DE3921837C2

DE3921837C2 -

Info

Publication number: DE3921837C2
Application number: DE3921837A
Authority: DE
Inventors: Chiyoaki Suwa Nagano Jp Iijima; Hiroshi Suwa Nagano Jp Wada; Kanemitsu Suwa Nagano Jp Kubota
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1993-08-12
Also published as: KR900002107A; JP2621385B2; DE3921837A1; JPH02118516A; US5191454A; GB2221548A; GB2221548B; KR940001902B1; HK171895A; GB8915440D0

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 34 23 993 C2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Supertwist- Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, die darauf abzielt, einen hohen Multiplexgrad bei Multiplexansteuerung und einen großen Sichtwinkelbereich bei gleichzeitig hohem Kontrast zu erzie len. In diesem Zusammenhang wird ein Produkt Δnd von 0,6 bis 1,4 µm, vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,2 µm offenbart.

Aus der DE 34 31 871 C2, ist eine sogenannte Supertwist-Flüs sigkristallanzeigevorrichtung bekannt, der die Aufgabe zu grundelag, die Bildqualität zu verbessern, um die Anzahl der Abtastelektroden und damit der anzuzeigenden Daten erhöhen zu können. In diesem Zusammenhang ist ein Produkt Δnd im Bereich von 0,8 bis 1,2 µm offenbart, mit dem im Hinblick auf Kon trast, Helle, Farbe und dergleichen befriedigende Ergebnisse erhalten werden sollen. Hier ist zwar die Farbe der Anzeige erwähnt, dennoch befaßt sich diese Druckschrift nicht mit einer mehrfarbigen Anzeige.

Die GB 21 54 016 A offenbart ebenfalls eine Supertwist- Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der das Produkt Δnd im Bereich von 0,55 bis 1,2 µm liegen soll. Auch diese Druck schrift befaßt sich nicht mit mehrfarbigen Anzeigen, obwohl detailliert auf verschiedene Farben in Verbindung mit ver schiedenen Werten des Produkts Δnd eingegangen wird. Darüber hinaus offenbart diese Druckschrift einen Bereich von 25° bis 65° zwischen der Richtung der Absorptionsachse der Polarisa toren und der Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmolu küle im Bereich der jeweiligen Elektrodenplatte.

Die Druckschrift Patents Abstract of Japan zur JP-58-43 428 A offenbart eine überlagerte Anordnung zweier Flüssigkri stallzellen zwischen zwei Polarisatorplatten. Von den beiden Flüssigkristallzellen ist lediglich die eine steuerbar, die andere weist keine Elektroden auf. Ihre Aufgabe ist es, eine Farbunregelmäßigkeit zu vermeiden.

Die Druckschrift Elektronics Lett., 11 (1975) 19, S. 471-472, befaßt sich mit einem elektrisch abstimmbaren optischen Schmalbandfilter, das aus einer größeren Anzahl aufeinan dergeschichteter Flüssigkristallzellen aufgebaut ist.

Bei einer in der JP-A-50 511/1985 beschriebenen bekannten nematischen Supertwist-Flüssigkristallanzeigevorrichtung liegt der Twistwinkel (Verdrillungswinkel) der Flüssigkri stallmoleküle über 180°, und das Produkt aus optischer Aniso tropie Δn und der Dicke d der Flüssigkristallschicht beträgt 0,7 bis 1,1 µm.

Diese Flüssigkristallanzeige (LCD) erscheint aufgrund der Doppelbrechung farbig. Wenn sie dynamisch (im Multiplexver fahren) angesteuert wird, erscheint sie gelb, wenn eine Ruhespannung (Nicht-Auswählspannung) anliegt. Wenn dagegen eine Auswählspannung anliegt, wird die Anzeige blau. Bei Spannungswerten zwischen der Ruhespannung und der Auswähl spannung geht die Farbe der LCD von Gelb nach Blau durch eine etwas blaugrüne Farbe, wie sich aus dem in Fig. 18 wieder gegebenen CIE Farbdiagramm ergibt. Die LCD kann also kaum andere Farben außerhalb dieses Bereichs wiedergeben. Es ist deshalb nicht möglich, mit dieser Methode der Zwischenspan nungen sowie der Auswählspannung und der Ruhespannung eine ausreichend große Anzahl verschiedener Farben darzustellen.

Einige mit Farbfiltern ausgestattete Vorrichtungen können mehrere Farben wiedergeben. Vorrichtungen dieser Art erfor dern drei Arten von Pixeln (Bildelementen), nämlich solche der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau. Diese Vorrichtungen sind deshalb schwierig herzustellen.

