DE2361863A1

DE2361863A1 - LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE

Info

Publication number: DE2361863A1
Application number: DE19732361863
Authority: DE
Inventors: Osaka Ibaragi; Shunsuke Kobayashi; Fumio Mizuno; Fumio Takeuchi
Original assignee: ENERGY SYSTEMS Ltd
Current assignee: ENERGY SYSTEMS Ltd
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-12
Publication date: 1974-07-04
Also published as: DE2361863B2; CH566566A5; JPS4983464A

Description

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Liquid crystal display device.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bestehend im wesentlichen aus zwei jeweils mit einer transparenten Elektrode belegten vorzugsweise als Glasplatten ausgebildeten parallel zueinander angeordneten transparenten Teilen und einer dazwischen angeordneten kristallinen Flüssigkeit mit Feldeffekt.The invention relates to a liquid crystal display device consisting of essentially of two, each coated with a transparent electrode, preferably formed as glass plates parallel to each other arranged transparent parts and a crystalline field effect liquid disposed therebetween.

Im allgemeinen besteht eine derartige Flüssigkristall-Anzeige vorrichtung, welche mit FeldeSfekt-Flüssigkristallen, insbesondere nematischen Flüssigkristallen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie arbeiten, aus zwei parallel zueinander angeordneten transparenten Teilen, beispielsweise Glasscheiben, auf denen transparente Elektroden beispielsweise aus SnO2oder Ion20 im Vakuum aufgedampft sind und zwischen denen die kristalline Flüssigkeit angeordnet ist, während der von diesen Glasscheiben begrenzte scheibenförmige Raum durch Isolierteile hermetisch abgedichtet ist. Die Außenseiten der transparenten Teile, d.h. also beispielsweise der Glasscheiben sind dann gewöhnlich mit Polarisatoren abgedeckt. Wenn an eine derartige Anzeigevorrichtung, d.h. an die Elektroden, eine elektrische Spannung angelegt wird, ergibt sich aus dem speziellen Verhalten der kristallinen Flüssigkeit die gewünschte Anzeigewirkung, da bei einer angelegten Spannung Null die langgestrecktefr Moleküle um einen ganz bestimmten Winkel verdreht werden und dieser Beugungswinkel sich durch Anlegen einer entsprechenden Spannung steuern läßt.In general, there is such a liquid crystal display device, those with FeldeSfekt liquid crystals, especially nematic liquid crystals with a positive dielectric anisotropy work out of two transparent parts arranged parallel to one another, for example panes of glass, on which transparent electrodes, for example made of SnO2 or Ion20, are vapor-deposited in a vacuum are and between which the crystalline liquid is arranged, during the Disk-shaped space delimited by these glass panes is hermetically sealed by insulating parts is sealed. The outsides of the transparent parts, i.e. for example the glass panes are then usually covered with polarizers. When to a such display device, i.e., an electrical voltage across the electrodes is applied, results from the special behavior of the crystalline liquid the desired display effect, since with an applied voltage zero the elongated fr Molecules are twisted by a very specific angle and this diffraction angle can be controlled by applying an appropriate voltage.

Bei einer derartigen Anzeigevorrichtung, welche ein derartiges Feldeffekt-Flüssigkristall verwendet, muß die Elektrodenfläche bezw. die Glasfläche, welche nachstehend als Elektrodenglas bezeichnet werden soll, oberflächenbehandelt werden, doh. Wdas Elektrodenglas wird abgerieben oder geschliffen, um die langgestreckten Moleküle in einer bestimmten Richtung auszurichten.In such a display device using such a field effect liquid crystal used, the electrode surface must BEZW. the glass surface, hereinafter referred to as Electrode glass is supposed to be surface treated, doh. W the electrode glass is abraded or sanded to keep the elongated molecules in a particular Align direction.

Im allgemeinen kennt man drei Arten der molekularen Ausrichtung bei Flüssigkristallen, und zwar eine senkrechte Ausrichtung, bei welcher die langgestreckten Molekülachsen eines Flüssigkristalls senkrecht zur Elektrodenflache verlaufen, sodann eine zweite Art, bei welcher die langgestreckten Molekülachsen parallel zur Elektrodenfläche und parallel zueinander liegen, und schließlich eine dritte, bei-welcher die Längsachsen der langgestreckten Moleküle parallel zur Elektrodenfläche liegen, zueinander jedoch zwischen der einen Elektrodenfläche und der anderen Elektrodenfläche allmählich bis auf 900 zueinander verdreht sind. Eine derartige Anzeigevorrichtung, bei welcher die langgestreckten Moleküle verdreht zueinander ausgerichtet sind, ist insofern besonders günstig,-da die Betriebsspannung relativ niedrig und der Stchtwinkel groß ist.In general, three types of molecular alignment are known Liquid crystals, namely a perpendicular orientation, in which the elongated Molecular axes of a liquid crystal run perpendicular to the electrode surface, then a second type in which the elongated molecular axes are parallel to the electrode surface and lie parallel to each other, and finally a third one, which one the longitudinal axes of the elongated molecules are parallel to the electrode surface, to each other, however, between the one electrode surface and the other electrode surface are gradually twisted to each other up to 900. Such a display device, in which the elongated molecules are aligned twisted to one another, is particularly favorable in that the operating voltage is relatively low and the Stchtwinkel is large.

