Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer
Phasendifferenzplatte, spezieller eine derartige
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die verbesserte Betrachtungswinkel-Eigenschaften des
Anzeigeschirms aufweist.
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Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen unter Verwendung von Anzeigezellen mit
nematischem Flüssigkristall wurden bisher in weitem Umfang bei Segment-
Anzeigevorrichtungen für Ziffern, wie bei Uhren und Desktoprechnern,
angewandt, und auf dem lichtdurchlässigen Substrat der Flüssigkristall-Anzeige-
zellen sind aktive Elemente als Schalteinrichtungen zum selektiven
Ansteuern der Pixelelektroden Dünnschichttransistoren ausgebildet, und
Farbfilterschichten für rot, grün und blau sind als Farbanzeigeeinrichtung
vorhanden, und abhängig vom Verdrillungswinkel des Flüssigkristalls wird entweder
(a) ein verdrillt-nematisches (TN = twisted nematic) Flüssigkristall-Anzei-
gesystem vom Typ mit aktiver Ansteuerung, bei dem nematische
Flüssigkristallmoleküle um 90 Grad verdrillt sind, oder (b) ein
superverdrillt-nematisches (STN = super twisted nematic) Flüssigkristall-Anzeigesystem vom Typ
mit Multiplexansteuerung verwendet, das die starke Steilheit der
Anlegespannung-Transmissionsvermögen-Charakteristik für den Flüssigkristall
nutzt, wobei der Verdrillungswinkel der Zelle mit nematischem
Flüssigkristall auf 90 Grad oder mehr festgelegt ist.
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Beim letzteren STN-Flüssigkristall-Anzeigesystem (b) vom Typ mit
Multiplexansteuerung wird, da eine spezielle Färbung vorhanden ist, für monochrome
Anzeigen ein System als nützlich angesehen, bei dem optische
Kompensationsplatten angebracht werden, und abhängig von den optischen
Kompensationsplatten erfolgt eine Einteilung in (b-1) ein superverdrillt-nematisches
Flüssigkristall-Anzeigesystem vom Zweischichttyp unter Verwendung von
Flüssigkristallzellen, die unter einem Verdrillungswinkel in umgekehrter
Richtung zur der Anzeige dienenden Flüssigkristallzelle verdrillt und
angeordnet sind, und (b-2) ein Flüssigkristall-Anzeigesystem vom Typ mit
hinzugefügtem Film, bei dem ein über optische Anisotropie verfügender Film
angebracht wird, wobei vom Gesichtspunkt des geringen Gewichts und der Kosten
her das letztere Flüssigkristall-Anzeigesystem (b-2) vom Typ mit hinzugefügtem
Film als vorteilhaft angesehen wird.
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Andererseits erfolgt im erstgenannten TN-Flüssigkristall-Anzeigesystem (a)
mit aktiver Ansteuerung eine Grobeinteilung in (a-1) ein im Normalzustand
schwarzes System zum Anzeigen der schwarzen Farbe im Zustand ohne angelegte
Spannung an die Flüssigkristallschicht (AUS-Zustand) durch Anordnen der
Polarisationsrichtungen eines Paars von Polarisatoren parallel zueinander,
und (a-2) ein im Normalzustand weißes System zum Anzeigen der weißen Farbe
im AUS-Zustand durch Ausrichten der Polarisationsrichtungen rechtwinklig
zueinander, wobei das im Normalzustand weiße System aus den Gesichtspunkten
des Anzeigekontrasts, der Farbwiedergabe und der Abhängigkeit der Anzeige
vom Betrachtungswinkel als nützlicher angesehen wird.
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Bei der herkömmlichen TN-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung variiert
jedoch, da in den Flüssigkristallmolekülen eine Anisotropie des
Brechungsindex vorliegt und da die Flüssigkristallmoleküle schräg zum oberen und
unteren Elektrodensubstrat angeordnet sind, der Kontrast des Anzeigebilds
abhängig vom Betrachtungswinkel eines Betrachters, und die Abhängigkeit vom
Betrachtungswinkel ist erhöht. Insbesondere dann, wenn, wie es in der
Draufsicht einer Flüssigkristall-Anzeigezelle in der Fig. 3 oder der Fig. 19
dargestellt ist, der Betrachtungswinkel gegenüber der auf dem Schirm
senkrechten Richtung in der normalen Betrachtungswinkelrichtung geneigt ist,
ist das Anzeigebild über einen bestimmten Winkel gefärbt (dies wird als
Färbungseffekt bezeichnet), oder schwarz und weiß sind umgekehrt
(Invertierungseffekt). Es fällt auch der Kontrast abrupt ab, wenn der
Betrachtungswinkel in der Anti-Betrachtungswinkelrichtung geneigt wird.
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Um eine derartige Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel zu verbessern, kann
es in Betracht gezogen werden, die Lichtphase dadurch zu kompensieren, dass
zwischen der Flüssigkristallschicht und dem Polarisator eine
Phasendifferenzplatte angebracht wird, die eine Richtung eines Hauptbrechungsindex des
Indexellipsoids parallel zur Richtung senkrecht auf der Fläche aufweist,
wie es in der perspektivischen Ansicht der Fig. 7 dargestellt ist, jedoch
besteht selbst bei Verwendung derartiger Phasendifferenzplatten eine
Beschränkung hinsichtlich der Verbesserung des Invertierungseffekts in der
normalen Betrachtungswinkelrichtung.
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Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine Phasendifferenzplatte
anzugeben, mit der Kontraständerungen, der Färbungseffekt und der
Invertierungseffekt abhängig vom Betrachtungswinkel des Anzeigebilds beseitigt
werden können, um die o. g. Probleme zu lösen, sowie eine Flüssigkristall-
Anzeigevorrichtung zu schaffen, die Bilder hoher Qualität unter Verwendung
derartiger Phasendifferenzplatten anzeigen kann.
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JP-A-04 113 301 betrifft den Kontrastverlust und die Färbung in
Zusammenhang mit Abweichungen von einem eingeschränkten Betrachtungswinkel bei
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen. Um den Betrachtungswinkel zu
vergrößern, ohne die Bildqualität zu beeinflussen, schlägt es dieses Dokument
vor, eine Phasendifferenzplatte aus einem Harz zu verwenden, die eine
optische Anisotropie aufweist, bei der die Ausrichtung hochmolekularer Ketten
eine Schrägstellung hinsichtlich der Plattenflächen zeigt.
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Jedes der Dokumente JP-A-3276123 und JP-A-3276124 betrifft dasselbe Problem
des Kontrastverlusts und der Färbung in Zusammenhang mit Abweichungen von
einem eingeschränkten Betrachtungswinkel bei
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen. Um den Betrachtungswinkel zu vergrößern ohne die Bildqualität
zu beeinflussen, schlagen es diese Dokumente vor, mindestens zwei
Phasendifferenzplatten mit optischer Anisotropie zu verwenden, wobei zwei der
drei Achsen des Brechungsindexellipsoids in Bezug auf die Plattenflächen
verkippt sind, wohingegen die andere in einer Ebene parallel zu diesen
Flächen enthalten ist.
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JP-63 239 421 offenbart eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die mit
einer Phasendifferenzplatte aus einem uniaxialen Material versehen ist,
dessen optische Achse in Bezug auf die Plattenflächen verkippt ist.
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Durch die Erfindung ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung geschaffen,
wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
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Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
dargelegt, die zu beachten sind.
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Gemäß der Erfindung strahlt Licht mit linearer Polarisation durch ein
doppelbrechendes Material wie einen Flüssigkristall, um ordentliches und
außerordentliches Licht zu erzeugen, und wenn eine Umsetzung in eine
elliptische Polarisation entsprechend der Phasendifferenz erfolgt ist, wird eine
Phasendifferenzplatte, bei der die Richtung des Hauptbrechungsindex zur
Richtung senkrecht auf der Fläche geneigt ist, auf einer Seite oder beiden
Seiten des doppelbrechenden Elements angeordnet, um die Änderung der
Phasendifferenz für ordentliches und außerordentliches Licht, zu der es durch
den Betrachtungswinkel kommt, zu kompensieren, um es dadurch zu
ermöglichen, in einem großen Betrachtungswinkelbereich eine Umsetzung in lineare
Polarisation vorzunehmen.
