NL8402189A - Vloeibaarkristalweergeefelement. - Google Patents

Description

NL 32.171-Pf/ed - 1 - „ .

Π 4 r \

Vloeibaarkristalweergeefelement.

De uitvinding heeft betrekking op een vloeibaarkristalweergeef element volgens de aanhef van conclusie 1. Een dergelijk weergeefelement is bijvoorbeeld bekend uit J. Appl.

Phys., jaargang 53, deel 12 (december 1982), bladzijden 8599-5 -8606.

Het daar beschreven vloeibaarkristalweergeefelement functioneert volgens het bistabiliteitseffect en bestaat uit een cel met twee planparallelle glasplaten, die door middel van afstandshouders in de omranding van de cel op afstand wor-10 den gehouden en slechts op twee kanten samengeplakt zijn. De afstand tussen de glasplaten bedraagt ca 15yum. Er wordt nadrukkelijk opgemerkt, dat stofdeeltjes in de cel en storingen aan de oppervlakken van de glasplaten ongunstig zijn voor een dergelijk weergeefelement. Deze fenomenen versnellen het ver-15 dwijnen van het weergegeven beeld, hetgeen bij de aangegeven stuurmethoden onvermijdelijk is. Derhalve moet het weergeef-element voortdurend opgef rist worden. De weergeef cel bevindt zich tussen twee gekruiste polarisatoren. Op de binnenzijden van de glasplaten zijn electrodenlagen en daar overheen oriën-20 teringslagen aangebracht. De laatste zijn verkregen door het schuin opdampen van SiO onder een hoek van 5° met het vlak van de plaat. Daardoor worden de aangrenzende vloeibaarkris-talmoleculen met een invalshoek van 55° met de normaal op de plaat gericht. De in het vlak van de plaat liggende oriënte-.

25 ringsrichtingen van de oriënteringslagen staan evenwijdig aan of loodrecht op de trillingsrichting van de polarisatoren. Als vloeibaarkristal wordt het cyanobifenylmengsel E7 met als chi-rale toevoeging cholesterylnonanoaat in de cel gebracht. De interne schroef draaiing van het vloeibaarkristal bedraagt 360°, 30 de verhouding tussen laagdikte en spoed 0,983. %x>r deze verhouding wordt een traject van 0,95 tot 1,10 als zinvol beschouwd. Beneden 0,95 zijn de schakeltijden zeer lang, zodat dit traject voor een dergelijk weergeefelement kan worden uitgesloten. Bovendien wordt uitdrukkelijk een storingsvrij bistabiel gedrag van 35 het weergeefelement nagestreefd, waarvoor de laagdikte en de spoed ongeveer gelijk moeten zijn. Het weergeefelement wordt volgens het 3:1 - stuurschema of volgens het 2:1 - stuurschema in bedrijf gebracht, waarbij volgens regels wordt geschreven.

8402189 - 2 - £ ’

Daar het weergeef element voortdurend opgef rist moet worden, kunnen slechts weinig regels worden geschreven. Dat betekent, dat de multiplexgraad laag is en. .een grote puntmatrixweergave volgens het bovengenoemde artikel niet te realiseren is.

5 De uitvinding, zoals deze in de conclusies gekenmerkt is, lost de opgave op, een vloeibaarkristalweergeefelement volgens het bistabiliteitseffect te verschaffen, die een bestendige weergave zonder opfrissing mogelijk maakt, volgens de gebruikelijke multiplexmethode met een hoge multiplexgraad 10 stuurbaar is en een groot bereik van de zichtbaarheidshoek bij hoog contrast vertoont.

De uitvinding berust op het inzicht, dat bij een weer-geefelement volgens het bistabiliteitseffect door een verlaging van de totale draaiing binnen de weergeefcel en gelijk-15 tijdig een verlaging van een verhouding tussen laagdikte en spoed van het vloeibaarkristal het spanningsgebied, waarbinnen het bistabiele gedrag van het weergeefelement optreedt, in. die mate wordt beperkt, dat met stuurspanningen volgens de gebruikelijke multiplexmethode buiten dit gebied een hogere multi-20 plexgraad wordt bereikt. Daarbij moet de totale draaiing van het vloeistofkristal binnen het weergeefelement naar waarde tussen 180° en 360° liggen. Verder moet de afstand van de dragerplaten ^ 10^m zijn, waardoor in het bijzonder de scha-keltijden aanzienlijk kunnen'worden verkort.