Aus der DE-OS 22 24 424 ist an sich bekannt, eine Flüssigkri stallzelle zur Modulation von Licht mit verschiedenen Farben durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen einzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrooptische Vorrich tung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß leicht verschiedene Farben durch Anlegen verschiedener Spannungen darstellbar sind, und daß sie einen ausreichenden Kontrast bietet, auch wenn sie dynamisch mit einem geringen Tastverhältnis von beispielsweise weniger als 1/100 betrieben wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrooptische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Aufgrund der Tatsache, daß bei der erfindungsgemäßen Vor richtung Δn · d der nematischen Flüssigkristallschicht über 1,4 µm und unter 2 µm liegt und die Treibereinrichtung das Anlegen von drei oder mehr Spannungswerten zwischen den Elektrodenplatten der Flüssigkristallzelle erlaubt, können mehrere Farben leicht dadurch wiedergegeben werden, daß die Vorrichtung mit den unterschiedlichen Spannungen betrieben wird. Auch zeigt sich, daß, wenn die Vorrichtung dynamisch mit einem geringen Tastverhältnis von z. B. weniger als 1/100 betrieben wird, ein ausreichender Kontrast erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht einer Flüssig kristallanzeigevorrichtung als einer ersten Ausfüh rungsform einer elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Ab sorptionsachsen der Polarisatoren der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und den Reiberichtungen dar stellt,

Fig. 3 bis 8 Farbtafeln, die die Farbtöne wiedergeben, die bei den einzelnen Beispielen der ersten Ausführungs form hervorgebracht werden,

Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die eine zweite Ausführungsform der elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 10 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Ab sorptionsachsen der Polarisatoren der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung und den Reiberichtungen dar stellt,

Fig. 11 bis 15 Farbtafeln, die die Farbtöne wiedergeben, die bei den einzelnen Beispielen der zweiten Ausfüh rungsform hervorgebracht werden,

Fig. 16 und 17 Farbtafeln, die die Farbtöne zeigen, die von einer anderen Flüssigkristallanzeigevorrichtung als dritte Ausführungsform der elektrooptischen Vor richtung gemäß der Erfindung hervorgebracht werden, und

Fig. 18 eine Farbtafel, die die Farbtöne zeigt, die sich bei einer bekannten Flüssigkristallanzeigevorrichtung ergeben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt als erste Ausführungsform einer elektroopti schen Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Flüssigkristall anzeigevorrichtung schematisch im Querschnitt. Die Vorrich tung enthält einen unteren Polarisator 1, einen oberen Polarisator 2 und eine zwischen den beiden Polarisatoren 1 und 2 liegende Flüssigkristallzelle 10.

Die Flüssigkristallzelle 10 setzt sich aus einer unteren Elektrodenplatte 11, einer oberen Elektrodenplatte 12 und einer zwischen diesen beiden Elektrodenplatten eingeschlos senen nematischen Flüssigkristallschicht 13 zusammen. Die untere Elektrodenplatte 11 ist auf ihrer Oberseite mit Elek troden 11a versehen. Die obere Elektrodenplatte 12 hat auf ihrer Unterseite Elektroden 12a. Die Elektrodenplatten 11 und 12, die mit der Flüssigkristallschicht 13 in Berührung stehen, sind gerieben oder in anderer Weise bearbeitet, um die Molekülpackung der Flüssigkristallschicht zu verdrillen. Abstandshalter 14 sind zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 an deren Rändern angeordnet. Die Abstandshalter 14 halten die Flüssigkristallschicht 13 zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 und sorgen dafür, daß der Abstand zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 konstant bleibt, daß also die Dicke der Flüssigkristallschicht gleichförmig bleibt. Ein Abstandshalter in Form einer Glasfaser oder Glaskugeln kann zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 verteilt sein.

Eine Treiberschaltung 3 zur Ansteuerung der Flüssigkristall zelle 10 ist mit den Elektroden 11a und 12a verbunden. Im vorliegenden Beispiel macht die Treiberschaltung von einer dynamischen Ansteuerung Gebrauch. Die Treiberschaltung legt an die Elektrodenplatten 11 und 12 eine Auswählspannung, eine Ruhespannung oder eine von möglicherweise mehreren Zwischen spannungen an, um verschiedene Farben darzustellen.

Fig. 2 zeigt für die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung die Relation zwischen den Achsen der Flüssigkristallmoleküle nahe den Elektrodenplatten und den Absorptionsachsen der Polarisa toren. Obwohl die Mittel zur Ausrichtung der Flüssigkristall moleküle nicht auf das Reiben beschränkt sind, wird der ein fachen Erläuterung wegen davon ausgegangen, daß die Ausrich tung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle nahe den Elektrodenplatten gleich den Richtungen ist, in denen die Elektrodenplatten gerieben sind. Diese Annahme gilt auch für die später erläuterten anderen Ausführungsformen.

