DE3822604A1 - Liquid-crystal display element - Google Patents

Liquid-crystal display element

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DE3822604A1
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Withdrawn
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DE3822604A
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Tamihito Nakagomi
Shinji Hasegawa
Yasuhiko Kando
Kiyoshige Kinugawa
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Hitachi Ltd
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Abstract

A liquid-crystal display element in which a liquid-crystal layer (50) is sandwiched between upper and lower electrode substrates (11, 12) which have respectively been subjected to an alignment treatment. The liquid-crystal layer (50) contains a nematic liquid crystal to which a chiral substance is added and which has a helical structure rotated through 160@ to 300@. The product DELTA n . d of the thickness d and the optical anisotropy DELTA n of the liquid crystal lies in a range between 0.3 mu m and 0.7 mu m. A pair of polarisers (15, 16) are arranged adjacent to the electrode substrates (11, 12) and have polarisation axes or absorption axes (8, 9) inclined with respect to the alignments (2, 3) of the electrode substrates (11, 12) by corresponding predetermined angles ( beta 1, beta 2). A dichromatic colorant (18) is added to the liquid-crystal layer (50) in order to compensate the coloration which results from the birefraction due to an angle ( beta 1, beta 2) between the axis of polarisation or axis of absorption (8, 9) of the polariser (15, 16) and the alignment of the electrode substrates (11, 12), so that the light emerging from the element is approximately achromatic or colorless. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Flüssigkristallanzeigeelemente, genauer den Bereich der Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigeelemente, die einerseits eine schwarze Anzeige auf weißem Hintergrund ermöglichen und andererseits ausgezeichnete Vielfachsteuercharakteristiken aufweisen.The invention relates to the field of liquid crystal display elements, more precisely the field of field effect liquid crystal display elements, on the one hand a black display enable on white background and on the other hand excellent Have multiple tax characteristics.

Ein herkömmliches sog. gedreht-nematisches Flüssigkristallanzeigeelement besitzt eine um 90° gedrehte wendelförmige Struktur eines nematischen Flüssigkristalls, das eine positive dielektrische Anisotropie aufweist und als Zwischenschicht zwischen den beiden Substraten angeordnet ist, welche mit lichtdurchlässigen Elektroden versehen sind, die auf jenen gemäß den gewünschten Anzeigemustern angeordnet sind. An den äußeren Oberflächen der Elektrodensubstrate sind Polarisatoren angeordnet, mit Polarisationsachsen (oder Absorptionsachsen), die senkrecht oder parallel zu den Hauptachsen derjenigen Flüssigkristallmoleküle sind, die den Elektrodensubstraten benachbart sind, wie dies offenbart ist im britischen Patent Nr. 13 72 868 von F. Hoffmann - La Roche & Co.A conventional so-called twisted nematic liquid crystal display element has a helical shape rotated by 90 ° Structure of a nematic liquid crystal that is positive has dielectric anisotropy and as an intermediate layer is arranged between the two substrates, which are provided with translucent electrodes, which are arranged on those according to the desired display patterns are. On the outer surfaces of the electrode substrates are polarizers arranged with polarization axes  (or absorption axes) that are perpendicular or parallel to the main axes of those liquid crystal molecules are that are adjacent to the electrode substrates, such as this is disclosed in British Patent No. 13 72 868 of F. Hoffmann - La Roche & Co.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines gedreht-nematischen Flüssigkristallanzeigeelements und dient zur Erklärung des Zusammenhangs zwischen der Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle, der Drehrichtung und den Achsen der Polarisatoren. Um die Flüssigkristallmoleküle einer Flüssigkristallschicht 50, die zwischen einem oberen Elektrodensubstrat 11 und einem unteren Elektrodensubstrat 12 angeordnet ist, um 90° zu drehen, wird eine sog. Schleifmethode angewandt, bei der die in Kontakt mit den Flüssigkristallmolekülen stehenden Oberflächen der Substrate 11, 12 mit einem Tuch beispielsweise in nur einer Richtung geschliffen werden. Die Hauptachsen derjenigen Flüssigkristallmoleküle, die den geschliffenen Oberflächen benachbart sind, richten sich in den Schleifrichtungen, also in der Schleifrichtung 2 des oberen Elektrodensubstrates 11 und in der Schleifrichtung 3 des unteren Elektrodensubstrates 12 aus. Die zwei geschliffenen Oberflächen des oberen und des unteren Elektrodensubstrates 11, 12 sind in einem räumlichen Abstand d angeordnet und stehen sich so gegenüber, daß ihre Schleifrichtungen, 2, 3 sich in einem Winkel von ungefähr 90° schneiden. Die geschliffenen Substrate 11, 12 werden dann entlang ihres Umfangs mit einem Dichtungsmittel abgedichtet, anschließend wird ein nematischer Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie in den zwischen den Substraten 11, 12 gebildeten Raum eingefüllt, wobei die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle zwischen den Substraten um einen Winkel α, der ungefähr gleich 90° beträgt, gedreht werden, wodurch eine Flüssigkristallzelle entsteht, die Flüssigkristallmoleküle mit einer um 90° gedrehten wendelförmigen Struktur enthält. Ein oberer Polarisator 15 und ein unterer Polarisator 16 sind so oberhalb und unterhalb der Zelle geschichtet, daß ihre Polarisations-(oder Absorptions-)Achsen 8, 9 parallel angeordnet sind zu den entsprechenden Richtungen 2, 3 der Hauptachsen derjenigen Flüssigkristallmoleküle, die entsprechend den oberen bzw. unteren Substraten 11, 12 benachbart sind. Fig . 1 is a perspective view of a rotated nematic liquid crystal display element, and is used to explain the relationship between the direction of orientation of the liquid crystal molecules, the direction of rotation, and the axes of the polarizers. In order to rotate the liquid crystal molecules of a liquid crystal layer 50 disposed between an upper electrode substrate 11 and a lower electrode substrate 12 by 90 degrees, a so-called. Grinding method is used, wherein the contacting with the liquid crystal molecules surfaces of the substrates 11, 12 with a cloth, for example, can be sanded in only one direction. The main axes of those liquid crystal molecules which are adjacent to the ground surfaces are aligned in the grinding directions, that is to say in the grinding direction 2 of the upper electrode substrate 11 and in the grinding direction 3 of the lower electrode substrate 12 . The two ground surfaces of the upper and lower electrode substrates 11, 12 are arranged at a spatial distance d and face each other so that their grinding directions 2, 3 intersect at an angle of approximately 90 °. The ground substrates 11, 12 are then sealed along their circumference with a sealant, then a nematic liquid crystal with a positive dielectric anisotropy is filled into the space formed between the substrates 11, 12 , the main axes of the liquid crystal molecules between the substrates at an angle α , which is approximately equal to 90 °, are rotated, thereby producing a liquid crystal cell which contains liquid crystal molecules with a helical structure rotated by 90 °. An upper polarizer 15 and a lower polarizer 16 are layered above and below the cell such that their polarization (or absorption) axes 8, 9 are arranged parallel to the corresponding directions 2, 3 of the main axes of those liquid crystal molecules which correspond to the upper ones or lower substrates 11, 12 are adjacent.