25 Door de uitvinding wordt thans een vloeibaarkristal weergeef element volgens het bistabiliteitseffect verschaft, die voor grote 'puntraatrixweergaven bijzonder geschikt is, snelle schakeltijden vertoont en een zeer groot bereik van de zichtbaarheidshoek bij hoog contrast bezit. Verdere voordelen 30 van de uitvinding blijken, uit het nog volgende uitvoerings-voorbeeld, dat aan de hand van de tekeningen nader wordt toegelicht. Daarbij toont:; figuur 1 een doorsnede van een vloeibaarkristalweergeef element volgens de uitvinding, 35 figuur la een detail van een vloeibaarkristalweer geef element met interne reflector, figuur 2 curven met de totale draaiingvan het vloeibaarkristal als parameter, in een diagram met de bedrijfs-spanning U en de kantelhoek Q in het midden van de weergeefcel 40 als variabelen, 8402189 * — o %— r * figuur 3 contrastcurven voor een reflexieve weergeef-cel met twee polarisatoren, figuur 4 de schematische opstelling van de polarisatoren in eer vlceibaarkristalweergeefelement volgens figuur 1 voor 5 een eerste werkingswijze (gele modus), figuur 5 een met figuur 4 overeenkomende opstelling voor een tweede werkingswijze (blauwe modus), figuur 6 de in een opstelling volgens figuur -4.-gemeten contrast CR in afhankelijkheid van de polarisatoropstel-10 ling, figuur 7 de met figuur 6 overeenkomende resultaten voor een opstelling volgens figuur 5, figuur 8 de berekende lijnen met constante contrast-verhouding in afhankelijkheid van de polarisatorinstelling en 15 het productA n x d voor een opstelling met een polarisator en een reflector,.

figuur 9 de met figuur 8 overeenkomende lijnen voor een opstelling volgens figuur::5 en figuur 10 de met figuur 8 overeenkomende lijnen voor 20 een opstelling volgens figuur 4.

Het in figuur 1 afgebeelde vloeibaarkristalweergeef-element bestaat uit twee draagplaten 1 en 2 uit glas, die met een omranding 3 een cel vormen. De omranding 3 bestaat, zoals gebruikelijk uit een epoxyplakmiddei, dat afstandhouders 4 25 uit glasvezels bevat. Nog meer afstandhouders 4 zijn statistisch verdeeld tussen de draagplaten 1 en 2 over het gehele beeldvlak van het weergeef element. In de cel bevindt zich een nematisch vloeibaarkristal 5 met positieve dielectrische anisotropie, dat een chiraal toevoegsel bevat. De binnenzijde 30 van iedere draagplaat 1 en 2 bezit evenwijdige, strookvormige electrodenlagen 6 respectievelijk 7 uit I^O^, waarbij de richting van de stroken op de ene draagplaat 1 loodrecht op de richting van de stroken op de andere draagplaat 2 staat. Op deze wijze werd een weergeef element uit matrixpunten gevormd. An-35 dere electrodevormen zijn echter ook mogelijk, zoals bijvoorbeeld de. bekende zeefsegment-opstelling. Op de electrodenlaag 6 en 7 en de tussenruimten tussen deze electrodenlaag zijn orcenteringslagen 8 en 9 aangebracht. Op de buitenzijde van de voorste draagplaat 1 is een uit een folie bestaande lineaire 40 polarisator 10 geplakt. Op de buitenzijde van de achterste 8402189 * f ‘ 'ï « 4 _ draagplaat 2 is bij transmissiewerking eveneens een lineaire polarisator 11 geplakt. Voor reflexiewerking wordt achter deze polarisator 11 een diffuus verstrooiende, metallische, externe reflector 12 opgesteld (met streeplijnen aangegeven in figuur 5 1). Een dergelijke reflector is bijvoorbeeld bekend uit CH-B--618018. De polarisator 11 kan echter ook wofden weggelaten. Daardoor wordt weliswaar de helderheid verbeterd, maar het contrast minder.