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Bei einer derartigen Phasendifferenzplatte verläuft die Richtung des
minimalen Hauptbrechungsindex der drei Hauptbrechungsindizes des
Indexellipsoids parallel zur Oberfläche, und die Richtungen der anderen
Brechungsindizes sind zur Oberfläche geneigt, weswegen es möglich ist, die
Phasendifferenzänderung zwischen ordentlichem und außerordentlichem Licht abhängig von
Änderungen des Betrachtungswinkels in der normalen
Betrachtungswinkelrichtung (auch als "Standard-Betrachtungswinkelrichtung" bezeichnet) innerhalb
einer vertikalen Ebene zur Richtung des minimalen Hauptbrechungsindex, die
die Linie senkrecht auf der Oberfläche enthält, zu kompensieren.
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Ferner kann, wenn die Richtung des Hauptbrechungsindex parallel zur
Oberfläche verläuft und der durch die Richtungen der anderen
Hauptbrechungsindizes und die Oberfläche gebildete Winkel der Bedingung 20 Grad ≤ ≤ 70 Grad
genügt, die Phase hinsichtlich Betrachtungswinkeländerungen im Bereich von
0 bis 60 Grad in der normalen Betrachtungswinkelrichtung in günstiger Weise
kompensiert werden.
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Beim Aufbau mit einer Flüssigkristall-Anzeigezelle aus einer
Flüssigkristallschicht zwischen einem Paar lichtdurchlässiger Substrate, die eine
transparente Elektrodenschicht und einen Ausrichtungsfilm auf einander
gegenüberstehenden Flächen aufweisen, einem Paar zu beiden Seiten der
Flüssigkristall-Anzeigezelle angeordneten Polarisatoren und mindestens einer
zwischen der Flüssigkristall-Anzeigezelle und den Polarisatoren eingefügten
Phasendifferenzplatte können der Färbungseffekt und der Invertierungseffekt
aufgrund einer Änderung des Betrachtungswinkels beseitigt werden, so dass
eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten werden kann, die frei von
einer Abhängigkeit des Betrachtungswinkels ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Phasendifferenzänderung von ordentlichem und
außerordentlichem Licht, wie sie aufgrund des Betrachtungswinkels auftritt,
kompensiert, und es ist möglich, über einen großen Bereich von
Betrachtungswinkeln eine Umsetzung in lineare Polarisation vorzunehmen, wenn Licht
mit linearer Polarisation durch ein doppelbrechendes Material wie einen
Flüssigkristall strahlt, um ordentliches und außerordentliches Licht zu
erzeugen und eine Umsetzung in elliptische Polarisation entsprechend der
Phasendifferenz erfolgt, wobei auf einer Seite oder beiden Seiten des doppelbrechenden
Elements mindestens eine Differenzplatte ohne
Brechungsindexanisotropie parallel zur Oberfläche angeordnet ist, wobei der
Hauptbrechungsindex nb in der Richtung normal zur Oberfläche kleiner als die
Hauptbrechungsindizes na, nc parallel zur Oberfläche ist, so dass die sich
ergebende Anisotropie des Brechungsindex der Phasendifferenzplatte negativ
ist, wobei die Richtung des Hauptbrechungsindex nb zur Richtung normal auf
der Oberfläche geneigt ist und die Richtung des Hauptbrechungsindex nb, die
nicht parallel zur Oberfläche der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
verläuft, und die Richtung des Hauptbrechungsindex nc oder na innerhalb der
Oberfläche in Gegenuhrzeigerrichtung oder Uhrzeigerrichtung zur Richtung
des Hauptbrechungsindex na oder nc innerhalb der Oberfläche geneigt ist.
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Außerdem ist es durch Aufstapeln zweier derartiger Phasendifferenzplatten
und durch Festlegen des Winkels des Hauptbrechungsindex nb jeder
Phasendifferenzplatte im Neigungswinkel auf ungefähr 90 Grad möglich, nicht nur die
Phasendifferenzänderung in der normalen Betrachtungswinkelrichtung sondern
auch die Phasendifferenzänderung in der Anti-Betrachtungswinkelrichtung und
der Querrichtung zu kompensieren.
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Die Kompensation der Phasendifferenzänderung kann dadurch sicherer
ausgeführt werden, dass die zwei Phasendifferenzplatten so aufgestapelt werden,
dass die Neigung des Hauptbrechungsindex nb in der Richtung normal zur
ersten Phasendifferenzplatte und der Neigungswinkel des Hauptbrechungsindex
nb in der Richtung normal zur zweiten Phasendifferenzplatte in
Uhrzeigerrichtung ungefähr 90 Grad bildet.
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Bei einem Aufbau mit einer Flüssigkristall-Anzeigezelle aus einer
Flüssigkristallschicht zwischen einem Paar lichtdurchlässiger Substrate, auf deren
jeweiligen Oberflächen transparente Elektrodenschichten und
Ausrichtungsfilme einander gegenüberstehend ausgebildet sind, einem Paar von zu beiden
Seiten der Flüssigkristall-Anzeigezelle angeordneten Polarisatoren und
mindestens einer Phasendifferenzplatte zwischen der
Flüssigkristall-Anzeigezelle und den Polarisatoren können der Färbungseffekt und der
Invertierungseffekt beseitigt werden, und es kann eine
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung geschaffen werden, bei der keine Abhängigkeit vom
Betrachtungswinkel mehr besteht.
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In diesem Fall kann, wenn eine Phasendifferenzplatte angebracht wird, wenn
die Anordnung so erfolgt, dass die Neigungsrichtung des Hauptbrechungsindex
nb in der Richtung normal zur Phasendifferenzplatte im Wesentlichen die
Gegenrichtung zur Reiberichtung
des näheren Substrats der
Flüssigkristallzelle verläuft, die Kompensation der Phasendifferenzänderung sicherer
bewerkstelligt werden. Wenn zwei Phasendifferenzplatten aufgestapelt werden
und die erste Phasendifferenzplatte so angeordnet wird, dass die
Reiberichtung des fernen Substrats der Flüssigkristall-Anzeigezelle nahezu der
Neigungsrichtung des Hauptbrechungsindex nb in der Richtung normal zur ersten
Phasendifferenzplatte entspricht, und die zweite Phasendifferenzplatte so
angeordnet wird, dass die Reiberichtung des nahen Substrats der
Flüssigkristall-Anzeigezelle der Neigungsrichtung des Hauptbrechungsindex nb in
der Richtung normal zur zweiten Phasendifferenzplatte nahezu
entgegengesetzt ist, kann die Kompensation der Phasendifferenzänderung sicherer
ausgeführt werden.
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Wie oben beschrieben, ist es durch die Erfindung, da die
Phasendifferenzplatte in der Richtung des Hauptbrechungsindex geneigt ist, unter
Verwendung einer Phasendifferenzplatte, die in den Richtungen der
Hauptbrechungsindizes nb, nc insbesondere um die Richtung des minimalen
Hauptbrechungsindex na geneigt ist, möglich, Phasendifferenzänderungen, die dem
Betrachtungswinkel oder dem Austrittswinkel entsprechen, wie er im
doppelbrechenden Element wie Flüssigkristall-Anzeigezellen auftritt, zu kompensieren.
Außerdem kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter Verwendung
einer derartigen Phasendifferenzplatte ein Absinken des
Kontrastverhältnisses durch den Färbungseffekt und den Invertierungseffekt verhindern,
weswegen das Kontrastverhältnis bei Schwarz-Weiß-Anzeige nicht durch die
Betrachtungswinkelrichtung beeinflusst ist, und es kann die Qualität des
angezeigten Bilds hervorstechend verbessert werden.