Ein herkömmliches 90°-gedreht-nematisches Flüssigkristallanzeigeelement hat eine unzureichende Kennliniensteilheit γ der gegen die angelegte Spannung aufgetragenen Lichtdurchlässigkeit durch die Flüssigkristallschicht und einen kleinen annehmbaren Bereich der Blickwinkel; dies beschränkt den Umfang der Multiplexität, was bei praktischen Flüssigkristallanzeigeelementen bedeutet, daß die Zahl der Abtastelektroden 64 ist. Neuerdings werden aber für Flüssigkristallanzeigeelemente eine Verbesserung der Anzeigequalität und ein Anstieg der anzuzeigenden Informationsdichte gefordert. Die Kombination einer Flüssigkristallschicht mit einem Drehwinkel α, der größer als 90° ist (z. B. liegt α zwischen 160° und 270°), mit einem Doppelbrechungseffekt hat die Multiplex-Steuercharakteristiken verbessert und es ermöglicht, daß der Umfang der Multiplexität auf ungefähr 200 angestiegen ist, wie offenbart ist im US-Patent Nr. 46 34 229 von H. Amstutz u. a. und im US-Patent Nr. 46 53 861 von Y. Kando u. a. Hier besteht das Problem, daß der Anzeigenhintergrund in diesen Flüssigkristallanzeigeelementen gelb oder dunkelblau ist, weswegen diese Flüssigkristallanzeigeelemente für einige Anwendungen ungeeignet sind. In den Arbeiten "Electro-Optical Performance of a New, Black-White and Highly Multiplexable Liquid Crystal Display" und "High Display Performance Black & White Supertwisted Nematic LCD", Seiten 72 bzw. 391 in SID '87 Digest, wird vorgeschlagen, daß zur Verbesserung der Farbe eines Anzeigenhintergrundes das Produkt Δ n · d der optischen Anisotropie Δ n eines Flüssigkristallmaterials mit der Dicke d (µm) der Flüssigkristallschicht zwischen 0,4 und 0,6 gewählt wird, was bedeutet, daß es kleiner ist als dasjenige in den herkömmlichen Flüssigkristallanzeigen. Die Anzeige ist aber nicht in schwarz, und der Anzeigenhintergrund ist nicht ausreichend weiß, sondern bläulich.A conventional 90 ° rotated nematic liquid crystal display element has an insufficient slope γ of the light transmittance against the applied voltage through the liquid crystal layer and a small acceptable range of the viewing angles; this limits the amount of multiplexity, which in practical liquid crystal display elements means that the number of scanning electrodes is 64 . Recently, however, an improvement in the display quality and an increase in the information density to be displayed are required for liquid crystal display elements. The combination of a liquid crystal layer with a rotation angle α larger than 90 ° (e.g. α lies between 160 ° and 270 °) with a birefringence effect has improved the multiplex control characteristics and enables the amount of multiplexity to be approximately 200 has risen, as disclosed in U.S. Patent No. 4,634,229 to H. Amstutz et al. And U.S. Patent No. 4,653,861 to Y. Kando et al. There is a problem that the display background in these liquid crystal display elements is yellow or dark blue is why these liquid crystal display elements are unsuitable for some applications. In the works "Electro-Optical Performance of a New, Black-White and Highly Multiplexable Liquid Crystal Display" and "High Display Performance Black & White Supertwisted Nematic LCD", pages 72 and 391 in SID '87 Digest, it is suggested that to improve the color of a display background, the product Δ n · d of the optical anisotropy Δ n of a liquid crystal material with the thickness d (μm) of the liquid crystal layer is chosen between 0.4 and 0.6, which means that it is smaller than that in the conventional liquid crystal displays. However, the ad is not in black and the ad background is not sufficiently white, but bluish.

Im US-Patent Nr. 45 41 693 von P. Knoll u. a. wird vorgeschlagen, in das Flüssigkristallmaterial ein leichtblaues dichromatisches Farbmaterial zu mischen, um die verbleibende Durchlässigkeit im roten Bereich zu vermindern.U.S. Patent No. 4,541,693 to P. Knoll et al. a. is being proposed, a light blue in the liquid crystal material Mix dichroic color material to make up the remaining To reduce permeability in the red area.

Weiterhin wird in der parallelen US-Veröffentlichung Nr. 8 88 429, die der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-31 822 entspricht, vorgeschlagen, einen Farbpolarisator zu verwenden, um die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Durchlässigkeit zu kompensieren.Farther is disclosed in U.S. Parallel Publication No. 8,888,429, which corresponds to Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-31 822, suggested using a color polarizer about the wavelength dependence of the optical transmission to compensate.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Flüssigkristallanzeigeelement zu schaffen, das mit hoher Multiplexität gesteuert werden kann und eine schwarze Anzeige auf einem ausreichend weißen Hintergrund bei ausgezeichneter Anzeigequalität aufweist.The object of the invention is therefore a liquid crystal display element to create that controlled with high multiplexity and a black indicator on one sufficient white background with excellent display quality having.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Flüssigkristallanzeigeelement, in dem der Drehwinkel α der wendelförmigen Struktur der Flüssigkristallmoleküle in einem Bereich zwischen 180° und 300° liegt, in dem das Produkt Δ n · d der Dicke d (µm) der Flüssigkristallschicht mit der optischen Anisotropie Δ n des Flüssigkristallmaterials in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,7 liegt, in dem ein Paar von Polarisatoren so vor und hinter der wendelförmigen Struktur der Flüssigkristallmoleküle angeordnet ist, daß die Polarisations-(oder Absorptions-)Achsen der Polarisatoren in vorbestimmten Winkeln gegen die Hauptachsen der den Elektrodensubstraten benachbarten Flüssigkristallmoleküle, also gegen die entsprechenden Ausrichtungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle auf den Elektrodensubstraten geneigt sind, und in dem der Flüssigkristallschicht dichromatische Farbstoffe zugefügt sind, so daß die Wellenlängenabhängigkeit des Durchlaßgrades durch die Flüssigkkristallzelle kompensiert wird, woraus sich ergibt, daß das aus dem Element austretende Licht, das sonst farbig wäre, angenähert farblos oder achromatisch ist.This object is achieved according to the invention by a liquid crystal display element in which the angle of rotation α of the helical structure of the liquid crystal molecules is in a range between 180 ° and 300 °, in which the product Δ n · d the thickness d (μm) of the liquid crystal layer with the optical anisotropy Δ n of the liquid crystal material is in a range between 0.3 and 0.7 in which a pair of polarizers are arranged in front of and behind the helical structure of the liquid crystal molecules so that the polarization (or absorption) axes of the polarizers are at predetermined angles against the main axes of the liquid crystal molecules adjacent to the electrode substrates, that is to say against the corresponding alignment directions of the liquid crystal molecules on the electrode substrates, and in which dichromatic dyes are added to the liquid crystal layer, so that the wavelength dependence of the transmittance through the liquid crystal cell is compensated, from which it follows that the light emerging from the element, which would otherwise be colored, is approximately colorless or achromatic.

Um das aus dem Element austretende Licht farblos zu machen, reicht es nicht aus, das Produkt Δ n · d der optischen Anisotropie Δ n des Flüssigkristallmaterials mit der Dicke d (µm) der Flüssigkristallschicht im Bereich zwischen 0,3 und 0,7 zu wählen, weil eine gewisse Wellenlängenabhängigkeit des Durchlaßgrades bleibt und also das durchgelassene Licht farbig ist; das Hinzufügen gewisser dichromatischer Farbstoffe zu der Flüssigkristallschicht bewirkt, daß das aus dem Element austretende Licht angenähert und ausreichend farblos ist.In order to make the light emerging from the element colorless, it is not sufficient to choose the product Δ n · d of the optical anisotropy Δ n of the liquid crystal material with the thickness d (μm) of the liquid crystal layer in the range between 0.3 and 0.7 , because a certain wavelength dependence of the transmittance remains and the transmitted light is therefore colored; the addition of certain dichromatic dyes to the liquid crystal layer causes the light emerging from the element to be approximate and sufficiently colorless.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below using exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic  Drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines gedreht- nematischen Flüssigkristallanzeigeelements, die der Erklärung des Zusammenhangs zwischen der Anordnungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle, der Drehrichtung und den Achsen der Polarisatoren dient; Fig . 1 is a perspective view of a rotated nematic liquid crystal display element, which serves to explain the relationship between the arrangement direction of the liquid crystal molecules, the direction of rotation and the axes of the polarizers;

Fig. 2 eine Darstellung, die der Erklärung des allgemeinen Zusammenhangs zwischen der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle auf den Elektrodensubstraten, der Drehrichtung der Flüssigkristallmoleküle und den Achsen der Polarisatoren in einem erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelement dient; Fig . FIG. 2 is a diagram used to explain the general relationship between the orientation of the liquid crystal molecules on the electrode substrates, the direction of rotation of the liquid crystal molecules and the axes of the polarizers in a liquid crystal display element according to the invention;