In figuur la is het geval afgeheeld, wanneer in plaats 10 van een externe reflector 12 een interne reflector 13 wordt toegepast, zoals deze bijvoorbeeld uit EP-B-060380 bekend is. Zoals het detail toont, is deze reflector tussen de electrode-laag 7 en de orienteringslaag opgesteld. Overigens zijn afgezien van de polarisator 11 dezelfde elementen als in‘figuur I 15 aanwezig.

Figuur 2 toont voor een typisch vloeibaarkristal het theoretisch verband tussen de kantelhoekö van de locale optische as (dat wil., zeggen de stuurder) van het vloeibaarkristal in het midden van de cel en de aangelegde bedrijfsspanning. De 20 hoek & wordt ten opzichte van de draagplaat gemeten. De kan-telhoek van het vloeibaarkristal aan de draagplaten (invalshoek) bedraagt in beide gevallen 28°. De parameter, de totale draaiing ^kvan het vloeibaarkristal binnen de weergeefcel, .. doorloopt daarbij de waarden 210° (curve 1), 240° (curve 2), 25 270° (curve 3), 300° (curve 4), 330° (curve 5) en 360° (curve 6). Bij een bepaalde laagdikte d van het vloeibaarkristal wordt de spoedlp zo gekozen, dat de verhouding d/p door de volgende formule wordt beschreven: 30 d/p = § /360° (I)

Dit waarborgt, dat de draaitoestand van de vloeibaarkristal-laag stabiel is en niet nog daarbij met + 180° draait, en dat geen optische storingen in de weergave optreden. De waarden 35 210°, 240°, 270°, 300°, 330° en 360° komen zo overeen met een verhouding d/p van 0,58, 0,67, 0,75, 0,83, 0,91 en 1,0. De spoed p wordt daarbij volgens het normale spraakgebruik gedefinieerd als de specifieke grootte van de draaiing, die in het nematische vloeibaarkristal door toevoeging van het chirale 40 toevoegsel in ongestoorde toestand wordt teweeggebracht, en 8402189 - 5 - , * wordt bij rechtse draaiing positief en bij linkse draaiing negatief geteld.

Wezenlijk voor de uitvinding is het dat, de verhouding van de laagdikte tot de spoed van het vloeibaarkristal naar 5 waarde in het gebied van 0,50 tot 0,95 ligt, bij voorkeur tussen 0,65 en 0,85. De spoed p wordt ingesteld door bij het ne-matische vloeibaarkristal een bepaald gewichtsgehalte aan een chiraal toevoegsel te mengen. Dit gehalte is afhankelijk van de aard van het vloeibaarkristal en van het chirale toevoegsel en 10 van de laagdikte d. Verder is het belangrijk, dat tenminste een vandeoriënteringslagen 8 of 9 de aangrenzende vloeibaarkris- o talmoleculen met een invalshoek -groter dan 5 richt, bij voorkeur met ca 10° tot 40°. Daarbij moet erop worden gelet, dat het richten van de oriënteringslagen 8 en 9 met de natuur-15 lijke draaiinrichting van het met het chirale toevoegsel gedoteerde vloeibaarkristal 5 overeenstemt. Verder moet de laagdikte d < 10 jüpn. zijn en de totale draaiing binnen de weergeef-cel naar waarde tussen 180° en 360° liggen, bij voorkeur tussen 240° en 300°. Daardoor wordt gewaarborgd, dat de speci-20 fieke lijn van het weergeef element, dat wil zeggen de trans:--' missiecurve bij aangelegde Bedrijfsspanning, voldoende steil is en het traject van het bistabiele gedrag dermate beperkt is, dat met bedrijfsspanningen buiten dit gebied volgens de gebruikelijke multiplexmethode (vergelijk bijvoorbeeld 25 IEEE Trans. El. Dev., Vol. ED-21, No. 2, Febr. 1974, bladzijden 146-155) kan worden gestuurd. Gevonden werd, dat binnen dit gebied de schakeltijden tenminste 100 maal groter zijn dan er buiten. De specifieke lijn van het weergeefelement heeft een eender verloop als de curven in figuur 2, behalve dat de 30 negatieve helling van de curve (curven 3 tot 6) door een bl-stabiel gebied (hystereselus) moet worden vervangen.