Bezugnehmend auf Fig. 2 sind die untere Elektrodenplatte 11 und die obere Elektrodenplatte 12 der Flüssigkristallzelle 10 in den durch den R11 bzw. R12 angegebenen Richtungen gerie ben. Die Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkri stallzelle 10 sind in der Darstellung von Fig. 1 nach unten verdrillt. Die Richtung und der allgemein als Twistwinkel bezeichnete Verdrillungswinkel sind durch T angegeben. Die Richtungen der Absorptionsachsen oder Polarisationsachsen des unteren Polarisators 1 und des oberen Polarisators 2 sind mit P1 bzw. P2 bezeichnet. Die Richtung P1 der Absorptionsachse des unteren Polarisators 1 bildet einen Winkel R1 mit der Reiberichtung R11 der unteren Elektrodenplatte 11. Die Rich tung P2 der Absorptionsachse des oberen Polarisators 2 bildet einen Winkel R2 mit der Reiberichtung R12 der oberen Elektro denplatte 12.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau sind die obere und die untere Elektrodenplatte so angeordnet, daß der Twistwinkel T der Flüssigkristallmoleküle in dem Bereich von 180° bis 360° liegt. Dabei sind die Richtung und der Winkel T des Twists der Flüssigkristallmoleküle durch die Reiberichtungen R11, R12 sowie die Art und Menge einer dem nematischen Flüssigkri stall zugesetzten optisch aktiven Substanz bestimmt. Günsti gerweise liegen die Winkel R1 und R2 im Bereich von 15° bis 75°. Das Produkt aus der optischen Anisotropie Δn und der Dicke d (in µm) der Flüssigkristallschicht wird größer als 1,4 µm gemacht.

Bei der beschriebenen Anordnung wird die an die Elektroden platten 11 und 12 angelegt Spannung variiert, um die Retar dation der Flüssigkristallschicht zu verringern. Dies ändert die Farbe des übertragenen Lichts. Die Farbänderung kann durch Erhöhung der Änderung der Retardation verstärkt werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Anfangswert des Pro dukts Δn · d zu erhöhen. Es hat sich nun gezeigt, daß mehrere Farben leicht unter der Voraussetzung wiedergegeben werden können, daß das Produkt von Δn · d über 1,4 µm liegt. Dies erleichtert es, ausreichend viele Farben durch Ändern der angelegten Spannung unter verschiedenen Werten anzuzeigen. Bezüglich der Obergrenze des Produkts Δn · d bestehen gene rell keine Begrenzungen. Mehrere Farben können angezeigt wer den, unabhängig davon, wie groß der Wert des Produkts ist. Gegenwärtig läßt sich allerdings die optische Anisotropie Δn nur auf etwa 0,2 erhöhen. Berücksichtigt man die Reaktionsge schwindigkeit, dann ist das Produkt Δn · d vorzugsweise unter 2,0.

Zu Erhöhung der Anzahl darstellbarer Farben ist es notwendig, die LCD dynamisch zu betreiben. Der obige Aufbau bietet aus reichend Kontrast, selbst wenn das Tastverhältnis unter bei spielsweise 1/100 liegt.

Die vorliegende Erfindung macht aktiv von der Doppelbrechung des Flüssigkristalls Gebrauch und erfordert, daß die Orien tierungsrichtungen von den Absorptions- oder Polarisations achsen der Polarisatoren verschieden sind. Insbesondere, wenn die Winkel R1 und R2, die oben definiert wurden, im Bereich von 15° bis 75° liegen, können Farben mit hohem Kontrast und hoher Farbreinheit wiedergegeben werden.

Es folgen nun einige besondere Beispiele der oben beschrie benen ersten Ausführungsform.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde der sich aus den Fig. 1 und 2 ergebende Aufbau verwendet. Für die nematische Flüssigkristallschicht wurde ein PCH Flüssigkristall verwendet. Die optische Anisotropie betrug Δn = 0,13. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug d = 10 µm. Es ergab sich damit das Produkt Δn · d = 1,3 µm. Der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht war T = 180°. Die Winkel R1 und R2 zwischen den Reiberichtungen und den Absorp tionsachsen betrugen 30° bzw. 60°. Die Flüssigkristallzelle 10 wurde von der Treiberschaltung 3 dynamisch mit vier ver schiedenen Spannungswerten und einem Tastverhältnis von 1/100 betrieben. Wenn die Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,1 V an die Zelle angelegt wurde, erschien diese blaugrün. Wenn die Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,32 V angelegt wurde, erschien die Anzeige rot. Wenn Zwischenspan nungen mit dem Effektivwert 2,17 V bzw. 2,25 V an die Zelle angelegt wurden, wurde sie blau bzw. purpur. Die Ansprechzeit lag jedoch über 600 ms.