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Bei der Erfindung kann, hinsichtlich einer Phasendifferenzplatte mit
Negativität hinsichtlich der Anisotropie des Brechungsindex, bei den
Hauptbrechungsindizes mit der Beziehung na = na > nb, da die Phasendifferenzplatte in
der Richtung des Hauptbrechungsindex geneigt ist, durch Aufstapeln
mindestens einer Phasendifferenzplatte, die insbesondere in der Richtung des
Hauptbrechungsindex nb in der Normalenrichtung zur Richtung des
Hauptbrechungsindex na oder nc in der Oberfläche, und in der Richtung des anderen
Hauptbrechungsindex nc oder na geneigt ist, die in der Flüssigkristall-
Anzeigezelle entsprechend dem Betrachtungswinkel hervorgerufene
Phasendifferenz beseitigt werden, und das Absinken des Kontrastverhältnisses durch
den Invertierungseffekt in der Flüssigkristall-Anzeigezelle und der
Betrachtungswinkel-Eigenschaften in der Anti-Betrachtungswinkelrichtung kann
weiter verbessert werden. Daher ist das Kontrastverhältnis bei SchwarzWeiß-Anzeige
verbessert und die Anzeigequalität der Phasendifferenzplatte
ist stark verbessert.
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Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen deutlicher.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Phasendifferenzplatte;
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Fig. 2 ist eine geschnittene Explosionsansicht einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung als einer Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das die Reiberichtung und die normale
Betrachtungswinkelrichtung einer Flüssigkristall-Anzeigezelle zeigt;
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Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in der Fig. 2
dargestellten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2;
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Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das Messsystem für
die Abhängigkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom
Betrachtungswinkel zeigt;
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Fig. 6 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für den Flüssigkristall bei der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 eines Vergleichsbeispiels 1 zeigt;
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Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hauptbrechungsindizes na,
nb, nc einer herkömmlichen Phasendifferenzplatte 31 zeigt;
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Fig. 8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer
herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 unter Verwendung der
Phasendifferenzplatte 31 zeigt;
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Fig. 9 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 beim Vergleich 1 zeigt;
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Fig. 10 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 beim Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
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Fig. 11
ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 beim Vergleich 2 zeigt;
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Fig. 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 beim Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
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Fig. 13 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 beim Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
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Fig. 14 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 51 unter Verwendung herkömmlicher
Phasendifferenzplatten 31a, 31b zeigt;
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Fig. 15 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 51 beim Vergleich 3 zeigt;
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Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht einer Phasendifferenzplatte 41;
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Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht einer Phasendifferenzplatte 42;
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Fig. 18 ist eine geschnittene Explosionsansicht einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54;
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Fig. 19 ist eine Draufsicht, die die Reiberichtung einer Flüssigkristall-
Anzeigevorrichtung 45 zeigt;
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Fig. 20 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Phasendifferenzplatte
54;
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Fig. 21 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die das Messsystem
für die Abhängigkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 vom
Betrachtungswinkel zeigt;
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Fig. 22 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 beim Vergleichsbeispiel 4 zeigt;
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Fig. 23
ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 80 beim Vergleich 4 zeigt;
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Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hauptbrechungsindizes na,
nb, nc einer in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 80 verwendeten
Phasendifferenzplatte 81 zeigt;
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Fig. 25 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 18 beim Vergleich 4 zeigt;
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Fig. 26 ist eine geschnittene Explosionsansicht, die den Aufbau einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 beim Beispiel 1 zeigt;
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Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hauptbrechungsindizes na,
nb, nc einer in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 verwendeten
Phasendifferenzplatte 86 zeigt;
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Fig. 28 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 zeigt;
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Fig. 29 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 beim Beispiel 1 zeigt;
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Fig. 30 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 88 bei einem Vergleich 5 zeigt;
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Fig. 31 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hauptbrechungsindizes na,
nb, nc einer in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 88 verwendeten
Phasendifferenzplatte 89 zeigt; und
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Fig. 32 ist ein Kurvenbild, das die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-
Charakteristik für einen Flüssigkristall bei einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 8 beim Vergleich 5 zeigt.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun nachfolgend bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Phasendifferenzplatte. Die
Phasendifferenzplatte 1 ist eine ebene Platte mit einer Dicke d aus einem
Material mit optischer Anisotropie wie einer gezogenen und gereckten
hochpolymeren Verbindung, z. B. Polycarbonat und Polyester, wobei die Oberfläche
(in einem System cartesischer/rechtwinkliger Koordinaten mit Achsen x, y,
z) in der x-y-Ebene liegt, die Richtung (die schnelle Richtung) des
minimalen Hauptbrechungsindex na der drei Hauptbrechungsindizes na, nb, nc des
Indexellipsoids parallel zur Richtung der y-Achse liegt und die Richtung
des Hauptbrechungsindex nb in der Richtung eines Pfeils 20 unter einem um
die y-Achse zur normalen Richtung auf der Oberfläche (der z-Achse in der
Fig. 1) geneigt ist.
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Fig. 2 ist eine geschnittene Explosionsansicht der Struktur einer
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 besteht, durch Aufstapeln mit der in
der Fig. 2 dargestellten Abfolge, aus einer Flüssigkristall-Anzeigezelle 5,
die dadurch hergestellt wird, dass eine Flüssigkristallschicht 12 aus einem
nematischen Flüssigkristall oder dergleichen zwischen ein Paar
Glassubstrate 6 und 7 eingefügt wird und der Flüssigkristall mit Abdichtungselementen
13 abgedichtet wird, transparenten Elektrodenschichten 8, 9 aus ITO (Indium
Zinn Oxid) und Ausrichtungsfilmen 10, 11, die einander gegenüberstehend auf
einer jeweiligen Oberfläche des Substrats 6, 7 aus Polyimid,
Polyvinylalkohol oder dergleichen ausgebildet sind, einem Paar Polarisatoren 3, 4, die
auf den beiden Seiten der Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 angeordnet sind,
und einer in der Fig. 1 dargestellten Phasendifferenzplatte 1, die zwischen
die Flüssigkristallzelle 5 und den Polarisator 3 eingefügt ist.
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Jede Oberfläche der Ausrichtungsfilme 10, 11 wird vorab durch Reiben
bearbeitet, damit die dazwischenliegenden Flüssigkristallmoleküle um ungefähr
90 Grad verdrillt werden können, wie es in der Draufsicht der Fig. 3
dargestellt ist, wobei die Reiberichtung des Ausrichtungsfilms 10 auf dem
Glassubstrat 6 die Richtung eines Pfeils 21 ist und die Reiberichtung des
Ausrichtungsfilms 11 auf dem Glassubstrat 7 die Richtung eines rechtwinklig
zum Pfeil 21 verlaufenden Pfeils 22 ist.
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Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in der Fig. 2
dargestellten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2. Sie ist so aufgebaut, dass
die Transmissionsachse 23 eines Polarisators 3 und die Transmissionsachse
24 eines Polarisators 4 einander rechtwinklig schneiden, und die
Transmissionsachse 24 des Polarisators 4, die Reiberichtung 21 des Ausrichtungsfilms
10 der Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 sowie die schnelle Richtung 25,
die die Richtung des minimalen Hauptbrechungsindex na der
Phasendifferenzplatte 1 ist, sind parallel zueinander eingestellt, während die
Transmissionsachse 23 des Polarisators 3 und die Reiberichtung 22 des
Ausrichtungsfilms 11 der Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 zueinander parallel eingestellt
sind. Daher ist die Flüssigkristall-Anzeigezelle 5, wenn keine Spannung an
ihrer Flüssigkristallschicht 12 anliegt, als sogenanntes im Normalzustand
weißes Anzeigesystem ausgebildet, d. h., dass weiß angezeigt wird, da Licht
durch die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 hindurchlaufen kann, wenn
die Phasendifferenzplatte 1 zwischen dem Polarisator 3 und dem Polarisator
4 vorhanden ist, damit die Phase kompensiert werden kann. Darüber hinaus
kann sie zwischen dem Polarisator 4 und der Flüssigkristall-Anzeigezelle 5
vorhanden sein, oder sie kann aus zwei oder mehr Platten zusammengesetzt
sein.
