnahme der Helligkeit für das Auge eines Betrachters nicht mehr wahrnehmbar ist, weshalb das Pixel dann als im EIN-Zustand befindlich angesehen wird. Relativen Helligkeiten von 90 bzw. 50% entsprechende Spannungen werden als Schwellenspannung Vth bzw. Sättigungsspannung Vsat im folgenden angegeben. Anders ausgedrückt ist die Schwellenspannung Vth als maximal zulässige, dem AUS-Zustand entsprechende Spannung angegeben, während die Sättigungsspannung Vsat als zulässige Mindestspannung definiert ist, die dem EIN-Zustand entspricht. Für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Transmissionstyp würde Fig. 1 analog der Transmissions-Spannungs-Kennlinie entsprechen.

Die elektrooptischen Eigenschaften der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ändern sich in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel. Hierdurch wird ein begrenzter Bereich eines Betrachtungswinkels vorgegeben, innerhalb dessen eine gute Anzeigequalität erzielt wird.

Der Betrachtungswinkel α wird im folgenden unter bezug auf Fig. 2 näher erläutert. Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 enthält ein nematisches Flüssigkristallmaterial 33 mit positiver dielektrischer Anisotropie, das als Schicht zwischen zwei Substraten 11, 12 eingeschlossen ist, auf denen in einem gewünschten Anzeigemuster transparente Elektroden vorgesehen sind, wobei Orientierungsschichten (nicht dargestellt) auf den Elektroden und den freiliegenden Oberflächen der Substrate durch Aufbringen beispielsweise eines Polyimidharzes und Erzeugung zahlreicher feiner Vertiefungen durch Reiben der beschichteten Oberflächen mit einem Gewebe in einer einzigen Richtung erzeugt sind. Das obere Substrat 11 der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 weist die Reibrichtung 2 auf, während das untere Substrat 12 die Reibrichtung 3 besitzt, wobei zwischen der Hauptachse der an das obere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle und der Hauptachse der an das untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle ein Verdrillungswinkel ϕ vorliegt.

Die Achsen X und Y liegen in der Ebene der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1. Die X-Achse definiert dabei diejenige Richtung, die den Verdrillungswinkel ϕ der Flüssigkristallmoleküle halbiert. Die Z-Achse definiert die Normalrichtung auf die X-Y-Ebene. Der Winkel zwischen der Betrachtungsrichtung 5 und der Z-Achse ist als Betrachtungswinkel a definiert. Im Fall der Fig. 2 liegt die Betrachtungsrichtung 5 zur Vereinfachung in der X-Z-Ebene. Der Betrachtungswinkel α in Fig. 2 ist ferner als positiv angesetzt. Da der Kontrast hoch wird, wenn die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung aus einer Richtung in der X-Z-Ebene betrachtet wird, wird diese Richtung als Betrachtungsrichtung 5 bezeichnet.

Im folgenden werden die Eigenschaftsparameter einer derartigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Quantifizierung ihrer Ansteuereigenschaften im Zeitmultiplexbetrieb kurz erläutert.

In dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm ist die Abhängigkeit der Helligkeit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom verdrillt-nematischen Typ in Reflexion von der angelegten Spannung für zwei Betrachtungswinkel (α=40°, α=10°) dargestellt, wobei die Polarisationsachsen der Polarisatoren gekreuzt sind.

Handelsübliche herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen weisen akzeptable Betrachtungswinkel α im Bereich von 10 bis 40° auf. Bei einem Betrachtungswinkel α von 10° wird diejenige Betriebsspannung, die zu einer Helligkeit von 90% führt und bei der die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für einen Betrachter in den EIN-Zustand gelangt, als Vth 1 bezeichnet, während diejenige Betriebsspannung, die zu einer Helligkeit von 50% führt, unterhalb deren ein weiterer Abfall der Helligkeit für einen Betrachter fast nicht wahrnehmbar ist, als Vsat 1 bezeichnet wird, und eine zu einer Helligkeit von 90% führende Betriebsspannung bei einem Betrachtungswinkel α von 40° als Vth 2 bezeichnet ist.

Die Schärfe der Helligkeits-Spannungs-Kennlinie, ν, die Betrachtungswinkelabhängigkeit der Helligkeit, Δα, und die Eignung für den Zeitmultiplexbetrieb, m sind wie folgt definiert:

ν= Vsat 1/Vth 1
Δα= Vth 2/Vth 1
m= Vth 2/Vsat 1.