Beispiel 1

Anstelle des in Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Flüssigkri stalls wurde ein aus Tolan hergestellter Flüssigkristall eingesetzt. Die optische Anisotropie betrug Δn = 0,18. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug d = 8 µm. Abgesehen von diesen vorstehenden Punkten entsprach dieses Beispiel dem Beispiel 1. Die Flüssigkristallschicht zeigte in gleicher Weise wie beim Beispiel 1 vier Farben, aber die Ansprechzeit war auf 300 ms verbessert.

Beispiel 2

Es wurde der Flüssigkristall von Beispiel 1 verwendet. Dieses Beispiel entsprach dem Beispiel 1 mit folgenden Ausnahmen. Der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht betrug T = 220°. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier verschiedenen Spannungen und einem Tastverhältnis von 1/100 betrieben. Die Vorrichtung zeigte vier Farben, die in der Farbtafel von Fig. 3 einge tragen sind.

Beispiel 3

Diese Beispiel entsprach dem Beispiel 2 mit der Ausnahme, daß der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht auf T = 230° geän dert wurde. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier unterschiedlichen Spannungen und einem Tastverhältnis von 1/100 betrieben. Die Farbtöne, die sich bei diesem Beispiel ergaben, sind in Fig. 4 gezeigt. Zusätzlich zu den drei Primärfarben Grün, Blau und Rot ergab sich Gelb.

Beispiel 4

Der Flüssigkristall von Beispiel 3 wurde von der Treiber schaltung 3 mit acht verschiedenen Spannungen bei einem Tast verhältnis von 1/200 betrieben. Wenn eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,24 V angelegt wurde, wurde die Anzeige grün. Bei einer Auswählspannung mit einem Effektiv wert von 2,4 V wurde sie gelb. Wenn Zwischenspannungen mit den Effektivwerten von 2,26 V, 2,29 V, 2,31 V, 2,33 V, 2,35 V bzw. 2,38 V angelegt wurden, wurde die Anzeige blaugrün, blau, purpur, rot, orange bzw. gelblich orange. Die bei die sem Beispiel erhaltenen Farbtöne sind in Fig. 5 angegeben. Aus dieser Figur ist am besten ersichtlich, daß jede der acht verschiedenen Spannungen jeweils zu einer anderen Farbe führte. Die Ansprechzeit betrug 400 ms.

Vergleichsbeispiel 2

Gegenüber dem Beispiel 5 wurde die Dicke der Flüssigkristall schicht aus Tolan mit der optischen Anisotropie Δn = 0,21 auf d = 5,5 µm geändert. Die Ansprechzeit betrug 250 ms.

Vergleichsbeispiel 3

Der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht von Vergleichs beispiel 2 wurde auf 260° eingestellt. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Der Winkel zwischen den Polarisationsachsen P1 und P2 betrug 10°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit acht verschiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 beaufschlagt. Wenn eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,28 V angelegt wurde, wurde die Anzeige rot. Bei einer Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,44 V wurde die Anzeige orange. Wenn Zwischenspannungen angelegt wurden ergaben sich Blaugrün, Gelb und andere Far ben. Die angezeigten Farbtöne sind in Fig. 6 angegeben. Wenn der Winkel zwischen den Absorptionsachsen der Polarisatoren 1 und 2 auf 80° gebracht wurde, ergaben sich acht Farbtöne kom plementär zu den vorbeschriebenen Farben. Diese Komplementär farben liegen im wesentlichen auf der bezogen auf den Weiß punkt O entgegengesetzten Seite der in Fig. 6 eingezeichne ten Farbpunkte.

Vergleichsbeispiel 4

Gegenüber dem Vergleichsbeispiel 3 wurde der Twistwinkel der Flüssigkristallmoleküle auf T = 330° erhöht. Zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle wurden die Elektrodenplatten einer Schrägverdampfung anstelle des Reibens unterzogen. Im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3 ergab sich dadurch ein größerer Betrachtungswinkel. Ähnliche Vorteile ergaben sich, wenn bei den Beispielen 1 bis 4 der Twistwinkel T vergrößert wurde.

Beispiel 5

Dem vorerwähnten Flüssigkristall aus PCH wurde ein Tolan Flüssigkristall zugesetzt. Die optische Anisotropie betrug Δn = 0,18. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug d = 9 µm.

Das Produkt Δn · d ergab sich damit zu 1,62 µm. Der Twistwin kel der Flüssigkristallmoleküle war 180°. Die Winkel R1 und R2 betrugen 30 bzw. 60°. Die LCD wurde von der Treiberschal tung 3 mit vier verschiedenen Spannungen bei einem Tastver hältnis von 1/100 betrieben. Es wurden vier Farben angezeigt, d. h. Grün, Blau, Rot und Gelb. Die Ansprechzeit war jedoch mit 1000 ms recht langsam.

