DE4103720A1 - Fluessigkristall-einheit - Google Patents

Fluessigkristall-einheit

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Ken Saito
Masayoshi Fujieda
Katsuhiko Ishii
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Hitachi Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Einheit (LCD) und insbesondere eine Flüssigkristall-Einheit eines Feldeffekt-Typs, die eine hohe Multiplexing-Leistung aufweist und sowohl monochromatisch als auch mehrfarbig darstellen kann.
Unter den herkömmlichen Flüssigkristall-Elementen weist das Element des sogenannten "gedrehten nematischen Typs" eine schraubenförmige Struktur auf, deren Verdrehungswinkel in­ folge eines nematischen Flüssigkristalls, der eine positive dielektrische Anisotropie zeigt und sandwichartig zwischen zwei Elektroden-Substrate angeordnet ist, 90° beträgt. Die Polarisationsschichten sind außerhalb der beiden Elektroden- Substrate so angeordnet, daß ihre Polarisationsachsen (oder Absorptionsachen) orthogonal oder parallel zu den an die Elektroden-Substrate angrenzenden Flüssigkristall-Molekülen stehen (s. Japanische Patentveröffentlichung Nr.13666/ 1976).
Das einen Verdrehungswinkel von 90° aufweisende Flüs­ sigkristall-Element beinhaltet ein Problem, das die Schärfe der Änderung der spezifischen Durchlässigkeit der Flüssig­ kristall-Schicht als Funktion der auf die Flüssigkristall- Schicht aufgeprägten Spannung betrifft, ein Problem der Blickwinkelcharakteristik und die praktische Beschränkung der Anzahl gemultiplexter Leitungen (die der Anzahl der Abtast­ elektroden entspricht) auf 64.
In Applied Physics Letters 45, No. 10, 1021, 1984, T.J. Schaeffer, J. Nehring: "A new, highly multiplexible liquid cristal display", wird jedoch ein Weg diskutiert, der den Drehwinkel der Flüssigkristall-Moleküle von 180° erhöht und die Anzahl gemultiplexter Leitungen vergrößert, indem die Multiplexing-Leistung durch Anwendung des Doppelbrechungs­ effektes verbessert wird, um die Erfordernisse, die zur Ver­ besserung der Bildqualität und der Erhöhung der darstell­ baren Datenmenge in neuen Flüssigkristall-Einheiten nötig sind, zu erfüllen. Hierfür wird eine Flüssigkristall-Ein­ heit "Super-Twisted Birefringence Effect" (SBE) mit vorge­ schlagen.
Die oben beschriebene SBE-Flüssigkristall-Einheit ist nicht frei von dem Problem, das die Anzeige nur mit einge­ schränkter Farbdarstellung wie beispielsweise blauer Darstel­ lung auf gelbem oder weißem Grund hergestellt werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristall-Einheit mit ausgezeichneter Multiplexing- Leistung zu liefern, die darüberhinaus im wesentlichen eine monochromatische Anzeige und ebenso eine mehrfarbige, durch Kombination von Farbfiltern erreichte Anzeige zuläßt.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Einheit zur Lösung der oben beschriebenen Probleme umfaßt eine Flüssigkristall- Zelle, die dadurch hergestellt ist, daß eine Flüssigkristall- Schicht, die durch einen nematischen Flüssigkristall, der ei­ ne positive dielektrische Anisotropie hat und dem ein optisch aktives Material zugefügt ist, eine schraubenförmige Anord­ nung mit einem Drehwinkel innerhalb eines Bereichs von 180- 360° in Richtung der Dicke aufweist, sandwichartig zwischen einem Paar von oberen und unteren Elektroden-Substraten, die sich gegenüberstehen und einer Ausrichtungsbehandlung unter­ zogen werden, angeordnet ist.
Bauelemente zur Erzielung eines Doppelbrechungseffektes, die sich auf zumindest einer Fläche der Flüssigkristall-Zelle an­ geordnet sind und ein Polarisationsplattenpaar, das so ange­ ordnet ist, daß sich die Flüssigkristallzelle und die Bauele­ mente zur Erzielung des Doppelbrechungseffektes dazwischen befinden.
Die Bauelemente zur Doppelbrechung modulieren den Pola­ risationszustand der durch die Flüssigkristallzelle durchtre­ tenden Lichtstrahlen und konvertieren die farbige Anzeige, die die Flüssigkristall-Zelle alleine erreicht, in eine mono­ chromatische Anzeige. Durch Kombination von Farbfiltern er­ möglichen sie auch eine Farbanzeige.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verdeutlicht. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Explosionszeichnung des Flüssigkristall- Elements;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Flüssigkristall-Elements;
Fig. 3 ein Grundriß des Flüssigkristall-Elements;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Flüssigkristall-Elements gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Flüssigkristall-Elements gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Hauptteile bei Anwendung der Erfindung als Farb-Flüssigkristall Element;
Fig. 7 eine Explosionszeichnung eines Flüssigkristall- Moduls;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Laptop-Personal-Computers gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Laptop-Personal- Computers.
Gemäß Fig. 1 sind die Drehrichtung 10 und der Drehwin­ kel R1 der Flüssigkristall-Moleküle bestimmt durch die Reiberichtung eines Ausrichtungsfilms 21 auf einem oberen Elektrodensubstrat 11, die Reiberichtung eines Ausrich­ tungsfilms 22 auf einem unteren Elektrodensubstrat 12 und die Art und Menge des einer nematischen Flüssigkristall-Schicht 50 beigefügten optisch aktiven Materials, wobei die nema­ tische Flüssigkristall-Schicht 50 sandwichartig zwischen dem oberen und unteren Elektrodensubstrat 11, 12 liegt.