Unter der Annahme, daß die Kurven der Helligkeits-Spannungs-Charakteristik ideal sind, fallen die beiden Kurven bei den unterschiedlichen Betrachtungswinkeln α von 10° und 40° zusammen, und die Kurven sind steil genug, so daß die Schwellenspannung wie auch die Sättigungsspannung den gleichen Wert besitzen.

Die Eignung herkömmlicher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen für den Zeitmultiplexbetrieb hängt vom Wert Δ n · d ab, wobei Δ die Anisotropie des Brechungsindex, d. h., die optische Anisotropie des Flüssigkristallmaterials, und d den Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Substrat bedeuten. Wenn der Wert Δ n · d groß ist (beispielsweise mehr als 0,8 µm beträgt), wird die Schärfe ν der Helligkeits-Spannungs-Kennlinie gut (kleiner Wert), und die Betrachtungswinkelabhängigkeit der Helligkeit, Δα, ist gering (kleiner Wert). Wenn andererseits Δ n · d klein ist (beispielsweise kleiner als 0,8 µm), wird die Schärfe ν der Helligkeits-Spannungs-Charakteristik gering (großer Wert), während die Betrachtungswinkelabhängigkeit, Δα gut wird (großer Wert). Die Eignung für den Zeitmultiplexbetrieb, m (= Δα/ν), wird allerdings gut (großer Wert), wenn Δ n · d verringert ist.

Zwei typische Beispiele für solche Werte sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Im folgenden wird die Zeitmultiplexansteuerung unter bezug auf eine Punktmatrixanzeige kurz erläutert. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind bei entsprechenden Anzeigevorrichtungen auf dem oberen Substrat 11 bzw. dem unteren Substrat 12 streifenförmige Elektroden Y (Signalelektroden) 13 bzw. streifenförmige Elektroden X (Abtastelektroden 14) vorgesehen. Die Pixels (Bildelemente), d. h., die Flüssigkristallbereiche an den Überschneidungen der X-Elektroden 14 mit den Y-Elektroden 13, befinden sich wahlweise im EIN-Zustand oder im AUS-Zustand, um Buchstaben und andere Zeichen anzuzeigen. n Abtastelektroden X 1, X 2,. . . Xn werden nacheinander und wiederholt in der Reihenfolge abgetastet, was als Zeitmultiplexbetrieb bezeichnet wird. Wenn eine gegebene Abtastelektrode, beispielsweise X 3 in Fig. 3, ausgewählt wird, wird ein Auswahl- oder Nichtauswahl-Anzeigesignal gleichzeitig an alle Pixels P 31, P 32, . . , P 3 m auf der gegebenen Abtastelektrode entsprechend einem Anzeigesignal durch die Signalelektroden 13 angelegt, die aus den Elektroden Y 1, Y 2, . . ., Ym bestehen. Anders ausgedrückt wird der EIN- oder AUS-Zustand der Pixels an den Überschneidungsstellen der Abtastelektroden und der Signalelektroden durch Kombination von Spannungsimpulsen angelegt werden. In diesem Fall entspricht die Anzahl der Abtastelektroden 14 der Zeitmultiplex-Anzahl.

Herkömmliche -Anzeigevorrichtungen besitzen schlechte Zeitmultiplex-Ansteuerungseigenschaften, wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wobei diese Eigenschaften in der Praxis eine Zeitmultiplex-Anzahl von maximal lediglich 32 bzw. 64 erlauben. Es bestand daher ein Bedürfnis nach Verbesserung der Bildqualität von -Anzeigevorrichtungen und Erhöhung des anzeigbaren Informationsgehaltes, da herkömmliche -Anzeigevorrichtungen diesen Forderungen nicht genügen.

Die im Oberbegriff des Patentanspruchs definierte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist aus DE 34 23 993 A1 gattungsgemäß bekannt. In dieser Druckschrift sind Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom TN-Typ beschrieben, deren Flüssigkristallmaterial einen Verdrillungswinkel im Bereich von 180 bis 360° und vorzugsweise etwa 270° aufweist. Das Produkt Δ n · d soll im Bereich von 0,6 bis 1,4 und vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegen. Gemäß einer Ausführungsform sind die Orientierungsschichten auf den Substraten ungleich, wobei eine Orientierungsschicht durch SiO-Schrägbedampfung unter Erzielung eines Anstellwinkels <5° und vorzugsweise 10 bis 40° und die andere Orientierungsschicht durch Polymerbeschichtung und Reiben unter Erzielng eines Anstellwinkels <5°, gemäß einem Beispiel 1°, hergestellt sind. Nach einer anderen, als besonders bevorzugt angegebenen Ausführungsform, sind beide Orientierungsschichten durch Schrägbedampfung mit SiO so hergestellt, daß ein Anstellwinkel von 28° resultiert.

