DE3608911A1

DE3608911A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3608911A1
Application number: DE19863608911
Authority: DE
Inventors: Shinji Mobara Chiba Hasegawa; Yasuhiko Kando; Tamihito Nakagomi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-15
Filing date: 1986-03-17
Publication date: 1986-10-02
Also published as: KR870009252A; GB8605547D0; DE3608911C2; US4664482A; GB2172422A; KR910007011B1; JPS61210324A; GB2172422B

Description

HITACHI, LTD.

6, Kanda Surugadai 4-chome,

Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Die Erfindung betrifft verbesserte Feldeffekt-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen für Zeitmultiplexbetrieb.

Herkömmliche sog. verdrillt-nematische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen weisen ein nematisches Flüssigkristallmateriai mit positiver dielektrischer Anisotropie auf, das zwischen zwei Substraten mit transparenten Elektroden eingeschlossen ist, die auf den Substraten in einem erwünschten Anzeigemuster vorgesehen sind, wobei das Flüssigkristall material eine um 90° verdrillte Helixstruktur aufweist (vgl. die GB-PS 1 372 868). Auf den Außenseiten der Substrate sind Polarisatoren derart angeordnet, daß ihre Polarisations- oder Absorptionsachsen senkrecht oder parallel zu den Hauptachsen der an die Substrate angrenzenden Flüssigkristallmoleküle liegen.

Zur Verdrillung der Flüssigkristallmoleküle zwischen den beiden Substraten um 90° werden Orientierungsschichten

680-338500269DEI-SF-Bk

auf den Elektroden und den freiliegenden Flächen der Substrate durch Aufbringen eines Polyimidharzes und Erzeugung zahlreicher feiner Vertiefungen durch Reiben der beschichteten Oberflächen, die in Kontakt mit den Flüssigkristallmolekülen kommen, mit einem Tuch längs einer Richtung erzeugt. In diesem Fall werden die Hauptachsen der an die betreffende Oberfläche angrenzenden Flüssigkristallmoleküle parallel zu dieser einen Richtung, dh. der Reibrichtung orientiert. Zwei geriebene Oberflächen werden in einem Abstand voneinander so einander gegenüber angeordnet, daß ihre Reibrichtungen unter einem Winkel von 90° gekreuzt zueinander sind. Diese geriebenen Substrate werden dann mit einem Abdichtmittel abgedichtet, worauf ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anistropie in den zwischen den Substraten gebildeten Raum eingefüllt wird. Die Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle sind entsprechend zwischen den Substraten um 90° verdrillt. Die resultierende Flüssigkristallzelle wird sandwichartig zwischen zwei Polarisatoren eingebracht, deren Polarisationsachsen im wesentlichen parallel bzw. senkrecht zu den Hauptachsen der daran angrenzenden Flüssigkristallmoleküle liegen.

Bei herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Reflexionstyp, der am meisten verwendet wird, ist ein Reflektor an der Außenseite des unteren Polarisators vorgesehen. Auf die Oberseite der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung einfallendes Licht wird vom Polarisator linear polarisiert. In dem Bereich der Flüssigkristallschicht, an dem keine Spannung anliegt, wird die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts längs der Helixstruktur um 90°

gedreht, wobei das Licht durch den unteren Polarisator durchgelassen· wird. Das Licht wird dann vom Reflektor reflektiert und kehrt wieder zur Oberseite der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zurück. In den Bereichen der Flüssigkristallschicht, an denen eine Spannung anliegt, wodurch die Helixstruktur zerstört wird, wird allerdings die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts nicht gedreht. Das linear polarisierte Licht, das durch den oberen Polarisator hindurchtritt, wird entsprechend vom unteren Polarisator abgefangen und erreicht den Reflektor nicht. Auf diese Weise können elektrische Signale je nach Vorliegen oder Fehlen eines elektrischen Potentials an der Flüssigkristallschicht in entsprechende optische Bilder umgesetzt werden.

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom verdrilltnematischen Typ (sog. TN-LCDs ) werden aufgrund der mit ihnen verbundenen Vorteile, insbesondere der niederen Betriebsspannung, der geringen Leistungsaufnahme, ihrer kleinen"Dicke und ihres geringen Gewichts, in ausgedehntem Maße technisch eingesetzt, beispielsweise in Armbanduhren, Taschen- und Tischrechnern, verschiedenen technischen Meßgeräten sowie etwa bei Kraftfahrzeuginstrumenten.