Um eine Ausrichtung herbeizuführen, sodaß die Flüssig­ kristall-Moleküle eine gedrehte Spiralanordnung zwischen dem oberen und unteren Elektrodensubstrat 11, 12 annehmen, wo­ bei die Flüssigkristall-Schicht 50 zwischen ihnen liegt, wurde in Fig. 1 ein sogenanntes "Reibeverfahren" verwendet, das beispielsweise unter Verwendung eines Gewebes die Ober­ fläche der Ausrichtungsfilme 21, 22, die aus einem organi­ schen Polymerharz wie beispielsweise Polyamid auf dem oberen und unteren Elektrodensubstrat 11, 12 gebildet sind und mit dem Flüssigkristall in Kontakt kommen, in reine Richtung reibt. Die Reiberichtungen, die Reiberichtung 6 am oberen Elektrodensubstrat 11 und die Reiberichtung 7 am unteren Elektrodensubstrat 12, werden in diesem Beispiel zur Rich­ tung der Ausrichtung der Flüssigkristall-Moleküle. Nach Been­ digung der Ausrichtungsbehandlung wird das obere und untere Elektrodensubstrat 11, 12 in einem Abstand d1 (der im we­ sentlichen der Dicke der Abdichtung nach Fertigstellung des Flüssigkristallelements entspricht) voneinander plaziert, so­ daß sich ihre Reiberichtungen im wesentlichen in einem Winkel von 180° bis 360° schneiden. Die zwei Elektrodensubstrate 11, 12 werden dann durch eine rahmenähnliche Abdichtung 52 mit­ einander verbunden, die mit einer Öffnung 51 zur Injektion von Flüssigkristall versehen ist. Ein nematisches Flüssig­ kristall, der eine positive dielektrische Anisotropie besitzt und mit einer vorbestimmten Menge von optisch aktivem Materi­ al versetzt ist, wird in den Spalt zwischen ihnen gefüllt, sodaß die Flüssigkristall-Moleküle eine schraubenförmge Mole­ kularausrichtung mit einem Verdrehwinkel von R1, der in der Zeichnung zwischen den Elektrodensubstraten gezeigt wird, annehmen. Die Bezugszeichen 31 und 32 stellen die obere bzw. untere Elektrode dar. Bauteile 2, 3, die einen einachsigen Doppelbrechungseffekt hervorrufen (Phasendifferenzplatten, im weiteren Verlauf als doppelbrechende Verzögerungsplatten, "BR-Platten" bezeichnet), sind auf dem oberen Elektroden­ substrat 11 der nach dem obigen Verfahren gefertigten Flüs­ sigkristallzelle 1 angeordnet. Die untere und die obere Polarisationsplatte 4, 5 liegen so, daß die schichtweise angeordneten Bauelemente 2, 3 und die Flüssigkristall-Zelle 1 dazwischen sind.
Der Drehwinkel R1 der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristall 50 beträgt vorzugsweise 200° bis 300°, der Bereich von 230° bis 270° wird allerdings aus praktischen Ge­ sichtspunkten bevorzugt, um zu vermeiden, daß sich der Ein­ schaltezustand nahe dem Schwellwert einer Durchlässigkeits- Aufprägungsspannungskurve als lichtstreuende Ausrichtung her­ ausstellt und um eine sehr gute Multiplex-Leistung zu erhal­ ten. Mit dieser Bedingung reagieren die Flüssigkristall-Mo­ leküle empfindlicher auf die Spannung und man erreicht eine bessere Multiplex-Charakteristik. Um eine ausgezeichnete An­ zeigequalität zu erhalten, liegt das Produkt Δn1xd1 der Brechungsindex-Anisotropie Δn1 der Flüsigkristallschicht 50 und ihrer Dicke d1 bevorzugt in einem Bereich von 0,5 µm bis 1 µm oder besser in einem Bereich von 0,6 µm bis 0,95 µm.
Die BR-Platten bewirken die Modulation des Polarisa­ tions-Zustandes des Lichts, das durch die Flüssigkristallzel­ le ausgesendet wird, und wandeln die farbige Anzeige des Flüssigkristalls alleine in eine monochromatische oder Schwarz-Weiß-Anzeige um. Dafür ist die Summe der Produkte Δn2×d2 dr Brechungsindex-Anisotropie Δn2 der BR- Platten 2, 3 und der Dicke d2 äußerst wichtig und der Wert wird vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,4 µm bis 0,95 µm oder besser innerhalb des Bereichs von 0,5 µm bis 0,9 µm gewählt.
Da außerdem die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Einheit 62 durch Doppelbrechung erzeugtes elyptisch polarisiertes Licht verwendet, ist die Beziehung zwischen den Achsen der Polarisationsplatten 4, 5, den optischen Achsen der einach­ sigen transparenten Doppelbrechungsplatten, falls solche Platten als BR-Platten 2, 3 eingesetzt werden, und der Flüs­ sigkristall-Ausrichtung der Elektrodensubstrate 11, 12 der Flüssigkristall-Zelle 1 von größter Wichtigkeit.
Die vorliegende Erfindung liefert ein optimales Ver­ hältnis dieser optischen Charakteristika.
Im folgenden soll eine Anwendung der vorliegenden Erfin­ dung mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 erläutert werden.
Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht nach Fertig­ stellung des Flüssigkristall-Elements. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen ähnliche Bestandteile wie in Fig. 1.
Das Flüssigkristall 50, das Abdichtungsteil 52 und die Elektrodenteile 31, 32 in Fig. 1 sind weggelassen.
Fig. 3 ist eine Grundansicht, unter Betrachtung der Flüssigkristall-Zelle von der Vorderseite des Zeichenblatts. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen ähnliche Bestandteile wie in Fig. 1. Bezugszeichen 53 bezeichnet den Teil, der die in Fig. 1 gezeigte Abdichtungsöffnung 51 versiegelt.
Fig. 3 zeigt die Definition der optischen Achsen ver­ schiedener Komponenten und ihre Winkel. Das Bezugszeichen 1a bezeichnet die Flüssigkristall-Ausrichtung des oberen Elek­ trodensubstrats 11; 1b ist die Flüssigkristall-Ausrichtung des unteren Elektrodensubstrats 12; und R1 ist der Ver­ drehungswinkel des Flüssigkristalls. Das Bezugszeichen 2a bezeichnet die Richtung der Ausdehnungsachse der BR-Platte 2 und R2 ist der Winkel, den diese Richtung mit der hori­ zontalen Achse der Zeichnung (in diesem Fall der Hauptachse) bildet. Die Ausdehnungsachse bedeutet bei der BR-Platte die optische Achse. Das Bezugszeichen 3a bezeichnet die Richtung der Ausdehnungsachse der BR-Platte 3 und R3 ist der Win­ kel, den diese Richtung mit der horizontalen Achse der Zeich­ nung (in diesem Fall der Hauptachse) beschreibt. Das Bezugs­ zeichen 4a bezeichnet die Richtung der Absorbtionsachse der Polarisationsplatte 4 und R4 ist der Winkel, den diese Richtung mit der horizontalen Achse der Zeichnung (in diesem Fall die Hauptachse) bildet. Das Bezugszeichen 5a bezeichnet die Richtung der Absorptionsachse der Polarisationsplatte 5 und R5 ist der Winkel, den diese Richtung mit der hori­ zontalen Achse (in diesem Fall der Hauptachse) bildet.
Beispiel 1
Die Grundstruktur gleicht der in Fig. 1 bis 3 gezeigten. In diesem Flüssigkristall-Element 1 beträgt der Drehwinkel R1 zwischen der oberen Flüssigkristall-Molekularachse 1a und der unteren Flüssigkristall-Molekularachse 1b 240° und das Produkt Δn×d der Brechungsindex-Anisotropie Δn des Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristall-Schicht liegt innerhalb des Bereichs von 0,75 bis 0,8 µm. Die obere Polarisationsplatte 4 wird auf der Flüssigkristall-Zelle 1 und den beiden BR-Platten 2, 3 angeordnet und die untere Polarisationsplatte 5 befindet sich auf der unteren Seite des Flüssigkristall-Elements 1.
Als ein Resultat intensiver Herstellung von Prototypen und Experimente mit der Flüssigkristall-Einheit, die die oben beschriebene Struktur aufweist, haben die Erfinder der vor­ liegenden Erfindung herausgefunden, daß die Durchlässigkeit zum Zeitpunkt der "Einschalt"-Spannung verbessert werden kann und daß eine hohe Qualität der monochromatischen, hochauflö­ senden Anzeige erreicht werden kann, wenn das Produkt Δn×d der Brechungsindex-Anisotropie Δn der beiden BR-Platten 2, 3 und der Dicke d innerhalb eines Bereichs von 0,66 bis 0,71 µm liegt, der Winkel R2 der Ausdehnungsachse 2a der oberen BR-Platte 2 36,5, der Winkel R3 der Ausdehnungsachse 3a der unteren BR-Platte 3 68°, der Winkel R4 der Absorbtionsachse 4a der oberen Polarisationsplatte 4 87° und der Winkel R5 der Absorbtionsachse 5a der unte­ ren Polarisationsplatte 165° beträgt und wenn die BR-Platten 2, 3 so zusammengefügt sind, daß die Winkeltoleranz der Aus­ dehnungsachsen 2a, 3a der BR-Platten 2, 3 und der Absorp­ tionsachsen 4a, 5a der Polarisationsplatten 4, 5 innerhalb von ± 5° liegt.
Obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die zwei BR-Platten 2, 3 zwischen dem Flüssigkristall-Element 1 und der oberen Polarisationsplatte 5 liegen, ist es ebenso möglich, die BR-Platten 2, 3 zwischen der Flüssigkristall- Zelle 1 und der unteren Polarisationsplatte 5 anzuordnen oder die BR-Platte 2 zwischen der Flüssigkristall-Zelle 1 und der oberen Polarisationsplatte 4 und die BR-Platte 3 zwischen dem Flüssigkristall-Element 1 und der unteren Polarisationsplatte 5 anzuordnen.
Beispiel 2
Die Grundstruktur gleicht der in Fig. 1 bis 3 gezeigten. Die Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 wird durch Laminie­ ren des unteren Elektrodensubstrats 12 und des oberen Elek­ trodensubstrats 11 aufgebaut, wobei STN (Super-Twist-Nema­ tic) Flüssigkristall dazwischen geschichtet wird. Die untere, aus Polycarbonat oder ähnlichem gemachte BR-Platte 3 und die obere BR-Platte 2 befinden sich auf dem oberen transparenten Glassubstrat 11 und die obere Polarisationsplatte 4 ist auf ihnen angeordnet. Die untere Polarisationsplatte 5 befindet sich unter dem unteren transparenten Glassubstrat 12.
