DE69217693T2

DE69217693T2 - Optisches Flüssigkristallelement, Flüssigkristallanzeigeelement und Flüssigkristall-Projektionsanzeigegerät das dieses Element verwendet

Info

Publication number: DE69217693T2
Application number: DE69217693T
Authority: DE
Inventors: Tomoki C O Asahi Glass Gunjima; Yoshinori Hirai; Hiroshi Kumai; Satoshi Niiyama
Original assignee: TECHNOLOGY CO AG
Current assignee: TECHNOLOGY CO AG
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-04-17
Also published as: EP0509534A3; EP0509534A2; US5235445A; EP0509534B1; DE69217693D1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Flüssigkristallelement und ein Flüssigkristallanzeigeelement mit jeweils einem Paar Substraten mit Elektroden und einer zwischen die Substrate eingefügten Polymermatrix, wobei ein Flüssigkristall in der Polymermatrix dispergiert ist und von dieser festgehalten wird, und sie betrifft ein Flüssigkristall-Projektionsanzeigegerät unter Verwendung eines derartigen optischen oder anzeigenden Elements.
In den letzten Jahren werden Flüssigkristalldisplays in weitem Umfang für PC-Textprozessoren, tragbare Computer, tragbare Fernsehgeräte usw. verwendet, wobei die Vorteile geringen Energieverbrauchs, niedriger Ansteuerspannung usw. genutzt werden. Unter Flüssigkristalldisplays sind Flüssigkristallanzeigeelemente mit einem aktiven Element für jede Bildelementelektrode besonders hervorzuheben, und sie wurden besonders entwickelt.
Hinsichtlich derartiger Flüssigkristallanzeigeelemente existiert ein Vorschlag zu Flüssigkristallanzeigeelementen, bei denen ein Flüssigkristall im Modus dynamischer Streuung (DSM) verwendet wird. Jedoch besteht bei einem Flüssigkristallanzeigeelement dieses Typs der Nachteil hohen Stromverbrauchs wegen hoher Stärke des durch den DSM-Flüssigkristall hindurchgeführten elektrischen Stroms. Derzeit werden in weitem Umfang Flüssigkristallanzeigeelemente verwendet, in denen ein verdrillt-nematischer (TN) Flüssigkristall verwendet ist. Z.B. sind tragbare Fernsehgeräte in weitem Umfang im Handel erhältlich. Da ein TN-Flüssigkristallanzeigeelement einen sehr kleinen Leckstrom und einen geringen Energieverbrauch aufweist, ist es zur Verwendung mit einer Batterie als Spannungsquelle geeignet.
Wenn ein Flüssigkristallanzeigeelement unter Verwendung von aktiven Elementen für den DS-Modus verwendet wird, ist der Leckstrom des Flüssigkristalls selbst groß. Demgemäß ist es erforderlich, eine große Speicherkapazität parallel zu jedem Bildelement anzubringen, und der Energieverbrauch des Flüssigkristallanzeigeelements selbst ist hoch.
Im TN-Modus ist es, da der Leckstrom im Flüssigkristall selbst sehr klein ist, überflüssig, eine große Speicherkapazität anzubringen, und der Energieverbrauch des Flüssigkristallanzeigeelements selbst kann klein sein.
Bei einem TN-Flüssigkristall besteht jedoch das Problem, dass das Transmissionsvermögen für Licht klein ist, da zwei Polarisationsplatten erforderlich sind. Insbesondere dann, wenn ein Farbfilter verwendet wird, um eine farbige Anzeige zu erhalten, können nur einige Prozent des Einfallslichts verwendet werden. Daher ist es erforderlich, eine starke Lichtquelle zu verwenden, wodurch der Energieverbrauch ansteigt.
Ferner bestehen bei einem TN-Flüssigkristallanzeigeelement die Nachteile, dass eine sehr starke Lichtquelle erforderlich ist, um ein Bild auf einen Projektionsschirm zu projizieren, dass es schwierig ist, hohen Kontrast auf dem Projektionsschirm zu erhalten, und dass aufgrund der Wärme von der Lichtquelle nachteilige Auswirkungen auf das Flüssigkristallanzeigeelement bestehen.
Um diese Probleme bei einem TN-Flüssigkristallanzeigeelement zu überwinden, wurde ein Modus vorgeschlagen, bei dem ein Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial, bei dem ein nematischer Flüssigkristall in einer Polymermatrix dispergiert ist und von dieser festgehalten wird, verwendet wird, wobei eine niedrige Spannung von 10 V oder weniger dazu ausreicht, es unter Verwendung der Streuung-Transmissions-Charakteristik anzusteuern.
Jedoch existiert bei einem herkömmlichen Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial eine Hysterese hinsichtlich der Spannung-Transmissions-Charakteristik, d.h., dass das Problem besteht, dass sich das Transmissionsvermögen bei zunehmender Spannung von dem bei abnehmender Spannung unterscheidet. Demgemäß existiert das Problem des Effekts eines verbleibenden Bilds, gemäß dem ein Bild, das vor dem Ändern des Bildinhalts auf der Anzeige erschien, für mehrere Sekunden in der aktuellen Anzeige verbleibt.
Es wird auf das ältere, jedoch nicht vorveröffentlichte Dokument EP-A- 505 964 hingewiesen, das den Wert des im Anspruch 1 angegebenen Elastizitätsmoduls nicht explizit offenbart.
Die Erfindung dient dazu, ein optisches Flüssigkristallelement oder ein Flüssigkristallanzeigeelement mit hoher Helligkeit und hohem Kontrastverhältnis zu schaffen, das eine klare Graustufenanzeige schaffen kann und einen Bildverbleibeffekt aufgrund der Hysterese des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials verringern kann.
Gemäß der Erfindung ist ein optisches Flüssigkristallanzeigeelement mit folgendem geschaffen: einem Paar Substrate mit Elektroden und einem Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial, das zwischen das Paar Substrate eingefügt ist und bei dem ein Flüssigkristall in einer Polymermatrix dispergiert und festgehalten ist, wobei der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Flüssigkristalls übereinstimmt, der entweder im Zustand mit angelegter Spannung oder ohne angelegte Spannung verwendet wird, wobei die obigen Brechungsindizes im anderen Zustand nicht übereinstimmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des die Polymermatrix bildenden Materials bei 20ºC 3 x 10&sup7; N/m² oder weniger und bei 40ºC 1 x 10³ N/m² oder mehr beträgt.
Gemäß der Erfindung ist ein Flüssigkristallanzeigeelement zum Bewirken einer Anzeige einschließlich einer Halbtonanzeige geschaffen, das folgendes aufweist: ein Aktivmatrixsubstrat mit einem aktiven Element für jede Bildelementelektrode, einem mit einer Gegenelektrode versehenen Gegenelektrodensubstrat sowie einem Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial, bei dem ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie in einer Polymermatrix dispergiert ist und von dieser festgehalten wird, wobei der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem ordentlichen Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls übereinstimmt und wobei das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial zwischen das Aktivmatrixsubstrat und das Gegenelektrodensubstrat eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul des die Polymermatrix bildenden Polymermaterials bei 20ºC 3 x 10&sup7; N/m² oder weniger beträgt und bei 40ºC 1 x 10³ N/m² oder mehr beträgt.
Gemäß der Erfindung ist eine Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung geschaffen, die folgendes aufweist: eine Projektionslichtquelle, ein optisches Projektionssystem, ein Flüssigkristallanzeigeelement mit einem Aktivmatrixsubstrat mit einem aktiven Element für jede Bildelementelektrode, einem mit einer Gegenelektrode versehenen Gegenelektrodensubstrat und einem Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial, bei dem ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie in einer Polymermatrix dispergiert und von dieser festgehalten ist, wobei der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem ordentlichen Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls übereinstimmt und wobei das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial zwischen das Aktivmatrixsubstrat und das Gegenelektrodensubstrat eingefügt ist, wobei der Elastizitätsmodul des die Polymermatrix bildenden Polymermaterials bei 20ºC 3 x 10&sup7; N/m² oder weniger und bei 40ºC 1 x 10³ N/m²oder mehr beträgt.
Gemäß der Erfindung mit dem oben genannten Aufbau ist ein optisches Flüssigkristallelement oder ein Flüssigkristallanzeigeelement erhältlich, von denen jedes dazu in der Lage ist, einen Bildverbleibeffekt aufgrund von Hysterese zu verringern, das hohes Kontrastverhältnis aufweist und das mit niedriger Spannung betreibbar ist.
Bei der Erfindung wird ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial verwendet, bei dem ein Flüssigkristall in einer Polymermatrix dispergiert und festgehalten ist und das zwischen ein Paar Substrate mit Elektroden eingefügt ist, wobei der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Flüssigkristalls übereinstimmt, der entweder im Zustand mit angelegter Spannung oder ohne angelegte Spannung verwendet wird, und wobei die obigen Brechungsindizes im anderen Zustand nicht miteinander übereinstimmen. Es ist besonders bevorzugt, ein solches Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial zu verwenden, bei dem ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie in einer Polymermatrix dispergiert und festgehalten ist, wobei der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem des ordentlichen Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls übereinstimmt. Das Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial ist zwischen ein Aktivmatrixsubstrat mit einem aktiven Element für jede Elektrode für ein Bildelement und ein Gegenelektrodensubstrat mit einer Gegenelektrode eingefügt.
Die mit Elektroden versehenen Substrate sind solche, die aus Glas, Kunststoff, Keramik oder dergleichen bestehen und auf denen Elektroden ausgebildet sind.