Beispiel 6

Gegenüber dem Beispiel 5 wurde der Anteil des Tolan Flüs sigkristalls erhöht. Die optische Anisotropie wurde auf Δn = 0,22 gebracht. Die Dicke betrug d = 7 µm. Bei im übrigen mit Beispiel 5 übereinstimmenden Bedingungen, ergaben sich in gleicher Weise vier Farben. Die Ansprechzeit war auf 400 ms verbessert.

Beispiel 7

Es wurde der Flüssigkristall von Beispiel 6 verwendet. Die Dicke der Flüssigkristallschicht wurde auf d = 9 µm einge stellt. Der Twistwinkel der Flüssigkristallmoleküle betrug T = 240°. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit acht verschiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 betrieben. Die erhaltenen Farbtöne sind in der Farbtafel von Fig. 7 eingetragen. Acht Farben einschließlich eines schwachen Grüns, Grün, Blau, Rot und Gelb wurden angezeigt.

Beispiel 8

Ein Flüssigkristall ähnlich dem von Beispiel 7 mit der Aus nahme, daß der Twistwinkel T = 260° betrug, wurde hergestellt und derselben Untersuchung wie im Beispiel 7 unterzogen. Die erhaltenen Farbtöne sind in der Farbtafel von Fig. 8 einge tragen, wo die Punkte A und B beide Gelb sind, der Punkt A jedoch eine höhere Farbreinheit als der Punkt B besaß. Es ergaben sich also zwei Arten von Gelb mit unterschiedlichen Farbreinheiten.

Beispiel 9

Im Vergleich zum Beispiel 8 wurde der Twistwinkel der Flüs sigkristallmoleküle weiter auf T = 330° erhöht. Die Flüssig kristallmoleküle wurden durch Schrägverdampfung anstelle von Reiben ausgerichtet. Gegenüber dem Beispiel 8 wurde ein größerer Betrachtungswinkel erzielt. Ähnliche Vorteile erga ben sich bei den Beispielen 5 bis 7, wenn der Twistwinkel T vergrößert wurde.

Ein Beispiel der Treiberschaltung 3, die die Flüssigkristall zelle veranlaßt, in oben beschriebener Weise verschiedene Farben wiederzugeben, ist eine Pulsdauersteuerschaltung, die die Pulsdauer steuert, welche die Auswählzeit bestimmt. Ein anderes Beispiel ist eine Bildanzahlsteuerschaltung, die eine ausgewählte Anzahl von Bildern von einer vorgegebenen Anzahl steuert. Hier handelt es sich um eine Graustufenanzeige. Eine vorgebenene Anzahl von Bildern wird zu einer Periode zusam mengefaßt. Innerhalb der Periode wird bei einer gewählten Anzahl von Bildern ein Auswählsignal und bei den restlichen das Ruhesignal angelegt, das Verhältnis der Bilder je Periode bestimmt dann die Graustufe. Bei den obigen Beispielen 1 bis 13 wurde solch eine Bildanzahlsteuerschaltung verwendet. Die Pulsdauersteuerschaltung kann stattdessen mit ähnlichen Wirkungen eingesetzt werden.

Ausführungsform 2

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 befand sich eine einzige Flüssigkristallzelle zwischen den beiden Polarisa toren. Es können aber auch zwei oder mehr Flüssigkristall zellen zwischen die Polarisatoren gebracht werden.

Fig. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Flüs sigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Er findung, bei der zwei Flüssigkristallzellen zwischen zwei Polarisatoren angeordnet sind. Die Flüssigkristallanzeige vorrichtung enthält in Übereinstimmung mit der Vorrichtung von Fig. 1 einen unteren Polarisator 1, einen oberen Pola risator 2 und eine zwischen diesen angeordnete erste Flüs sigkristallzelle 10. Zwischen der ersten Flüssigkristallzelle und dem oberen Polarisator 2 befindet sich eine zweite Flüssigkristallzelle 20. Die zweite Flüssigkristallzelle 20 enthält eine untere Elektrodenplatte 21, eine obere Elektro denplatte 22 und eine nematische Flüssigkristallschicht 23, die zwischen den Elektrodenplatten 21 und 22 eingeschlossen ist. Die Elektrodenplatten 21 und 22 sind auf ihrer Oberseite bzw. ihrer Unterseite mit Elektroden 21a und 22a versehen. Durch Reiben oder eine andere Behandlung der Elektrodenplat ten 21 und 22 ist die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verdrillt. Zwischen den Elektrodenplatten 21 und 22 befinden sich Abstandshalter 24. Eine Treiberschaltung 4 zur Ansteue rung der zweiten Flüssigkristallzelle ist mit den Elektroden 21a und 22a verbunden. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei der Treiberschaltung 4 um eine statische Treiber schaltung, die an die Elektrodenplatten 21 und 22 eine belie bige Spannung anlegen kann.