TN-LCDs vom Punktmatrixtyp„ mit denen sich Buchstaben und Zahlen darstellen lassen, genießen seit längerer Zeit erhebliches Interesse als günstige Anzeigevorrichtungen für tragbare Computer und verschiedene Datenterminals. Gegenwärtig sind Punktmatrix-Anzeigevorrichtungen mit einer 64 χ 480-Punktmatrix bzw einer 128 χ 480-Punktmatrix auf dem Markt, die mit einem Tastfaktor 1/64 im Multiplexbetrieb angesteuert werden.

Es besteht jedoch ein erhebliches Bedürfnis an LCDs mit noch höherer Anzeige- und Informationsdichte, beispielsweise mit 200 χ 640 Bildelementen bzw 256 χ 640 Bildelementen, die hinsichtlich ihrer Anzeigekapazität Kathodenstrahl-Bildröhren äquivalent sind. Zur Kommerzialisierung müssen derartige LCDs in wirksamer Weise in einem Kurzzeitmultiplexbetrieb ansteuerbar sein, bei dem der Tastfaktor (Tastverhältnis) größenordnungsmäßig im Bereich von 1/100 bzw. 1/128 liegt.

Im folgenden wird der Stand der Technik anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein Diagramm zur Abhängigkeit der relativen Helligkeit von der angelegten Spannung bei herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zur Definition ihrer Charakteristik im Zeitmultiplexbetrieb;

Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Erläuterung der Meßrichtung der Ansteuercharakteristik solcher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen im Zeitmultiplexbetrieb

und

Fig. 3: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ansteuerung von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen im Zeitmultiplexbetrieb.

In Fig. 1 ist eine typische Kennlinie der Abhängigkeit der Helligkeit von der angelegten Spannung für eine herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Relexionstyp mit einem nematischen Flüssigkristallmaterial einer

um 90° verdrillten Helixstruktur dargestellt, bei der die Achsen ihrer Polarisatoren senkrecht zueinander liegen. Das Diagramm von Fig. 1 zeigt" dabei die Abhängigkeit der relativen Helligkeit des reflektierten Lichts- in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Der Anfangswert der Helligkeit ist dabei als 100 % gesetzt, während der Endwert, bei dem nur eine geringe oder keine weitere Änderung der Helligkeit bei hinreichend hoher Spannung eintritt, gleich O % festgesetzt ist. Allgemein wird die Schwellenspannung Vth bei einer relativen Helligkeit von 90 I angesetzt, und die Sättigungsspannung Vsat bei einer relativen Helligkeit von 10 I, um so die Flüssigkristalleigenschaften festzulegen. Ein Pixel ist ausreichend hell, wenn die relative Helligkeit mehr als 90 % beträgt, so daß das betreffende Pixel als im EIN-Zustand befindlich angesehen wird. In der Praxis ist allerdings das Pixel, wenn die relative Helligkeit weniger als 50 I beträgt, dunkel genug, daß eine weitere Abnahme der Helligkeit für das Auge eines Betrachters nicht mehr wahrnehmbar ist, weshalb das Pixel dann als im EIN-Zustand befindlich angesehen wird. Relativen Helligkeiten von 90 bzw. 50 I entsprechende Spannungen werden als Schwellenspannung Vth bzw. Sättigungsspannung Vsat im folgenden angegeben. Anders ausgedrückt ist die Schwellenspannung Vth als maximal zulässige, dem AUS-Zustand entsprechende Spannung angegeben, während die Sättigungsspannung Vsat als zulässige Mindestspannung definiert ist, die dem EIN-Zustand entspricht. Für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Transmissionstyp würde Fig. 1 analog der Transmissions-Spannungs-Kennlinie entsprechen.

Die elektrooptischen Eigenschaften der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ändern sich in Abhängig-

keit vom Betrachtungswinkel. Hierdurch wird ein begrenzter Bereich eines Betrachtungswinkels vorgegeben, innerhalb dessen eine gute Anzeigequalität erzielt wird.