Normalerweise sind die Elektroden so ausgebildet, dass es transparente Elektroden aus ITO (In&sub2;O&sub3;-SnO&sub2;) oder dergleichen sind. Eine metallische Elektrode aus einem Material wie Cr, Al oder dergleichen kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Elektroden verwendet werden, falls erforderlich. Wenn die vorstehend genannten Elektroden für eine Anzeigevorrichtung vom Reflexionstyp verwendet werden, können sie als reflektierende Elektroden genutzt werden. Ferner kann das Paar Substrate eine Kombination aus einem Aktivmatrixsubstrat und einem Gegenelektrodensubstrat sein.
Das Aktivmatrixsubstrat besteht aus einem solchen Substrat, auf dem Elektroden und aktive Elemente wie Dünnfilmtransistoren (TFTs), Dünnfilm dioden, nichtlineare Metall-Isolator-Metall-Widerstandsbauteile (MIN) oder dergleichen ausgebildet sind. Mit jeder der Bildelementelektroden ist ein einzelnes aktives Element oder mehrere verbunden.
Die Gegenelektrode besteht aus einem Substrat, auf dem Elektroden ausgebildet sind. Die Gegenelektrode wird so mit dem Aktivmatrixsubstrat kombiniert, dass eine Anzeige geschaffen werden kann.
Das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial ist zwischen das oben genannte Paar von mit Elektroden versehenen Substraten eingefügt. Dieses Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial ist ein derartiges, dass sich der Brechungsindex des Flüssigkristalls im Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial abhängig vom Zustand einer angelegten Spannung ändert. Wenn der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Flüssigkristalls übereinstimmt, wird Licht durchgelassen, und wenn der erstere nicht mit dem letzteren übereinstimmt, wird Licht gestreut. Da keine Polarisationsplatten verwendet werden, kann leicht eine helle Anzeige erhalten werden.
Im obigen Fall wird, da der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem ordentlichen Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls übereinstimmt, Licht durchgelassen, wenn eine Spannung angelegt wird, und Licht wird gestreut, wenn keine Spannung angelegt wird. Wenn Spannung angelegt wird, werden Flüssigkristallmoleküle parallel zur Anlegerichtung eines elektrischen Felds ausgerichtet. Demgemäß ist es einfach, die Brechungsindizes zu steuern, und bei einem Anzeigeelement dieses Typs ist hohes Transmissionsvermögen erzielbar, wenn Licht durchgelassen wird.
Ein erfindungsgemäßes optisches Flüssigkristallelement kann hauptsächlich als Flüssigkristallanzeigeelement verwendet werden. Es kann auch als steuerbares Lichtfenster oder optischer Verschluss verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeelement kann nicht nur als Anzeigeelement für Direktbetrachtung, sondern auch als Projektionsanzeigeelement verwendet werden. Wenn ein erfindungsgemäßes Flüssigkristallanzeigeelement als solches für Direktbetrachtung verwendet wird, kann ein Anzeigegerät in Kombination mit einer Hintergrundbeleuchtung, einer Linse, einem Prisma, einem Spiegel, einer Diffusionsplatte, einem Lichtabsorptionsmaterial, einem Farbfilter usw. abhängig von den gewünschten Anzeigeeigenschaften aufgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigeelement ist besonders für ein Projektionsanzeigegerät geeignet, und ein Flüssigkristall-Projektionsanzeigegerät kann dadurch aufgebaut werden, dass das Flüssigkristallanzeigeelement mit einer Projektionslichtquelle, einem optischen Projektionssystem usw. kombiniert wird.
Als Lichtquelle und als optisches Projektionssystem können eine herkömmliche Projektionslichtquelle bzw. ein herkömmliches optisches Projektionssystem verwendet werden. Im allgemeinen wird das Flüssigkristallanzeigeelement zwischen einer Projektionslichtquelle und einer Projektionslinse angeordnet.
Beim erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelement ist ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial vom Transparenz/Streuungs-Typ zwischen ein Paar mit Elektroden versehene Substrate eingefügt. Genauer gesagt, wird gemäß der Erfindung ein optisches Flüssigkristallelement verwendet, das ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial aufweist, bei dem ein Flüssigkristall in eine große Anzahl feiner Löcher eingefüllt ist, die in der Polymermatrix ausgebildet sind. Das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial wird zwischen ein Paar mit Elektroden versehene Substrate eingefügt. Wenn eine Spannung zwischen die Elektroden des optischen Flüssigkristallelements angelegt wird, ändert sich der Brechungsindex des Flüssigkristalls und die Beziehung zwischen dem Brechungsindex der Polymermatrix und dem Brechungsindex des Flüssigkristalls ändert sich. D.h., dass ein derartiges optisches Flüssigkristallelement dahingehend verwendet werden kann, dass dann, wenn die Brechungsindizes der beiden Elemente miteinander übereinstimmen, ein Transmissionszustand vorliegt, aber andernfalls ein Streuungszustand vorliegt.
Das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial mit einer Polymermatrix mit einer großen Anzahl feiner Löcher und dem in die feinen Löcher eingefüllten Flüssigkristall hat einen solchen Aufbau, dass der Flüssigkristall in Hohlkörpern wie Mikrokapseln dicht eingeschlossen ist, wobei die einzelnen Mikrokapseln nicht völlig unabhängig voneinander sein müssen oder die einzelnen Hohlkörper über feine Zwischenräume miteinander in Verbindung stehen können, wie bei einem porösen Material.
Das für ein erfindungsgemäßes Flüssigkristallanzeigeelement verwendete Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial kann wie folgt hergestellt werden. Ein Flüssigkristall und eine aushärtbare Verbindung zum Herstellen der Polymermatrix werden gemischt, um eine Lösung oder ein Latexmaterial zu erhalten. Dann wird die Lösung oder das Latexmaterial durch Anwenden von Licht oder Wärme oder durch Entfernen von Lösungsmittel oder dadurch ausgehärtet, dass es einer Reaktionsaushärtung unterzogen wird, um dadurch die Polymermatrix aufzuteilen und den Flüssigkristall in der Polymermatrix zu dispergieren.
Bei der Erfindung wird ein Polymermaterial mit einem Elastizitätsmodul von 3 x 10&sup7; N/m² oder weniger bei 20ºC und einem Elastizitätsmodul von 1 x 10³ N/m² oder mehr bei 40ºC verwendet. Es ist besonders bevorzugt, dass der größte Teil des genutzten Temperaturbereichs in den vorstehend genannten Bereich fällt. So kann ein Bildverbleibeffekt aufgrund von Hysterese verringert werden.
Die Verwendung einer durch Licht oder Wärme härtbaren Verbindung ist bevorzugt, da sie in einem abgeschlossenen System ausgehärtet werden kann.
Insbesondere ist die Erfindung einer durch Licht härtbaren Verbindung bevorzugt, da sie innerhalb einer kurzen Zeitspanne bei kleinem Wärmeeinfluss ausgehärtet werden kann.
Gemäß einem speziellen Herstellverfahren kann eine Zelle unter Verwendung eines Abdichtungsmaterials hergestellt werden, wobei eine unausgehär tete Mischung aus dem Flüssigkristall und der aushärtbaren Verbindung von der Einspritzöffnung her in derselben Weise wie bei einem herkömmlichen nematischen Flüssigkristallanzeigeelement eingespritzt wird und nach dem Abdichten der Einspritzöffnung ein Aushärten durch Lichteinstrahlung oder Erwärmung erfolgt.
Das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement kann auch ohne die Verwendung eines Abdichtungsmaterials hergestellt werden, z.B. dadurch, dass ein unausgehärtetes Gemisch aus einem Flüssigkristall und der aushärtbaren Verbindung auf ein mit einer transparenten Elektrode versehenes Substrat aufgetragen wird, auf dieses Substrat ein anderes Substrat mit einer Elektrode aufgelegt wird und dann das Gemisch mittels Lichteinstrahlung oder dergleichen ausgehärtet wird.
Der Umfang der optischen Flüssigkristallelementanordnung kann durch Auftragen eines Abdichtungsmaterials abgedichtet werden. Gemäß diesem Herstellverfahren ist, da es nur erforderlich ist, ein unausgehärtetes Gemisch aus dem nematischen Flüssigkristall und der aushärtbaren Verbindung mittels eines Auftragverfahrens wie eines Aufrollverfahrens, eines Aufschleuderverfahrens durch Aufdrucken oder durch ein Verfahren unter Verwendung eines Spenders oder dergleichen anzubringen, der Einspritzschritt einfach und die Produktivität ist extrem hoch.
Ferner können das unausgehärtete Gemisch aus dem Flüssigkristall und der aushärtbaren Verbindung mit Abstandshaltern zum Einstellen des Zwischensubstratabstands, wie Keramikteilchen, Kunststoffteilchen oder Glasfasern, und mit Pigmenten, Farbstoffen, Viskositätseinstellstoffen oder beliebigen anderen Zusatzstoffen versehen werden, die das Funktionsvermögen des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements nicht nachteilig beeinflussen.
Während des Aushärtschritts des optischen Flüssigkristallelements, das bei angelegter Spannung einen Transmissionszustand zeigt, ist es möglich, wenn das Element in einem Zustand ausgehärtet wird, in dem eine ausreichend hohe Spannung nur an einen speziellen Teil angelegt wird, diesen Teil in einen Zustand zu versetzten, für den normalerweise Lichttransmission besteht. Demgemäß kann, wenn eine festgelegte Anzeige erwünscht ist, ein derartiger, normalerweise lichtdurchlässiger Bereich hergestellt werden.
Dagegen kann auf dieselbe Weise wie vorstehend angegeben dann, wenn ein optisches Flüssigkristallelement verwendet wird, das bei angelegter Spannung einen Streuungszustand zeigt, ein normalerweise streuender Bereich hergestellt werden.
Bei einem optischen Flüssigkristallelement unter Verwendung eines Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials ist höheres Transmissionsvermögen im Lichttransmissionszustand bevorzugt, und der Trübungswert im Lichtstreuungszustand beträgt vorzugsweise nicht weniger als 80%.
Bei der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Brechungsindex der Polymermatrix (nach dem Aushärten) mit dem ordentlichen Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls übereinstimmt, während ein Zustand mit angelegter Spannung vorliegt.