Een ander belangrijk punt is, dat het product van dubbele breking A n en laagdikte d van het vloeibaarkristal in het gebied van 0,6//om tot 1,4 jga. ligt, bij voorkeur tussen 35 0,8en 1,2/im.

De werkingswijze van het vloeibaarkristalweergeefelement volgens de uitvinding in transmissie kan als volgt worden verklaard: Het door de lineaire polarisator 10 lineair gepolariseerde licht doorloopt de draagplaat 1 en treft onder een 40 hoek het aan de oriënteringslaag 8 gerichte vloeibaarkristal.

8402189 ' * ' * . -6-.

Vanwege de totale draaiing en de dubbel brekende eigenschappen van het vloeibaarkristal wordt het oorspronkelijk lineair gepolariseerde licht elliptisch gepolariseerd en wel in afhankelijkheid van de aangelegde bedrijfsspanning. De oriënterings-5 richting van de oriëntatielaag 9 en de trillingsrichting van de achterste lineaire polarisator 11 maken eveneens een bepaalde hoek. Onder de oriënteringsrichting wordt hierbij de projectie van de locale optische as van het vloeibaarkristal in de onmiddellijke nabijheid van de oriënteringslaag op het.

10 vlak van de oriënteringslaag verstaan. De trillingsrichting is die richting, waarin de electrische veldvector trilt. Het uit het vloeibaarkristal naar buiten .tredende, elliptisch gepolariseerde licht wordt in de achterste polarisator 11 dan wel bijna volledig dan wel nauwelijks geabsorbeerd, afhankelijk van 15 het”fèit of de hoofdas van het elliptisch gepolariseerde licht loodrecht of evenwijdig op de trillingsrichting van de pola-risatör 11 staat. Door een geschikte keuze van de bovengenoemde hoeken tussen de oriënteringslagen 8 en 9 en de polarisa-toren 10 en 11 wordt een optimaal contrast bereikt. Deze hoe-20 ken hebben een waarde tussen 20° en 70°, bij voorkeur tussen 30° en 60°, waarbij de draaiingsrichting zowel met de klok mee als tegen de klok in kan zijn. Daarbij worden een draaiing met de klok mee betrokken op de invalsrichting van het licht en de hoek betrokken op de oriënteringsrichting,bepaald.

25 Bij reflexiewerking is de werkingswijze in wezen ge lijk als bij de transmissie. In het bijzonder wordt het optimale contrast bij slechts een polarisator 10 door een geschikte keuze van de hoek tussen de trillingsrichting van de voorste lineaire polarisator 10. en de oriënteringsrichting van de 30 eerste oriënteringslaag 8 bepaald. Daar de gekozen hoeken tussen de trillingsrichtingen van de polarisatoren 10, 11 en de oriënteringsrichtingen van de oriënteringslagen 8, 9 voor het bereiken van een optimale contrastverhouding CR een wezenlijke rol spelen, worden deze hoeken met de schematische opstel-35 ling in de figuren 4 en 5 wat betreft hun wijze van aflezing nog een maal nader toegelicht.

De figuren ê en 5 tonen in opgeblazen, perspectie-Vische afbeelding de opstelling van de polarisatoren 10 en 11, de oriënteringslagen 8 en 9 alsmede het zich tussen de oriën-40 teringslagen bevindende vloeibaarkristal 5, waarvan, de draaiingj^door 8402189 - 7 - .

een keten van schematische vloeibaarkristalmoleculen in de vorm van rechthoekige plaatjes zichtbaar wordt gemaakt. Draagplaten, omranding en mogelijke reflectoren zijn voor een betere overzichten jkhoid weggelaten.