Fig. 10 ist ein Diagramm, daß die Relation der Reiberich tungen der in Fig. 9 gezeigten Flüssigkristallanzeigevor richtung (LCD), d. h. die Richtungen der Achsen der Flüssig kristallmoleküle nahe den Elektrodenplatten im Vergleich zu den Absorptionsachsen der Polarisatoren zeigt.

Die untere Elektrodenplatte 11 der ersten Flüssigkristall zelle 10 ist in der Fig. 10 durch R11 angegebenen Richtung gerieben. Die obere Elektrodenplatte 12 ist in der Richtung R12 gerieben. Die Reiberichtung R12 der oberen Elektroden platte 12 der ersten Flüssigkristallzelle 10 bildet einen Winkel 6 mit der Reiberichtung R21 der unteren Elektroden platte 21 der zweiten Flüssigkristallzelle 20. Die Flüssig kristallmoleküle innerhalb der ersten Flüssigkristallzelle 10 sind bezogen auf die Darstellung in Fig. 9 nach unten ver drillt. Die Richtung und der Winkel dieses Twists sind in Fig. 10 mit T1 bezeichnet. Richtung und Winkel des Twists der Flüssigkristallmoleküle in der zweiten Flüssigkristall zelle 20 sind mit T2 bezeichnet. Die Absorptionsachsen des unteren Polarisators 1 und des oberen Polarisators 2 sind mit P1 bzw. P2 bezeichnet. Die Richtung der Absorptionsachse P1 des unteren Polarisators 1 bildet mit der Reiberichtung R11 der unteren Elektrodenplatte 11 der ersten Flüssigkristall zelle 10 einen Winkel R1. Die Richtung der Polarisationsachse P2 des oberen Polarisators 2 bildet mit der Reiberichtung R22 der oberen Elektrodenplatte 22 der zweiten Flüssigkristall zelle 20 einen Winkel R2.

Bei dem vorbeschriebenen Aufbau sind Richtung und Größe des Twistwinkels T1 der Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüs sigkristallzelle 10 abhängig von Art und Menge des dem nema tischen Flüssigkristall der Flüssigkristallschicht 13 zuge setzten Polarisationsdreh-Dotierstoffs sowie von den Reibe richtungen R11 und R12 in gleicher Weise wie bei der Ausfüh rungsform 1 eingestellt, wobei der Wert des Twistwinkels T1 im Bereich von 180° bis 360° liegt. Das Produkt aus der opti schen Anisotropie Δn des Flüssigkristalls der ersten Flüssig kristallzelle 10 und der Dicke d (in µm) der Flüssigkristall schicht ist auf mehr als 1,1 µm eingestellt.

Die zweite Flüssigkristallzelle 20 ist von der ersten Flüs sigkristallzelle 10 unabhängig. Die von der LCD dargestellten Farben können durch elektrische Signale verändert werden. Ebenso ist eine Schwarz/Weiß-Anzeige, wie sie beispielsweise bei Personalcomputern oder ähnlichem gebraucht wird, dadurch realisierbar, daß das an die zweite Flüssigkristallzelle 20 angelegte elektrische Signal zwischen zwei Werten umgeschal tet wird.

Vorzugsweise beträgt der Twistwinkel T2 des nematischen Flüs sigkristalls der zweiten Flüssigkristallzelle 20 90° · n ±40°, wobei n Null oder eine ganze Zahl ist, wenn eine Schwarz/Weiß-Anzeige mit hohem Kontrast erwünscht ist. Es ist außerdem günstig, den Winkel R auf 90° einzustellen. Die Richtung des Twists der Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle ist vorzugsweise umgekehrt zur Richtung des Twists der Flüssigkristallmoleküle in der ersten Flüssig kristallzelle. Es folgen nun einige spezielle Beispiele für die zweite Ausführungsform der Erfindung.

Beispiel 10

Der Flüssigkristall für die Flüssigkristallschicht 13 der ersten Flüssigkristallzelle 10 der in Fig. 9 gezeigten LCD wurde aus PCH hergestellt, dem ein Tolanflüssigkristall zu gesetzt wurde. Die optische Anisotropie Δn und die Dicke d der Flüssigkristallschicht wurden auf 0,18 bzw. 8 µm einge stellt. Das Produkt betrug damit Δn · d = 1,44. Die Flüssig kristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 waren um den Twistwinkel T1 = 220° nach links verdrillt. Die Flüssig kristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle 20 waren um einen Twistwinkel T2 = 90° nach rechts verdrillt. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Der Winkel R betrug 90°. Durch die Treiberschaltung 4 wurde eine Spannung mit dem Effektivwert von 10 V an die zweite Flüssigkristallzelle 20 angelegt. Die erste Flüssigkristallzelle 20 wurde durch die Treiberschal tung 3 dynamisch mit vier Spannungen bei einem Testverhältnis von 1/100 betrieben. Dabei ergaben sich vier Farben, d. h. Blaugrün, Violett, Rot und Gelb, wie in der Farbtafel von Fig. 11 dargestellt. Die Treiberschaltung 4 der zweiten Flüssigkristallzelle 20 wurde dann ausgeschaltet. Gemäß Fig. 12 ergab dann, wenn eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,24 V angelegt wurde, am Punkt A ein bläuliches Schwarz während sich, wenn eine Auswählspannung mit einem Effektiv wert von 2,4 V angelegt wurde, am Punkt B ein gelbliches Weiß ergab. Damit ließ sich also praktisch eine Schwarz/Weiß- Anzeige realisieren. Das Kontrastverhältnis war 1 : 10.