Demgemäß wird Licht durchgelassen, wenn der Brechungsindex der Polymermatrix mit dem Brechungsindex des Flüssigkristalls übereinstimmt, während Licht gestreut wird (undurchsichtiger Zustand) wenn sie nicht miteinander übereinstimmen. Die Streuungseigenschaften des Elements sind höher als die eines Flüssigkristallanzeigeelements im herkömmlichen DS-Modus, und es kann eine Anzeige mit hohem Kontrastverhältnis erhalten werden.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Flüssigkristallelement zu schaffen, das mit niedriger Spannung betrieben werden kann, während ein Bildverbleibeffekt aufgrund Hysterese eines Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials minimiert ist. Das optische Flüssigkristallelement kann hohes Funktionsvermögen zeigen, wie hohe Anzeigedichte in Kombination mit aktiven Elementen. Das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement verfügt auch über hervorragendes Funktionsvermögen bei anderer Verwendung (als optischer Verschluss, als Anzeige, als Raumlichtmodulator usw.), die Halbtonanzeige benötigt.
Bei einem herkömmlichen Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial tritt eine Hysterese der Spannungs-Transmissions-Charakteristik auf, die Schwierigkeiten bei Graustufenanzeige hervorruft. Hysterese ist ein Effekt, gemäß dem sich das Transmissionsvermögen im Verlauf einer Spannungserhöhung und im Verlauf einer Spannungserniedrigung voneinander unterscheiden. Wenn Hysterese existiert, verbleibt Information, wie sie im Inhalt eines Bilds auftrat, bei Graustufenanzeige. D.h., dass die Tendenz besteht, dass ein Bildverbleibeffekt auftritt, was die Qualität des Bildinhalts beeinträchtigt.
Als einer der Gründe, die bei einem Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial zu Hysterese führen, besteht der Aufbau des Verbundmaterials, gemäß dem der Flüssigkristall in der Polymermatrix dispergiert und festgehalten ist. D.h., dass angenommen wird, dass Hysterese aufgrund der Wechselwirkung des Flüssigkristalls existiert, der in gesonderter Form in der Polymermatrix existiert. Die Stärke der Hysterese wird durch die elastische Energie, wie sie im in der Polymermatrix festgehaltenen Flüssigkristall eingespeichert ist, elektrische Energie, wie sie durch ein von außen angelegtes elektrisches Feld erzeugt wird, und Energie bestimmt, die auf der Wechselwirkung des Flüssigkristalls beruht, der in getrennter Form in der Polymermatrix existiert. Demgemäß kann die Hysterese dadurch verringert werden, dass das Gleichgewicht der Energien optimiert wird, und selbst bei Graustufenanzeige kann eine hervorragende Anzeige erhalten werden, bei der kein Bildverbleibeffekt vorliegt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Flüssigkristallelement mit hohem Kontrastverhältnis, hoher Helligkeit und ausgezeichnetem Ansprechverhalten zu schaffen, das Hysterese verringern kann. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein optisches Flüssigkristallelement zu schaffen, das unter Verwendung eines herkömmlichen, bei TN-Elementen verwendeten aktiven Elements und einer herkömmlichen Ansteuerschaltung betrieben werden kann.
Wichtige Faktoren zum Bestimmen des oben genannten Energiegleichgewichts sind der mittlere Teilchendurchmesser R des im Polymermaterial dispergierten und festgehaltenen Flüssigkristalls, die Form der Flüssigkristallteilchen, die (spezifische) Dielektrizitätskonstante und die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; des Flüssigkristalls, die Elastizitätskonstante des Flüssigkristalls, die Elastizitätsmodulwerte und die dielektrische Konstante der Polymermatrix usw. Für eine Optimierung zum Lösen der oben genannten Aufgabe sollte diese Optimierung unter Berücksichtigung der Tatsache ausgeführt werden, dass das Energiegleichgewicht in engem Zusammenhang mit der Spannungs-Transmissions-Charakteristik des Elements und den dynamischen Eigenschaften (Ansprechverhalten) des Flüssigkristalls steht.
Beim Betrachten des Energiegleichgewichts sind die elastischen Eigenschaften der Polymermatrix wichtig, wenn es darum geht, Stabilität bei der Anordnung des Flüssigkristalls zu erhalten. Wenn die Polymermatrix einen ausreichend großen Elastizitätsmodul in Vergleich mit der Elastizitätskonstante des verwendeten Flüssigkristalls aufweist (d.h., dass die Matrix ausreichend härter als der Flüssigkristall ist), tritt nur wenig Verformung der Matrix auf, wenn der Flüssigkristall beim Anlegen eines elektrischen Felds umorientiert wird. Demgemäß wird die Anordnung des Flüssigkristalls ausschließlich durch die elektrischen Eigenschaften und die elastische Energie des Flüssigkristalls selbst bestimmt, wobei die Form der Flüssigkristallteilchen bei fehlendem elektrischen Feld erhalten bleibt.
Andererseits wird dann, wenn die Matrix selbst beim Umorientieren des Flüssigkristalls durch Anlegen eines elektrischen Felds verformt wird, die Anordnung des Flüssigkristalls durch die elektrische Energie und die elastische Energie des Flüssigkristalls selbst und die elastische Energie der Matrix bestimmt. Im allgemeinen beträgt die Elastizitätskonstante des Flüssigkristalls ungefähr 10&supmin;¹¹ N und der mittlere Durchmesser der Flüssigkristallteilchen liegt in einem Bereich von ungefähr 1 µm&supmin;³ µm. Demgemäß trägt, wenn der Elastizitätsmodul der Matrix ungefähr 10&sup7; N/m² oder weniger beträgt, die Verformung der Matrix zu einer Erhöhung der elastischen Energie bei. Bei einer derartigen weichen Matrix erfolgt die Umorientierung des Flüssigkristalls mit einer Verformung der Matrix, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird.
Als Faktor, der Hysterese verursacht, wird angenommen, dass eine Änderung der Anordnung des Flüssigkristalls in jedem der Flüssigkristallteilchen zu einer großen Änderung der Dielektrizitätskonstante dieses Teils führt. Die Änderung der Dielektrizitätskonstante bewirkt eine Änderung des elektrischen Felds im Bereich anderer Flüssigkristallteilchen. Demgemäß ist die Anordnung der im System verteilten Flüssigkristallteilchen nicht in erster Linie durch eine von außen angelegte Spannung bestimmt. Vom obigen Standpunkt her ist es erwünscht, dass die Form der Matrix geändert werden kann, wenn sich die Anordnung des Flüssigkristalls ändert. D.h., dass es bevorzugt ist, dass die Matrix weich ist. In einer ausreichend harten Matrix ist die Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und der Matrix festgelegt. Demgemäß führt, wenn die Stärke des angelegten elektrischen Felds erhöht wird, eine schnelle Änderung der Anordnung (Freederickszübergang) zu einer bestimmten Stärke des elektrischen Felds. Wenn eine derartige Änderung hervorgerufen wird, tritt eine große Änderung der Dielektrizitätskon stante auf, woraus sich Hysterese ergibt.
Andererseits ist es in einer ausreichend weichen Matrix schwierig, für eine schnelle Änderung der Anordnung des Flüssigkristalls zu sorgen, und die Verformung der Matrix sorgt für eine stabile Anordnung des Flüssigkristalls, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, wodurch sich die Hysterese verringert. Ferner erfolgen in einer ausreichend weichen Matrix eine Änderung der Anordnung des Flüssigkristalls und eine Verformung der Matrix durch Anlegen geringer elektrischer Energie von außen. Demgemäß besteht der Vorteil, dass eine Verringerung der Hysterese und ein Ansteuern eines Flüssigkristallanzeigeelements mit niedriger Spannung gleichzeitig auf einfache Weise erzielt werden können.
Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist es bevorzugt, dass der Elastizitätsmodul des die Matrix bildenden Polymermaterials bei 20ºC 3 x 10&sup7; N/m² oder weniger, bevorzugter 1,5 x 10&sup7; N/m² oder weniger beträgt.
Wenn der Elastizitätsmodul der Matrix übermäßig klein ist, besteht das Problem, dass die Struktur der Matrix instabil wird oder dass beim An- oder Ausschalten des elektrischen Felds keine ausreichende Energie zum Wiederherstellen der Anordnung des Flüssigkristalls erzielbar ist. D.h., dass der Elastizitätsmodul der Matrix eine Untergrenze von 1 x 10³ N/m² bei 40ºC aufweist. Wenn die Matrix bei normaler Raumtemperatur verwendet wird, liegt der Elastizitätsmodul im Temperaturbereich von 20ºC-40ºC im Bereich von 3 x 10&sup7; N/m² bis 1 x 10³ N/m². Insbesondere ist ein Elastizitätsmodul von 5 10³ N/m² oder mehr bevorzugt.
Um eine Verringerung der Hysterese in einem praxisgerechten Temperaturbereich zu erzielen, sollte die Glasübergangstemperatur der Matrix aus reichend niedriger als der nutzbare Temperaturbereich sein. Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass die Temperatur, bei der der Verlustmodul maximal wird (Spitzenwert), wie er aus dem Glasübergang der Hauptkette des die Polymermatrix des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials bildenden Polymermaterial ergibt, niedriger als der nutzbare Temperaturbereich ist. Es ist im allgemeinen bevorzugt, dass die Temperatur, bei der der Verlustmodul maximal wird, 0ºC oder weniger beträgt.
Das oben genannte Polymermaterial ist ein Polymermaterial, das keinen Flüssigkristall enthält. Bei der Definition ist der Elastizitätsmodul ein dynamischer Speichermodul, der durch viskoelastische Messung erhalten wird, wobei eine dynamische Spannung (eine Sinuswelle, 11 Hz) von 1% oder weniger an eine Materialprobe angelegt wird, um eine Zugspannung zu erzeugen, wobei die Temperaturanstiegsrate 3ºC/min. beträgt.