Fig. 3a und 3b die Querschnitte des erfindungsgemäßen Anzeigeelements, welche die Orientierung der Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle und der dichromatischen Moleküle in einem AUS-Zustand bzw. in einem EIN-Zustand zeigen; Fig . 3a and 3b are the cross sections of the display element according to the invention, which show the orientation of the main axes of the liquid crystal molecules and of the dichromatic molecules in an OFF state and in an ON state;

Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung für den Fall einer konkreten Ausführungsform der Erfindung; Fig . 4 one of the Fig . 2 shows a similar representation in the case of a specific embodiment of the invention;

Fig. 5 den spektralen Durchlaßgrad eines Flüssigkristallanzeigeelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig . 5 shows the spectral transmittance of a liquid crystal display element according to an embodiment of the invention;

Fig. 6 die Kennlinie des Kontrastverhältnisses gegen den Winkel β₃ eines Flüssigkristallanzeigeelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig . 6 shows the characteristic curve of the contrast ratio against the angle β ₃ of a liquid crystal display element according to an embodiment of the invention;

Fig. 7 die Kennlinien des Kontrastverhältnisses gegen den Durchlaßgrad und gegen Δ n · d eines Flüssigkristallanzeigeelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig . 7 shows the characteristics of the contrast ratio against the transmittance and against Δn · d of a liquid crystal display element according to an embodiment of the invention;

Fig. 8 und 9 die Kennlinien des Durchlaßgrades gegen die Wellenlänge eines Vergleichsbeispiels eines Flüssigkristallanzeigeelements, Fig . 8 and 9 are the transmittance versus wavelength characteristics of a comparative example of a liquid crystal display element;

Fig. 10 den spektralen Durchlässigkeitsgrad eines Flüssigkristallanzeigeelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und Fig . 10 shows the spectral transmittance of a liquid crystal display element according to an embodiment of the invention; and

Fig. 11 die Kennlinien des Durchlaßgrades gegen die Wellenlänge eines Filters, der für die Verbesserung der Durchlaßkennlinie des Flüssigkristallanzeigeelements in einer Ausführungsform der Erfindung in Gebrauch ist. Fig . Figure 11 shows the transmittance versus wavelength characteristics of a filter used to improve the transmittance characteristic of the liquid crystal display element in one embodiment of the invention.

Jetzt werden die Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei gleiche Bezugsziffern in allen Figuren und in der Beschreibung strukturell oder funktionell identische oder entsprechende Teile bezeichnen. The embodiments will now be described, wherein same reference numbers in all figures and in the description structurally or functionally identical or corresponding Designate parts.  

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen den Flüssigkristallanordnungsrichtungen (d. h. Schleifrichtungen) der Elektrodensubstrate, der Drehrichtung der Flüssigkristallmoleküle und den Polarisations-(oder Absorption-)Achsen der Polarisatoren eines erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelements, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement von oben betrachtet wird. Die Fig. 3 (a) und 3 (b) sind Querschnitte des erfindungsgemäßen Anzeigeelements und zeigen die Orientierung der Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle und der dichromatischen Farbstoffmoleküle ohne an die Flüssigkristallschicht angelegte Spannung bzw. mit an diese Flüssigkristallschicht angelegter Spannung. Fig . 2 shows the relationship between the liquid crystal arrangement directions (ie, grinding directions) of the electrode substrates, the direction of rotation of the liquid crystal molecules and the polarization (or absorption) axes of the polarizers of a liquid crystal display element according to the invention when the liquid crystal display element is viewed from above. The Fig . 3 (a) and 3 (b) are cross sections of the display element according to the invention and show the orientation of the main axes of the liquid crystal molecules and the dichromatic dye molecules without a voltage applied to the liquid crystal layer or with a voltage applied to this liquid crystal layer.

Eine Drehrichtung 10 (bezeichnet durch einen gekrümmten Pfeil) und ein Drehwinkel α von Flüssigkristallmolekülen 17 werden definiert durch die Anordnungs- oder Schleifrichtung 2 eines Richtfilms 21 auf dem oberen Elektrodensubstrat 11, durch die Anordnungs- oder Schleifrichtung 3 eines Richtfilms 22 auf dem unteren Elektrodensubstrat 12 und durch die Art und die Menge der zu dem nematischen Flüssigkristall 50 zugefügten chiralen Substanz. Insbesondere wird die Drehrichtung bestimmt durch die Art der chiralen Substanz. Der Drehwinkel α wird bestimmt durch die Schleifrichtungen 2 und 3 der oberen und unteren Elektrodensubstrate 11 und 12. Die Stabilität der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird bestimmt durch eine spezifische Ganghöhe der chiralen Substanz, durch deren Menge und durch die Dicke einer Flüssigkristallschicht.A direction of rotation 10 (denoted by a curved arrow) and an angle of rotation α of liquid crystal molecules 17 are defined by the arrangement or grinding direction 2 of a directional film 21 on the upper electrode substrate 11 , by the arrangement or grinding direction 3 of a directional film 22 on the lower electrode substrate 12 and the kind and amount of the chiral substance added to the nematic liquid crystal 50 . In particular, the direction of rotation is determined by the type of chiral substance. The angle of rotation α is determined by the grinding directions 2 and 3 of the upper and lower electrode substrates 11 and 12 . The stability of the orientation of the liquid crystal molecules is determined by a specific pitch of the chiral substance, by its amount and by the thickness of a liquid crystal layer.

Der Höchstwert des Drehwinkels α ist begrenzt auf 300°, weil sich die Flüssigkristallstruktur mit einem Drehwinkel größer als 300° so rückorientiert, daß sie Licht streut und als Folge das Kontrastverhältnis der Anzeige verschlechtert, wenn an die Flüssigkristallschicht in einem EIN-Zustand eine Spannung angelegt wird, die gleich oder nahe der Schwellenspannung ist in Kennlinien des Flüssigkristallanzeigeelements, welche die optische Durchlässigkeit gegen die Spannung darstellen, und weil die Flüssigkristallmoleküle sich nicht um einen gewünschten Winkel α drehen, sondern um den Winkel α -180°.The maximum value of the rotation angle α is limited to 300 ° because the liquid crystal structure with a rotation angle larger than 300 ° is reoriented so that it scatters light and consequently deteriorates the contrast ratio of the display when a voltage is applied to the liquid crystal layer in an ON state which is equal to or near the threshold voltage in characteristics of the liquid crystal display element, which represent the optical transmittance against the voltage, and because the liquid crystal molecules do not rotate by a desired angle α , but by the angle α -180 °.

Diese Beschränkung einer Drehung hängt hauptsächlich ab vonThis limitation of rotation mainly depends from

  • (1) einem in Fig. 3 (a) mit δ bezeichneten Neigungswinkel bezüglich des Richtfilms 21 oder 22, gemäß dem sich die dem geschliffenen Richtfilm 21 oder 22 benachbarten Flüssigkristallmoleküle 17 ausrichten, und von(1) one in Fig . 3 (a) the inclination angle designated δ with respect to the directional film 21 or 22 , according to which the liquid crystal molecules 17 adjacent to the ground directional film 21 or 22 align, and from
  • (2) der Art und der Menge der dem Flüssigkristallmaterial zugefügten chiralen Substanz.(2) the type and amount of the liquid crystal material added chiral substance.

Für größere Drehwinkel α sind vergleichsweise höhere Neigungswinkel erforderlich, wobei für einen Drehwinkel von 200° ein Neigungswinkel zwischen 1,5° und 2°, für einen Drehwinkel von 240° ein Neigungswinkel zwischen 4° und 5° und für einen Drehwinkel von 260° ein Neigungswinkel zwischen 5,5° und 6,5° üblicherweise mindestens erforderlich sind.For larger angles of rotation α , comparatively higher angles of inclination are required, with an angle of inclination between 1.5 ° and 2 ° for an angle of rotation of 200 °, an angle of inclination between 4 ° and 5 ° for an angle of rotation of 240 ° and for an angle of rotation of 260 ° Tilt angles between 5.5 ° and 6.5 ° are usually at least necessary.