Beispiel 11

Dieses Beispiel war ähnlich dem Beispiel 10 mit der Ausnahme, daß die Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristall zelle 10 um T1 = 230° nach links verdrillt waren, während die Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle 20 um T2 = 270° nach rechts verdrillt waren. Die Treiberschal tung 4 legte an die zweite Flüssigkristallzelle 20 eine Effektivspannung von 10 V an. Die Treiberschaltung 3 steuerte die erste Flüssigkristallzelle mit acht verschiedenen Span nungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 an. Die erhaltenen Farbtöne sind in Fig. 13 gezeigt. Wie sich daraus ergibt, führte jede der verschiedenen Spannungen zu einem anderen Farbton. Danach wurde die Treiberschaltung 4 für die zweite Flüssigkristallzelle 20 abgeschaltet. Wenn nun eine Ruhe spannung mit einem Effektivwert von 2,28 V angelegt wurde, ergab sich am Punkt A (Fig. 14) ein bläuliches Schwarz. Wenn hingegen eine Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,44 V an die erste Flüssigkristallzelle 10 angelegt wurde, wurde am Punkt B ein gelbliches Weiß angezeigt. Damit ließ sich also praktisch eine Schwarz/Weiß-Anzeige realisieren. Das Kontrastverhältnis betrug 1 : 15.

Beispiel 12

Ausgehend vom Beispiel 11 wurde das Elektrodenmuster auf einer der Elektrodenplatten der zweiten Flüssigkristallzelle 20 gleich dem entsprechenden Elektrodenmuster der ersten Flüssigkristallzelle 10 gemacht. Die zweite Flüssigkristall zelle 20 wurde Elektrode für Elektrode statisch angesteuert. Die Anzeigeart konnte für jede Zeile beliebig zwischen Farb anzeige und Schwarz/Weiß-Anzeige umgeschaltet werden, indem die an die zweite Flüssigkristallzelle 20 angelegte Spannung zwischen 10 V und 0 V umgeschaltet wurde. Beide Anzeigearten können gleichzeitig auf demselben Anzeigeschirm vorgesehen werden.

Beispiel 13

Ausgehend von dem Beispiel 11 wurde die mittels der Trei berschaltung 4 an die zweite Flüssigkristallzelle 20 ange legte Effektivspannung von 10 V auf 0 V variiert. Dies führte dazu, daß das Grün (x, y) = (0,197, 0,386), das in Fig. 13 gezeigt ist, Blau, Rot und dann Schwarz wurde, wie in Fig. 15 dargestellt. Auch die anderen Farben von Fig. 13 konnten durch die angegebene Art der Änderung der Effektivspannung verändert werden.

Beispiel 14

Ausgehend vom Beispiel 11 wurden die Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 um T1 = 330° nach links verdrillt. Die Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssig kristallzelle 20 waren um T2 = 450° nach rechts verdrillt. Auf gleiche Weise wie beim Beispiel 11 legte die Treiber schaltung 4 eine Effektivspannung von 10 V an die zweite Flüssigkristallzelle 20 an. Die Treiberschaltung 3 steuerte die erste Flüssigkristallzelle 10 mit acht verschiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 an. Im Ver gleich zu Fig. 15 wurde ein größerer Betrachtungswinkel erzielt. Wenn die Treiberschaltung 4 für die zweite Flüssig kristallzelle 20 abgeschaltet wurde, ergab sich eine Schwarz/Weiß-Anzeige. Das Kontrastverhältnis war auf 1 : 52 verbessert.

Bei den voranstehenden Beispielen 10 bis 14 waren die Flüs sigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle 20 nach rechts verdrillt, während die Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 nach links verdrillt waren. Bei Umkehrung dieser Richtungen ergeben sich die gleichen Resultate. Auch wenn die Flüssigkristallmoleküle beider Flüs sigkristallzellen in derselben Richtung verdrillt waren, er gaben sich ähnliche aber unbefriedigende Wirkungen.