Bei einer üblichen Anze-igevorrichtung mit einem Flüssigkristall sind zwei Elektrodenglasplatten, welche eine Oberflächenbehandlung erhalten haben, sodaß die Achsen der langgestreckten Moleküle eines Flüssigkristalls zwischen- ihnen- in einer bestimmten Richtung-ausgerichte-t- sind, derart zueinander angeordnet, daß die Richtungen ihrer Oberflächenbehandlung rechtwinklig zueinander verlaufen. Wenn daher zwei rechteckige Elektrodenglasplatten verwendet- werden, so wird die eine Glasplatte in der Weise oberflächenbehandelt, daß diese Behandlung in Richtung der Längsseiten des Rechtecks verläuft, während die andere Elektrodenglasplatte parallel zu den kurzen Seiten des Rechtecks oberflächenbehandelt wird. Da die an den Elektrodenglasplatten anliegenden langgestreckten Moleküle des Flüssigkristalls parallel zur Richtung der Oberflächenbehandlung dieser Elektrodenglasplatten ausgerichtet sind, liegen bei dieser üblichen Anzeigevorrichtung diese langgestreckten Moleküle in anmittelbarer-Nachbarschaft der Elektrodenglasplatten in einem Winkel von 900 zueinanderO Infolge der sich allmählich ändernden Beeinflussung der langge-streckten Moleküle. in den zwischen den außenliegenden Schichten befindlichen Zwischenschichten werden die in diesen Zwischenschichten befindlichen langgestreckten Moleküle allmählich aus der einen, beispielsweise Nord-SUd-RichtuXng, in die andere, beispielsweise Ost-West-Richtung, verdreht.In a conventional display device with a liquid crystal two electrode glass plates which have received a surface treatment so that the axes of the elongated molecules of a liquid crystal between- them- in a certain direction-aligned-t- are arranged to one another in such a way that that the directions of their surface treatment are perpendicular to each other. Therefore, if two rectangular electrode glass plates are used, the a glass plate surface treated in such a way that this treatment towards the long sides of the rectangle, while the other electrode glass plate is surface treated parallel to the short sides of the rectangle. Since the elongated molecules of the liquid crystal lying against the electrode glass plates aligned parallel to the direction of surface treatment of these electrode glass plates are, these elongated molecules lie in this conventional display device in the immediate vicinity of the electrode glass plates at an angle of 900 to each otherO As a result of the gradually changing influence of the elongated Molecules. in the between the outer layers Intermediate layers become the elongated ones located in these intermediate layers Molecules gradually move from one direction, e.g. north-south direction, to the other, for example east-west direction, twisted.

Da bei der bisher üblichen Ausbildung einer derartigen Anzeigevorrichtung die beiden Glasplatten, zwischen denen die kristalline Flüssigkeit angeordnet ist, derart zueinander angeordnet sind, daß ihre Behandlungsrichtungen einen Winkel von 900 bilden, zeigen die langgestreckten Moleküle der kristallinen Flüssigkeit im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Verdrehungen von der vorderen Glasplatte zur hinteren Glasplatte. Da außerdem die elastischen Energien, welche zu einer derartigen Verdrehung im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn erforderlich sind, um die Anziehungskraft der Moleküle zu überwinden, einander gleich sind, ist die Wahrscheinlichkeit einer Verdrehung der Moleküle im Uhrzeigersinn ebenso groß wie die einer Verdrehung der Moleküle im gleichen Maße Jedoch entgegen dem Uhrzeigersinn. Infolgedessen sind die Moleküle der kristallinen Flüssigkeit derart ausgerichtet, daß sie in einem Teil dieser kristallinen Flüssigkeit im Uhrzeigersinn und in einem anderen Teil entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht sind, sodaß ihre Ausrichtung teilweise in untersohiedlichen Richtungen verläuft, Infolgedessen ergeben sich in der kristallinen Flüssigkeitsschicht Unregelmäßigkeiten und infolgedessen auch ungleichförmige oder unhomogene Anzeigen. Dies bedeutet naturgem§ß einen starken Nachteil derartiger Anzeigevorrichtungen.As in the hitherto customary design of such a display device the two glass plates between which the crystalline liquid is arranged, are arranged to each other that their treatment directions an angle of 900 form, show the elongated molecules of the crystalline liquid in the Clockwise and counterclockwise twists from the front one Glass plate to the rear glass plate. Since, in addition, the elastic energies, which such a clockwise and counterclockwise rotation is required are to overcome the attraction of the molecules, are equal to each other, is the probability of a clockwise twisting of the molecules is just as great like twisting the molecules to the same extent, but counterclockwise. As a result, the molecules of the crystalline liquid are oriented in such a way that that they are clockwise in one part of this crystalline liquid and in one other part are twisted counterclockwise so that their alignment is partial runs in different directions, resulting in the crystalline Liquid layer irregularities and consequently also non-uniform or inhomogeneous displays. This naturally means a severe disadvantage of such Display devices.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine FlUssigkristall-Anzeigevorrichtung in der Weise auszubilden, daß die vorgenannten Nachteile behoben werden und eine völlig homogene Anzeige erzielbar ist.The invention has therefore set itself the task of providing a liquid crystal display device to train in such a way that the aforementioned disadvantages are eliminated and one completely homogeneous display can be achieved.