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Nachfolgend werden ein praktisches Beispiel für die
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 und ein Messergebnis zu ihrer Abhängigkeit vom
Betrachtungswinkel erläutert. Fig. 5 ist eine schematische, perspektivische
Ansicht, die das Messsystem zum Messen der Abhängigkeit der Flüssigkristall-
Anzeigevorrichtung 2 vom Betrachtungswinkel zeigt. Die Kontaktfläche 26 des
Glassubstrats 6 der Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 zum Aufbauen der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 und die Phasendifferenzplatte 1 sind in
die Bezugsebene xy des Systems gelegt (und sie befinden sich in
cartesischen/rechtwinkligen Koordinaten mit den Achsen xyz), und ein Fotodetektor
71 mit einem speziellen Neigungswinkel ist an einer Position mit einem
spezifizierten Abstand vom Koordinatenursprung unter einem Winkel zur
Normalen 27 auf der Ebene 26 angeordnet, und von der Seite des Polarisators
4 wird monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm emittiert.
Das Ausgangssignal des Fotodetektors 71 wird durch einen Verstärker 72 auf
einen spezifizierten Pegel verstärkt und durch eine
Aufzeichnungseinrichtung 73 wie einen Signalverlaufspeicher oder -recorder aufgezeichnet.
Vergleichsbeispiel 1
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Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 in der Fig. 2 unter Verwendung
eines nematischen Flüssigkristallmaterials, bei dem die Anisotropie des
Brechungsindex in der Flüssigkristallschicht 12 den Wert Δn = 0,08 hat, ist
die Dicke der Flüssigkristallschicht 12 auf 4,5 um eingestellt, und eine
hochpolymere Verbindung wie Polycarbonat und Polyester ist als
Phasendifferenzplatte 1 gezogen und gereckt, und ein uniaxiales Material ist, wie es
in
der Fig. 1 dargestellt ist, verwendet, bei dem der Wert der ersten
Nacheilung, d. h. des Produkts (nc - na)·d der Differenz zwischen dem
Hauptbrechungsindex nc und dem Hauptbrechungsindex na und der Dicke d der
Phasendifferenzplatte 1 0 nm ist und der Wert der zweiten Nacheilung, d. h. des
Produkts (nc - nb)·d der Differenz zwischen dem Hauptbrechungsindex nc und
dem Hauptbrechungsindex nb und der Dicke d der Phasendifferenzplatte 1-100
nm ist, und die Richtung des Hauptbrechungsindex nb ist um 40 Grad in
Gegenuhrzeigerrichtung, wie durch den Pfeil 20 gekennzeichnet, zur Normalen
auf der Oberfläche der Phasendifferenzplatte 1 geneigt, und in ähnlicher
Weise bildet die Richtung des Hauptbrechungsindex nc einen Winkel von 40
Grad zur Oberfläche.
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Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 wird im in der Fig. 5
dargestellten Messsystem installiert, und wenn der Fotodetektor 71 unter
einem speziellen Winkel befestigt wird, wird der Ausgangspegel des
Fotodetektors 71 abhängig von der an die Flüssigkristall-Anzeigezelle 5
angelegten Spannung gemessen, und das Ergebnis wird als Kurvenbild gemäß der
Fig. 6 für die Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik des
Flüssigkristalls wiedergegeben. In der Fig. 6 bezeichnet die Linie L1 den Winkel
= 0 Grad, die Linie L2 30 Grad und die Linie L3 45 Grad. Aus den
Ergebnissen ist es ersichtlich, dass das Transmissionsvermögen bei ungefähr 4,5
V auf 0% fällt, wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung
allmählich von 0 V ausgehend erhöht wird, und dass es nicht viel ansteigt, wenn
die an den Flüssigkristall angelegte Spannung weiter erhöht wird. Bei einer
an den Flüssigkristall angelegten Spannung von ungefähr 1 V ist das
Transmissionsvermögen hinsichtlich der Linien L1, L2, L3 nicht allzu
verschieden, und daraus ergibt sich die Verbesserung der Abhängigkeit des
Betrachtungswinkels.
Vergleich 1
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Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 in der Fig. 8 ist in ihrer
Struktur der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 in der Fig. 2 mit der Ausnahme
der Phasendifferenzplatte 1 ähnlich, und als Flüssigkristallschicht 12 ist
ein nematischer Flüssigkristall mit einer Anisotropie des Brechungsindex
von Δn = 0,08 verwendet, und die Dicke der Flüssigkristallschicht ist auf
4,5 um eingestellt, während die in der Fig. 7 dargestellte
Phasendifferenzplatte 31 anstelle der in der Fig. 1 dargestellten Phasendifferenzplatte 1
verwendet ist. Die Phasendifferenzplatte 31 wird dadurch hergestellt, dass
eine gereckte hochpolymere Verbindung wie Polycarbonat gezogen wird, wobei
es sich um ein uniaxiales Material handelt, bei dem der Wert der ersten
Nacheilung (nc -na)·d 0 nm ist und der Wert der zweiten Nacheilung (nc - nb)·d
-100 nm ist, und die Richtung des Hauptbrechungsindex nb ist parallel zur
normalen Richtung auf der Oberfläche ausgebildet.
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Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 wurde im in der Fig. 5
dargestellten Messsystem, wie beim Vergleichsbeispiel 1, installiert, und
der Fotodetektor 71 wurde unter einem speziellen Winkel fixiert, und es
wurde der Ausgangspegel des Fotodetektors 71 abhängig von der an den
Flüssigkristall angelegten Spannung gemessen, wobei das zugehörige Ergebnis in
der Fig. 9 als Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für den
Flüssigkristall grafisch dargestellt ist. In der Fig. 9 betrifft die Linie
L4 den Winkel = 0 Grad, die Linie L5 30 Grad und die Linie L6 45 Grad.
Wie es aus den Ergebnissen ersichtlich ist, fällt das
Transmissionsvermögen, wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung allmählich
ausgehend von 0 Volt erhöht wird, um 3,2 V herum auf der Linie L5 nahezu auf 0
%, und es besteht die Tendenz, dass es leicht ansteigt, wenn die an den
Flüssigkristall angelegte Spannung weiter erhöht wird, während das
Transmissionsvermögen bei der Linie L6 wieder ansteigt, ohne die 0% vollständig
zu erreichen. Bei einer an den Flüssigkristall angelegten Spannung von
ungefähr 1 V ist das Transmissionsvermögen verringert, wenn der Winkel
von 0 Grad aus ansteigt. Daraus ist ersichtlich, dass die Abhängigkeit vom
Betrachtungswinkel beim Vergleichsbeispiel 1 beträchtlich im Vergleich zum
Vergleich 1 verbessert ist.
Vergleichsbeispiel 2
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Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 in der Fig. 2 wurde unter
Verwendung eines nematischen Flüssigkristallmaterials mit einer Anisotropie
des Brechungsindex von Δn = 0,08 der Flüssigkristallschicht 12 die Dicke
derselben auf 4,5 um eingestellt, und es wurde eine hochpolymere Verbindung
wie Polycarbonat und Polyester als Phasendifferenzplatte 1 gezogen und
gereckt, wobei es sich um ein biaxiales Material mit einer ersten
Nacheilung (nc - na)·d von 220 nm und einer zweiten Nacheilung (nc - nb)·d von 35 nm
handelt, wobei die Richtung des Hauptbrechungsindex nb um 40 Grad in der
Uhrzeigerrichtung in der entgegengesetzten Richtung zum Pfeil 20 in Fig. 1
zur normalen Richtung auf der Oberfläche der Phasendifferenzplatte 1
geneigt ist und die Richtung des Hauptbrechungsindex nc unter einem Winkel
von 40 Grad in Uhrzeigerrichtung zur Oberfläche steht.