Solche vergleichsweise hohen Neigungswinkel werden erzielt durch das Überziehen des Substrates mit einem Polyimidharz RN-346 oder RN-422, hergestellt von Nissan Chemical Co. Ltd. (Japan) oder mit einem Polyimidharz LQ1800, hergestellt von Hitachi Chemical Co. Ltd. (Japan), durch Erhitzen und durch das Schleifen des Filmes, wobei vorzugsweise ein leicht zu drehendes Flüssigkristallmaterial gewählt wird. Der höchste Drehwinkel α ist begrenzt auf 300° wegen der Richtfilme und dem Flüssigkristallmaterial, der kleinste Drehwinkel ist begrenzt auf 180°, wenn das Anzeigekontrastverhältnis annehmbar sein soll.Such comparatively high angles of inclination are achieved by coating the substrate with an RN-346 or RN-422 polyimide resin manufactured by Nissan Chemical Co. Ltd. (Japan) or with an LQ1800 polyimide resin manufactured by Hitachi Chemical Co. Ltd. (Japan), by heating and by grinding the film, preferably using an easily rotatable liquid crystal material. The highest angle of rotation α is limited to 300 ° because of the directional films and the liquid crystal material, the smallest angle of rotation is limited to 180 ° if the display contrast ratio is to be acceptable.

Der Winkel β₃ zwischen einer Polarisations-(oder Absorptions-) Achse 8 des oberen Polarisators 15 und einer Polarisations- (oder Absorptions-)Achse 9 des unteren Polarisators 16 liegt im Hinblick auf das Anzeigekontrastverhältnis, die Helligkeit, die Farbe und ähnliches vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0° und 70°.The angle β ₃ between a polarization (or absorption) axis 8 of the upper polarizer 15 and a polarization (or absorption) axis 9 of the lower polarizer 16 is preferably in terms of the display contrast ratio, brightness, color and the like in a range between 0 ° and 70 °.

Für die Optimierung der Anzeigefärbung ist vorzugsweise eine Polarisationsachse unter den Polarisations- und Absorptionsachsen der Achsenanordnung der Polarisatoren zu betrachten.It is preferable to optimize the display color an axis of polarization among the axes of polarization and absorption to consider the axis arrangement of the polarizers.

Wie in den Fig. 3 (a) und 3 (b) gezeigt, wird in die Flüssigkristallmoleküle 17 enthaltende Flüssigkristallschicht 50 eine kleine Menge dichromatischer Farbstoffe, z. B. schwarze Farbstoffe, hinzugefügt, um das aus dem Flüssigkristallanzeigeelement austretende Licht farblos oder achromatisch zu machen.As in the Fig . 3 (a) and 3 (b), in the liquid crystal layer 50 containing the liquid crystal molecules 17 , a small amount of dichromatic dyes, e.g. B. black dyes added to make the light emerging from the liquid crystal display element colorless or achromatic.

Die Fig. 3 (a) erläutert den AUS-Zustand des Flüssigkristallanzeigeelements, in dem keine Spannung entlang der Flüssigkristallschicht 50 angelegt ist. Die Flüssigkristallmoleküle 17 und die dichromatischen Farbstoffe 18 richten sich in einem verhältnismäßig kleinen Winkel in bezug auf die oberen und unteren Elektrodensubstrate 11 bzw. 12 aus, wodurch die dichromatischen Farbstoffe 18 einen großen Teil des Lichtes absorbieren, das von einer unter dem unteren Polarisator 16 angeordneten Rücklichtquelle 30 aus durch die Flüssigkristallschicht 50 hindurchgeht, so daß das aus dem Flüssigkristallanzeigeelement austretende Licht farblos wird.The Fig . 3 (a) explains the OFF state of the liquid crystal display element in which no voltage is applied across the liquid crystal layer 50 . The liquid crystal molecules 17 and the dichromatic dyes 18 align at a relatively small angle with respect to the upper and lower electrode substrates 11 and 12 , respectively, whereby the dichromatic dyes 18 absorb a large part of the light from one located under the lower polarizer 16 Taillight source 30 passes through the liquid crystal layer 50 so that the light emerging from the liquid crystal display element becomes colorless.

Fig. 3 (b) erläutert den EIN-Zustand des Flüssigkristallanzeigeelements, in dem eine ausreichend hohe Spannung entlang der Flüssigkristallschicht 50 angelegt ist. Wenn von einer Spannungsquelle 49 über die oberen und unteren Elektroden 19 bzw. 20 eine ausreichend große Spannung entlang der Flüssigkristallschicht 50 angelegt wird, so richten sich sowohl die dichromatischen Farbstoffe 18 als auch die Flüssigkristallmoleküle 17 in einem relativ größeren Winkel in bezug auf die oberen und unteren Elektrodensubstrate 11 bzw. 12 aus, wodurch die dichromatischen Farbstoffe 18 einen relativ kleineren Teil des von der Rücklichtquelle 30 durch die Flüssigkristallschicht 50 hindurchgehenden Lichtes absorbieren. Fig . 3 (b) explains the ON state of the liquid crystal display element in which a sufficiently high voltage is applied across the liquid crystal layer 50 . If a sufficiently large voltage is applied along the liquid crystal layer 50 from a voltage source 49 via the upper and lower electrodes 19 and 20 , then both the dichromatic dyes 18 and the liquid crystal molecules 17 are oriented at a relatively larger angle with respect to the upper and lower electrode substrates 11 or 12 , whereby the dichromatic dyes 18 absorb a relatively smaller part of the light passing through the liquid crystal layer 50 from the back light source 30 .

Daher macht ein Flüssigkristallanzeigeelement, das eine wie in den Fig. 2 und 3 gezeigte Struktur hat, das Licht, das von dem Flüssigkristallanzeigeelement austritt, farblos und schafft eine Anzeige von hoher Qualität.Therefore, a liquid crystal display element that has one as shown in Figs . 2 and 3, the light emerging from the liquid crystal display element is colorless and provides a high quality display.

In den vorangegangenen Erläuterungen ist das Prinzip des Betriebs des erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelements erklärt worden anhand der Betrachtung des Unterschieds zwischen den zwei Zuständen ohne und mit angelegter Spannung über die Flüssigkristallschicht. Wenn die Spannung über die Flüssigkristallschicht von 0 Volt ausgehend erhöht wird, dann zeigt die Flüssigkristallschicht die folgenden Durchlaßgradeigenschaften. Bei Anlegen einer Spannung unterhalb einer bestimmten Spannung (im folgenden bezeichnet als EIN-Spannung) ist der optische Durchlaßgrad der Flüssigkristallschicht so klein, daß das Flüssigkristallanzeigeelement praktisch als undurchlässig betrachtet werden kann, bei Anlegen einer Spannung oberhalb dieser besonderen Spannung über die Flüssigkristallschicht ist der optische Durchlaßgrad ausreichend dafür, daß das Anzeigeelement praktisch als durchlässig betrachtet werden kann. Umgekehrt kann mit einer geeigneten Anordnung der Polarisationsachsen eines Paars von unterhalb und oberhalb der Flüssigkristallschicht aufgeschichteten Polarisatoren durch Anlegen einer Spannung unterhalb der besonderen Spannung (EIN-Spannung) das Anzeigeelement durchlässig und durch Anlegen einer Spannung oberhalb der EIN-Spannung undurchlässig gemacht werden. Aus diesem Grunde wird in der folgenden Erläuterung der Zustand, in dem eine Spannung oberhalb der EIN-Spannung über die Flüssigkristallschicht angelegt wird, als EIN- Zustand bezeichnet und der Zustand, in dem eine Spannung unterhalb der EIN-Spannung über die Flüssigkristallschicht angelegt wird, als AUS-Zustand bezeichnet.In the previous explanations, the principle of Operation of the liquid crystal display element according to the invention has been explained by considering the difference between the two states with and without voltage applied over the liquid crystal layer. When the tension is over  the liquid crystal layer increased from 0 volts , the liquid crystal layer shows the following Transmittance properties. When applying a voltage below a certain voltage (hereinafter referred to as as ON voltage) is the optical transmittance of the liquid crystal layer so small that the liquid crystal display element can be considered practically impermeable when applying a voltage above this particular Voltage across the liquid crystal layer is the optical one Permeability sufficient for the display element can be considered practically permeable. Vice versa can with a suitable arrangement of the polarization axes a pair from below and above the liquid crystal layer layered polarizers by applying a Voltage below the special voltage (ON voltage) the display element permeable and by applying a Made voltage impermeable above the ON voltage will. For this reason, the following explanation the state in which a voltage is above the ON voltage is applied over the liquid crystal layer as ON- State referred to and the state in which a voltage below the ON voltage across the liquid crystal layer is applied, referred to as the OFF state.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