5 De elementen van de cel zijn volgens een as van de cel opgesteld, die in de richting van het invallende licht wijst. De trillingsrichtingen van de polarisatoren 10 en 11 alsmede oriënteringsrichtingen van de oriënteringslagen 8 en 9 zijn telkens metrdoorgetrokken pijlen aangegeven, die in de 10 overeenkomstige vlakken loodrecht op de genoemde as van de cel staan.

Door deze gerichte as respectievelijk de invalsrich-ting van het licht wordt een rechtshandig systeem gedefinieerd, waarin de optredende hoeken in de richting van de klok positief, 15 in andere gevallen negatief worden gerekend. In de gevallen van figuur 4 en 5 vormen derhalve de als voorbeeld afgebeelde vloeibaarkristalmoleculen een linkse schroef, die van de voorste oriënteringslaag 8 uitgaande, een draaiing § van -270° vertoont.

20 De trillingsrichtingen van de polarisatoren 10 en 11 zijn uit de in de polarisatorvlakken gestreept getekende oriënteringsrichtingen van de oriënteringslagen 8 en 9 over een hoek respectievelijk ^ weggedraaid. In de opstelling volgens figuur 4 zijn de hoeken £ en f telkens positief. In de 25 opstelling, volgens figuur 5 is slechts β positief, maar γ negatief. De nog volgende vermeldingen van hoeken hebben telkens betrekking op de in figuur 4 en 5 vastgelegde definities.

De uitvinding heeft zijn waarde bewezen bij een reflectieve weer geef cel met een laagdikte. d van 7,6 μια, en een 30 totale draaiing f van het vloeibaarkristal van -270°. De verhouding d/p bedraagt hier -0,75. De eerste oriënteringslaag 8 werd door schuin opdampen met SiO onder een hoek van 5° tot het vlak van de plaat vervaardigd, zodat de aangrenzende vloeibaarkristalmoleculen zodanig zijn gericht, dat·de invals-35 hoek tussen de locale optische as van het vloeibaarkristal aan de oriënteringslaag.en de projectie van deze optische as op het vlak van de plaat, dat wil zeggen de oriënteringsrichting, 28° bedraagt. De-trillingsrichting van de voorste polarisator 10 en de oriënteringsrichting van de oriënteringslaag 8 maken een 40 hoek van ca 30°. De tweede oriënteringslaag 9 is een gewreven 8402189 - 8 - polymeerlaag en geeft een invalhoek van 1°. Echter een eendere oriënteringslaag als de eerste is eveneens mogelijk. Het vloeibaarkristal 5 bestaat uit het nematische mengsel ZLI-1840 van de firma Merck, Bondsrepubliek Duitsland en 2,05 gew.% van 5 het chirale toevoegsel cholesterylnonanoaat. Dit vloeibaarkristal bezit een positieve dielectrische anisotropie van +12,2 en een dubbele breking van 0,15. Het temperatuurgebied strekt zich uit van 258 K tot 363 K, de viscositéithbedraagt 1,18 · 10"4 m2/s bij 273 K en 3,1 ïo”3 m2/s bij 293 K.

10 Met deze weergeefcel werden 96 regels volgens de ge bruikelijke multiplexmethode gestuurd. De bedrijfsspanningen waren 1,90 V voor de niet-gestuurde toestand (donker).en 2,10 V voor de gestuurde toestand (helder). De weergave is in heldere toestand volledig achromatisch,én in donkere toestand 15 diepblauw. Wanneer bovendien een optische vertragingsplaat, zoals bijvoorbeeld een λ/4-plaat, tussen de voorste lineaire polarisator 10 en de voorste dragerplaat 1 wordt toegepast, kan de klèur van de weergave dienovereenkomstig worden' veranderd. De weergave bezit een uitstekend traject van de zicht-20 baarheid onafhankelijk van de belichtingsrichting. De in- en uitschakeltijden van de weergave bedragen 0,4 s bij 296 K.