-
Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 wurde im in der Fig. 5
dargestellten Messsystem installiert, und der Fotodetektor 71 wurde unter
einem speziellen Winkel C fixiert, und es wurde der Ausgangspegel des
Fotodetektors 71 abhängig von der an den Flüssigkristall angelegten Spannung
für die Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 gemessen, wobei das zugehörige
Ergebnis in der Fig. 10 als
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für den Flüssigkristall grafisch dargestellt ist. In der Fig. 10
betrifft eine Linie L7 einen Winkel von 0 Grad, eine Linie L8 30 Grad und
eine Linie L9 45 Grad. Wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung
allmählich ausgehend von 0 Volt erhöht wurde, fiel das
Transmissionsvermögen bei ungefähr 4,5 V auf 0%, und wenn die an den Flüssigkristall
angelegte Spannung weiter erhöht wurde, stieg das Transmissionsvermögen nicht
mehr an. Bei einer an den Flüssigkristall angelegten Spannung von ungefähr
1 V unterscheidete sich das Transmissionsvermögen für die Linien L7, L8 und
L9 nicht stark, und es ist ersichtlich, dass die Abhängigkeit des
Transmissionsvermögens vom Betrachtungswinkel verbessert war.
Vergleich 2
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Die in der Fig. 8 dargestellte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 weist
ähnliche Struktur wie die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 in der Fig. 2
mit Ausnahme der Phasendifferenzplatte 1 auf, und die
Flüssigkristallschicht 12 ist eine Schicht aus einem nematischen Flüssigkristall mit einer
Anisotropie des Brechungsindex von Δn = 0,08, wobei die Dicke der
Flüssigkristallschicht 12 auf 4, 5 um eingestellt ist und anstelle der in der Fig. 1
dargestellten Phasendifferenzplatte 1 eine in der Fig. 7 dargestellte
Phasendifferenzplatte 31 verwendet ist. Die Phasendifferenzplatte 31 wird aus
einer hochpolymeren Verbindung wie Polycarbonat gezogen und gereckt, wobei
es sich um ein biaxiales Material mit einer ersten Nacheilung (nc - na)·d von
220 nm und einer zweiten Nacheilung (nc - nb)·d von 35 nm handelt, und die
Richtung des Hauptbrechungsindex nb ist parallel zur normalen Richtung auf
der Oberfläche ausgebildet.
-
Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 32 wurde im in der Fig. 5
dargestellten Messsystem, wie beim Vergleichsbeispiel 2, installiert, und
der Fotodetektor 71 wurde unter einem speziellen Winkel fixiert, und es
wurde der Ausgangspegel des Fotodetektors 71 abhängig von der an den
Flüssigkristall angelegten Spannung gemessen, wobei das zugehörige Ergebnis in
der Fig. 11 als Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für den
Flüssigkristall grafisch dargestellt ist. In der Fig. 11 betrifft eine Linie
L10 einen Winkel von 0 Grad, eine Linie L11 30 Grad und eine Linie L12 45
Grad. Wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung allmählich
ausgehend von 0 Volt erhöht wurde, fiel das Transmissionsvermögen bei ungefähr
2,9 V auf der Linie L11 auf nahezu 0%, und wenn die an den Flüssigkristall
angelegte Spannung weiter erhöht wurde, bestand die Tendenz eines leichten
Anstiegs, und entlang der Linie L12 betrug das Transmissionsvermögen bei
ungefähr 2,8 V nahezu 0%, und es stieg wieder an, wenn die angelegte
Spannung weiter erhöht wurde. Bei einer an den Flüssigkristall angelegten
Spannung von ungefähr 1 V fiel das Transmissionsvermögen, wenn der Winkel
größer als 0 Grad wurde. Aus dem Vergleichsbeispiel 2 ist es daher
ersichtlich, dass die Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel im Vergleich zu diesem
Vergleich 2 beträchtlich verbessert war.
Vergleichsbeispiel 3
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Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 in der Fig. 12 unter Verwendung
eines nematischen Flüssigkristallmaterials mit einer Anisotropie des
Brechungsindex von Δn = 0,08 als Flüssigkristallschicht 12 wurde die Dicke
dieser Flüssigkristallschicht 12 auf 4,5 um eingestellt, und es wurde eine
hochpolymere Verbindung wie Polycarbonat und Polyester zu zwei
Phasendifferenzplatten 1a und 1b gezogen und gereckt, die zwischen die
Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 und Polarisatoren 3 eingefügt wurden, wobei die
Phasendifferenzplatte 1a aus einem biaxialen Material mit einer ersten Nacheilung
(nc - na)·d von 350 nm und einer zweiten Nacheilung (nc - nb)·d von 210 nm
bestand, wobei die Richtung des Hauptbrechungsindex nb um 20 Grad in
Uhrzeigerrichtung in der entgegengesetzten Richtung des Pfeils 20 in Fig. 1 zur
normalen Richtung der Oberfläche der Phasendifferenzplatte 1 geneigt war
und die Richtung des Hauptbrechungsindex nc unter einem Winkel von 20 Grad
in Uhrzeigerrichtung zur Oberfläche stand. Darüber hinaus war die Richtung
(schnelle Richtung) 25a des minimalen Hauptbrechungsindex na parallel zur
Reiberichtung 21 des Ausrichtungsfilms 10 auf dem Glassubstrat 6
ausgerichtet.
-
Andererseits besteht die Phasendifferenzplatte 1b, ähnlich wie die
Phasendifferenzplatte 1a, aus einer gezogenen und gereckten hochpolymeren
Verbindung wie Polycarbonat und Polyester, aus einem biaxialen Material mit einer
ersten Nacheilung (nc - na)·d von 350 nm und einer zweiten Nacheilung (nc -
nb)·d von 210 nm, wobei die Richtung des Hauptbrechungsindex nb um 20 Grad
in Gegenuhrzeigerrichtung, wie durch den Pfeil 20 in der Fig. 1
gekennzeichnet, zur normalen Richtung der Oberfläche der Phasendifferenzplatte 1
geneigt
ist und die Richtung des Hauptbrechungsindex nc unter einem Winkel
von 20 Grad zur Oberfläche steht. Darüber hinaus ist die Richtung (schnelle
Richtung) 25b des minimalen Hauptbrechungsindex na rechtwinklig zur
Reiberichtung 21 des Ausrichtungsfilms 10 auf dem Glassubstrat 6 ausgerichtet.
-
Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 wurde im in der Fig. 5
dargestellten Messsystem installiert, und der Fotodetektor 71 wurde unter
einem speziellen Winkel C fixiert, und es wurde der Ausgangspegel des
Fotodetektors 71 in Abhängigkeit von der an den Flüssigkristall angelegten
Spannung bei der Flüssigkristall-Anzeigezelle 5 gemessen, wozu das Ergebnis
in der Fig. 13 als Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für
den Flüssigkristall grafisch dargestellt ist. In der Fig. 13 betrifft eine
Linie L13 den Winkel von 0 Grad, eine Linie L14 30 Grad und eine Linie
L15 45 Grad. Wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung allmählich
von 0 Volt aus erhöht wurde, fiel das Transmissionsvermögen bei ungefähr
4,5 V auf 0%, und wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung
weiter erhöht wurde, stieg das Transmissionsvermögen nicht mehr an. Bei einer
an den Flüssigkristall angelegten Spannung von ungefähr 1 V unterscheidete
sich das Transmissionsvermögen nicht allzusehr hinsichtlich der Linien L13,
L14 und L15, so dass ersichtlich ist, dass die Abhängigkeit des
Transmissionsvermögens vom Betrachtungswinkel verbessert war.
Vergleich 3
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Bei diesem Vergleich weist die in der Fig. 14 dargestellte Flüssigkristall-
Anzeigevorrichtung 34 eine ähnliche Struktur wie die in der Fig. 12
dargestellte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 2 mit der Ausnahme der
Phasendifferenzplatten 1a und 1b auf, und die Flüssigkristallschicht 12 ist eine
nematische Flüssigkristallschicht mit einer Anisotropie des Brechungsindex
von Δn = 0,08, wobei die Dicke der Flüssigkristallschicht 12 auf 4,5 um
eingestellt ist, und eine in der Fig. 7 dargestellte Phasendifferenzplatte
wird als Phasendifferenzplatten 1a und 1b anstelle der in der Fig. 1
dargestellten Phasendifferenzplatte 1 verwendet. Die Phasendifferenzplatte
31a wird aus einer hochpolymeren Verbindung wie Polycarbonat gezogen und
gereckt, wobei es sich um ein biaxiales Material mit einer ersten
Nacheilung (nc - na)·d von 350 nm und einer zweiten Nacheilung (nc - nb)·d von 210 nm
handelt, und die Richtung des Hauptbrechungsindex nb wird parallel zur
normalen Richtung der Oberfläche ausgerichtet. Darüber hinaus wird die
Richtung (schnelle Richtung) 33a des minimalen Hauptbrechungsindex na
parallel zur Reiberichtung 21 des Ausrichtungsfilms 10 auf dem Glassubstrat 6
ausgerichtet.