Der polymere Anteil der Polymermatrix kann nur aus einem Polymer bestehen, oder er kann durch den Flüssigkristall aufgequollen werden. Im allgemeinen bewegt sich dann, wenn das Polymermaterial durch den Flüssigkristall aufgequollen wird, die Glasübergangstemperatur des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials zu einem niedrigen Temperaturbereich im Vergleich zum Fall, in dem nur das Polymermaterial verwendet wird, und es verringert sich auch der Absolutwert des Elastizitätsmoduls. Demgemäß wird als die Matrix bildendes Material ein Polymermaterial verwendet, das den oben genannten Bereich erfüllt, und ferner sollte ein Aufquellen des Polymermaterials durch den Flüssigkristall genutzt werden, so dass eine weitere Feinkontrolle des Elastizitätsmoduls der Matrix möglich ist. Die Menge des zum Aufguellen des Polymers in der Matrix verwendeten Flüssigkristalls variiert abhängig vom verwendeten Flüssigkristallmaterial und vom verwendeten Polymermaterial. Im allgemeinen kann der Flüssigkristall in einem Bereich von 0% bis einigen 10 Gewichts-% bezogen auf das aufzuquellende Polymermaterial verwendet werden.
Demgemäß sollte der Elastizitätsmodul der durch den Flüssigkristall aufgequnlienen Matrix in einem Bereich liegen, der niedriger als der Elastizitätsmodul einer Matrix ist, in der nur das Polymermaterial verwendet ist (genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass der Wert bei 20ºC 8 x 10&sup6; N/m² und bevorzugter 4 x 10&sup6; N/m² oder weniger beträgt). Ferner weist der Elastizitätsmodul der Matrix vorzugsweise eine Untergrenze von 10³ N/m² oder mehr bei 40ºC, bevorzugter von 2 x 10³ N/m² oder mehr auf. Ferner ist es bevorzugt, dass die Temperatur des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials, bei der der Verlustmodul der durch den Flüssigkristall aufgequollenen Matrix maximal wird, -5ºC oder weniger beträgt.
Andererseits kann die Glasübergangstemperatur dadurch verringert werden, dass in das Polymermaterial eine Verbindung wie -Si(CH&sub3;)&sub2;-O-)n- (Polysiloxanstruktur) oder -C&sub6;H&sub1;&sub2;- (Hexamethylenstruktur) oder dergleichen eingebaut wird. Alternativ kann eine derartige Struktur in einem Teil des verwendeten Polymermatenais vorhanden sein.
Ferner wird vorzugsweise eine aushärtbare Verbindung mit 1-10 funktionellen Gruppen pro 1 Molekül ausgewählt. Ferner wird, um Stabilität der Struktur zu erzielen, vorzugsweise ein Polymer mit 2 bis 6 funktionellen Gruppen mit einer Menge von 5%-Prozent oder mehr bezogen auf das gesamte die Polymermatrix bildende Matrixmaterial verwendet. Ferner sollten zum Einstellen des Durchmessers der Flüssigkristallteilchen, der Verteilung des Durchmessers der Teilchen, der Dichte der Teilchen usw. im Flüssigkristall- Polymer-Verbundmaterial zwei oder mehr aushärtbare Verbindungen mit verschiedenen Molekulargewichten gemischt werden, wobei das Verhältnis des größten Molekulargewichts zum kleinsten Molekulargewicht 1,5 oder mehr beträgt.
Als Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall- Polymer-Verbundmaterials werden eine aushärtbare Verbindung oder aushärtbare Verbindungen, die dem oben genannten Bereich physikalischer Eigenschaften nach dem Aushärten genügen, und ein Flüssigkristallmaterial gleichmäßig gelöst, um dadurch beim Aushärten der aushärtbaren Verbindung eine Phasentrennungsstruktur aus dem Flüssigkristall und der Polymermatrix auszubilden. In diesem Fall ist es mzglich, die Eigenschaften der Matrix und das Lösungsgleichgewicht des Systems vor und nach dem Aushärten dadurch zu kontrollieren, dass in geeigneter Weise andere aushärtbare Verbindungen und/oder ein Reaktionsstarter eingemischt werden. Insbesondere ist es erwünscht, eine durch Licht aushärtbare Vinylverbindung zu verwenden, um eine Phasentrennungsstruktur dadurch auszubilden, dass Licht eingestrahlt wird, und zwar aus den beiden Gesichtspunkten der Struktureinstellung und der Verarbeitbarkeit her. In diesem Fall ist es erwünscht, eine Acrylverbindung zu verwenden, insbesondere eine Verbindung mit einer Acrylgruppe als funktioneller Gruppe.
Es ist besonders wichtig, dass die Dielektrizitätskonstante und die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; des Flüssigkristalls sowie die Dielektrizitätskonstante der Polymermatrix im Gleichgewicht stehen, um die Hysterese zu verringern, wie sie sich aus der Tatsache ergibt, dass die Flüssigkristallteilchen in der Polymermatrix dispergiert sind. Ferner ist auch die Form der Flüssigkristallteilchen ein wichtiger Faktor. Wenn das Gleichgewicht zwischen den oben genannten Faktoren und anderen Faktoren berücksichtigt wird, kann das Funktionsvermögen des optischen Elements oder des Anzeigeelements verbessert werden. Es ist bevorzugt, dass die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; des verwendeten Flüssigkristalls der folgenden Beziehung genügt:
5 < Δ&epsi; < 13
Der Wert Δ&epsi; ist eine Größe, die sowohl mit der Hysterese als auch der Ansteuerspannung in Beziehung steht, wobei die Obergrenze der Größe durch die Größe der Hysterese bestimmt ist und die Untergrenze durch die Ansteuerspannung bestimmt ist. Die oben genannte Bedingung ist betreffend das herkömmliche Wissen zu herkömmlichen TN-Flüssigkristallanzeigeelementen, gemäß dem die Ansteuerspannung umso niedriger ist, je größer der Wert von Δ&epsi; ist, offensichtlich von Nachteil. Jedoch gilt eine derartige Betrach tungsweise für ein herkömmliches TN-Flüssigkristallanzeigeelement, bei dem die Ansteuerspannung umgekehrt proportional zur Quadratwurzel von Δ&epsi; ist, nicht in einem System, bei dem die Flüssigkristallteilchen dispergiert sind, da die Verteilung der Spannung in einem Flüssigkristallteil und einem Matrixteil abhängig von der Anordnung des Flüssigkristalls variiert. Beim erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial beeinflusst Δ&epsi; die Ansteuerspannung nicht stark. Wenn Δ&epsi; so festgelegt wird, dass es größer als 5 ist, wird die Ansteuerspannung durch Verringern von Δ&epsi; nicht extrem hoch.
Es ist bevorzugt, dass die Dielektrizitätskonstante &epsi;m des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials bei einer niedrigen Spannung, die ausreichend niedriger als die Schwellenspannung ist, und die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; des verwendeten Flüssigkristalls die folgende Beziehung einhalten:
Δ&epsi; < 1,45 &epsi;m,
um die Hysterese zu verringern.
Wenn Δ&epsi; diesen Bereich überschreitet, bewirkt eine Bewegung des Flüssigkristalls in einem einzelnen Flüssigkristallteilchen eine große Änderung der Dielektrizitätskonstante in diesem Teilchen. Im Ergebnis wird eine große Änderung des elektrischen Felds um das Teilchen herum erzeugt, wodurch die elektrische Wechselwirkung zwischen Flüssigkristallteilchen, die der Hauptfaktor ist, der Hysterese hervorruft, groß wird. Der Wert &epsi;m ist eine Größe, die mit der Dielektrizitätskonstante der Polymermatrix in Beziehung steht. Wenn die Dielektrizitätskonstante der Polymermatrix zunimmt, nimmt die Dielektrizitätskonstante &epsi;m des Flüssigkristall-Polymermatrix- Verbundmaterials zu, wodurch sich der verfügbare Bereich von Δ&epsi; vergrößert.
Als Flüssigkristall für die Erfindung kann ein nematischer Flüssigkristall oder ein smektischer Flüssigkristall verwendet werden. Jedoch ist die Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls bevorzugt. Zum nematischen Flüssigkristall kann teilweise ein colesterischer Flüssigkristall hinzugefügt werden, oder es kann ein dichroitischer Farbstoff oder ein gewöhnlicher Farbstoff hinzugefügt werden. Ferner können ein Viskositätseinstellstoff, ein Abstandshalter wie Aluminiumoxidteilchen, Glasfasern oder dergleichen oder ein Zusatzstoff hinzugefügt werden.
Die Brechungsindexanisotropie Δn des Flüssigkristalls ist ebenfalls ein wesentlicher Faktor bei der Bestimmung der elektrooptischen Eigenschaften. Um starke Streufunktion in einem Zustand zu erhalten, in dem kein elektrisches Feld angelegt ist, ist es bevorzugt, dass die Brechungsindexanisotropie des verwendeten Flüssigkristalls 0,18 oder mehr, bevorzugter 0,20 oder mehr beträgt.
Bei der Erfindung wird das Transmissionsvermögen im Lichttransmissionszustand vorzugsweise dadurch erhöht, dass der Brechungsindex des Flüssigkristalls in Übereinstimmung mit dem der Polymermatrix gebracht wird, wenn eine Spannung anliegt. Dazu wird ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie verwendet, so dass der ordentliche Brechungsindex (n&sub0;) des Flüssigkristalls im wesentlichen mit dem Brechungsindex der Polymermatrix übereinstimmt. Dann ist beim Anlegen von Spannung ein Zustand mit hoher Transmission erzielbar. Genauer gesagt, ist es bevorzugt, die Beziehung n&sub0;-0,03 < np < n&sub0; + 0,05 zu erfüllen.
Es ist bevorzugt, dass der in der Polymermatrix dispergierte und festgehaltene Flüssigkristall aus voneinander unabhängigen Flüssigkristallteilchen oder aus teilweise in Verbindung stehenden Flüssigkristallteilchen besteht. Ein Flüssigkristall dieser Art wirkt effektiv so, dass er für Eigenschaften mit hoher Streuung und hohem Transmissionsvermögen bei niedriger Ansteuerspannung sorgt. An der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und dem Polymermaterial ergibt sich ein Streueffekt. Eine größere Fläche an der Grenze verbessert die Streueigenschaften.
Wenn die Oberfläche an der Grenze bei einem bestimmten mittleren Teilchendurohmesser der Flüssigkristallteilchen zu erhöhen ist, ist es wichtig, dass die Menge an Flüssigkristall gesondert von der des Polymermaterials erhöht wird, d.h., dass die Dichte der Flüssigkristallteilchen groß gemacht wird. Wenn jedoch die Menge an Flüssigkristall gesondert vom Polymermaterial groß gemacht wird, treten einige Flüssigkristallteilchen miteinander in Verbindung und schließlich stehen alle Flüssigkristallteilchen miteinander in Verbindung. Ein derartiger Aufbau des Flüssigkristalls verringert die Streuungseigenschaften, da die Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und der Polymermatrix, die voneinander getrennt sind, verschwindet.