Een andere in het bijzonder de voorkeur verdienende uitvoeringsvorm van de uitvinding bestaat uit een reflectieve weergeefcel met een 0,7 mm dikke draagplaat 1 en een 0,5 mm 25 dikke draagplaat 2. De laagdikte d bedraagt 6,5 jim. Bij deze weergeefcel zijn een voorste polarisator 10, een achterste polarisator 11 en een externe reflector 12 aangebracht. De beide oriënteringslagen 8 en 9 werden door schuin opdampen met SiO onder een hoek van 5° met het vlak van de plaat vervaar-30 digd.en zij richten de aangrenzende vloeibaarkristalmoleculen op zodanige wijze, dat de optische as van het vloeibaarkristal een invalshoek van 28° met het vlak van de plaat vormt. De oriënteringslagen 8 en 9 zijn zo opgesteld, dat de totale draaiing $ een linkse draaiing van -250° maakt. Als vloei-35 baarkristal 5 werd het nematische mengsel ZLI-1840 met een chiraal toevoegsel van 2,56 gew.% cholesterylnonanoaat in de cel gebracht. De dubbele breking An van ZLI-1840 bedraagt 0,15, zodat het product An » d= 0,975. De hoek β tussen de trillingsrichting van de voorste lineaire polarisator 10 en de 40 oriënteringsrichting van de bijbehorende oriënteringslaag 8 en 8402189 - 9 - ' * de hoek γ tassen de trillingsrichting van de achterste lineaire polarisator II en de oriënteringsrichting van de bijbehorende oriënteringslaag 9 bedragen + 45°. In figuur 3 worden Cii aaagegeven, voor het geval, dat beide hoeken 45° of beide hoeken -45° zijn (curve A) en voor het geval dat de ene hoek 45° en de andere hoek -45° is, of omgekeerd (curve B). De abscis geeft daarbij de aangelegde spanning ü in volt aan terwijl de ordinaat de helderheid van de weergave in willekeurige eenheden aangeeft. In het eerste geval (curve A) verkrijgt men in niet-gestuurde toestand een helder gele weergave, in gestuurde toestand een zwarte weergave. Met dit geval komt de opstelling volgens figuur 1 overeen, waarin de beide hoeken en γ in dezelfde richting positief of negatief worden' gekozen (gele modus). In het tweede geval (curve B) verkrijgt men een donker violette weergave in de niet-gestuurde toestand en een heldere weergave in de gestuurde toestand. Met dit geval komt de opstelling volgens figuur 5 overeen, waarin de hoeken en ^ in tegengestelde richting worden gekozen (blauwe modus). De metingen werden uitgevoerd bij loodrecht invallend licht met een fotometer van de firma Tektronix, model J 6523. Deze fotometer neemt de spectrale gevoeligheid van hetimenselijke oog in aanmerking. De oplaadsnelheid bedraagt 20 mV/s. De gemeten contrastverhoudingen bij een multiplexgraad van 100 : 1 zijn als volgt:

curve A V = 1,580 V

VS = 1 429 V contrastverhouding = 19,8 ns ' ' curve B V - 1,609 V j „s _ i v ] contrastverhouding = 11,8 ns*" ' 1

De spanningen V en Vng zijn de gebruikelijke ge-t : stuurde respectievelijk niet-gestuurde stuurspanningen volgens het reeds genoemde artikel IEEE Trans. El. Dev. De verhouding Vg/Vns is dan 1,106 bij een multiplexgraad van 100 : 1.

Bij de toepassing van twee polarisatoren met de hoeken j5 en | ten opzichte van de oriënteringsrichtingen volgens figuur 4 en 5 werden nu algemene voorwaarden gevonden, die voor een geoptimaliseerde contrastverhouding CR vervuld moeten zijn. Deze voorwaarden kunnen als volgt worden beschreven: (2) ν' ~ + 90° (Fig. 4) 84 02 1 8 9 ’ v ’ * - 10 - (3) (!> +· ^ - 0° (Fig. 5)

In beide gevallen is het traject van de waarden van de hoeken in die mate beperkt, dat 20° s / A / If 20° en 20° <70° geldt.