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Andererseits besteht die Phasendifferenzplatte 31b, ähnlich wie die
Phasendifferenzplatte 31a, aus einer gezogenen und gereckten hochpolymeren
Verbindung wie Polycarbonat, wobei es sich um ein biaxiales Material mit einer
ersten Nacheilung (nc - na)·d von 350 nm und einer zweiten Nacheilung (nc -
nb)·d von 210 nm handelt, und die Richtung des Hauptbrechungsindex nb wird
parallel zur normalen Richtung der Oberfläche ausgebildet. Jedoch wird die
Richtung (schnelle Richtung) 33b des minimalen Hauptbrechungsindex na
rechtwinklig zur Reiberichtung 21 des Ausrichtungsfilms 10 auf dem
Glassubstrat 6 ausgerichtet.
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Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 34 wurde im in der Fig. 5
dargestellten Messsystem, wie beim Vergleichsbeispiel 2, installiert, und
der Fotodetektor 71 wurde unter einem speziellen Winkel fixiert, und es
wurde der Ausgangspegel des Fotodetektors 71 abhängig vom an dem
Flüssigkristall angelegten Spannung gemessen, wozu das Ergebnis in der Fig. 15 als
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für den Flüssigkristall
grafisch dargestellt ist. In der Fig. 15 betrifft eine Linie L16 einen
Winkel von 0 Grad, eine Linie L17 30 Grad und eine Linie L18 45 Grad. Wenn
die an den Flüssigkristall angelegte Spannung allmählich ausgehend von 0
Volt erhöht wurde, nahm das Transmissionsvermögen bei ungefähr 4,5 V auf
nahezu 0% ab, und wenn die an den Flüssigkristall angelegte Spannung
weiter erhöht wurde, stieg das Transmissionsvermögen wieder an, und die
Toleranz für die Erhöhung war größer als beim Vergleichsbeispiel 3. Ferner fiel
bei einer an den Flüssigkristall angelegten Spannung von ungefähr 1 V das
Transmissionsvermögen, wenn der Winkel von 0 Grad aus erhöht wurde. Im
Vergleich mit diesem Vergleich ist daher erkennbar, dass die Abhängigkeit
vom Betrachtungswinkel beim Vergleichsbeispiel 3 geringfügig verbessert
war.
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Übrigens können anstelle der bei den vorstehenden Ausführungsformen
erläuterten gezogenen und gereckten hochpolymeren Verbindung auch hochpolymere
Flüssigkristalle mit Schrägausrichtung wie Polycarbonat und Polyester
verwendet werden.
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Die Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen
Phasendifferenzplatte. Die Phasendifferenzplatte 41 besteht aus einem Material mit
optischer Anisotropie, wie einer gezogenen und gereckten hochpolymeren
Verbindung, die Polystyrol enthält und als ebene Platte mit einer Dicke d ausgebildet
ist und eine Oberfläche in der xy-Ebene ausbildet (in einem System
cartesischer/rechtwinkliger Koordinaten mit Achsen x, y, z), wobei die
Richtung des Hauptbrechungsindex na, von den drei Hauptbrechungsindizes na,
nb, nc des Indexellipsoids, parallel zur y-Achse verläuft und die Richtung
des Hauptbrechungsindex nb unter einem Winkel zur z-Achse zur normalen
Richtung der Oberfläche in der Richtung eines Pfeils 60 geneigt ist. Die
Richtung des Hauptbrechungsindex nc ist unter einem Winkel zur y-Achse
entlang der Oberfläche in der Richtung eines Pfeils 59 geneigt. Unter den
Hauptbrechungsindizes na, nb, nc gilt die Beziehung na = nc > nb.
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Die Fig. 17 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen
Phasendifferenzplatte 42. Diese Phasendifferenzplatte 42 besteht aus einer Aufschichtung
zweier Phasendifferenzplatten 41, wie sie in der Fig. 16 dargestellt sind.
Ferner sind die Phasendifferenzplatten 41 so ausgebildet, dass zwischen der
Neigungsrichtung 61a des Hauptbrechungsindex nb der ersten
Phasendifferenzplatte 41a und der Neigungsrichtung 41b des Hauptbrechungsindex nb der
zweiten Phasendifferenzplatte 41b ein Winkel von ungefähr 90 Grad besteht.
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Die Fig. 18 ist eine geschnittene Explosionsansicht einer anderen
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54. Diese Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54
verfügt über eine Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 aus einer
Flüssigkristallschicht 52 aus einem nematischen Flüssigkristall zwischen einem Paar
von Glassubstraten 46, 47, transparenten Elektrodenschichten 48, 49 aus ITO
oder dergleichen sowie Ausrichtungsfilmen 50, 51, die einander
gegenüberstehend auf einem jeweiligen der Substrate 46, 47 aus Polyimid,
Polyvinylalkohol oder dergleichen auf der Oberfläche ausgebildet sind, und
Abdichtungselementen 53 zwischen den Glassubstraten 46, 47, einem Paar von
Polarisatoren 43, 44, die zu beiden Seiten der Flüssigkristall-Anzeigezelle 45
angeordnet sind, und einer in der Fig. 17 dargestellten
Phasendifferenzplatte 42, die zwischen die Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 und Polarisatoren
43 eingefügt ist, wobei diese Bauteile in der in der Fig. 18 dargestellten
Abfolge aufeinandergestapelt sind.
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Jede Oberfläche der Ausrichtungsfilme 50, 51 wird durch Reiben
vorbehandelt, um die dazwischenliegenden Flüssigkristallmoleküle um ungefähr 90
Grad zu verdrillen, und die Reiberichtung des Ausrichtungsfilms 50 auf dem
Glassubstrat 46 ist, wie es in der Draufsicht der Fig. 19 dargestellt ist,
die Richtung eines Pfeils 62, und die Reiberichtung des Ausrichtungsfilms
51 auf dem Glassubstrat 47 ist die Richtung eines Pfeils 63 rechtwinklig
zum Pfeil 62.
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Die Fig. 20 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in der Fig. 18
dargestellten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Diese ist so aufgebaut,
dass die Transmissionsachse 64 eines Polarisators 43 und die
Transmissionsachse 65 eines Polarisators 44 einander rechtwinklig schneiden, und die
Einstellung ist dergestalt, dass die Transmissionsachse 65 des Polarisators
44, die Reiberichtung 62 des Ausrichtungsfilms 50 der
Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 und die Neigungsrichtung 61b des Hauptbrechungsindex nb der
Phasendifferenzplatte 41b parallel zueinander verlaufen und die
Reiberichtung 62 des Ausrichtungsfilms 50 der Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 und
die Neigungsrichtung 61b des Hauptbrechungsindex nb der
Phasendifferenzplatte 41b in zueinander entgegengesetzten Richtungen zeigen.
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Andererseits ist die Einstellung dergestalt, dass die Transmissionsachse 64
des Polarisators 43, die Reiberichtung 63 des Ausrichtungsfilms 51 der
Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 und die Neigungsrichtung 61a des
Hauptbrechungsindex nb der Phasendiffzrenzplatte 41a parallel zueinander verlaufen
und die Reiberichtung 63 des Ausrichtungsfilms 51 der
Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 und die Neigungsrichtung 61a des Hauptbrechungsindex nb der
Phasendifferenzplatte 81a in derselben Richtung verlaufen. Daher strahlt,
wenn keine Spannung an die Flüssigkristallschicht 52 der Flüssigkristall-
Anzeigezelle 45 angelegt wird, Licht durch die
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 hindurch, um weiß anzuzeigen, um dadurch ein sogenanntes im
Normalzustand weißes Anzeigesystem zu bilden. Phasenkompensation ist
möglich, vorausgesetzt, dass die Phasendifferenzplatte 42 zwischen dem
Polarisator 43 und dem Polarisator 44 angeordnet ist, wobei sie zwischen dem
Polarisator 44 und der Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 angeordnet sein
kann.