Aus EP 98 070 A2 sind ferner Guest-Host-Anzeigevorrichtungen bekannt, die einen pleochroitischen Farbstoff sowie ein cholesterinisches Flüssigkristallmaterial enthalten. Die Verdrillungswinkel liegen im Bereich von 180 bis 360° und vorzugsweise bei 270°. Werte für das Produkt Δ n · d sind nicht angegeben. Die Orientierungsschichten auf den Substraten sind entweder gleich oder verschieden und können unabhängig große oder kleine Anstellwinkel für die angrenzenden Flüssigkristallmoleküle vorgeben. Als Bereiche für die Anstellwinkel sind 0 bis 30° und vorzugsweise 5 bis 70° genannt. Niedere Anstellwinkel werden durch Beschichtung mit Polyvinylalkohol und Reiben, hohe Anstellwinkel durch Schrägbedampfung mit MgF₂ erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen der aus DE 34 23 993 A1 bekannten Art anzugeben, die ausgezeichnete Zeitmultiplex-Ansteuereigenschaften und demzufolge auch ein höheres Kontrastverhältnis, einen weiteren zugänglichen Bereich des Betrachtungswinkels und geringere Färbung bei der Anzeige ergeben, und zwar auch dann, wenn die Zeitmultiplex-Anzahl, d. h., die Anzahl der Abtastzeilen, mehr als 100 beträgt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 4 bis 6 näher erläutert; es zeigen:

Fig. 4, 5 und 6: Schematische Darstellungen zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Orientierungsrichtung und der Verdrillungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle und den Achsen der Polarisatoren einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und

Fig. 7: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Orientierungsrichtung und der Verdrillungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle und den Achsen der Polarisatoren einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen der Richtung der Hauptachsen der an das obere oder untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle (die beispielsweise der Reibrichtung entspricht), und ihrem Verdrillungswinkel ϕ und den Absorptions- oder Polarisationsachsen der Polarisatoren einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt, wobei die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von oben betrachtet wird.

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung dieser Beziehungen. In Fig. 5 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 2 verwendet.

Die durch einen gekrümmten Pfeil dargestellte Verdrillungsrichtung 10 und der Verdrillungswinkel ϕ der Flüssigkristallmoleküle 17 werden durch die Reibrichtung 6 des oberen Substrates 11, die Reibrichtung 7 des unteren Substrats 12 sowie Art und Menge des dem nematischen Flüssigkristallmaterial zugesetzten chiralen Materials bestimmt. Die Verdrillungsrichtung hängt insbesondere von Art und Menge des chiralen Materials ab. Der Verdrillungswinkel ϕ wird durch die Reibrichtungen 6 und 7 des oberen Substrats 11 bzw. des unteren Substrats 12 bestimmt.

Die an die geriebenen Innenflächen der Substrate angrenzenden Flüssigkristallmoleküle besitzen eine Ausrichtung, die grob etwa einem Winkel von 1 bis 8° zu den betreffenden geriebenen Oberfläche entspricht, die mit einem Polyimidharz beschichtet und gerieben sind.

Die Stabilität der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird von der jeweiligen speziellen Steigung des chiralen Materials und seiner Menge sowie der Dicke der Flüssigkristallschicht bestimmt.

Der maximal zulässige Wert des Verdrillungswinkels ϕ ist auf 260° begrenzt, da sonst Tendenz zur Lichtstreuung auftritt, wenn sich die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung im EIN-Zustand bei oder nahe bei der Schwellenspannung befindet. Der zulässige Minimalwert des Verdrillungswinkels liegt bei 200°, da bei Verdrillungswinkeln unter 200° der Kontrast (Verhältnis der Helligkeit eines Anzeigeelementes im AUS-Zustand zur Helligkeit im EIN-Zustand) zu gering ist.