In den Fig. 3 und 4 haben die Parameter der Anordnung folgende Größe:In the Fig . 3 and 4 the parameters of the arrangement have the following size:

Dicke der Flüssigkristallschicht: d = 6,3 µm;
Drehwinkel: α = 260°;
Winkel der Polarisationsachse 8 des oberen Polarisators 15 in bezug auf die Schleifrichtung 2 auf dem oberen Elektrodensubstrat 11: β₁ = 140°;
Winkel der Polarisationsachse 9 des unteren Polarisators 16 in bezug auf die Schleifrichtung 3 auf dem unteren Elektrodensubstrat 12: β₂ = 10°;
Winkel der Polarisationsachse 8 des oberen Polarisators 15 in bezug auf die Polarisationsachse 9 des unteren Polarisators 16: β₃ = 30°;Thickness of the liquid crystal layer: d = 6.3 µm;
Angle of rotation: α = 260 °;
Angle of the polarization axis 8 of the upper polarizer 15 with respect to the grinding direction 2 on the upper electrode substrate 11 : β ₁ = 140 °;
Angle of the polarization axis 9 of the lower polarizer 16 with respect to the grinding direction 3 on the lower electrode substrate 12 : β ₂ = 10 °;
Angle of the polarization axis 8 of the upper polarizer 15 with respect to the polarization axis 9 of the lower polarizer 16 : β ₃ = 30 °;

hierbei und im folgenden werden alle bezeichneten Winkel im positiven Uhrzeigersinn gezählt.here and in the following are all designated angles counted in a positive clockwise direction.

Das Flüssigkristallmaterial besitzt als Hauptkomponente einen Fluor enthaltenden nematischen FlüssigkristallThe liquid crystal material has as a main component a fluorine-containing nematic liquid crystal

z. B. die nematische Flüssigkristall-Mischung HA-4021, hergestellt von Chisso Chemical Co. (Japan), dem 0,8 Gew.-% der chiralen Substanz S811, verkauft von Merck in Westdeutschlande.g. B. the nematic liquid crystal mixture HA-4021 from Chisso Chemical Co. (Japan), the 0.8% by weight of the chiral Substance S811, sold by Merck in West Germany

zugefügt sind, woraus sich ein Verhältnis der Flüssigkristallschichtdicke d zu der natürlichen Ganghöhe des Flüssigkristallmaterials P zu 0,58 ergibt; dem Flüssigkristallmaterial sind weiterhin als dichromatischer Farbstoff 18,2 Gew.-% eines schwarzen Farbstoffs hinzugefügt, der besteht aus einem gelben Azofarbstoff G206 (24 Gew.-%), aus einem rötlichen Purpurazofarbstoff G239 (6 Gew.-%), einem roten Azofarbstoff G241 (20 Gew.-%), einem bläulichen Purpurazofarbstoff Gg256 (7 Gew.-%), einem blauen Anthraquinonfarbstoff LCD235 (21 Gew.-%) und aus einem blauen Anthraquinonfarbstoff LCD3318 (22 Gew.-%), die alle hergestellt werden von Mitsubishi Chemical Co. (Japan). are added, resulting in a ratio of the liquid crystal layer thickness d to the natural pitch of the liquid crystal material P of 0.58; 18.2% by weight of a black dye, which consists of a yellow azo dye G206 (24% by weight), of a reddish purple azo dye G239 (6% by weight), a red azo dye, is also added to the liquid crystal material as a dichroic dye G241 (20% by weight), a bluish purple azo dye Gg256 (7% by weight), a blue anthraquinone dye LCD235 (21% by weight) and a blue anthraquinone dye LCD3318 (22% by weight), all of which are prepared from Mitsubishi Chemical Co. (Japan).

Die optische Anisotropie Δ n dieser Flüssigkristallmischung ist, gemessen vor dem Hinzufügen des dichromatischen Farbstoffs, angenähert 0,08, das Produkt Δ n · d der optischen Anisotropie Δ n der Flüssigkristallschicht mit der Flüssigkristallschichtdicke d ist angenähert 0,5.The optical anisotropy Δ n of this liquid crystal mixture, measured before the addition of the dichromatic dye, is approximately 0.08, the product Δ n · d of the optical anisotropy Δ n of the liquid crystal layer with the liquid crystal layer thickness d is approximately 0.5.

Fig. 5 zeigt die Durchlaßgradcharakteristik dieser Ausführungsform. Sowohl im EIN-Zustand als auch im AUS-Zustand sind die Durchlaßgrad-gegen-Wellenlänge-Kurven angenähert flach. Der Durchlaßgrad im EIN-Zustand ist ziemlich niedrig, was in der Praxis aber keine Probleme mit sich bringt, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement mit einer Elektrolumineszenzlichtquelle, mit einer Kaltkathodenlampe oder mit einer Glühkathodenlampe als Rücklichtquelle 30 betrieben wird. Fig . 5 shows the transmittance characteristic of this embodiment. In both the ON and OFF states, the transmittance versus wavelength curves are approximately flat. The transmittance in the ON state is quite low, but this does not pose any problems in practice if the liquid crystal display element is operated with an electroluminescent light source, with a cold cathode lamp or with a hot cathode lamp as rear light source 30 .

Daher erzeugt das Flüssigkristallanzeigeelement eine schwarze Anzeige (AUS-Zustand) auf einem weißen Hintergrund (EIN- Zustand), wobei ein Flüssigkristallbereich im AUS-Zustand der anzuzeigenden Information entspricht und ein Flüssigkristallbereich im EIN-Zustand dem Anzeigenhintergrund entspricht, wenn das Flüssigkristallanzeigeelement in negativer Anzeigeart betrieben wird.Therefore, the liquid crystal display element produces a black one Display (OFF state) on a white background (ON- State), with a liquid crystal region in the OFF state corresponds to the information to be displayed and a liquid crystal region the ON background of the ad background corresponds when the liquid crystal display element is in negative Display type is operated.

Fig. 6 zeigt die Kennlinie des Anzeigekontrastverhältnisses gegen den Winkel β₃, wenn der Winkel β₃ in der Flüssigkristallanzeigeelementzelle der Ausführungsform 1 bei einem Drehwinkel α = 260° und dem Winkel β₂ = 10° zwischen -20° und 100° verändert wird. Fig . 6 shows the characteristic of the display contrast ratio against the angle β ₃ when the angle β ₃ in the liquid crystal display element cell of the embodiment 1 is changed at an angle of rotation α = 260 ° and the angle β ₂ = 10 ° between -20 ° and 100 °.

In praktischen Anzeigeelementen wird von dem Kontrastverhältnis gefordert, daß es größer als 3 ist, weswegen der Winkel β₃ vorzugsweise in einem Bereich von 0° bis 70° liegt.In practical display elements, the contrast ratio is required to be greater than 3, which is why the angle β ₃ is preferably in a range from 0 ° to 70 °.