Der Drehwinkel des Flüssigkristalls beträgt 240° und der Wert Δn×d (Δn = Brechungskoeffizient des Flüssigkris­ talls; d = Dicke des Flüssigkristalls) der Flüssigkristallan­ zeigetafel 1 beträgt zum Zeitpunkt des Ausschaltens bis zu 0,9 µm. Die Summe der Produkte Δn×d der unteren BRPlatte 3 und der oberen BR-Platte 2 ist um ca. 0,1 µm kleiner als der Wert Δn×d der Flüssigkristall-Zelle 1. Die Werte R₂, R₃, R₄, R₅ usw. (s. Fig. 3) sind die gleichen wie in Beispiel 1. Hier beträgt der Schnittwinkel zwischen der Ausdehnungsachse 3a der unteren BR-Platte 3 und der Aus­ dehnungsachse 2a der oberen BR-Platte 2 bis zu 45°. Zur Verbesserung der Helligkeit und des Kontrasts ist dies sehr wichtig.
Um die oben beschriebene Phasenabweichung zu korrigie­ ren, werden anstatt einer weiteren Flüssigkristall-Tafel die BR-Platten 2, 3 zur Kompensation eingesetzt. Auf diese Wei­ se kann das Gewicht und die Dicke der Flüssigkristall-Einheit reduziert werden. Da der Wert Δn×d wie oben beschrieben gewählt ist, stimmt das Produkt Δn×d zum Zeitpunkt des Einschaltens der Flüssigkristall-Tafel 1 mit dem Produkt Δn×d der BR-Platten überein, sodaß die optische Durchlässig­ keit zum Einschaltzeitpunkt verbessert und der Bildschirm heller gemacht werden kann. Der dadurch erreichte Kontrast entspricht demjenigen, der beim Einsatz der Flüssigkristall-Tafel zur Kompensation erzielt wird. Eine gut abzulesende Anzeige kann so erreicht werden.
Obwohl in Fig. 2 die beiden BR-Platten 2, 3 zwischen dem oberen transparenten Glassubstrat 11 und der oberen Polarisa­ tionsplatte 4 angeordnet gezeigt sind, ist es ebenfalls mög­ lich, die beiden BR-Platten zwischen das untere transparente Glassubstrat 12 und die untere Polarisationsplatte 5, wie in Fig. 4 gezeigt, zu legen, oder jeweils eine einzelne BR- Platte zwischen das obere transparente Glassubstrat 11 und die obere Polarisationsplatte 4 und zwischen das untere transparente Glassubstrat 12 und die untere Polarisations­ platte 5 zu legen (s. Fig. 5). Die Wirkung entspricht der­ jenigen, die im oben beschriebenen Beispiel erreicht wird.
Beispiel 3
Die Grundstruktur entspricht der in Fig. 1 bis 3 ge­ zeigten. Die untere Polarisationsplatte ist jedoch in diesem Fall eine reflektierende Polarisationsplatte. Im Flüssigkri­ stall-Element 1 beträgt der Drehwinkel R1 zwischen der Flüssigkristall-Molekularachse der oberen Seite 1a und der Flüssigkristall-Molekularachse der unteren Seite 1b 200°, und das Produkt Δn×d der Brechungsindex-Anisotropie Δn des Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht liegt in einem Bereich von 0,88 bis 0,95 µm. Die obere Pola­ risationsplatte 4 ist auf dem Flüssigkristallelement 1 über den beiden BR-Platten 2, 3 angeordnet und die untere reflek­ tierende Polarisationsplatte 5 befindet sich auf der unteren Seite.
Als Ergebnis intensiver Herstellung von Prototypen und Experimente mit einer so strukturierten Flüssigkristall-Ein­ heit haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausge­ funden, daß die Durchlässigkeit zum Zeitpunkt der "Ein­ schalt"-Spannung verbessert und eine monochromatische, gut lesbare Anzeige von hoher Qualität dann erzielt werden kann, wenn die Summe des Produkts Δn×d der Brechungsindex-An­ isotropie Δn und der Dicke d der beiden BR-Platten 2, 3 innerhalb eines Bereichs von 0,56 bis 0,60 µm liegt, der Winkel R2 der Ausdehnungsachse 2a der oberen BR-Platte 2 47°, der Winkel R3 der Ausdehnungsachse 3a der unteren BR-Platte 3 61,5°, der Winkel R4 der Absorptionsachse 4a der oberen Polarisationsplatte 4 85° und der Winkel R5 der Absorptionsachse 5a der unteren reflektierenden Polari­ sationsplatte 5 145° beträgt und wenn die zwei BR-Platten 2, 3 so verbunden werden, daß die Winkeltoleranz der Ausdeh­ nungsachsen 2a, 3a der BR-Platten 2, 3 und der Absorption­ sachsen 4a, 5a der Polarisationsplatten 4, 5 innerhalb von ±5° liegt.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführung die beiden BR-Platten 2, 3 zwischen dem Flüssigkristall-Element 1 und der oberen Polarisationsplatte 4 liegen, ist es ebenfalls möglich, sie zwischen dem Flüssigkristall-Element 1 und der unteren reflektierenden Polarisationsplatte 5 anzuordnen oder die BR-Platte 2 zwischen das Flüssigkristall-Element 1 und der oberen Polarisationsplatte 4 und die BR-Platte 3 zwischen das Flüssigkristall-Element 1 und die untere reflektierende Polarisationsplatte 5 zu legen.