Der Winkel β 1 zwischen der Absorptionsachse bzw. Polarisationsachse 8 des oberen Polarisators 15 und der Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11 bzw. der Winkel β 2 zwischen der Absorptionsachse oder Polarisationsachse 9 des unteren Polarisators 16 und der Reibrichtung 7 des unteren Substrats 12 liegen günstigerweise im Bereich von 20 bis 70° und vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60°, wenn Eigenschaften wie der Kontrast, die Helligkeit, die Färbung, die Ansteuercharakteristik im Zeitmultiplexbetrieb in Betracht gezogen werden.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hängen stark vom Wert Δ n · d, d. h., der optischen Weglängendifferenz, ab, wobei d die Dicke der Flüssigkristallschicht in µm und Δ n die optische Anisotropie der Flüssigkristallschicht bedeuten. Wenn die optische Weglängendifferenz der Bedingung 0,7µm Δ n · d1,0 µm genügt, sind die Eigenschaften hinsichtlich des Kontrastverhältnisses, der Helligkeit, der Färbung udgl. zufriedenstellend, wobei die Eigenschaften am besten sind, wenn die optische Weglängendifferenz Δ n · d der Bedingung 0,9 µmΔ n · d,0 µm genügt.

Die optische Anisotropie Δ n hängt allgemein von der Meßwellenlänge ab. Die optische Anisotropie nimmt zu, wenn die Wellenlänge kurz ist, während sie abnimmt, wenn die Wellenlänge lang wird. Der Wert der optischen Anisotropie Δ n wird im vorliegenden Fall unter Verwendung eines He-Ne-Lasers einer Wellenlänge von 632,8 nm (6328 Å) bei einer Temperatur von 25°C gemessen. Wenn die optische Anisotropie bei einer anderen Wellenlänge gemessen wird, können die erhaltenen Werte von den hier angegebenen Werten geringfügig verschieden sein.

Im folgenden werden Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und entsprechende Meßergebnisse erläutert.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Reibrichtung der Substrate, der Verdrillungsrichtung und dem Verdrillungswinkel der Helixstruktur der Flüssigkristallmoleküle und den Absorptions- bzw. Polarisationsachsen der Polarisatoren bei Betrachtung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von oben.

Die in den erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen eingesetzten Flüssigkristallmaterialien enthalten ein nematisches Flüssigkristallmaterial. Dieses nematische Flüssigkristallmaterial enthält als Hauptbestandteile ein Flüssigkristallmaterial auf Diphenylbasis und ein Flüssigkristallmaterial auf Cyclohexanesterbasis (ECH). Das nematische Flüssigkristallmaterial enthält ferner als Zusatz 0,7 Masse eines chiralen Materials (Material S811, Merck) der Formel

Gemäß dem in Fig. 6 dargestellten Schema beträgt der Winkel zwischen der Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11 und der Reibrichtung 7 des unteren Substrats 12 220°; die Verdrillungsrichtung 10 aufgrund des Zusatzes des chiralen Materials S811 ist durch den im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden gekrümmten Pfeil dargestellt, wobei der Verdrillungswinkel ϕ 220° beträgt. Der Winkel β 1 zwischen der Reibrichtung 6 und der Absorptions- bzw. Polarisationsachse 8 des oberen Polarisators 15 und der Winkel β 2 zwischen der Reibrichtung 7 und der Absorptions- bzw. Polarisationsachse 9 des unteren Polarisators 16 betragen jeweils 45°.

Zu Testzwecken, besonders im Hinblick auf die Färbung und Helligkeit der Anzeige, wurden eine Reihe erfindungsgemäßer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen entsprechend der Anordnung von Fig. 6 hergestellt, bei denen die Dicke d der Flüssigkristallschicht und damit die optische Weglängendifferenz Δ n · d geändert wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2

Es wurde festgestellt, daß sowohl die Farbe als auch die Helligkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen dann am besten und sehr zufriedenstellend waren, wenn die optische Weglängendifferenz Δ n · d etwa 1,00 µm betrug. Durch weitere detaillierte Untersuchungen wurde ferner festgestellt, daß in der Praxis kein Problem auftrat, wenn die optische Weglängendifferenz Δ n · d im Bereich von 0,7 bis 1,20 µm lag, wobei die in Fig. 6 dargestellten Beziehungen zugrundelagen. Die in Tabelle 2 aufgeführten experimentellen Ergebnisse beziehen sich auf einen Verdrillungswinkel ϕ von 220° und Winkel b 1 und β 2 von jeweils 45°. Den Ergebnissen von Tabelle 2 ähnliche Resultate können mit der Anordnung nach Fig. 4 erhalten werden, wenn der Verdrillungswinkel ϕ im Bereich von 200 bis 260° und die Winkel β 1 und β 2 im Bereich von 20 bis 70° liegen, wobei der Bereich für Δ n · d 0,7 bis 1,20 µm beträgt, ohne daß irgendwelche praktischen Probleme auftreten.