Fig. 7 zeigt die Kennlinien des Anzeigekontrastverhältnisses gegen Δ n · d und des optischen Durchlaßgrades (bei einer Wellenlänge von 550 nm) gegen Δ n · d, wenn das Produkt Δ n · d der optischen Anisotropie Δ n und der Flüssigkristallschichtdicke d von 0,2 µm bis 0,8 µm verändert wird, wobei die Werte gemessen werden vor dem Hinzufügen der dichromatischen Farbstoffe und die Flüssigkristallmaterialien gegenüber jenen der Ausführungsform 1 modifiziert werden; hierbei bleiben aber wie in der Ausführungsform 1 der Drehwinkel α = 260°, der Winkel β₁ = 140°, der Winkel β₂ = 10° und der Winkel β₃ = 30°. Für Δ n · d kleiner als 0,3 µm wird der Durchlaßgrad unzureichend. Fig . 7 shows the characteristic curves of the display contrast ratio against Δ n · d and the optical transmittance (at a wavelength of 550 nm) against Δ n · d when the product Δ n · d of the optical anisotropy Δ n and the liquid crystal layer thickness d of 0.2 μm is changed to 0.8 µm, the values being measured before the addition of the dichromatic dyes and the liquid crystal materials being modified from those of the embodiment 1; Here, however, as in embodiment 1, the angle of rotation α = 260 °, the angle β ₁ = 140 °, the angle β ₂ = 10 ° and the angle β ₃ = 30 ° remain. For Δ n · d less than 0.3 µm, the degree of transmission becomes insufficient.

In einem dichromatischen Farbstoff, der das aus dem Flüssigkristallanzeigeelement austretende Licht farblos macht, sollte das dichromatische Verhältnis größer sein als 6 und vorzugsweise größer als 8, woei das dichromatische Verhältnis R definiert ist als A ||/A ⟂ und A || den Absorptionsgrad bei einer Wellenlänge darstellt, die maximaler Absorption von in einer parallel zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle liegenden Ebene linear polarisiertem Licht durch den Farbstoff entspricht, und A ⟂ den Absorptionsgrad bei einer Wellenlänge darstellt, die maximaler Absorption von in einer senkrecht zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle liegenden Ebene linear polarisiertem Licht durch den Farbstoff entspricht; der molekulare Extinktionskoeffizient eines Farbstoffes sollte größer sein als 10⁴. In a dichroic dye which makes the light emerging from the liquid crystal display element colorless, the dichroic ratio should be greater than 6 and preferably greater than 8, where the dichroic ratio R is defined as A || / A ⟂ and A || represents the degree of absorption at a wavelength which corresponds to the maximum absorption by the dye of linearly polarized light in a plane parallel to the orientation of the liquid crystal molecules, and A ⟂ represents the degree of absorption at a wavelength which is the maximum absorption of which lies perpendicular to the orientation of the liquid crystal molecules Plane corresponding to linearly polarized light through the dye; the molecular extinction coefficient of a dye should be greater than 10⁴.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Fig. 8 zeigt die spektrale Durchlaßgradkennlinie, wenn der Flüssigkristallschicht keine Farbstoffe zugefügt sind und wie in der Ausführungsform 1 der Drehwinkel α = 260°, der Winkel β₁ = 140°, der Winkel β₂ = 10°, der Winkel β₃ = 30° und Δ n · d = 0,5 ist. Dies weist darauf hin, daß das Anzeigekontrastverhältnis unzureichend ist, weil der Durchlaßgrad im AUS-Zustand ohne die optische Absorption durch Farbstoffe ziemlich hoch ist. Fig . 8 shows the spectral transmittance characteristic when no dyes are added to the liquid crystal layer and, as in embodiment 1, the angle of rotation α = 260 °, the angle β ₁ = 140 °, the angle β ₂ = 10 °, the angle β ₃ = 30 ° and Δ n · d = 0.5. This indicates that the display contrast ratio is insufficient because the transmittance in the OFF state is quite high without the optical absorption by dyes.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

In einem Flüssigkristallanzeigeelement, in dem der Flüssigkristallschicht keine Farbstoffe zugefügt sind, in dem aber wie in der Ausführungsform 1 der Drehwinkel α = 260° und Δ n · d = 0,5 ist, wird die zur Erreichung eines ausreichenden Anzeigekontrastverhältnisses optimierte Anordnung der Polarisationsachsen der Polarisatoren erreicht bei einem Winkel β₁ = 115°, einem Winkel β₂ = 15° und einem Winkel β₃ = 50°. Der Unterschied der Positionen der Polarisationsachsen der Polarisatoren gegenüber jenen in der Ausführungsform 1 wird betrachtet als Folge der durch Weglassung der Farbstoffe in der Flüssigkristallschicht verursachten Änderungen in Δ n und in der Polarisation. Fig. 9 zeigt den spektralen Durchlaßgrad dieses Vergleichsbeispiels. Die Durchlaßgradkurve im AUS-Zustand hat ziemlich hohe Werte bei kürzeren Wellenlängen, das von dem Element durchgelassene Licht ist im AUS-Zustand bläulich. In a liquid crystal display element in which no dyes are added to the liquid crystal layer, but in which, as in embodiment 1, the angle of rotation is α = 260 ° and Δ n · d = 0.5, the arrangement of the polarization axes of the polarization axes optimized to achieve a sufficient display contrast ratio is obtained Polarizers reached at an angle β ₁ = 115 °, an angle β ₂ = 15 ° and an angle β ₃ = 50 °. The difference in the positions of the polarization axes of the polarizers with respect to those in the embodiment 1 is considered to be a result of the changes caused by the omission of the dyes in the liquid crystal layer in Δ n and in the polarization. Fig . 9 shows the spectral transmittance of this comparative example. The transmittance curve in the OFF state has fairly high values at shorter wavelengths, the light transmitted by the element is bluish in the OFF state.

Ausführungsform 2Embodiment 2

In dem Flüssigkristallanzeigeelement, in dem der Winkel β₁ = 130°, der Winkel β₂ = 0°, der Winkel β₃ = 30° ist und alle anderen Parameter dieselben sind wie in der Ausführungsform 1, wird der Durchlaßgrad noch niedriger als jener in Fig. 5, das durchgelassene Licht wird jedoch farbloser. Daher kann dort, wo eine helle Rücklichtquelle zur Verfügung steht, ein Anzeigeelement mit einem größeren Anzeigekontrastverhältnis erhalten werden.In the liquid crystal display element in which the angle β ₁ = 130 °, the angle β ₂ = 0 °, the angle β ₃ = 30 ° and all other parameters are the same as in the embodiment 1, the transmittance becomes even lower than that in FIG Fig . 5, however, the transmitted light becomes more colorless. Therefore, where a bright taillight source is available, a display element with a larger display contrast ratio can be obtained.

Ausführungsform 3Embodiment 3

Das Flüssigkristallanzeigeelement, in dem der Winkel β₁ = 150°, der Winkel β₂ = 10°, der Winkel β₃ = 40° ist und alle anderen Parameter dieselben sind wie in der Ausführungsform 1, kann in dunkelblau anzeigen und bietet die Möglichkeit der Veränderung der Anzeigefarbe. Fig. 10 zeigt den spektralen Durchlaßgrad des Anzeigeelementes; hieraus geht hervor, daß das Anzeigeelement dieser Ausführungsform in dunkelblau auf weißem Hintergrund anzeigen kann, wenn es in einer oben beschriebenen negativen Anzeigeart betrieben wird.The liquid crystal display element in which the angle β ₁ = 150 °, the angle β ₂ = 10 °, the angle β ₃ = 40 ° and all other parameters are the same as in embodiment 1, can display in dark blue and offers the possibility of Change the display color. Fig . 10 shows the spectral transmittance of the display element; it follows that the display element of this embodiment can display in dark blue on a white background when operated in a negative display manner as described above.