Beispiel 4
Die Grundstruktur gleicht der in Fig. 1 bis 3 gezeigten. Im Flüssigkristall-Element 1 beträgt der Drehwinkel W1 zwischen der oberen Flüssigkristall-Molekularachse 1a und der unteren Flüssigkristall-Molekularachse 1b 260°. Das Produkt Δn×d des Brechungsindex-Anisotropie Δn des Flüssig­ kristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht liegt im Bereich von 0,5 bis 0,85 µm. Die obere Polarisationsplatte 4 befindet sich auf dem Flüssigkristallelement 1 über den beiden BR-Platten 2, 3 und die untere Polarisationsplatte 5 ist auf der unteren Seite angeordnet.
Als Ergebnis intensiver Herstellung von Prototypen und Experimente in einer so strukturierten Flüssigkristall-An­ zeigeeinheit, wird die Summe der Produkte Δn×d des Bre­ chungsindex-Anisotropie Δn und der Dicke d der 2 BR-Platten 2, 3 in einen Bereich von 0,78 bis 0,82 µm gelegt und das Verteilungsverhältnis des Wertes Δn×d zwischen der oberen und der unteren BR-Platten 2, 3 wird auf 1:1 gesetzt. Falls das Verteilungsverhältnis des Werts Δn×d zwischen den beiden BR-Platten auf 1:1 gesetzt wird, können zwei Arten von Phasendifferenzplatten, die sich durch die Winkel der Ausdeh­ nungsachsen unterscheiden, aus der Rohplatte der gleichen Phasendifferenzplatte nur durch ändern des Ausschneidewinkels erhalten werden; folglich ist die Produktivität extrem hoch. Der Winkel R2 der Ausdehnungsachse 2a der oberen BR- Platte 2 wird auf 39° gesetzt und der Winkel R3 der Ausdehnungsachse 3a der unteren BR-Platte 3 auf 76°. Der Winkel R4 der Absorbtionsachse 4a der oberen Polarisa­ tionsplatte 4 wird auf 90° gesetzt und der Winkel R5 der Absorptionsachse 5a der unteren Polarisationsplatte 5 auf 180°. Das Verbinden wird so durchgeführt, daß die Win­ keltoleranz der Ausdehnungsachsen 2a, 3a der BR-Platten 2, 3 und der Absorbtionsachsen 4a, 5a der Polarisationsplatten 4, 5 innerhalb von ±2° liegt.
Wenn eine solche Struktur benutzt wird, kann die Durch­ lässigkeit zum Zeitpunkt der "Einschalt"-Spannung verbessert und eine monochromatische, sehr gut lesbare Anzeige von hoher Qualität erzielt werden.
Obwohl die beiden BR-Platten 2, 3 in der oben be­ schriebenen Ausführung zwischen dem Flüssigkristall-Element 1 und der oberen Polarisierungsplatte 4 liegen, ist es ebenso möglich, sie 2, 3 zwischen dem Flüssigkristall-Element 1 und der unteren Polarisierungsplatte 5 anzuordnen oder die BR-Platte 2 zwischen das Flüssigkristall-Element 1 und die obere Polarisierungsplatte 4 und die BR-Platte 3 zwischen das Flüssigkristall-Element 1 und die untere Polarisierungsplatte 5 zu legen.
Beispiel 5
Die Grundstruktur gleicht der in Fig. 1 bis 3 gezeigten. Die zwei BR-Platten 2, 3 liegen zwischen dem unteren Elektro­ den-Substrat und der unteren Polarisationsplatte. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann eine Multifarb-Anzeige hergestellt werden, indem rote, grüne und blaue Farbfilter 33R, 33G, 33B mit einem dazwischenliegenden Lichtschattierungsfilm 33D auf dem oberen Elektrodensubstrat 11 angeordnet werden.
Fig. 6 zeigt eine aus isoliertem Material hergestellte Glättungsschicht 23, die auf jedem Farbfilter 33R, 33G, 33B und dem Lichtschattierungsfilm 33D angeordnet ist, um jeglichen Einfluß ihrer Riefelungen zu vermindern sowie die obere Elektrode 31 und den Ausrichtungsfilm 21, die auf dieser Glättungsschicht 23 gebildet sind. Obwohl sich die Farbfilter auf dem oberen Elektrodensubstrat 11 befinden, kann man genau die gleiche Funktion und den gleichen Effekt durch Bildung auf dem unteren Elektrodensubstrat 12 errei­ chen.
In dieser Ausführung kann eine Flüssigkristall-Farbein­ heit, die ein Kontrastverhältnis von mindestens 1:10 und eine Durchlässigkeit von zumindest 7% aufweist, dann erreicht wer­ den, wenn der Drehwinkel R1 des Flüssigkristalls 260°, der Winkel R2 der Ausdehnungsachse der oberen BR-Platte 2 75°, der Winkel R3 der unteren BR-Platte 3 40°, der Winkel der Absorbtionsachse der oberen Polarisationsplatte 4 95°, der Winkel der Absorbtionsachse der unteren Polarisations­ platte 5° beträgt, das Produkt der BrechungsindexAnisotropie Δn1 der Flüsigkristallschicht und der Dicke d 0,85 und die Summe Δn2×d2 des Produkts der Brechungsindex- Anisotropie der zwei BR-Platten 2, 3 und ihrer Dicke 0,8 beträgt. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 bis 4 ist in dieser Ausführung der Winkel der Ausdehnungsachse der oberen Phasen­ differenzplatte, größer als der Winkel der unteren Phasen­ differenzplatte, da sich die zwei Phasendifferenzplatten zwischen dem unteren Elektrodensubstrat und der unteren Polarisationsplatte befinden.