Der Betrachtungswinkel φ wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 2 näher erläutert. Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 enthält ein nematisches Flüssigkristallmaterial 33 mit positiver dielektrischer Anisotropie, das als Schicht zwischen zwei Substraten 11, 12 eingeschlossen ist, auf denen in einem gewünschten Anzeigemuster transparente Elektroden vorgesehen sind, wobei Orientierungsschichten (nicht dargestellt) auf den Elektroden und den freiliegenden Oberflächen der Substrate durch Aufbringen beispielsweise eines Polyimidharzes und Erzeugung zahlreicher feiner Vertiefungen durch Reiben der beschichteten Oberflächen mit einem Gewebe in einer einzigen Richtung erzeugt sind. Das obere Substrat 11 der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 weist die Reibrichtung 2 auf, während das untere Substrat 12 die Reibrichtung 3 besitzt, wobei zwischen der Hauptachse der an das obere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle und der Hauptachse der an das untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle ein Verdrillungswinkel 4 vorliegt.

Die Achsen X und Y liegen in der Ebene der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1. Die X-Achse definiert dabei diejenige Richtung, die den Verdrillungswinkel 4 der Flüssigkristallmoleküle halbiert. Die Z-Achse definiert die Normalrichtung auf die X-Y-Ebene. Der Winkel zwischen der Betrachtungsrichtung 5 und der Z-Achse ist als Betrachtungswinkel φ definiert. Im Fall der Fig. 2 liegt die Betrachtungsrichtung 5 zur Vereinfachung in der X-Z-Ebene. Der Betrachtungswinkel φ

in Fig. 2 ist ferner als positiv angesetzt. Da der Kontrast hoch wird, wenn die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung aus einer Richtung in der X-Z-Ebene betrachtet wird, wird diese Richtung als Betrachtungsrichtung 5 bezeichnet.

Im folgenden werden die Eigenschaftsparameter einer derartigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zur Quantifizierung ihrer Ansteuereigenschaften im Zeitmultiplexbetrieb kurz erläutert.

In dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm ist die Abhängigkeit der Helligkeit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom verdrillt-nematischen Typ in Reflexion von der angelegten Spannung dargestellt, wobei die Polarisationsachsen der Polarisatoren gekreuzt sind.

Handelsübliche herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen weisen akzeptable Betrachtungswinkel φ im Bereich von 10 bis 40° auf. Bei einem Betrachtungswinkel φ von 10^Q wird diejenige Betriebsspannung, die zu einer Helligkeit von 90 I führt und bei der die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für einen Betrachter in den EIN-Zustand gelangt, als Vth1 bezeichnet, während diejenige Betriebsspannung, die zu einer Helligkeit von 50 % führt, unterhalb deren ein weiterer Abfall der Helligkeit für einen Betrachter fast nicht wahrnehmbar ist, als Vsati bezeichnet wird, und eine zu einer Helligkeit von 90 % führende Betriebsspannung bei einem Betrachtungswinkel φ von 40° als Vth2 bezeichnet ist.

Die Schärfe der Helligkeits-Spannungs-Kennlinie, V, die Betrachtungswinkelabhängigkeit der Helligkeit,

Δ φ, und die Eignung für den Zeitmultiplexbetrieb, m, sind wie folgt definiert:

y = Vsat1/Vth1 Αφ = Vth2/Vth1 m = Vth2/Vsat1.

Unter der Annahme, daß die Kurven der Helligkeits-Spannungs-Charakteristik ideal sind, fallen die beiden Kurven bei den unterschiedlichen Betrachtungswinkeln φ von 10° und 40° zusammen, und die Kurven sind steil genug, so daß die Schwellenspannung wie auch die Sättigungsspannung den gleichen Wert besitzen.

Die Eignung herkömmlicher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen für den Zeitmultiplexbetrieb hängt vom Wert Δη-cl ab, wobei Δη die Anisotropie des Brechungsindex, dh die optische Anistropie des Flüssigkristallmaterials, und d den Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Substrat bedeuten. Wenn der WertAn-d groß ist (beispielsweise mehr als 0,8 μπι beträgt), wird die Schärfe y der Helligkeits-Spannungs-Kennlinie gut (kleiner Wert), und die Betrachtungswinkelabhängigkeit der Helligkeit, A$,ist gering (kleiner Wert). Wenn andererseits Δη-d klein ist (beispielsweise kleiner als 0,8 μπι), wird die Schärfe V der Helligkeitsspannungscharakteristik gering (großer Wert), während die Betrachtungswinkelabhängigkeiti Δ φ) gut wird (großer Wert). Die Eignung für den Zeitmultiplexbetrieb, m (= ό,φ/ν), wird allerdings gut (großer Wert), wenn Δη-d verringert ist.