Ferner ist es wichtig, die Steuerspannung abzusenken, damit der gesondert in der Polymermatrix festgehaltene Flüssigkristall ein im wesentlichen gleiches elektrisches Ansteuerfeld aufweist. Zu diesem Zweck sollte zwischen dem Flüssigkristall und der Polymermatrix eine deutliche Grenze vorliegen. Der Verlust der Grenzfläche führt zu einer Streuung des elektrischen Ansteuerfelds, wodurch die Tendenz besteht, dass sich das Kontrastverhältnis verringert und die Ansteuerspannung zunimmt. Daher ist es bevorzugt, dass der in der Polymermatrix dispergierte und festgehaltene Flüssigkristall aus unabhängigen Teilchen oder teilweise miteinander verbundenen Teilchen in einem Zustand hoher Dichte besteht.
In der vorstehenden Erläuterung ist die Verwendung eines einzelnen optischen Flüssigkristallelements erläutert. Wenn jedoch drei Flüssigkristallanzeigeelemente für eine Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung verwendet werden, bei der dafür gesorgt ist, dass drei Arten von Lichtstrahlen (R, G und B) durch jeweils ein Flüssigkristallanzeigeelement laufen, sollten die Eigenschaften der jeweiligen Flüssigkristallelemente für jede Farbe dadurch gleichmäßig eingestellt werden, dass die Größe des Flüssigkristalls, der Zwischensubstratabstand, der Brechungsindex des Flüssigkristalls usw. eingestellt werden.
Um die Streueigenschaften ohne anliegendes elektrisches Feld zu verbessern, ist es wirkungsvoll, den Volumenanteil Φ des Flüssigkristalls zu erhöhen, der im Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial betreibbar ist. Es ist ein Bereich von Φ > 20% bevorzugt. Um stärkere Streueigenschaften zu erzielen, ist es bevorzugt, dass Φ > 35%, bevorzugter Φ > 45% gilt. Andererseits wird die Stabilität der Struktur des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials beeinträchtigt, wenn der Wert Φ übermäßig hoch wird. Demgemäß ist es bevorzugt, dass Φ < 70% gilt.
Beim erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement ist es bevorzugt, dass der ordentliche Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls im wesentlichen mit dem Brechungsindex der Polymermatrix übereinstimmt. In diesem Fall zeigt sich ein Streuungszustand (d.h. ein undurchsichtiger Zustand) aufgrund einer Differenz zwischen den Brechungsindizes des Flüssigkristalls, der nicht zwangsweise in der Richtung normal zum Substrat ausgerichtet ist, und der Polymermatrix ohne angelegtes elektrisches Feld. Demgemäß wird Licht durch einen Teil des optischen Flüssigkristallelements gestreut, in dem keine Elektrode liegt. Wenn dieses optische Flüssigkristallelement für ein Projektionsanzeigegerät verwendet wird, sieht ein anderer Teil als der der Bildelemente dunkel aus, da Licht den Projektionsschirm nicht erreicht, ohne dass eine Lichtabschirmungsschicht in diesem Teil vorliegen würde. Um zu verhindern, dass Licht von irgendeinem anderen Teil des optischen Flüssigkristallelements als den Bildelementelektroden ausleckt, ist es nicht erforderlich, eine Lichtabschirmungsschicht für einen anderen Teil als den der Bildelementelektroden anzubringen. Demgemäß besteht der Vorteil, dass ein Schritt zum Herstellen einer Lichtabschirmungsschicht überflüssig ist.
An ein gewünschtes Bildelement wird ein elektrisches Feld angelegt. In demjenigen Bildelementbereich, an den das elektrische Feld angelegt ist, wird der Flüssigkristall in die Richtung des Felds ausgerichtet, so dass der ordentliche Brechungsindex (n&sub0;) des Flüssigkristalls und der Brechungsindex (np) der Polymermatrix miteinander übereinstimmen. Demgemäß zeigt das Flüssigkristallanzeigeelement einen transparenten Zustand und Licht wird durch gewünschte Bildelemente durchgelassen, um dadurch für eine helle Anzeige auf einem Projektionsschirm zu sorgen.
Wenn die aushärtbare Verbindung während des Aushärtschritts ausgehärtet wird, während eine ausreichend hohe Spannung nur an einen speziellen Teil des Elements angelegt wird, wird dieser Teil so ausgebildet, dass er normalerweise den Lichttransmissionszustand aufzeigt. Demgemäß kann dann, wenn ein Teil mit festgelegter Anzeige herzustellen ist, ein derartiger, normalerweise transparenter Teil ausgebildet werden.
Beim erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelement kann eine farbige Anzeige dadurch erzielt werden, dass ein Farbfilter bereitgestellt wird. Farbfilter mit drei verschiedenen Farben können in einem einzelnen Flüssigkristallanzeigeelement bereitgestellt werden, oder es kann ein Farbfilter für eine spezielle Farbe in einem einzelnen Flüssigkristallanzeigeelement bereitgestellt werden und es werden drei Flüssigkristallanzeigeelemente mit verschiedenfarbigen Filtern in Kombination verwendet. Das Farbfilter kann an der Elektroden tragenden Fläche des Substrats oder an der Außenseite des Substrats vorhanden sein.
Ferner kann in das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial ein Farbstoff, ein Pigment oder dergleichen eingemischt werden, um eine Farbanzeige zu erzielen.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Grundaufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements zeigt; und
Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Grundaufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Projektionsanzeigegeräts mit Aktivmatrix zeigt.
Nun werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Flüssigkristallanzeigeelements und eines Flüssigkristall-Projektionsanzeigegeräts gemäß der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeelements zeigt, in dem ein Aktivmatrixsubstrat verwendet ist.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Flüssigkristallanzeigeelement, die Zahl 2 kennzeichnet ein Substrat wie ein solches aus Glas, Kunststoff oder dergleichen, das als Aktivmatrixsubstrat verwendet wird, die Zahl 3 bezeichnet eine Bildelementelektrode wie eine solche aus ITO (In&sub2;O&sub3;- SnO&sub2;), SnO&sub2; oder dergleichen, die Zahl 4 bezeichnet ein aktives Element wie einen Transistor, eine Diode, ein nichtlineares Widerstandselement oder dergleichen, die Zahl 5 bezeichnet ein Substrat wie ein solches aus Glas, Kunststoff oder dergleichen, das als Gegenelektrodensubstrat verwendet ist, die Zahl 6 bezeichnet eine Gegenelektrode wie eine solche aus ITO, SnO&sub2; oder dergleichen, und die Zahl 7 bezeichnet ein Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial, das zwischen die Substrate eingefügt ist.
Die Fig. 2 ist ein Diagramm, die ein Ausführungsbeispiel eines Flüssigkristall-Projektionsanzeigegeräts zeigt, bei dem das in Fig. 1 dargestellte Flüssigkristallanzeigeelement verwendet ist.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 11 eine Projektionslichtquelle, die Zahl 12 bezeichnet ein Flüssigkristallanzeigeelement, die Zahl 13 bezeichnet ein optisches Projektionssystem mit Elementen wie einer Linse, einer Blende usw., und die Zahl 14 bezeichnet einen Projektionsschirm. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das optische Projektionssystem eine Blendeneinrichtung oder einen Ausblendfleck 15, wie von einer perforierten Platte gebildet, eine Fokussierlinse 16 und eine Projektionslinse 17.
Wenn ein Dreipolelement wie ein TFT (Dünnfilmtransistor) als aktives Element verwendet wird, kann eine durchgehende Elektrode (gesamte Oberfläche), die allen Bildelementen gemeinsam ist, als Gegenelektrodensubstrat angeordnet werden. Im Fall der Verwendung eines Zweipolelements wie eines MIM-Elements oder einer PIN-Diode wird das Gegenelektrodensubstrat jedoch mit einem streifenförmigen Muster versehen.
Im Fall der Verwendung eines TFT als aktives Element ist Silicium als Halbleitermaterial geeignet. Polykristallines Silicium ist besonders bevorzugt, da es geringere Photoempfindlichkeit als amorphes Silicium aufweist und demgemäß selbst dann kein fehlerhafter Betrieb verursacht wird, wenn Licht von einer Lichtquelle nicht durch einen Lichtabschirmungsfilm abgeschirmt wird, oder wenn eine dünne Lichtabschirmungsschicht für das aktive Element vorhanden ist. Im Fall der Verwendung von polykristallinem Silicium für das erfindungsgemäße Flüssigkristall-Projektionsanzeigegerät kann eine starke Projektionslichtquelle verwendet werden und es ist eine helle Anzeige erzielbar.
Im Fall eines herkömmlichen optischen TN-Flüssigkristallelements wird zwischen Bildelementen häufig ein Lichtabschirmungsfilm ausgebildet, um das Auslecken von Licht aus dem Bereich zwischen den Bildelementen zu unterdrücken, und ein Lichtabschirmungsfilm kann am aktiven Element gleichzeitig mit dem Herstellen des Lichtabschirmungsfilms zwischen den Bildelementen hergestellt werden. Demgemäß hat die Herstellung des Lichtabschirmungsfilms für die aktiven Elemente keinen wesentlichen Einfluss auf die gesamten Schritte. D.h., dass dann, wenn polykristallines Silicium für das aktive Element verwendet wird und kein Lichtabschirmungsfilm für den Bereich mit aktiven Elementen hergestellt wird, die Anzahl von Schritten nicht gegenüber der verringert werden kann, die dazu erforderlich ist, einen Lichtabschirmungsfilm im Bereich zwischen Bildelementen herzustellen.
Dagegen ist es bei der Erfindung bevorzugt, dass, wie oben beschne ben, ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial verwendet wird, bei dem der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem ordentlichen Brechungsindex (n&sub0;) des verwendeten Flüssigkristalls übereinstimmt. Demgemäß erscheint, wenn Licht in einem Bereich gestreut wird, an dem kein elektrisches Feld anliegt, dieser Bereich auf dem Projektionsschirm dunkel. Demgemäß ist es nicht erforderlich, einen Lichtabschirmungsfilm im Bereich zwischen Bildelementen herzustellen. Daher ist es im Fall der Verwendung von polykristallinem Silicium als aktives Element nicht erforderlich, einen Lichtabschirmungsfilm im Bereich der aktiven Elemente herzustellen, und demgemäß kann der Schritt des Herstellens des Lichtabschirmungsfilms weggelassen werden, wodurch die Produktivität verbessert ist.