Als Resultat weiterer Experimente wurde herausgefunden, daß gute Resultate dann erzielt werden können, wenn der Dreh­ winkel R1 der Flüssigkristallschicht innerhalb eines Be­ reichs von 240 bis 270° liegt, Δn1×d1 der Flüssig­ kristallschicht innerhalb von 0,7 bis 0,9 µm und die Summe Δn2×d2 dr beiden BR-Platten 2, 3 innerhalb eines Bereichs von 0,6 bis 0,86 µm liegt.
Beispiel 6
Die Grundstruktur entspricht der in Fig. 1 bis 3 gezeigten. Auch in diesem Fall sind die Farbfilter so zusammengesetzt wie es Fig. 6 zeigt, und eine Farbanzeige kann so hergestellt werden. Der gleiche Effekt kann natürlich auch durch die An­ ordnung der Farbfilter auf dem unteren Elektrodensubstrat er­ zielt werden.
In dieser Ausführung beträgt der Drehwinkel R1 des Flüssigkristalls 260°, der Winkel R2 der Ausdehnungsachse der oberen BR-Platte 2 35°, der Winkel R3 der Ausdeh­ nungsachse der unteren BR-Platte 3 70°, der Winkel R4 der oberen Polarisationsplatte 4 95° und der Winkel R5 der Absorbtionsachse der unteren Polarisationsplatte 5 180°. Das Flüssigkristall und der Phasendifferenzabstand der BR-Platten werden in folgender Weise ausgewählt: Das Produkt Δn1×d1 der Dicke d1 des Flüssig­ kristalls und der Brechungsindex-Anisotropie Δn1 wird auf 0,85 gesetzt. Da zwei BR-Platten benutzt werden, wird die Summe ihres Phasen-Differenzabstandes Δn2×d2 auf 95% des Wertes Δn1×d1, nämlich 0,85×0,95 = 0,81 ge­ setzt. Der Phasendifferenzabstand Δn×d der beiden BR-Platten kann 0,41 für die eine und 0,40 für die andere der beiden oder 0,405 für beide betragen.
Kurz gesagt kann der Phasendifferenzabstand jeder BR- Platte im wesentlichen die Hälfte der Summe betragen.
Gemäß dieser Ausführung kann eine Flüssigkristall-Farb- Anzeige erzielt werden, die ein Kontrastverhältnis von zu­ mindest 10:1 bei 400 gemultiplexten Leitungen und eine Durch­ lässigkeit von zumindest 3% aufweist.
Die obigen Beispiele (s. Fig. 2) stellen den Fall dar, wo die zwei BR-Platten zwischen der oberen Polarisationsplatte und dem oberen Elektrodensubstrat angeordnet sind. Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn die zwei BR-Platten, die obere und die untere, zwischen das untere Polarisationsplatte gelegt werden. In diesem Fall muß jedoch der Winkel R2 der Ausdehnungsachse der oberen BR-Platte und der Winkel R3 der Ausdehnungsachse der unteren BR- Platte auf rund 110° bzw. 145° festgesetzt werden.
Beispiel 7
Diese Ausführung liefert ein Flüssigkristall-Modul 63, der durch die kompakte Integration einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit 62 gemäß der Beispiele 1 bis 6, eines Treiberschaltkreises zur Ansteuerung dieser Flüssigkristall-Anzeigeeinheit 62 und einer Lichtquelle gebildet wird.
Fig. 7 ist die dazugehörende Explosionszeichnung. IC 34 zur Ansteuerung der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit 62 ist auf einer rahmenähnlichen Leiterplatte 35 montiert, die mit einem Fenster versehen ist, das die Flüssigkristalleinheit 62 mittig aufnimmt. Die mit der Flüssigkristall-Einheit 62 versehene Leiterplatte 35 wird in das Fenster eines aus Plastik gespritzen Rahmenbauteils 42 eingepaßt und ein metallener Rahmen 41 ist darauf gesetzt. Der Rahmen 41 ist mit dem Rahmenbauteil 42 verbunden, in dem Haken 43 des Rahmens 41 in in auf dem Rahmenbauteil 42 ausge­ formten Öffnungen 44 gebogen werden.
Eine unter der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit 62 ange­ ordnete Kaltkatodenleuchtstoffröhre 36, ein aus einer Acryl- Platte bestehendes optisches Führungsbauteil 37, das die Lichtstrahlen gleichmäßig von dieser Kaltkatoden-Leucht­ stoffröhre 36 auf die Flüssigkristalleinheit 62 strahlt, eine Reflexionsplatte 38, die aus einer mit weißer Farbe über­ zogenen metallenen, dünnen Platte besteht, und eine Dif­ fusionsplatte 39, die eine milchige weiße Farbe zur Streuung der von dem optischen Führungsbauteil 37 kommenden Licht­ strahlen aufweist, sind an der Rückseite des Rahmenbauteils 42 in der in Fig. 7 gezeigten Reihenfolge befestigt. Eine Wechselrichterstromquellen-Schaltung zur Einschaltung der Kaltkathoden-Leuchtstoffröhre 36 (in der Zeichnung nicht abgebildet) ist in der Aussparung (nicht gezeigt; auf der gegenüberliegenden Seite der Aussparung 45 der Reflexions­ platte 38 vorhanden) gelagert. Die Diffusionsplatte 39, das optische Führungsbauteil 37, die Kaltkatoden-Leuchtstoffröhre 36 und die Reflexionsplatte 38 sind zusammengefügt, indem die Zungen 46 der Reflexionsplatte 38 in schmale Öffnungen 47 des Rahmenbauteils 42 eingesteckt und umgebogen werden.