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Nun werden eine praktische Ausführungsform der so erhaltenen
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 und das Messergebnis für die Abhängigkeit des
Transmissionsvermögens vom Betrachtungswinkel erläutert. Die Fig. 21 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht, die das Messsystem zum Messen
der Abhängigkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 vom
Betrachtungswinkel zeigt. Die Kontaktfläche 66 des Glassubstrats 46 der
Flüssigkristall-Anzeigezelle 45 zum Aufbauen der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 sowie die Phasendifferenzplatte 42 werden in die Bezugsebene xy
gestellt (unter Verwendung eines Systems cartesischer/rechtwinkliger
Koordinaten mit Achsen x, y, z), und der Fotodetektor 71 mit speziellem
Eintrittswinkel wird wie in der Fig. 5 an einer Position mit einer spezifizierten
Entfernung vom Koordinatenursprung in der Richtung eines Winkels C zur
normalen Richtung 67 der Oberfläche 66 positioniert, und von der Seite des
Polarisators 44 wird monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge von 550
nm eingestrahlt. Das Ausgangssignal des Fotodetektors 71 wird in einem
Verstärker 72 auf einen spezifizierten Pegel verstärkt und durch eine
Aufzeichnungseinrichtung 73 wie einen Signalverlaufspeicher oder -recorder
aufgezeichnet. Es erfolgt eine Messung in vier Richtungen, nämlich der
normalen Betrachtungswinkelrichtung, der rechten Richtung, der
Anti-Betrachtungswinkelrichtung und der linken Richtung.
Vergleichsbeispiel 4
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In der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 in der Fig. 18 unter Verwendung
eines nematischen Flüssigkristallmaterials mit einer Anisotropie des
Brechungsindex von Δn = 0,08 als Flüssigkristallschicht 52 wird die Dicke
derselben auf 4,5 um eingestellt, und als Phasendifferenzplatten 41a, 41b
zum Aufbauen der Phasendifferenzplatte 42 wird eine hochpolymere Verbindung
wie Polystyrol gezogen und gereckt, wobei es sich, wie es in der Fig. 16
dargestellt ist, um eine uniaxiales Material handelt, bei dem der Wert der
ersten Nacheilung, d. h. des Produkts (nc - na)·d der Differenz zwischen dem
Hauptbrechungsindex nc und dem Hauptbrechungsindex na und der Dicke d der
Phasendifferenzplatten 41a und 41b, 0 nm beträgt, und der Wert der zweiten
Nacheilung, d. h. des Produkts (nc - nb)·d der Differenz zwischen dem
Hauptbrechungsindex nc und dem Hauptbrechungsindex nb und der Dicke d der
Phasendifferenzplatten 41a und 41b, 100 nm beträgt, und die Richtung des
Hauptbrechungsindex nb ist um 20 Grad in Uhrzeigerrichtung, wie durch den
Pfeil 60 gekennzeichnet, zur normalen Linie zur Oberfläche der
Phasendifferenzplatten 41a und 41b geneigt, und in ähnlicher Weise bildet die Richtung
des Hauptbrechungsindex nc einen Winkel von 20 Grad zur Oberfläche.
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Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 wird im in der Fig. 21
dargestellten Messsystem installiert, und wenn der Fotodetektor 71 unter
einem speziellen Winkel fixiert ist, wird der Ausgangspegel des
Fotodetektors 71 abhängig von der an die Flüssigkristall-Anzeigezelle 45
angelegten Spannung gemessen, und das Ergebnis wird als Diagramm der
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für den Flüssigkristall gemäß der
Fig. 22 wiedergegeben. In der Fig. 22 betrifft eine Linie L21 die
Charakteristikkurve für einen Winkel von 0 Grad. Die Linien L22, L23, L24 und L25
repräsentieren die Charakteristikkurven gesehen an einer Position, die um
einen Winkel von 30 Grad in der normalen Betrachtungswinkelrichtung, der
rechten Richtung,
der Anti-Betrachtungswinkelrichtung und der linken
Richtung geneigt ist. Aus den Messungen ist es ersichtlich, dass das
Transmissionsvermögen im Bereich einer angelegten Spannung von 3,5 V bis 5,5 V
beinahe 0% beträgt. Es ist auch ersichtlich, dass das
Transmissionsvermögen bei angelegter Spannung nicht allzu verschieden ist, wenn von oben oder
geneigt unter dem Betrachtungswinkel betrachtet wird.
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Ferner ist in den Linien L23 und L25 die
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik beinahe dieselbe, wie von oben gesehen, und es wird
klargestellt, dass die Asymmetrie in Querrichtung beinahe unverändert ist.
Darüber hinaus nimmt gemäß der Linie L24 das Transmissionsvermögen
beträchtlich ab, wenn eine Spannung angelegt wird, und es wird eine schwarze
Anzeige erzielt, was nahelegt, dass die Anti-Betrachtungswinkelrichtung
verbessert ist.
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Das Kontrastverhältnis für die normale Betrachtungswinkelrichtung und die
Anti-Betrachtungswinkelrichtung bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
54 ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 Kontrastverhältnis
Vergleich 4
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Eine in der Fig. 23 dargestellte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 80 weist
eine ähnliche Konstruktion wie die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 in
der Fig. 18 mit der Ausnahme der Phasendifferenzplatte 82 auf, und für die
Flüssigkristallschicht 52 ist ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit
einer Anisotropie des Brechungsindex von Δn = 0,08 verwendet, die Dicke der
Flüssigkristallschicht 52 ist auf 4,5 um eingestellt und die in der Fig. 24
dargestellte Phasendifferenzplatte 81 ist anstelle der in der Fig. 16
dargestellten Phasendifferenzplatte 41 verwendet. Phasendifferenzplatten 81a und
81b zum Aufbauen der Phasendifferenzplatte 82 werden aus einer hochpolymeren
Verbindung wie Polystyrol gezogen und gereckt, wobei es sich um ein
uniaxiales Material mit einer ersten Nacheilung (nc - na)·d von 0 nm und
einer zweiten Nacheilung (nc - nb)·d von 100 nm handelt, und die Richtung des
Hauptbrechungsindex nb ist parallel zu normalen Linie der Oberfläche
ausgebildet.
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Der Aufbau ist dergestalt, dass die Richtung 83a des Hauptbrechungsindex nc
der ersten Phasendifferenzplatte 81a parallel zur Reiberichtung des
Ausrichtungsfilms 51 auf dem Glassubstrat 47 verläuft und die Richtung 83c des
Hauptbrechungsindex nc der zweiten Phasendifferenzplatte 81b parallel zur
Reiberichtung 62 des Ausrichtungsfilms 50 auf dem Glassubstrat 46 verläuft.
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Die Fig. 25 ist ein Kurvenbild, das die
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 80 zeigt. In der
Fig. 25 ist die Charakteristikkurve für die Betrachtung der Flüssigkristall-
Anzeigevorrichtung 80 von oben durch eine Linie L26 repräsentiert, und
Charakteristikkurven, wie sie aus Positionen erkennbar sind, die um einen
Winkel von 30 Grad in der normalen Betrachtungswinkelrichtung, der
rechten Richtung, der Anti-Betrachtungswinkelrichtung und der linken Richtung
geneigt sind, sind durch Linien L27, L28, L29 bzw. L30 gekennzeichnet. In
der Linie L27 in der Fig. 25 stieg das Transmissionsvermögen, das bei einer
angelegten Spannung von 2,7 einmal abgesenkt wurde, ausgehend von 3,0 V
wieder an, und es wurde der Invertierungseffekt beobachtet. Außerdem wurde
erkannt, dass das Transmissionsvermögen abnahm, wenn eine Spannung angelegt
wurde, wenn der Betrachtungswinkel schräg gemacht wurde.