Selbst im Fall der Verwendung amorphen Siliciums kann, wenn ein Lichtabschirmungsfilm auf dem Halbleiterbereich ausgebildet wird, das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement verwendet werden.
Ferner sind die verwendeten Elektroden im allgemeinen transparente Elektroden. Im Fall der Verwendung der Elektroden für ein Flüssigkristall anzeigegerät vom Reflexionstyp kann jedoch eine reflektierende Elektrode aus einem Material wie Cr, Al oder dergleichen verwendet werden.
Bei einem Flüssigkristallanzeigeelement und einem Flüssigkristallanzeigegerät gemäß der Erfindung kann ein Infrarotsperrfilter oder ein UV- Sperrfilter oder dergleichen in Laminatform verwendet werden, oder Buchstaben, Figuren oder dergleichen können aufgedruckt werden oder es können mehrere optische Flüssigkristallelemente verwendet werden.
Ferner kann bei der Erfindung eine schützende Platte wie eine Glasplatte, eine Kunststoffplatte oder dergleichen auf das optische Flüssig kristallelement aufgelegt oder an dessen Außenseite angebracht werden. Die Schutzplatte verringert die Gefahr einer Zerstörung des optischen Elements, wenn die Oberfläche des Elements einen Stoß erfährt, wodurch die Sicherheit des optischen Elements erhöht ist.
Im Fall der Verwendung einer durch Licht härtbaren Verbindung als härtbare Verbindung, die das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial bei der Erfindung bildet, wie oben beschrieben, wird vorzugsweise eine durch Licht härtbare Vinylverbindung verwendet.
Genauer gesagt, kann beispielsweise eine durch Licht härtbare Acrylverbindung verwendet werden.
Wenn eine durch Licht härtbare Verbindung verwendet wird, ist es bevorzugt, diese durch Licht härtbare Verbindung im Flüssigkristall gleichmäßig aufzulösen. Das ausgehärtete Material kann nach der Belichtung nicht gelöst werden, oder es ist nur schwer löslich. Wenn die oben genannte Zusammensetzung verwendet wird, ist es erwünscht, einen Flüssigkristall mit engerem Löslichkeitswert zu verwenden.
Wenn bei der Erfindung der Flüssigkristall im Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial als Lösungsmittel verwendet wird und die durch Licht härtbare Verbindung belichtet wird, ist es überflüssig, Lösungsmittel oder Wasser zu verdampfen, das beim Aushärten überflüssig würde. Demgemäß kann in diesem Fall das herkömmliche Verfahren der Herstellung mit Einspritzung des Flüssigkristalls in die Zelle verwendet werden, da die aushärtbare Verbindung in einem geschlossenem System ausgehärtet wird. Das Aushärten der härtbaren Verbindung im abgeschlossenen System sorgt für hohe Zuverlässigkeit. Diese kann ferner durch den Effekt gewährleistet werden, dass mittels der durch Licht härtbaren Verbindung die zwei Substrate verbunden werden.
Da bei der Erfindung ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial verwendet ist, ist die Möglichkeit, dass die oberen und unteren transparenten Elektroden kurzgeschlossen werden, verringerbar, und es ist nicht erforder lich, die Ausrichtung des Flüssigkristalls und des Substratabstands genau zu kontrollieren, wie es bei einem herkömmlichen TN-Anzeigeelement erforderlich ist. Demgemäß kann ein optisches Flüssigkristallelement auf wirkungsvolle Weise hergestellt werden, bei dem ein Transmissionszustand und ein Streuungszustand wirkungsvoll kontrolliert werden können.
Die Projektionslichtquelle, das optische Projektionssystem, der Projektionsschirm usw., wie bei der Erfindung verwendet, können eine herkömmlich verwendete Lichtquelle, ein optisches Projektionssystem, ein Projektionsschirm usw. sein. Es reicht aus, dass das Flüssigkristallanzeigeelement zwischen der Projektionslichtquelle und dem optischen Projektionssystem angeordnet wird. Das optische Projektionssystem kann so genutzt werden, dass Bilder von mehreren Flüssigkristallanzeigeelementen unter Verwendung eines optischen Systems synthetisiert werden und das synthetisierte Bild angezeigt wird.
Außerdem kann ein Kühlsystem hinzugefügt werden oder es kann eine Fernsehkanal-Anzeigevorrichtung wie eine LED oder dergleichen hinzugefügt werden.
Insbesondere kann im Fall der Verwendung einer Projektionsanzeige eine Vorrichtung zum Verringern von Diffusionslicht, z.B. eine Blende oder ein Ausblendfleck, wie durch die Zahl 15 in Fig. 2 gekennzeichnet, im optischen Pfad angeordnet werden, damit das Kontrastverhältnis der Anzeige erhöht werden kann. D.h., dass es hinsichtlich der Vorrichtung zum Verringern von Streulicht bevorzugt ist, eine solche Vorrichtung zu verwenden, bei der unter einfallenden Lichtstrahlen, die durch das optische Flüssigkristallelement hindurchlaufen, gerade durchlaufendes Licht (Licht, das durch Teile gelaufen ist, in denen sich die Bildelemente im transparenten Zustand befinden) verwendet werden, während nicht geradeauslaufende Lichtstrahlen (Licht, das in Teilen gestreut wird, in dem sich das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial im Streuungszustand befindet) gelöscht wird. Insbesondere ist eine Vorrichtung bevorzugt, die das geradeauslaufende Licht nicht verringert, jedoch das Streulicht (das nicht geradeauslaufende Licht) verringert.
Fig. 2 zeigt ein konkretes Beispiel für eine Vorrichtung zum Verringern von Streulicht. Die Vorrichtung besteht aus einem Flüssigkristallanzeigeelement und einem optischen Projektionssystem, genauer gesagt, einem Flüssigkristallanzeigeelement 12, einer Fokussierlinse 16, einer Blende oder einer Fleckblende 15, die eine perforierte Platte sein kann, und einer Projektionslinse 17.
Im Betrieb der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung läuft von der Projektionslichtquelle emittiertes Licht durch das Flüssigkristallanzeigeelement 12. Unter den durch das Anzeigeelement 12 laufenden Lichtstrahlen werden im Einfallslicht geradeauslaufende Lichtstrahlen durch die Fokussierlinse 16 gesammelt; das gesammelte Licht wird durch die Blende oder die Fleckblende 15 geführt und durch die Projektionsimse 17 auf den Projektionsschirm gestrahlt. Andererseits läuft Licht, das nicht geradeaus läuft und am Flüssigkristallanzeigeelement 12 gestreut wird, selbst dann nicht durch die Blende oder Fleckblende 15, wenn es durch die Fokussierlinse 16 gesammelt wird. Demgemäß wird kein gestreutes Licht projiziert und das Kontrastverhältnis kann verbessert werden.
Als anderes Ausführungsbeispiel wird ein Spiegel mit kleiner Oberfläche schräg an derselben Position, anstelle der Blende oder der Fleckblende 15, angeordnet. Durch den Spiegel reflektiertes Licht wird durch eine Projektionslinse, die auf der optischen Achse des Spiegels liegt, projiziert. Ferner kann eine Fleckblende oder ein Spiegel oder dergleichen an einer Position angeordnet sein, an der Lichtstrahlen durch eine Projektionslinse fokussiert werden, ohne dass die Fokussierlinse verwendet wird.
Die Brennweite oder der Durchmesser einer Projektionslinse können geeignet gewählt werden, um Streulicht zu beseitigen, ohne dass eine speziell angeordnete Blende verwendet wird.
Ferner kann ein Mikrolinsensystem verwendet werden. Genauer gesagt, kann eine Kombination aus einem Mikrolinsenarray und einem Fleckblendenarray, bei dem feine Löcher arrayförmig ausgebildet sind, auf der Seite des optischen Projektionssystems in bezug auf das Flüssigkristallanzeigeelement angeordnet werden, um dadurch überflüssiges Streulicht zu entfernen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Gesamtgröße des Projektionsanzeigege räts verringert wird, da die zum Entfernen von Streulicht erforderliche Länge des optischen Pfads merklich verkürzt werden kann. Um die optische Pfadlänge zu verkürzen, ist die Anbringung eines Streulicht-Beseitigungssystems, wobei es sich um die Vorrichtung zum Verringern von Streulicht im optischen Projektionssystem handelt, ein wirkungsvoller Weg. Der Aufbau eines Projektionsanzeigegeräts, bei dem ein Streulicht-Beseitigungssystem im optischen Projektionssystem angebracht ist, ist einfacher als ein Aufbau, bei dem ein optisches Projektionssystem und ein Streulicht-Beseitigungssystem unabhängig voneinander angeordnet sind, wodurch die Gesamtgröße des Geräts verringert werden kann.
Diese Systeme können in Kombination mit einem Spiegel, einem dichroitischen Spiegel, einem Prisma, einem dichroitischen Prisma, einer Linse usw. verwendet werden, um ein Bild zu synthetisieren und ein Farbbild anzuzeigen. Ferner ist ein Farbbild dadurch erzielbar, dass das optische System mit einem Farbfilter kombiniert wird.
Das Verhältnis zwischen der Streulichtkomponente und der Komponente des geradeauslaufenden Lichts, das den Projektionsschirm erreicht, kann dadurch kontrolliert werden, dass der Durchmesser der Fleckblende oder des Spiegels und die Brennweite der Linse eingestellt werden, so dass ein gewünschtes Anzeigekontrastverhältnis und eine helle Anzeige erzielt werden können.
Wenn die Vorrichtung zum Verringern von Streulicht, wie in Fig. 2 dargestellt, verwendet wird, sollte Licht, das von der Projektionsuchtquelle in das Flüssigkristallanzeigeelement eintritt, parallel sein, um die Anzeigehelligkeit zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, eine Projektionslichtquelle dadurch aufzubauen, dass eine Lichtquelle, die hohe Helligkeit liefern kann (wobei es sich um eine Punktlichtquelle handeln sollte, ein konkaver Spiegel, eine Kondensorlinse usw. kombiniert werden.
Die Beschreibung erfolgte hauptsächlich hinsichtlich eines Anzeigegeräts vom Transmissionstyp. Jedoch ist die Erfindung auch auf ein Flüssigkristallanzeigegerät vom Reflexionstyp anwendbar, bei dem ein kleiner Spiegel anstelle einer Fleckblende angeordnet ist, um nur erforderliches Licht zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Beispielen detaillierter erläutert.