Beispiel 8
Diese Ausführung stellt den Fall dar, wo der Flüssigkri­ stallmodul 63 des Beispiels 7 für den Anzeigeteil eines Laptop-Personal-Computers verwendet wird.
Fig. 8 stellt das zugehörende Blockdiagramm dar und Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die den auf dem Laptop- Personal-Computer 64 montierten Flüssigkristall-Modul 63 zeigt. Das von einem Microprocessor 49 gelieferte Berech­ nungsergebnis wird durch Ansteuerung des Flüssigkristall- Moduls durch ein Treiber IC 34 über ein Kontroll-LSI 48 angezeigt. Ein Helligkeitsregler 65, ein Kontrastregler 66 und ein Invers-Schalter 67 sind in Fig. 7 dargestellt.
Aufgrund der monochromatischen Darstellung mit ausge­ zeichneter Multiplexing-Fähigkeit ist eine klare hochauflö­ sende Anzeige zu erreichen. Desweiteren entspricht die Farb­ darstellung der vorliegenden Erfindung einer Farbbildröhre (CRT) in Verbindung mit Farbfiltern.

Claims (12)

1. Flüssigkristall-Element, gekennzeichnet durch eine Flüssigkristall-Zelle (1), die hergestellt ist, indem zwischen einem Paar von oberen und unteren, einer Aus­ richtungsbehandlung unterzogenen und einander gegenüberlie­ genden Elektroden-Substraten (11, 12) eine Flüssigkristall- Schicht mit schraubenförmiger Struktur sandwichartig angeord­ net ist, wobei der nematische Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie und hinzugefügtem optisch aktivem Material in Richtung seiner Dicke um einen Winkel von 180 bis 360° gedreht ist;
zwei einachsige Doppelbrechungsbauelemente (2, 3), die zumindest auf einer der Oberflächen des Flüssigkristall- Elements angeordnet sind, und
ein Paar von Polarisationsplatten (4, 5), zwischen denen die Flüssigkristall-Zelle (1) und die Bauteile (2, 3), die den Doppelbrechungseffekt liefern, angeordnet ist,
wobei der durch die optischen Achsen der zwei einachsi­ gen Doppelbrechungsbauteile (2, 3) gebildete Winkel 45° oder weniger beträgt.
2. Flüssigkristall-Elemente nach Anspruch 1, wobei der optische Anisotropie-Abstand Δn×d der zwei einachsigen Dop­ pelbrechungsbauteile im wesentlichen gleich ist, worin Δn die Brechungsindex-Anisotropie des einachsigen Doppelbrechungs­ bauelements und d die Dicke darstellen.
3. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsachse einer der Polarisa­ tionsplatten, die sich unter der Flüssigkristallschicht be­ findet, innerhalb eines Bereiches von ±10° relativ zu der horizontalen Achse des Bildschirms liegt, und daß die Absorp­ tionsachse der über der Flüssigkristall-Schicht liegenden Polarisationsplatte innerhalb eines Bereichs von ±10° rela­ tiv zu der vertikalen Achse des Bildschirms liegt.
4. Flüssigkristall-Element nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß Δn2×d2 im wesentlichen 95% von Δn1×d1 beträgt, wobei die Brechungsindex-Anisotropie des Flüssigkristalls Δn ist, die Schichtdicke des Flüssigkri­ stalls d, der optische Anisotropie-Abstand des Flüssigkri­ stalls Δn×d2 und die Summe des optischen Anisotropie- Abstands der zwei einachsigen Doppelbrechungsbauteile Δn2×d2 beträgt.
5. Flüssigkristall-Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Flüssigkristall-Ele­ ment schichtweise Farbfilter aufgebracht sind.
6. Flüssigkristall-Modul, gekennzeichnet durch zumindest ein Flüssigkristall-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einen Treiberschaltkreis für das Flüssigkristall-Element.
7. Laptop-Personal-Computer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkristall-Modul nach Anspruch 6 verwendet wird.
8. Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, gekennzeichnet durch ein Flüssigkristall-Element mit einem Drehwinkel der Flüssigkristall-Moleküle von 240° und dem Produkt Δn×d der Brechungsindex-Anisotropie Δ des Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristall-Schicht, das innerhalb eines Bereichs von 0,75 bis 0,8 µm liegt;
eine obere Polarisationsplatte und eine untere Polari­ sationsplatte, die auf bzw. unter dem Flüssigkristall-Element angeordnet sind; und
zwei doppelbrechende Verzögerungsplatten (BR-Platten), die zwischen der unteren und der oberen Polarisationsplatte angeordnet sind;
wobei das Produkt Δn×d der Brechngsindex-Anisotropie der BR-Platten und der Dicke d innerhalb eines Bereichs von 0,66 bis 0,71 µm liegt, der Winkel der Absorptionsachse der unteren Polarisationsplatte 87°, der Winkel der Absorptions­ achse der unteren Polarisationsplatte 165°, der Winkel der Ausdehnungsachse der oberen BR-Platte 36,5°, der Winkel der Ausdehnungsachse der unteren BR-Platte 68° bezüglich der horizontalen Bildschirmachse beträgt und die Toleranz des Verbindungswinkels jeder der Absorptionsachsen der Polarisa­ tionsplatten mit den Ausdehnungsachsen der BR-Platten inner­ halb von ±5° liegt.