Es hat sich herausgestellt, daß es bei Anzeigeelementen praktisch kein Problem gibt in Beziehung auf die Farbe und das Kontrastverhältnis, wenn der Winkel β₃ der Polarisations- (oder Absorptions-)Achse 8 eines oberen Polarisators 15 in bezug auf eine Polarisations-(oder Absorptions-) Achse 9 eines unteren Polarisators 16 in einem Bereich zwischen 0° und 70°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10° und 50° liegt. It has been found that there is practically no problem with display elements in relation to the color and the contrast ratio when the angle β ₃ of the polarization (or absorption) axis 8 of an upper polarizer 15 with respect to a polarization (or absorption) -) Axis 9 of a lower polarizer 16 is in a range between 0 ° and 70 °, preferably in a range between 10 ° and 50 °.

Vorzugsweise hat wenigstens einer der Winkel β₁ oder β₂ einen Absolutwert (positiv gezählt im Uhrzeigersinn und negativ gezählt im Gegenuhrzeigersinn), der kleiner ist als 30°. Für einen kleinen Wert von Δ n · d wird der Anzeigenhintergrund dunkel, er wird heller für einen großen Wert von Δ n · d; eine allgemeine Betrachtung der Kennlinien ergibt, daß praktisch annehmbare Anzeigen erzielt werden können, wenn Δ n · d in einem Bereich zwischen 0,3 µm und 0,7 µm und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,4 µm und 0,6 µm liegt.Preferably, at least one of the angles β ₁ or β ₂ has an absolute value (positive counted clockwise and negative counted counterclockwise) that is less than 30 °. For a small value of Δ n · d the display background becomes dark, it becomes lighter for a large value of Δ n · d ; A general examination of the characteristic curves shows that practically acceptable displays can be achieved if Δn · d is in a range between 0.3 µm and 0.7 µm and preferably in a range between 0.4 µm and 0.6 µm.

In den vorausgegangenen Ausführungsformen wurden der Flüssigkristallschicht 0,2 Gew.-% eines schwarzen dichromatischen Farbstoffes zugefügt. Wenn weiterhin 1 Gew.-% eines blauen dichromatischen Farbstoffes (beispielsweise einen blauen dichromatischen Farbstoff LCD235, hergestellt von Mitsubishi Chemical Co., Japan) der Flüssigkristallmischung der Ausführungsform 1 zugefügt wird, woraus sich ein bläulichschwarzer Farbstoff ergibt, dann erzeugt das Flüssigkristallanzeigeelement einen schwarzen Bereich im AUS-Zustand und einen leichtbläulichen Bereich im EIN-Zustand, welcher für das menschliche Auge weißer erscheint. Als dichromatische Farbstoffe, die der Flüssigkristallschicht des erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelements zugefügt werden, haben 0,5 bis 4 Gew.-% schwarzer oder dunkelblauer Farbstoffe ihre Wirksamkeit bewiesen.In the previous embodiments, the liquid crystal layer 0.2% by weight of a black dichroic Dye added. If further 1% by weight of a blue dichroic dye (e.g. a blue one dichromatic dye LCD235 manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Japan) of the liquid crystal mixture of the embodiment 1 is added, resulting in a bluish black Dye results, then produces the liquid crystal display element a black area in the OFF state and one slightly bluish area in the ON state, which for the human eye appears whiter. As dichromatic dyes, that of the liquid crystal layer of the invention Have added liquid crystal display element 0.5 to 4% by weight of black or dark blue dyes proven their effectiveness.

Dichromatische Farbstoffe, die der Flüssigkristallschicht zugefügt werden, sind nicht beschränkt auf schwarze oder dunkelblaue dichromatische Farbstoffe. Dichromatische Farbstoffe mit einer spektralen Durchlaßgradkennlinie, die angenähert komplementär ist zu jenen, die einer Flüssigkristallschicht ohne zugefügte Farbstoffe entsprechen, sind ebenfalls wirksam.Dichromatic dyes of the liquid crystal layer added are not limited to black or dark blue dichromatic dyes. Dichromatic dyes with a spectral transmittance characteristic that is approximately complementary to that of a liquid crystal layer  without added dyes, are also effective.

Wenn einem Polarisator ein blaues oder leicht blaues Filter überlagert wird, das, wie in Fig. 11 gezeigt, eine aspektrale Durchlaßgradkennlinie hat, so zeigt das erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeelement in schwarz an auf einem weiter verbesserten weißen Hintergrund.If a blue or light blue filter is superimposed on a polarizer, as shown in Fig . 11 has an spectral transmittance characteristic, the liquid crystal display element according to the invention displays in black on a further improved white background.

Das gemessene Kontrastverhältnis des Flüssigkristallanzeigeelements der Ausführungsform 1 war 20. Im Falle eines Drehwinkels α = 240° wird das Anzeigekontrastverhältnis 10 infolge der gegenüber dem Fall eines Drehwinkels α = 260° kleineren Steilheit γ der optischer Durchlaßgrad-gegen- Spannung-Kurve, aber diese Verminderung des Kontrastverhältnisses ist in der Praxis annehmbar. Es hat sich herausgestellt, daß der Drehwinkel α im Hinblick auf das Kontrastverhältnis vorzugsweise in einem Bereich zwischen 220° und 270° liegt.The measured contrast ratio of the liquid crystal display element of Embodiment 1 was 20. In the case of a rotation angle α = 240 °, the display contrast ratio 10 becomes due to the smaller slope γ of the optical transmittance versus voltage curve compared to the case of a rotation angle α = 260 °, but this reduction the contrast ratio is acceptable in practice. It has been found that the angle of rotation α is preferably in a range between 220 ° and 270 ° with regard to the contrast ratio.

In den vorausgegangenen Ausführungsformen war eine Flüssigkristallmischung in Gebrauch, die ein Fluor als Hauptkomponente enthaltender nematischer FlüssigkristallIn the previous embodiments there was a liquid crystal mixture in use, which is a fluorine as the main component containing nematic liquid crystal

aufweist; es können andere Flüssigkristallmischungen verwendet werden, falls Δ n · d angesetzt wird zwischen 0,3 µm und 0,7 µm, wodurch ähnliche Vorteile wie in den vorausgegangenen Ausführungsformen und kleine Unterschiede in den Eigenschaften erzielt werden.having; other liquid crystal mixtures can be used if Δn · d is set between 0.3 µm and 0.7 µm, whereby similar advantages as in the previous embodiments and small differences in properties are achieved.

In den vorausgegangenen Ausführungsformen wurde eine linkshändige chirale Substanz S811 verwendet, es können aber mit ähnlichen Vorteilen auch rechtshändige chirale Substanzen Verwendung finden.In the previous embodiments, a left-handed one chiral substance S811 used, but it can Right-handed chiral substances with similar advantages  Find use.

In den vorausgegangenen Erläuterungen ist das Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle bewerkstelligt worden durch das Überziehen der Elektrodensubstrate mit einem Polyimidharz und durch das Schleifen des Überzugfilms, es kann aber auch bewerkstelligt werden, wie im US-Patent Nr. 41 65 923 von J. L. Janning beschrieben, durch schräge Vakuumaufdampfung von SiO oder ähnlichem auf die Elektrodensubstrate.Alignment is in the previous explanations of the liquid crystal molecules have been accomplished by coating the electrode substrates with a polyimide resin and by grinding the coating film, it can but can also be accomplished, as in US Patent No. 41 65 923 described by J.L. Janning, by oblique Vacuum deposition of SiO or the like on the electrode substrates.