Zwei typische Beispiele für solche Werte sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

	Tabelle	1	0,5 μπι	1,	0 μπι
			1,150	1,	084
Eigenschafts^ parameter	Δη-d \	0,965	0,	877
y .		0,839	o,	808
Δ φ
m

Im folgenden wird die Zeitmultiplexansteuerung unter Bezug auf eine Punktmatrixanzeige kurz erläutert. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind bei entsprechenden Anzeigevorrichtungen auf dem oberen Substrat 11 bzw. dem unteren Substrat 12 streifenförmige Elektroden Y (Signalelektroden) 13 bzw. streifenförmige Elektroden X (Abtastelektroden 14) vorgesehen. Die Pixels (Bildelemente), dh die Flüssigkristallbereiche an den Überschneidungen der X-Elektroden 14 mit den Y-Elektroden 13, befinden sich wahlweise im EIN-Zustand oder im AUS-Zustand, um Buchstaben und dergl. anzuzeigen, η Abtastelektroden X1, X2, .... Xn werden nacheinander und wiederholt in der Reihenfolge abgetastet, was als Zeitmultiplexbetrieb bezeichnet wird. Wenn eine gegebene Abtastelektrode, beispielsweise X3 in Fig. 3, ausgewählt wird, wird ein Auswahl- oder Nichtauswahl-Anzeigesignal gleichzeitig an alle Pixels P31, P32, .... P3m auf der gegebenen Abtastelektrode entsprechend einem

Anzeigesignal durch die Signalelektroden 13 angelegt, die aus den Elektroden Y1, Y2, .... Ym bestehen. Anders ausgedrückt wird der EJN- oder AUS-Zustand der Pixels an den Überschneidungsstellen der Abtastelektroden und der Signalelektroden durch Kombination von Spannungsimpulsen festgelegt, die an die Abtast- und Signalelektroden angelegt werden. In diesem Fall entspricht die Anzahl der Abtastelektroden 14 der Zeitmultiplex-Anzahl.

Herkömmliche Flüssigkrista11-Anzeigevorrichtungen besitzen schlechte Zeitmultiplex-Ansteuereigenschaften, wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wobei diese Eigenschaften in der Praxis eine Zeitmultiplexzahl von maximal lediglich 32 bzw. 64 erlauben. Es bestand daher ein Bedürfnis nach Verbesserung der Bildqualität von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und Erhöhung des anzeigbaren Informationsgehalts, da herkömmliche Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen diesen Forderungen nicht genügen.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung anzugeben, deren Zellenaufbau von dem herkömmlicher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen grundsätzlich verschieden ist und die einen Verdrillungswinkel οώ besitzen, der von dem Wert von 90° bei herkömmlichen Anzeigevorrichtungen mit einem nematischen Flüssigkristallmaterial mit Helixstruktur verschieden ist, um so ausgezeichnete Zeitmultiplex-Ansteuereigenschaften und demzufolge auch ein höheres Kontrastverhältnis, einen weiteren zugänglichen Bereich des Betrachtungswinkels und geringere Färbung bei der Anzeige erzielen zu können, und zwar auch dann, wenn die Zeitmultiplexzahl, dh die Anzahl der Abtastzeilen, mehr als 100 beträgt.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevdrrichtung weist ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie auf, das zwischen einem oberen und einem unteren Substrat dicht eingeschlossen ist und eine Helixstruktur besitzt, die innerhalb eines Bereichs von 200 bis 260° längs der Richtung ihrer Dicke verdrillt ist, wobei die Polarisationsachsen oder Absorptionsachsen der auf bzw an dem oberen und dem unteren Substrat vorgesehenen Polarisatoren um einen vorgegebenen Winkel oder um vorgegebene Winkel von den Hauptachsen der an das obere bzw. untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle winkelversetzt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. bis 6 näher erläutert; es zeigen:

Fig. 4, 5 und 6: schematische Darstellungen zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Orientierungsrichtung, der Verdrillungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle und den Achsen der Polarisatoren einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung,

und

Fig. 7: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Orientierungsrichtung, der Verdrillungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle und den Achsen

der Polarisatoren einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen der Richtung der Hauptachsen der an das obere oder untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle (die beispielsweise der Reibrichtung entspricht), ihrem Verdrillungswinkel und den Absorptions- oder Polarisationsachsen der Polarisatoren einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt, wobei die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von oben betrachtet wird.