9. Flüssigkristall-Einheit, gekennzeichnet durch
eine Flüssigkristall-Tafel, die durch Laminierung eines Flüssigkristalls zwischen ein erstes Elektroden-Substrat und ein zweites Elektroden-Substrat gefertigt ist;
Polarisationsplatten, die entsprechenderweise außerhalb der beiden Substrate angebracht sind, und
zwei doppelbrechende Verzögerungsplatten (BR-Platten), die zwischen einer der Polarisationsplatten und dem Elektro­ densubstrat liegen oder von denen jeweils eine BR-Platte zwi­ schen den beiden Polarisationsplatten und den transparenten Substraten angeordnet ist,
wobei der Drehwinkel des Flüssigkristalls 240° beträgt, der Δn×d Wert der Flüssigkristall-Tafel zum Zeitpunkt des Ausschaltens 0,9 µm oder weniger, die Summe der Δn×d Werte der zwei BR-Platten um 0,1 ×m kleiner ist als der Δn×d Wert der Flüssigkristalltafel, und der Schnittwinkel der Ausdeh­ nungsachsen der zwei BR-Platten 45° oder weniger beträgt.
10. Flüssigkristalleinheit, gekennzeichnet durch
ein Flüssigkristallelement mit einem Drehwinkel der Flüssigkristall-Moleküle von 200° und einem Produkt Δn×d der Brechungsindex-Anisotropie Δn des Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht in einem Bereich von 0,8 bis 0,95 µm;
eine obere Polarisationsplatte und eine untere reflek­ tierende Polarisationsplatte, die über bzw. unter dem Flüs­ sigkristallelement angebracht sind, und
zwei zwischen der oberen Polarisationsplatte und der un­ teren reflektierenden Polarisationsplatte liegende BR-Plat­ ten,
wobei die Summe des Produkts Δn×d der Brechungsindex- Anisotropie Δn und der Dicke d der zwei BR-Platten innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 0,60 µm, der Winkel der Absorp­ tionsachse der oberen Polarisationsplatte 85°, der Winkel der Absorptionsachse der unteren reflektierenden Polarisations­ platte 145°, der Winkel der Ausdehnungsachse der oberen BR- Platte 47°, der Winkel der Ausdehnungsachse der unteren BR- Platte 61,5° bezüglich der horizontalen Achse des Bildschirms beträgt, und die Toleranz des Verbindungswinkels jeder der Absorptionsachsen der Polarisationsplatten mit den Ausdeh­ nungsachsen der BR-Platten innerhalb von ±5° liegt.
11. Flüssigkristall-Einheit, gekennzeichnet durch
ein Flüssigkristall-Element mit einem Drehwinkel der Flüssigkristall-Moleküle von 260° und einem Produkt Δn×d der Brechungsindex-Anisotropie Δn des Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristall-Schicht, das in einem Bereich von 0,8 bis 0,85 µm liegt;
eine obere Polarisationsplatte und eine untere Polarisa­ tionsplatte, die auf- bzw. unter dem Flüssigkristall-Element angebracht sind, und
zwei zwischen der oberen und der unteren Polarisations­ platte angeordnete doppelbrechende Verzögerungsplatten (BR- Platten),
wobei die Summe des Produkts Δn×d der Brechungsindex- Anisotropie Δn der BR-Platten und der Dicke d innerhalb eines Bereichs von 0,78 bis 0,82 µm liegt, der Winkel der Absorp­ tionsachse der oberen Polarisationsplatte 90°, der Winkel der Absorptionsachse der unteren Polarisationsplatte 180°, der Winkel der Ausdehnungsachse der oberen BR-Platte 39°, der Winkel der Ausdehnungsachse der unteren BR-Platte 76° bezüg­ lich der horizontalen Bildschirmachse beträgt und die Tole­ ranz des Verbindungswinkels jeder der Absorptionsachsen der Polarisationsplatten mit den Ausdehnungsachsen der BR-Platten innerhalb von ±2° liegt.
12. Flüssigkristall-Farbeinheit, gekennzeichnet durch
ein Farbfilter-Flüssigkristallelement mit Farbfiltern auf einem von zwei transparenten Elektrodensubstraten, die so angeordnet sind, daß sich die mit einer transparenten Elek­ trode versehenen Oberflächen gegenüberstehen; und
doppelbrechende Verzögerungsplatten (BR-Platten), die außerhalb des Flüssigkristall-Farbelements mit einem zu dem Drehwinkel der Flüssigkristallschicht des Flüssigkristall- Farbelements entgegengesetzten Drehwinkel angeordnet sind, wobei der Drehwinkel der Flüssigkristallschicht innerhalb eines Bereichs von 240 bis 270° liegt, das Produkt der Flüs­ sigkristall-Schichtdicke und der Brechungsindex-Anisotropie innerhalb des Bereichs von 0,7 bis 0,9 µm, die Summe des Pro­ dukts der Dicke der BR-Platten und der Brechungsindex-Aniso­ tropie innerhalb eines Bereichs von 0,6 bis 0,86 µm liegt und das Produkt der Dicke und der Brechungsindex-Anisotropie der BR-Platten im wesentlichen 95% des Produkts der Dicke und der Brechungsindex-Anisotropie der Flüssigkristall-Schicht be­ trägt.
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