BEISPIEL 1

Ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie (Δn = 0,24, Δ&epsi; = 11,8, K33 = 15 x 10&supmin;¹² N und η = 40 cSt), zwei Arten von Acrylatmonomeren (2-Ethylhexylacrylat und 2-Hydroxyethylacrylat), ein bifunktionelles Urethanacrylatoligomer ("UX4101", hergestellt von Nippon Kayaku Company) und ein Lichthärtungsstarter wurden gleichmäßig aufgelöst, um ein unausgehärtetes Gemisch herzustellen. Der Anteil des Flüssigkristalls im Gemisch betrug 66 Gewichts-%.
Ein Aktivmatrixsubstrat mit einem TFT aus polykristallinem Silicium für jedes Bildelement sowie ein Gegenelektrodensubstrat, auf dem eine durchgehende Elektrode (gesamte Oberfläche) ausgebildet war, wurden in ihren Umfangsbereichen unter Verwendung eines Abdichtungsmaterials abgedichtet, um dadurch eine Zelle mit einem Elektrodensubstratabstand von 13 um herzustellen.
Das unausgehärtete Gemisch wurde in die Zelle eingespritzt und es wurde UV-Strahlung ausgesetzt, um es auszuhärten, um dadurch ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial herzustellen. Die Ansteuerspannung des Flüssigkristallanzeigeelements betrug ungefähr 8 V.
Wenn die Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials beim Anlegen einer Spannung (0,3 V) gemessen wurde, die niedriger als eine Schwellenspannung war, zeigte es sich, dass die Dielektrizitätskonstante bei 1 kHz ungefähr 8,2 betrug. Wenn das Flüssigkristallanzeigeelement mit einem Videosignal angesteuert wurde, wurde eine dynamische Anzeige erhalten, die selbst dann, wenn sich der Bildinhalt änderte, frei von einem Bildverbleibeffekt war.
Das Flüssigkristallanzeigeelement wurde mit einer Projektionslichtquelle und einem optischen Projektionssystem kombiniert, um ein Projektionsanzeigegerät herzustellen. Wenn ein Bild auf den Schirm projiziert wurde, betrug das Kontrastverhältnis auf demselben undgefähr 110. Der Bündelungskegelwinkel (der durch 2 tan&supmin;¹ (Φ/2f) bestimmt ist, wobei Φ der Durchmesser der Blende (Fleckblende) ist und f die Brennweite der Linse ist) des optischen Projektionssystems entsprach einem Gesamtwinkel von ungefähr 6º.
Ein Gemisch wurde dadurch hergestellt, dass der Flüssigkristall aus dem oben genannten Gemisch entfernt wurde, und UV-Strahlen wurden eingestrahlt, um das Gemisch auszuhärten, um dadurch einen Film mit einer Dicke von ungefähr 500 µm und einer Länge von ungefähr 15 mm herzustellen. Der Elastizitätsmodul (dynamischer Elastizitätsmodul) des Films wurde unter Verwendung einer Vorrichtung für viskoelastische Messungen gemessen (Modell Rheovobron DDV, hergestellt von Orientec Co.), wobei sich 5 x 10&sup6; N/m² bei 20ºC und 3 x 10&sup5; N/m²bei 40ºC ergaben. Dies zeigte eine Verringerung in linearer Form abhängig vom Temperaturanstieg. Es zeigte sich, dass die Temperatur, bei der der Verlustmodul maximal wurde, -10ºC betrug. Die Messung wurde dadurch ausgeführt, dass sinusförmige Schwingungen mit einer Frequenz von 11 Hz angelegt wurden und dynamische Spannungen von 1% oder weniger vorlagen, wenn eine Probe bei einer Temperaturanstiegsrate von 3ºC/min. gezogen wurde.