Die in den Ausführungsformen verwendeten Polarisatoren sind "Highly Polarized Polarizer" G1225DU, deren Durchlaßgrad 44% beträgt und deren Polarisationsgrad 99,5% ist, oder G1220DU, deren Durchlaßgrad 41,5% beträgt und deren Polarisationsgrad 99,9% ist, hergestellt von Nitto Denko Co. Ltd., Japan. Im Hinblick auf die Helligkeit der Anzeige werden in dem erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelement vorzugsweise Polarisatoren verwendet, die einen hohen Durchlaßgrad und einen hohen Polarisationsgrad besitzen.The polarizers used in the embodiments are "Highly Polarized Polarizers" G1225DU, whose transmittance Is 44% and the degree of polarization is 99.5%, or G1220DU, whose transmittance is 41.5% and whose Degree of polarization is 99.9%, manufactured by Nitto Denko Co. Ltd., Japan. With regard to the brightness of the display are in the liquid crystal display element according to the invention preferably used polarizers that have a high Permeability and a high degree of polarization.

Das erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeelement stellt ein Anzeigeelement dar, das in schwarz auf einem weißen Hintergrund anzeigen kann in einer hochmultiplexen Steuerart.The liquid crystal display element according to the invention provides a display element that is in black on a white Can display background in a highly multiplexed control mode.

Claims (14)

1. Flüssigkristallanzeigeelement, das
ein Paar von einander gegenüberliegenden Elektrodensubstraten,
eine dazwischen angeordnete Flüssigkristallschicht, und
ein Paar von den Elektrodensubstraten auf beiden Seiten der Flüssigkristallschicht benachbart angeordneten Polarisatoren aufweist,
wobei die Flüssigkristallschicht einen eine positive dielektrische Anisotropie aufweisenden nematischen Flüssigkristall enthält, dem eine chirale Substanz zugefügt ist, und
wobei jede der Elektroden eine Oberflächenstruktur besitzt, welche die dem Elektrodensubstrat benachbarten Moleküle des Flüssigkristalls in einer vorbestimmten Richtung ausrichtet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkristallschicht (50) eine in einem Bereich zwischen 160° und 300° gedrehte, in Richtung der Dicke d der Schicht (50) wendelförmige Struktur besitzt,
daß das Produkt Δ n · d der Dicke d (µm) mit einer optischen Anisotropie Δ n der Flüssigkristallschicht (50) in einem Bereich zwischen 0,3 µm und 0,7 µm liegt,
daß die Achse (8, 9) jedes Polarisators (15, 16) um einen vorbestimmten Winkel (β₁, b₂) in bezug auf die Flüssigkristallanordnungsrichtung (2, 3) des den Polarisatoren (15, 16) benachbarten Elektrodensubstrates (11, 12) geneigt ist, und
daß der Flüssigkristallschicht (50) ein dichromatischer Farbstoff (18) zugefügt ist, der eine die Farbe kompensierende Spektralcharakteristik besitzt, wobei diese das Ergebnis eines Doppelbrechungseffektes ist, der sich ergibt durch den Winkel (β₁, β₂) zwischen der Achse des Polarisators und der Flüssigkristallanordnungsrichtung (2, 3) des Elektrodensubstrates (11, 12), so daß das aus dem Element austretende Licht angenähert achromatisch wird.1. Liquid crystal display element, the
a pair of opposing electrode substrates,
an intermediate liquid crystal layer, and
has a pair of polarizers arranged adjacent to the electrode substrates on both sides of the liquid crystal layer,
wherein the liquid crystal layer contains a positive dielectric anisotropy nematic liquid crystal to which a chiral substance is added, and
wherein each of the electrodes has a surface structure that aligns the molecules of the liquid crystal adjacent to the electrode substrate in a predetermined direction,
characterized by
that the liquid crystal layer (50) has a in a range between 160 ° and 300 ° turned, in the direction of the thickness of the layer d (50) helical structure,
that the product Δ n · d of the thickness d (µm) with an optical anisotropy Δ n of the liquid crystal layer ( 50 ) is in a range between 0.3 µm and 0.7 µm,
that the axis (8, 9) of each polarizer (15, 16) by a predetermined angle (β ₁, b ₂) with respect to the liquid crystal arrangement direction (2, 3) of the polarizers (15, 16) adjacent to electrode substrate (11, 12 ) is inclined, and
that the liquid crystal layer ( 50 ) is added a dichromatic dye ( 18 ) which has a color compensating spectral characteristic, which is the result of a birefringence effect which results from the angle ( β ₁, β ₂) between the axis of the polarizer and the liquid crystal arrangement direction ( 2, 3 ) of the electrode substrate ( 11, 12 ), so that the light emerging from the element becomes approximately achromatic. 2. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dichromatische Farbstoff ein schwarzer dichromatischer Farbstoff ist.2. Liquid crystal display element according to claim 1, characterized, that the dichromatic dye is a black dichromatic Dye is. 3. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristallschicht (50) zwischen 0,5 und 4 Gew.-% des schwarzen dichromatischen Farbstoffes zugefügt werden. 3. Liquid crystal display element according to claim 2, characterized in that between 0.5 and 4 wt .-% of the black dichromatic dye are added to the liquid crystal layer ( 50 ). 4. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dichromatische Farbstoff ein dunkelblauer dichromatischer Farbstoff ist.4. A liquid crystal display element according to claim 1, characterized, that the dichromatic dye is a dark blue dichromatic Dye is. 5. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristallschicht (50) zwischen 0,5 und 4 Gew.-% des blauen dichromatischen Farbstoffes zugefügt werden.5. Liquid crystal display element according to claim 4, characterized in that between 0.5 and 4 wt .-% of the blue dichromatic dye are added to the liquid crystal layer ( 50 ). 6. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (b₃) zwischen den Achsen (8, 9) des Paars von Polarisatoren (15, 16) in einem Bereich zwischen 0° und 70° liegt.6. Liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that the angle ( b ₃) between the axes ( 8, 9 ) of the pair of polarizers ( 15, 16 ) is in a range between 0 ° and 70 °. 7. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β₃) zwischen den Achsen (8, 9) des Paars von Polarisatoren (15, 16) in einem Bereich zwischen 10° und 50° liegt.7. Liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that the angle ( β ₃) between the axes ( 8, 9 ) of the pair of polarizers ( 15, 16 ) is in a range between 10 ° and 50 °. 8. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dichromatische Verhältnis (R) des dichromatischen Farbstoffes (18) größer ist als 6.8. Liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that the dichromatic ratio (R) of the dichromatic dye ( 18 ) is greater than 6. 9. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Extinktionskoeffizient des Farbstoffes (18) größer ist als 10⁴. 9. A liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that the extinction coefficient of the dye ( 18 ) is greater than 10⁴. 10. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem der beiden Polarisatoren (15, 16) ein blaues Filter überlagert ist.10. Liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that one of the two polarizers ( 15, 16 ) is superimposed on a blue filter. 11. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der vorbestimmten Winkel (β₁, β₂), der die Neigung der Achse (8 oder 9) des Polarisators (15 oder 16) in bezug auf die Flüssigkristallmolekül- Anordnungsrichtung (2 oder 3) des Elektrodensubstrats (11 oder 12) angibt, kleiner als 30° ist.11. A liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that at least one of the predetermined angles ( β ₁, β ₂), the inclination of the axis ( 8 or 9 ) of the polarizer ( 15 or 16 ) with respect to the liquid crystal molecule arrangement direction ( 2nd or 3 ) of the electrode substrate ( 11 or 12 ) indicates less than 30 °. 12. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Achse (8 oder 9) eine Polarisationsachse ist.12. Liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that this axis ( 8 or 9 ) is a polarization axis. 13. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Achse (8 oder 9) eine Absorptionsachse ist.13. A liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that this axis ( 8 or 9 ) is an absorption axis. 14. Flüssigkristallanzeigeelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallanzeigeelement so gesteuert wird, daß es einem AUS-Zustand der Flüssigkristallschicht (50) entsprechende dunkle Symbole und einen einem EIN- Zustand der Flüssigkristallschicht (50) entsprechenden hellen Hintergrund erzeugt.14. A liquid crystal display element according to claim 1, characterized in that the liquid crystal display element is controlled so that it generates dark symbols corresponding to an OFF state of the liquid crystal layer ( 50 ) and a light background corresponding to an ON state of the liquid crystal layer ( 50 ).
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