Die Treiberschaltung 4 für die Ansteuerung der zweiten Flüs sigkristallzelle 20 ist als eine statische Treiberschaltung beschrieben worden. Indes können sämtliche Einrichtungen ein gesetzt werden, die in der Lage sind, Spannungen an die Elek troden 21a und 22a anzulegen. So kommen auch Schaltungen in Betracht, die die Flüssigkristallzelle 20 dynamisch ansteu ern, eine Schaltung, die Sinuswellensignale anlegt und eine Schaltung, die Dreiecksignale anlegt.

Ausführungsform 3

Diese Ausführungsform gleicht der Ausführungsform 2 mit der Ausnahme, daß die zweite Flüssigkristallzelle 20 keine ver drillte Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, sondern eine vertikale Ausrichtung besitzt. Die vertikale Ausrichtung wird durch Verwendung eines Ausrichtungsagens aus Titan erreicht. Der Zusammenhang zwischen den Reiberichtungen und den Absorp tionsachsen der Polarisatoren entspricht der Darstellung in Fig. 2.

Beispiel 15

Bei der Ausführungsform 3 wurde die Flüssigkristallschicht 13 der ersten Flüssigkristallzelle 10 aus PCH hergestellt, dem ein Tolanflüssigkristall zugesetzt wurde. Die optische Aniso tropie Δn und die Dicke d der Flüssigkristallschicht wurden auf 0,18 bzw. 8 µm eingestellt. Die Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 waren um einen Twistwinkel T1 = 220° nach links verdrillt. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Der Flüssigkristall der Flüssigkristallschicht 23 der zweiten Flüssigkristallzelle 20 hatte eine negative dielek trische Anisotropie. Die erste Flüssigkristallzelle 10 wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier Spannungen dynamisch bei einem Tastverhältnis von 1/100 betrieben. An die zweite Flüs sigkristallzelle wurde keine Spannung angelegt. Es ergaben sich für die vier Spannungen vier Farben, die in der Farbta fel von Fig. 16 eingetragen sind, d. h. Blaugrün, Violett, Rot und Gelb. Dann wurde an die zweite Flüssigkristallzelle 20 von der Treiberschaltung 4 eine Effektivspannung von 10 V angelegt. Wie in Fig. 17 dargestellt, erschien, wenn eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,24 V angelegt wurde, eine bläulich schwarze Farbe entsprechend Punkt A. Wenn eine Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,4 V angelegt wurde, ergab sich entsprechend Punkt B eine gelblich weiße Farbe.

Man erhielt also praktisch eine Schwarz/Weiß-Anzeige. Das Kontrastverhältnis betrug dabei 1 : 8.

Wie voranstehend im einzelnen erläutert, lassen sich mit der Erfindung mehrere Farben einfach durch Anlegen unterschied licher Spannungen darstellen. Wenn die Flüssigkristallzelle dynamisch angesteuert wird, lassen sich mehrere Farben selbst dann mit hohem Kontrast anzeigen, wenn das Tastverhältnis weniger als 1/100 beträgt. Die elektrooptische Vorrichtung gemäß der Erfindung ist billig und vermag leichter mehrere Farben anzuzeigen als bekannte Vorrichtungen, die Farbfilter verwenden.

Claims

1. Elektrooptische Vorrichtung, umfassend
einen ersten und einen zweiten Polarisator (1, 2),
eine zwischen den beiden Polarisatoren angeordnete Flüssigkristallzelle (10) mit einer ersten und einer zweiten Elektrodenplatte (11, 12), zwischen denen eine Schicht (13) eines verdrillten nematischen Flüssigkristalls eingeschlossen ist, dessen Twistwinkel (T, T1) im Bereich von 180° bis 360° liegt, wobei die Richtungen der Absorptionsachsen (P1, P2) der Polarisatoren (1, 2) von den Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Elektrodenplatten (11, 12) um 15° bis 75° versetzt sind, und
eine Treibereinrichtung (3) zum Anlegen verschiedener Spannungen an die Elektrodenplatten (11, 12),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Produkt aus der optischen Anisotropie (Δn) des nematischen Flüssigkristalls und der Dicke (d in µm) der Flüssigkristallschicht (13) über 1,4 µm und unter 2 µm liegt und die Treibereinrichtung (3) in der Lage ist, mindestens drei verschiedene Spannungswerte an die Elektrodenplatten (11, 12) anzulegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch eine zweite Flüssigkristallzelle (20) mit zwei weiteren gesondert ansteuerbaren Elektrodenplatten (21, 22), zwischen denen sich eine Schicht (23) eines nematischen Flüssigkristalls befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Flüssigkristallmoleküle des ne matischen Flüssigkristalls der zweiten Flüssigkristallzelle (20) um 90° · n ± 40° verdrillt sind, wobei n = 0 oder eine ganze Zahl ist.