VERGLEICHSBEISPIELE 1 UND 2 SOWIE BEISPIEL 2

Ein Flüssigkristallanzeigeelement mit Aktivmatrix wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass nur das Polymermaterial geändert wurde.
Für das Vergleichsbeispiel 1 wurde das bifunktionale Urethanacrylatoligomer des Beispiels 1 in das von Toa Gosei Co. hergestellte Material "M1200" geändert. Die Ansteuerspannung für das Element betrug 9 V.
Für das Vergleichsbeispiel 2 wurde das 2-Ethylhexylacrylat, bei dem ein Teil des Monomers verschieden ist, beim Beispiel 1 durch ein bifunktionelles Acrylatmonomer ("SR640", hergestellt von Sartomer Co.) ersetzt. Die Ansteuerspannung am Element betrug 12 V.
Beim Beispiel 2 war das verwendete Oligomer teilweise verschieden von dem beim Vergleichsbeispiel 1 verwendeten, und ein Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial wurde dadurch erhalten, dass 1/3 Teile des beim Vergleichsbeispiel 1 verwendeten Oligomers "M1200" durch eine aushärtbare Verbindung mit Acroylgruppen an den beiden Enden von Dimethylsiloxan mit einem Molekulargewicht von ungefähr 3000 aufwies. Die Ansteuerspannung am Element betrug 10 V.
Das Flüssigkristallanzeigeelement wurde mit einem Videosignal angesteuert, wobei sich herausstellte, dass beim Umschalten des Bildinhalts ein Bildverbleibeffekt auftrat. Das Flüssigkristallanzeigeelement wurde mit einer Projektionslichtquelle und einem optischen Projektionssystem kombiniert, um ein Projektionsanzeigegerät herzustellen. Unter Verwendung dieses Projektionsanzeigegeräts wurde ein Bild auf einen Schirm projiziert, um das Kontrastverhältnis auf dem Schirm zu messen. Der Bündelungskegelwinkel des optischen Projektionssystems wurde hinsichtlich des Gesamtwinkels zu 6º bestimmt.
Ein Gemisch wurde dadurch hergestellt, dass der Flüssigkristall aus den oben genannten drei Gemischarten entfernt wurde. Das Gemisch wurde durch Einstrahlen von UV-Strahlung ausgehärtet, um einen Film mit einer Dicke von ungefähr 500 µm und einer Länge von ungefähr 15 mm herzustellen. Der Elastizitätsmodul des Films wurde mittels des Geräts für Viskoelastizitätsmessung bei 20ºC und 40ºC gemessen.
Es wurde die Temperatur gemessen, bei der der Verlustmodul aufgrund des Glasübergangs der Hauptkette maximal wurde. Die Messbedingungen waren dieselben wie beim Beispiel 1. Ferner wurde die Stärke (Fläche der Hystereseschleife) der Hysterese in der Spannungs-Transmissions-Charakteristik des Elements gemessen.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
In der Tabelle 1 repräsentieren "JA" und "NEIN" das Vorliegen oder Fehlen des Bildverbleibeffekts beim Ändern des Bildinhalts; N/m² repräsentiert den Elastizitätsmodul; ºC repräsentiert die Temperatur, bei der der Verlustmodul maximal wurde; und die Stärke der Hysterese ist durch das Verhältnis zur Stärke (Fläche der Hystereseschleife) der Hysterese beim Beispiel 1 repräsentiert. Der Elastizitätsmodul verringerte sich linear beim Temperaturanstieg von 20ºC auf 40ºC. Tabelle 1
Beim erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement sind Polarisations platten überflüssig, da ein Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial, das einen Streuungszustand und einen Transmissionszustand elektrisch steuert, als Flüssigkristallmaterial verwendet ist und dieses Flüssigkristall- Polymer-Verbundmaterial zwischen einem Paar Elektroden tragenden Substrate gehalten ist, um dadurch ein optisches Flüssigkristallelement zu bilden, wodurch das Transmissionsvermögen für Licht im Lichttransmissionszustand merklich verbesserbar ist.
Das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement verfügt über ein hohes Kontrastverhältnis und es sorgt selbst dann für eine Anzeige hoher Helligkeit, wenn ein herkömmlicher Ansteuerungs-IC für ein optisches TN- Flüssigkristallelement verwendet wird.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Graustufenanzeige mit deutlichen Haibtönen zu erhalten, wenn Graustufenansteuerung ausgeführt wird, und den Bildverbleibeffekt aufgrund der Hysterese zu verringern.
Demgemäß ist das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement für Projektionsanzeige geeignet, und es kann ein Projektionsanzeigegerät mit keinem oder geringem Bildverbleibeffekt, mit hoher Helligkeit und gutem Kontrastverhältnis erhalten werden. Ferner ist es möglich, die Größe einer Lichtquelle zu verringern.
Ferner ist, da es überflüssig ist, Polarisationsplatten zu verwenden, die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Eigenschaften klein und es besteht kaum Erfordernis für eine Farbkorrektur der Lichtquelle.
Ferner können mögliche Probleme aus einer Ausrichtungsverarbeitung wie einem Reibvorgang, der bei einem TN-Flüssigkristallanzeigeelement erforderlich ist, und eine Zerstörung eines aktiven Elements aufgrund der Ausrichtungsverarbeitung und bei der Verarbeitung erzeugter statischer Elektrizität vermieden werden, und die Herstellausbeute für optische Flüssigkristallelemente kann beträchtlich verbessert werden.
Da das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial nach dem Aushärten in Form eines Films vorliegt, können Probleme wie Kurzschlussbildung zwischen Substraten durch zwischen ihnen ausgeübten Druck sowie einer zerstörung der aktiven Elemente durch eine Verschiebung von Abstandshaltern minimiert werden.
Ferner hat das Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial ähnlichen spezifischen Widerstand wie er beim herkömmlichen TN-Modus vorliegt, und es muss kein großer Bildspeicherkondensator für jedes Bildelement bereitgestellt werden, wie im DS-Modus. Demgemäß kann die Konzeption aktiver Elemente vereinfacht werden und der Anteil der effektiven Bildelement-Elektrodenfläche kann erhöht werden und der Energieverbrauch des optischen Flüssigkristallelements kann klein sein.
Ferner kann die Herstellung des Elements einfach sein, da das optische Flüssigkristallelement dadurch hergestellt werden kann, dass nur dere Ausrichtungsfilm-Herstellschritt aus einem herkömmlichen Prozess zum Herstellen eines optischen TN-Flüssigkristallelements weggelassen wird.
Ein optisches Flüssigkristallelement, das ein Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial verwendet, verfügt über das Merkmal, dass die Ansprechzeit kurz ist und eine Anzeige dynamischer Bilder leicht ausgeführt werden kann. Ferner kann einfache Anwendung auf das Anzeigen einer Grauskala erfolgen, da die elektrooptischen Eigenschaften (Spannungs-Transmissions-Abhängigkeit) des optischen Flüssigkristallelements weniger streng als bei einem herkömmlichen optischen Flüssigkristallelement im TN-Modus zu sehen sind. Beim erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement ist es bevorzugt, dass der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem ordentlichen Brechungsindex des Flüssigkristalls übereinstimmt. Demgemäß wird Licht durch einen Teil gestreut, an dem kein elektrisches Feld anliegt, und dadurch existiert kein Auslecken von Licht beim Einstrahlen von Licht, selbst wenn keine Lichtabschirmungsschicht zum Ausblenden von Licht in einem anderen Teil als den Bildelementen vorhanden ist. Demgemäß ist es nicht erforderlich, eine Lichtabschirmungseinrichtung zwischen benachbarten Bildelementen anzubringen. Demgemäß kann, wenn ein aktives Element aus Polysilicium verwendet wird, eine Projektionslichtquelle hoher Helligkeit verwendet werden, ohne dass eine Lichtabschirmungsschicht für das aktive Element verwendet wird, wodurch auf einfache Weise ein Flüssigkristall- Projektionsanzeigegerät mit hoher Helligkeit erhalten werden kann. Ferner ist in diesem Fall keine Lichtabschirmungsschicht erforderlich und demgemäß kann der Herstellprozess vereinfacht werden.
Bei der Erfindung sind verschiedene Anwendungen möglich, insoweit der durch die Erfindung erzielte Effekt nicht beeinträchtigt ist.

Claims

1. Optisches Flüssigkristallelement mit einem Paar Substrate (1, 2) mit Elektroden (3, 6) und einem Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterial (7), das zwischen das Paar Substrate eingefügt ist und bei dem ein Flüssigkristall in einer Polymermatrix dispergiert und festgehalten ist, wobei der Brechungsindex der Polymermatrix im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Flüssigkristalls übereinstimmt, der entweder im Zustand mit angelegter Spannung oder ohne angelegte Spannung verwendet wird, wobei die Brechungsindizes im anderen Zustand nicht übereinstimmen, dadurch gekennzeichent, dass der Elastizitätsmodul des die Polymermatrix bildenden Materials bei 20ºC 3 x 10&sup7; N/m² oder weniger und bei 40ºC 1 x 10³ N/m² oder mehr beträgt.

2. Optisches Flüssigkristallelement nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur, bei der der Verlustmodul des die Polymermatrix bildenden Polymermaterials maximal wird, 0ºC oder weniger beträgt.

3. Optisches Flüssigkristallelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die dielektrische Anisotropie Δ&epsi; des verwendeten Flüssigkristalls der Beziehung 5 < Δ&epsi; < 13 genügt.

4. Optisches Flüssigkristallelement nach Anspruch 3, bei dem die Dielektrizitätskonstante Δ&epsi; des verwendeten Flüssigkristalls der Beziehung Δ&epsi; < 1,45 &epsi;m genügt, wobei &epsi;m die Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristall-Polymer-Verbundmaterials bei einer niedrigen Spannung ist, die ausreichend niedriger als die Schwellenspannung ist.

5. Optisches Flüssigkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der verwendete Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und der ordentliche Brechungsindex (n&sub0;) des Flüssigkristalls im wesentlichen mit dem Brechungsindex np der Polymermatrix übereinstimmt.

6. Optisches Flüssigkristallelement mit einem Flüssigkristall nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine Anzeige einschließlich einer Halbtonanzeige ausführt.

7. Flüssigkristallanzeigeelement mit einem Aktivmatrixsubstrat mit einem aktiven element (4) für jede Bildelementelektrode und einem mit einer Gegenelektrode versehenen Gegensubstrat und einem Flüssigkristall-Polymer- Verbundmaterial als Paar von Substraten mit Elektroden des optischen Flüssigkristallelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Flüssigkristallanzeigeelement nach Anspruch 7, bei dem das aktive Element ein Dünnfilmtransistor ist.

9. Flüssigkristall-Projektionsanzeigegerät, das in Kombinatien ein Flüssigkristallanzeigeelement nach Anspruch 7 oder Anspruch 8 sowie eine Projektionslichtquelle (11) und ein optisches Projektionssystem (13) aufweist.

10. Flüssigkristall-Projektionsanzeigegerät nach Anspruch 9, bei dem das optische Projektionssystem eine Vorrichtung (15) zum Verringern von Streulicht aufweist, um die Transmission von Licht zu verringern, das durch das optische Flüssigkristallelement vom gerade durchgehenden Weg weggestreut wurde.