Meßergebnisse der Zeitmultiplex-Ansteuereigenschaften einer Flüssigkristall-Anzeigezelle gemäß der Erfindung mit einer optischen Weglängendifferenz Δ n · d von 0,98 µm sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Schärfe der Helligkeits-Spannungs-Charakteristik, ν, die Betrachtungswinkelabhängigkeit, Δα, sowie die Eignung für den Zeitmultiplexbetrieb, m, sind im Vergleich mit den entsprechenden Werten herkömmlicher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, erheblich verbessert.

ν
1,020
Δα	0,988
m	0,969

In Fig. 6 können die Polarisationsachsen der Polarisatoren anstelle der Absorptionsachsen entsprechend angeordnet sein, wobei ähnliche Effekte erzielt werden. Bei der oben erläuterten Ausführungsform ist ein Flüssigkristallgemisch aus einem Flüssigkristallmaterial auf Diphenylbasis und einem Flüssigkristallmaterial auf Cyclohexanesterbasis (ECH) verwendet. Zur Erzielung ähnlicher Effekte wie bei der obigen Ausführungsform können jedoch auch beliebige andere nematische Flüssigkristallmaterialien mit positiver dielektrischer Anisotropie herangezogen werden. So verbessert insbesondere die Verwendung eines Flüssigkristallgemischs, das Phenylcyclohexan (PCH) bzw. entsprechende Derivate enthält, das elektrooptische Ansprechverhalten. Die Verdrillungsrichtung der Helixstruktur ist bei der oben erläuterten Ausführungsform entgegen dem Uhrzeigersinn. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, kann die Verdrillungsrichtung jedoch auch im Uhrzeigersinn vorliegen, wobei die gleichen Effekte wie bei der oben erläuterten Ausführungsform erzielt werden.

Beim obigen Ausführungsbeispiel sind die Absorptions- bzw. Polarisationsachsen des oberen und des unteren Polarisators gegenüber der Richtung der Hauptachsen der an die Substrate angrenzenden Flüssigkristallmoleküle in der gleichen Richtung winkelverschoben wie die Verdrillung der Flüssigkristallmoleküle, sie können jedoch auch in zur Verdrillung der Flüssigkristallmoleküle entgegengesetzter Richtung winkelverschoben sein, wobei ähnliche Ergebnisse erhalten werden; der Verschiebungswinkel β 1 kann ferner vom Verschiebungswinkel β 2 verschieden sein.

Das erfindungsgemäß eingesetzte chirale Material ist nicht auf das oben erwähnte spezielle chirale Material beschränkt, da auch beliebige andere chirale Materialien verwendet werden können, mit denen die Beziehungen zwischen den Reibrichtungen und den Verdrillungsrichtungen, wie sie aus den Fig. 4, 5, 6 und 7 hervorgehen, erfüllt werden können.

Claims (2)

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit

   • - einem oberen und einem unteren Substrat,
   • - einer dazwischen eingeschlossenen Schicht aus einem nematischen, ein chirales Material enthaltenden Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie, dessen Helixstruktur einen Verdrillungswinkel ϕ von 180°< ϕ<360° aufweist, mit einem Wert des Produktes Δ n · d aus der Dicke d (µm) der Flüssigkristallschicht und der optischen Anisotropie Δ n des Flüssigkristallmaterials von 0,6<Δ n · d<1,4 µm,
   • - auf den Innenflächen der Substrate vorgesehenen Elektroden,
   • - auf den Elektroden und den freiliegenden Flächen der Substrate vorgesehenen Orientierungsschichten, von denen eine aus einem Kunstharz besteht und so durch Reiben in einer Richtung behandelt ist, daß die daran angrenzenden Flüssigkristallmoleküle unter einem kleinen Anstellwinkel zur betreffenden Oberfläche orientiert sind, sowie
   • - am oberen und unteren Substrat vorgesehenen Polarisatoren, deren Polarisationsachsen um Winkel von 20 bis 70° gegenüber der Richtung der jeweils entsprechenden Hauptachse der an das obere bzw. untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle winkelversetzt sind,
2. gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   • (A) das Flüssigkristallmaterial weist einen Verdrillungswinkel (ϕ) von 200°ϕ260°C auf;
   • (B) der Wert des Produktes Δ n · d liegt im Bereich von 0,7Δ n · d1,0 µm, und
   • (C) beide Orientierungsschichten bestehen aus einem Polyimidharz und sind so durch Reiben in einer Richtung behandelt, daß die daran angrenzenden Flüssigkristallmoleküle unter einem Anstellwinkel von 1 bis 8° zu den Oberflächen der Orientierungsschichten orientiert sind.