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung dieser Beziehungen. In Fig. 5 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 2 verwendet.

Die durch einen gekrümmten Pfeil dargestellte Verdrillungsrichtung 10 und der Verdrillungswinkel oc der Flüssigkristallmoleküle 17 werden durch die Reibrichtung des oberen Substrats 11, die Reibrichtung 7 des unteren Substrats 12 sowie Art und Menge des dem nematischen Flüssigkristallmaterial zugesetzten chiralen Materials bestimmt. Die Verdrillungsrichtung hängt insbesondere von Art und Menge des chiralen Materials ab. Der Verdrillungswinkel wird durch die Reibrichtungen 6 und 7 des oberen Substrats 11 bzw. des unteren Substrats 12 bestimmt.

Die an die geriebenen Innenflächen der Substrate angrenzenden Flüssigkristallmoleküle besitzen eine Ausrichtung, die grob etwa einem Winkel von 1 bis 8° zu den betreffenden geriebenen Oberflächen entspricht,

wenn diese mit einem Polyimidharz beschichtet und gerieben sind.

Die Stabilität der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird von der jeweiligen speziellen Steigung des chiralen Materials und seiner Menge sowie der Dicke der Flüssigkristallschicht bestimmt.

Der maximal zulässige Wert des Verdrillungswinkels o£ ist auf 260° begrenzt, da sonst Tendenz zur Lichtstreuung auftritt, wenn sich die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung im EIN-Zustand bei oder nahe bei der Schwellenspannung befindet. Der zulässige Minimalwert des Verdrillungswinkels liegt bei 200°, da bei Verdrillungswinkeln unter 200° das Kontrastverhältnis der Helligkeit eines Anzeigeelements im AUS-Zustand zur Helligkeit im EIN-Zustand zu gering ist.

Der Winkel ß1 zwischen der Absorptionsachse

bzw. Polarisationsachse des oberen Polarisators und der Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11 bzw. der Winkel ß2 zwischen der Absorptionsachse oder Polarisationsachse 9 des unteren Polarisators 16

unteren

und der Reibrichtung 7 des/Substfats 12 liegen günstigerweise im Bereich von 20 bis 70° und vorzugsweise im Bereich von 30 bis 60°, wenn der Kontrast, die Helligkeit, die Färbung, die Ansteuercharakteristik im Zeitmultiplexbetrieb udgl. in Betracht gezogen werden.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hängen stark vom Wert Δη-d, d.h. der optischen Weglängendifferenz, ab, wobei d die Dicke der Flüssigkristallschicht in μπι

— ι o ~

und Δ η die optische Anisotropie der Flüssigkristallschicht bedeuten. Wenn die optische Weglängendifferenz der Bedingung 0,8 μπι £. Δη-d < 1,2 μπι genügt, sind die Eigenschaften hinsichtlich des Kontrastverhältnisses, der Helligkeit, der Färbung udgl. zufriedenstellend, wobei die Eigenschaften am besten sind, wenn die optische Weglängendifferenz Δη-d der Bedingung 0,9 μΐη ■£ Δ n*d ^ 1 ,1 μπι genügt.

Die optische Anisotropie Δη hängt allgemein von der Meßwellenlänge ab. Die optische Anistropie nimmt zu, wenn die Wellenlänge kurz ist, während sie abnimmt, wenn die Wellenlänge lang wird. Der Wert der optischen Anisotropie Δ η wird im vorliegenden Fall unter Verwendung eines He-Ne-Lasers einer Wellenlänge von 6328 Ä bei einer Temperatur von 25 ⁰C gemessen. Wenn die optische Anisotropie bei einer anderen Wellenlänge gemessen wird, können die erhaltenen Werte von den hier angegebenen Werten geringfügig verschieden sein.