5 Wanneer de voorwaarde (2) vervuld is (bijvoorbeeld f1- ï - + 45°), dan verkrijgt men (curve A uit figuur 3) in de niet-gestuurde toestand de lichtgele weergave (gele modus). Wanneer daarentegen aan de voorwaarde (3) voldaan is, dan verkrijgt men (curve Bi uit figuur 3) in de niet-gestuur-10 de toestand de donker violette weergave (blauwe modus).

Dat de voorwaarden (2) en (3) geen voldoende voorwaarden voor een optimale contrastverhouding zijn, blijkt uit de curven van de figuren 6 en 7, die de gemeten contrastverhouding es in afhankelijkheid van de hoek ƒ4 onder de voor-15 waarde (2) of (3) voor éen cel met twee lineaire polarisatoren bij transmissiewerking tonen.

Bij deze metingen werd een vloeibaarkristalmengsel van 95,6% ZLI-2392 (Merck),.2,5% S 811 (Merck) en 1,9% CB 15 (BDH) toegepast. De draaiing bedroeg -270°, de invalshoek 24°, 20 dellaagdikte 6,3 jL\m en de dubbele breking An was 0,15.

De in figuur 6 afgebeelde resultaten gelden voor de gele modus ([3+^ — ±..90°)/ de resultaten van figuur 7 dienovereenkomstig voor de blauwe modus ( |2+ ^ 0°}. Men ziet, dat de hoek β bij de gele modus voor een maximale contrast-25 verhouding CR van öa 22 : 1 bij ongeveer 32° ligt en zo..dui-delijk van 0° afwijkt.

In de blauwe modus -.(figuur 7) is de maximale eontrast-verhouding CR met ca 6,5 : 1 duidelijk geringer. Ook hier bedraagt |3 ongeveer 38° en ligt dus in een niet verwacht tra-30 ject voor de hoek.

De met een optimale contrastverhouding CR verbonden verrassende waarden voor de hoek ƒ& werden door latere theoretische berekeningen bevestigd, waarvan de resultaten in de figuren 8 tot 10 als lijnen met constante contrastverhouding in 35 afhankelijkheid van het product van laagdikte d en dubbele breking Ar» en alsmede van de hoek $ worden afgebeeld.

Voor de berekeningen wordt uitgegaan van een multi-plexverhouding van 100 : 1, een laagdikte van d = 6,2 pm, een brekingsindex n voor de normale straal van 1,5, elastische 40 vloeibaarkristalconstanten van ^33/^23 = 2,5, ^33/^^ = 1/5, 84 0 2 1 8 9 - 11 - » * een verhouding van de dielectrische constanten van ( ) / 2jl = 2,5, een draaiing van § = -270° alsmede een verhouding van laagdikte tot spoed van d/p = -0,75.

Figuur 8 maakt duidelijk, dat in het geval van een in 5 de reflexiewerking met een polarisator werkende cel een maximale contrastverhouding CR van;ongeveer 3,6 : 1 slechts dan wordt bereikt, wanneeer de hoek β ca 20° en & n x d ongeveer 1,13 ^m bedragen. Overigens werd in dit geval een invalshoek van telkens 28° aangenomen.

10 In de blauwe modus van een met twee polarisatoren in de reflexiewerking werkende weergeefeel (figuur 9) verkrijgt men overeenkomstige waarden van — 45° en An x d si. 0,78 p_m.

In de bijbehorende gele modus (figuur 10) komen tenslotte waarden van |5 — 32,5° en A n x d ΐ 0,84 /χία.naar voren.

15 In de beide laatstgenoemde gevallen werd daarbij een invalshoek van telkens 20° aangenomen.

De theoretisch.-berekende optimale contrastverhoudin-gen van 50 en 150 liggen duidelijk hoger dan de gemeten verhoudingen, omdat in de berekening een reflexiewerking werd 20 aangenomen, die vanwege de dubbele benutting van de polarisa-toren ten opzichte van het transmissiebedrijf een betere contrastverhouding oplevert.