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Außerdem zeigt es sich, dass die Linien L28 und L30 in Querrichtung
geringfügig asymmetrisch im Vergleich mit den Linien L23, L25 in der Fig. 22
waren. Ferner wurde entlang der Linie L29 das Transmissionsvermögen bei
angelegter Spannung nicht vollständig abgesenkt.
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Daher zeigt es sich, dass die Betrachtungswinkelcharakteristik der in der
Fig. 18 dargestellten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 im Vergleich zur
Betrachtungswinkelcharakteristik der in der Fig. 23 dargestellten
herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 80 beträchtlich verbessert ist. Als
Phasendifferenzplatte 41 kann die Schrägausrichtung eines hochpolymeren
Flüssigkristalls oder der Dreheffekt eines hochpolymeren Films verwendet
werden.
Beispiel 1
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Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 in der Fig. 26 weist ähnliche
Konstruktion wie die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 54 in der Fig. 18
mit Ausnahme der Phasendifferenzplatte 86 auf, und als
Flüssigkristallmaterial 52 ist ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit einer Anisotropie
des Brechungsindex von Δn = 0,08 verwendet, die Dicke der
Flüssigkristallschicht 52 ist auf 4,5 um eingestellt und anstelle der in der Fig. 16
dargestellten Phasendifferenzplatte 41 ist eine in der Fig. 27 dargestellte
Phasendifferenzplatte 86 verwendet. Dies Phasendifferenzplatte 86 besteht aus
einer gezogenen und gereckten hochpolymeren Verbindung wie Polystyrol,
wobei es sich um ein uniaxiales Material mit einer ersten Nacheilung (nc -
na)·d von 0 nm und einer zweiten Nachteilung (nc - nb)·d von 200 nm handelt,
und die Richtung des Hauptbrechungsindex nb ist um 25 Grad in
Uhrzeigerrichtung, wie durch einen Pfeil 60 gekennzeichnet, zur normalen Richtung
auf der Oberfläche der Phasendifferenzplatte 86 geneigt, und in ähnlicher
Weise bildet die Richtung des Hauptbrechungsindex einen Winkel von 25 Grad
zur Oberfläche.
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Die Fig. 28 ist eine perspektivische A sicht, die den Aufbau der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 zeigt. Wie es in der Fig. 28 dargestellt ist,
sind die Transmissionsachsen 64, 65 von Polarisatoren 43, 44 der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85
so konfiguriert, dass Sie rechtwinklig zu
den jeweiligen Reiberichtungen 62, 63 der Ausrichtungsfilme 50, 51 auf den
Glassubstraten 46 bzw. 47 verlaufen, und die Neigungsrichtung 87 des
Hauptbrechungsindex nb in der Anisotropierichtung der Phasendifferenzplatte 86
ist entgegengesetzt zur Reiberichtung 62 des Ausrichtungsfilms 50 des
Glassubstrats 46 eingestellt. Daher lässt die
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85, wenn eine Spannung angelegt wird, Licht durch, um weiß anzuzeigen,
was als im Normalzustand weiße Anzeige bezeichnet wird.
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Die Fig. 29 ist ein Kurvenbild, das die
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik für die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 zeigt. In
Fig. 31 ist die Charakteristikkurve für die Betrachtung von der Oberseite
der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 her, d. h. von einem Winkel C von
0 Grad, durch eine durchgezogene Linie L31 gekennzeichnet. Die
Charakteristikkurven, wie von einer Position aus gesehen, die um einen Winkel C von 30
Grad in der normalen Betrachtungswinkelrichtung und der
Anti-Betrachtungswinkelrichtung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 gesehen werden,
sind durch Linien L32 bzw. L33 repräsentiert. Aus der Linie L32 der Fig. 29
ist feststellbar, dass das Transmissionsvermögen im Bereich der angelegten
Spannung von 3,5 V bis 5,5 V beinahe 0% beträgt. Es ist auch ersichtlich,
dass sich das Transmissionsvermögen bei angelegter Spannung kaum abhängig
davon ändert, ob von oben oder unter einer Neigung gemäß dem
Betrachtungswinkel betrachtet wird. Entlang der Linie L33 ist das Transmissionsvermögen
bei angelegter Spannung beträchtlich abgesenkt, und es wird schwarz
angezeigt, und es ist ersichtlich, dass die Anti-Betrachtungswinkelrichtung
verbessert ist.
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Das Kontrastverhältnis für die normale Betrachtungswinkelrichtung und die
Anti-Betrachtungswinkelrichtung bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
85 ist in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2 Kontrastverhältnis
Vergleich 5
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Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 88 in der Fig. 30 weist ähnlichen
Aufbau wie die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 in der Fig. 26 mit
Ausnahme der Phasendifferenzplatte 89 auf, und als Flüssigkristallschicht
52 ist ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit einer Anisotropie des
Brechungsindex von Δn = 0,08 verwendet, die Dicke der
Flüssigkristallschicht 52 ist auf 4,5 um eingestellt und eine in der Fig. 31 dargestellte
Phasendifferenzplatte 89 ist anstelle der in der Fig. 27 dargestellten
Phasendifferenzplatte 86 verwendet. Die Phasendifferenzplatte 89 besteht aus
einer gezogenen und gereckten hochpolymeren Verbindung wie Polystyrol, das
ein uniaxiales Material mit einer ersten Nacheilung (nc - na)·d von 0 nm und
einer zweiten Nacheilung (nc - nb)·d von 200 nm ist, und die Richtung des
Hauptbrechungsindex nb ist parallel zur normalen Linie der Oberfläche
ausgebildet. In der Fig. 30 ist darüber hinaus die Richtung des
Hauptbrechungsindex nc der Phasendifferenzplatte 89 parallel zur Oberfläche ausgebildet.
Die Richtung 90 des Hauptbrechungsindex nc der Phasendifferenzplatte 89 ist
parallel zur Reiberichtung 62 des Ausrichtungsfilms 50 des Glassubstrats 46
angeordnet.
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Die Fig. 32 ist ein Kurvenbild, das die
Transmissionsvermögen-Anlegespannung-Charakteristik der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 88 zeigt. In der
Fig. 32 ist die Charakteristikkurve für die Betrachtung der Flüssigkristall-
Anzeigevorrichtung 88 von oben durch eine Linie L34 repräsentiert, und die
Charakteristikkurven für Betrachtung ausgehend von einer Position, die um
einen Winkel C von 30 Grad in der normalen Betrachtungswinkelrichtung und
der Anti-Betrachtungswinkelrichtung geneigt ist, sind durch Linien L35 bzw.
L36 angegeben. In der Linie L34 in der Fig. 32 beginnt die Kurve des
Transmissionsvermögens, wenn sie einmal bei einer angelegten Spannung von 2,5 V
abgesenkt ist, erneut anzusteigen, wenn die angelegte Spannung ausgehend
von 3,0 V weiter erhöht wird, und es wurde ein Invertierungseffekt
beobachtet. Außerdem wurde ersichtlich, dass das Transmissionsvermögen bei
angelegter Spannung abnahm, wenn der Betrachtungswinkel geneigt wurde. In
ähnlicher Weise wurde aus der Linie L36 in der Fig. 32 klargestellt, dass das
Transmissionsvermögen bei angelegter Spannung nicht vollständig absank.
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Daher ergab sich, dass die Betrachtungswinkelcharakteristik der in der
Fig. 26 dargestellten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 85 im Vergleich zur
Betrachtungswinkelcharakteristik der in der Fig. 30 dargestellten
herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 88 beträchtlich verbessert ist. Als
Phasendifferenzplatte 86 kann auch die Schrägausrichtung eines
hochpolymeren Flüssigkristalls oder die Drehung eines hochpolymeren Films verwendet
werden.
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Die Erfindung kann auf andere spezielle Formen realisiert werden ohne dass
von ihren wesentlichen Eigenschaften abgewichen wird. Die vorliegenden
Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und
nicht als beschränkend zu betrachten, da der Schutzumfang der Erfindung
durch die beigefügten Ansprüche statt durch die vorstehende Beschreibung
gegeben ist, und alle Änderungen, die in die Bedeutung und den
Äquivalenzbereich der Ansprüche reichen, sollen daher davon umfasst sein.