Im folgenden werden Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und entsprechende Meßergebnisse erläutert.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Reibrichtung der Substrate, der Verdrillungsrichtung und dem Verdrillungswinkel der Helixstruktur der Flüssigkristallmoleküle und den Absorptions- bzw. Polarisationsachsen der Polarisatoren bei Betrachtung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von oben.

Die in den erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen eingesetzten Flüssigkristallmaterialien

_ ₁₇ _ 3βΟ8911

enthalten ein nematisches Flüssigkristallmaterial. Dieses nematische Flüssigkristallmaterial enthält als Hauptbestandteile ein Flüssigkristallmaterial auf Diphenylbasis und ein Flüssigkristallmaterial auf Cyclohexanesterbasis (ECH). Das nematische Flüssigkristallmaterial enthält ferner als Zusatz 0,7 Masse-! eines chiralen Materials (Material S811, Merck) der Formel C₆H₁₃O-(O)-COO-(O)-COOCH-C₆H₁₃ .

CH₃CH₃

Die optische Anisotropie Δη dieses nematischen Flüssigkristallmaterials beträgt 0,123.

Gemäß dem in Fig. 6 dargestellten Schema beträgt der Winkel zwischen der Reibrichtung 6 des oberen Substrats 11 und der Reibrichtung 7 des unteren Substrats 220°; die Verdrillungsrichtung 10 nach Zusatz des chiralen Materials S811 ist durch den im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden gekrümmten Pfeil dargestellt, wobei der Verdrillungswinkel cc 220° beträgt. Der Winkel j51 zwischen der Reibrichtung 6 und der Absorptions- bzw. Polarisationsachse 8 des oberen Polarisators 15 und der Winkel ß2 zwischen der Reibrichtung 7 und der Absorptions- bzw. Polarisationsachse 9 des unteren Polarisators 16 betragen jeweils 45°.

Zu Testzwecken, besonders im Hinblick auf die Färbung und Helligkeit der Anzeige wurden eine Reihe erfindungsgemäßer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen entsprechend der Anordnung von Fig. 6 hergestellt, bei denen die Dicke d der Flüssigkristallschicht und damit die optische Weglängendifferenz Δη-d geändert wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

- 1S -

Tabelle 2

Δη-d (μπι)	Helligkeit	Farbe
0,50	dunkel	gelb bis rötlich braun
0,63	dunkel	blau bis purpurfarben
0,76	dunkel	hellblau
0,86	schwach hell	grün
0,98	hell	gelbgrün
1,15	hell	rötlich-orange
1 ,30	schwach dunkel	rötlich-purpurfarben
1,45	dunke1	blaugrün

Es wurde festgestellt, daß sowohl die Farbe als auch die Helligkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen dann am besten und sehr zufriedenstellend waren, wenn die optische Weglängendifferenz Δη-d etwa 1,00 μπι betrug. Durch weitere detaillierte Untersuchungen wurde ferner festgestellt, daß in der Praxis kein Problem auftrat, wenn die optische Weglängendifferenz Δη-d im Bereich von 0,7 bis 1,20 μπι lag, wobei die in Fig. 6 dargestellten Beziehungen zugrundelagen. Die in Tabelle 2 aufgeführten experimentellen Ergebnisse beziehen sich auf einen Verdrillungswinkel oc von 220° und Winkel ß1 und ß2 von jeweils 45°. Den Ergebnissen von Tabelle 2 ähnliche Resultate können mit der Anordnung nach Fig. 4 erhalten werden, wenn der Verdrillungswinkel oc im Bereich von 200 bis 260° und die Winkel ß1 und ß2 im Bereich von 20 bis 70° liegen, wobei der Bereich für Δη-d 0,7 bis 1,20 μπι beträgt, ohne daß irgendwelche praktischen Probleme auftreten.

"36Q8911

Meßergebnisse der Zeitmultiplex-Ansteuereigenschaften einer Flüssigkristall-Anzeigezelle gemäß der Erfindung mit einer optischen WeglängendifferenzΔη-d von 0,98 μπι sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Schärfe der Helligkeits-Spannungs-Charakteristik, y , die' Betrachtungswinkelabhängigkeit, Δ φ_> sowie die Eignung für den Zeitmultiplexbetrieb, m, sind im Vergleich mit den entsprechenden Werten herkömmlicher Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, wie sie ia Tabelle 1 angegeben sind, erheblich verbessert.