Totaal gezien maakt de uitvinding een in hoge mate multiplexeerbaar, contrastrijk en snel vloeibaarknistalweer- 25 geefelement met groot traject van de zichtbaarheidshoek mogelijk, die bovendien in de bij;..de gebruikelijke TN (Twisted Nematix)-cellen beproefde technologie kan worden vervaardigd.

30 8402189

Claims (10)

1. Multiplexeerbaar vloeibaarkristalweergeefelement met -.twee planparallelle draagplaten (1, 2), die met een omranding een cel vormen, 5. een in de cel gebracht nematisch vloeibaarkristal (5) met positieve dielectrische anisotropie en een chiraal toevoeg-sél, - electrodenlagen (6, 7) op de binnenzijden van de draagplaten (1, 2) , 10. daaroverheen liggende oriënteringslagen (8, 9), waarvan tenminste een de aangrenzende vloeibaarkristalmoleculen op zodanige wijze richt, dat de locale optische as van het vloei-baarkristal aan deze ene orcenteringslaag een invalshoek van > 5° met het vlak van de plaat maakt, 15. tenminste een polarisator (10) in een zodanige opstelling, dat het licht tussen in- en uittreden tenminste twee maal .een polarisatoropasseert, met het kenmerk, dat - de afstand tussen de draagplaten (1, 2) kleinerr.dan 10 jaih is, - de draaiing ($) van het vloeibaarkristal (5) in de cel naar 20 waarde groter dan of gelijk aan 180° en kleiner dan 360° is, - de verhouding tussen laagdikte (d) en spoed (p) van het vloeibaarkristal (5) naar waarde groter dan of gelijk aan 0,50 en kleiner dan of geli.jk dan 0,95 is.

2. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 25 1, m e t het kenmerk, dat het product van de dubbele breking (&n) en de laagdikte (d) tussen 0,60 jj^m en l,40jjt.m, bij voorkeur tussen 0,80 jA.m en 1,20 p.m ligt.

3. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 2, m; ett het kenmerk, dat de draaiing van het vloei-30 baarkristal (5) in de cel naar waarde . tussen 240° en 300° ligt, bij voorkeur bij ca 270°.

4. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 3, m-:-=e t het. kenmerk, dat de dielectrische anisotropie van het vloeibaarkristal (5) groter dan of gelijk aan 35. is.

5. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de invalshoek aan de andere orcenteringslaag kleiner dan 5° is.

6. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 8402189 - 13 - 1, m e t het ken m er k,.:dat slechts een voorste pola-risator (10) en op de achterste draagplaat (2) een metallische, diffuns, spiegelende reflector (12).13) aanwezig zijn, en de f ?. \\\ achting van de voorste polarisator (10) met de oriën-5 teringsinrichting van de voorste oriënteringslaag (8) een hoek maakt, waarvan..de waarde tussen 20° en 70°, bij voorkeur tussen 30° en 60° ligt.

7. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat een voorste polarisator 10 (10) en een achterste polarisator (11) aanwezige zijn, en de trillingsrichting van de voorste polarisator (10) met de oriën-teringsrichting van de voorste oriënteringslaag (8) een eerste hoek ( ja ) en de trillingsrichting van de achterste polarisator (11) met de oriënteriingsrichting van de achterste orcenterings- 15 laag (9) een tweede hoek (y ) maken, en de waarden van de hoes ken (/3,^ ) telkens tussen 20° en 70° bij voorkeur tussen 30° en 60°, .liggen.

8. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat achter de achterste pola- 20 risator (11) een metallische diffuus spiegelende reflector (12) aanwezig is.

9. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 7,met het kenmerk, dat de som van de eerste hoek (ji) en de tweede hoek (γΟ of ongeveer gelijk aan + 90° of on- 25 geveer gelijk aan 0° is, waarbij de hoeken in de richting van het invallende licht in de richting van de klok positief worden gerekend.

10. Vloeibaarkristalweergeefelement volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat over het beeldvlak van 30 het weergeefelement afstandhouders (4) zijn verdeeld. 8402189