Tabelle 3

y	1,020
Δ Φ	0,988
m	0,969

In Fig. 6 können die Polarisationsachsen der Polarisatoren anstelle der Absorptionsachsen entsprechend angeordnet sein, wobei ähnliche Effekte erzielt werden. Bei der oben erläuterten Ausführungsform ist ein Flüssigkristallgemisch aus einem Flüssigkristallmaterial auf Diphenylbasis und einem Flüssigkristallmaterial auf Cyclohexanesterbasis (ECH) verwendet. Zur Erzielung ähnlicher Effekte wie bei der obigen Ausführungsform können jedoch auch beliebige andere nematische Flüssigkristallmaterialien mit positiver dielektrischer Anistropie herangezogen werden. So verbessert insbesondere die Verwendung eines Flüssigkristallgemischs, das Phenylcyclohexan (PCH) bzw.

entsprechende Derivate enthält, das elektro-optische Ansprechverhalten. Die Verdri-llungsrichtung der Helixstruktur ist bei der oben erläuterten Ausführungsform entgegen dem Uhrzeigersinn. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, kann die Verdrillungsrichtung jedoch auch im Uhr- · zeigersinn vorliegen, wobei die gleichen Effekte wie bei der oben erläuterten Ausführungsform erzielt werden.

Beim obigen Ausführungsbeispiel sind die Absorptionsbzw. Polarisationsachsen des oberen und des unteren Polarisators von der Richtung der Hauptachsen der an die Substrate angrenzenden Flüssigkristallmoleküle in der gleichen Richtung winkelverschoben wie die Verdrillung der Flüssigkristallmoleküle, sie können jedoch auch in zur Verdrillung der Flüssigkristallmoleküle entgegengesetzter Richtung winkelverschoben sein, wobei ähnliche Ergebnisse erhalten werden; der Verschiebungswinkel (S1 kann ferner vom Verschiebungswinkel (S2 verschieden sein.

Das erfindungsgemäß eingesetzte chirale Material ist nicht auf das oben erwähnte spezielle chirale Material beschränkt, da auch beliebige andere chirale Materialien verwendet werden können, mit denen die Beziehungen zwischen den Reibrichtungen und den Ver-

S X θ

drillungsrichtungen, wie/aus den Fig. 4, 5, 6 und 7 hervorgehen, erfüllt werden können.

Claims

Ansprüche

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit

einem oberen und einem unteren Substrat und darauf vorgesehenen Elektroden und auf den Elektroden und den freiliegenden Flächen der Substrate vorgesehenen Orientierungsschichten sowie einem dazwischen eingeschlossenen Flüssigkristallmaterial,

dadurch

gekennzeichnet,

daß

- das Flüssigkristallmaterial positive dielektrische Anisotropie besitzt und mit einem chiralen Material versetzt ist und

- eine Helixstpiktur aufweist, die in Richtung seiner Dicke um einen Winkel im Bereich von 200 bis 260° verdrillt ist,

und

- auf bzw. an dem oberen und dem unteren Substrat Polarisatoren vorgesehen sind, deren Polarisationsoder Absorptionsachsen um einen vorgegebenen Winkel oder um vorgegebene Winkel von den Hauptachsen der an das obere bzw. untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle winkelversetzt sind.
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Polarisations- oder Absorptionsachse der beiden Polari-

680-338500269DEI-SF-Bk

_ ₂ . " 3608311

satoren und der Richtung der jeweils entsprechenden Hauptachse der an das obere bzw. untere Substrat angrenzenden Flüssigkristallmoleküle jeweils im Bereich von 20 bis 70° liegt.
3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des ProduktsAn-d aus der Dicke d (μΐη) der Flüssigkristallschicht und ihrer optischen Anisotropie Δη im Bereich von 0,7 bis 1,2 μπι liegt.
4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschichten durch Reiben der Fläche der mit einem Polyimidharz beschichteten Elektroden und freiliegenden Oberflächen der Substrate erzeugt sind.