Die Erfindung erreicht dies bei einer FlUssigkristall-Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die transparenten Teile derart oberflächenbehandelt sind, daß ihre Behandlungsrichtungen einen von 900 abweichenden Winkel bilden.The invention accomplishes this in a liquid crystal display device of the type mentioned in that the transparent parts are surface-treated in this way are that their treatment directions form an angle deviating from 900.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen: Figur 1 den Grundaufbau einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung; Figur 2 eine derartige Vorrichtung in herkömmlicher Ausbildung in perspektivischer Darstellung; Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 4 eine Darstellung des Verlaufs der Behandlungsrichtungen bei den beiden Elektrodenglasplatten einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung; und Figur 5 eine der Figur 4 entsprechende Darstellung bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.A more detailed explanation of the invention emerges from the following Description of a conventional liquid crystal display device and a liquid crystal display device according to the invention based on the accompanying drawings; FIG. 1 shows the basic structure of a liquid crystal display device; FIG. 2 shows such a device in a conventional design in perspective Depiction; Figure 3 is a perspective view of an embodiment of a device according to the invention; FIG. 4 shows the course of the treatment directions in the two electrode glass plates of a conventional display device; and FIG. 5 shows a representation corresponding to FIG. 4 in the case of a display device according to the invention.

Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung besteht, wie Figur 1 schematisch zeigt, im wesentlichen aus zwei transparenten Teilen 1 und 2, beispielsweise zwei Glasplatten, welche mit transparenten Elektroden 3 bezw. 4 beispielsweise aus SnO2 oder Ion203 im Vakuum beschichtet sind, einer zwischen diesen beiden Glasplatten 1 und 2 angeordneten kristallinen FlUssigkeit 6, während der Raum zwischen den beiden Glasplatten rundum durch Isolierstücke 5 hermetisch abgedichtet ist. Auf der Außenseite der beiden Glasplatten 1 und 2 sind entsprechende Polarisatoren 7 und 8 angeordnet, An die beiden Elektroden 3 und 4 wird dann eine Stromquelle 9 angeschlossen.A liquid crystal display device consists, as shown schematically in FIG shows, essentially of two transparent parts 1 and 2, for example two Glass plates, which respectively with transparent electrodes 3. 4 for example made of SnO2 or Ion203 are vacuum coated, one between these two glass plates 1 and 2 arranged crystalline liquid 6, while the space between the two Glass plates are hermetically sealed all around by insulating pieces 5. On the outside corresponding polarizers 7 and 8 are arranged on the two glass plates 1 and 2, A power source 9 is then connected to the two electrodes 3 and 4.

Bei einer herkömmlichen derartigen Anzeigevorrichtung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, ist die vordere Glasscheibe 11 in Richtung des Pfeiles 13, d.h. parallel zur Längsseite a-b oberflächenbehandelt, beispielsweise geschliffen. Die untere Glasplatte 12 ist bei einer derartigen herkömmlichen Anzeigevorrichtung parallel zu ihrer kurzen Seite a-d in Richtung des Pfeiles 14 oberflächenbehandelt, beispielsweise geschliffen.In a conventional display device of this type as shown in FIG Figure 2 is shown, the front glass panel 11 is in the direction of the arrow 13, i.e. surface-treated parallel to the long side a-b, for example ground. The lower glass plate 12 is in such a conventional display device surface-treated parallel to its short side a-d in the direction of arrow 14, for example ground.

Da die langgestreckten Moleküle der zwischen den beiden Platten angeordneten kristallinen Flüssigkeit 6 sich in den unmittelbar an den Elektrodenglasplatten anliegenden Schichten parallel zur Behandlungsrichtung dieser Elektrodenglasplatten ausrichten, bilden die langgestreckten Moleküle 6a und 6m in diesen beiden Schichten einen Winkel von 900 miteinander. Die langgestreckten Moleküle 6b bis 61 in den Zwischenschichten sind infolgedessen, wie dies eingangs bereits erläutert wurde, einmal im Uhrzeigersinn und einmal, was jedoch in Figur 2 nicht dargestellt ist, entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Daraus ergeben sich die bereits erläuterten Nachteile einer derartigen herkömmlichen Anzeigevorrichtung, Bei einer schematisch in Figur 3 dargestellten erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung sind die beiden Glasplatten 11 und 12 derart oberflächenbehandelt, daß die Behandlungsrichtungen 25 und 26 einen von 900 abweichenden Winkel bilden. Wenn beispielsweise diese Abweichung gleich dem Winkel ot (Fig.5) ist, so beträgt der Winkeluntersohied zwischen den beiden Behandlungsrichtungen 25 und 26 (90- c)° bezw. (90+ sC)°. )0 Vorzugsweise beträgt der Winkel Z 50 bis 10 Die Längsachsen der langgestreckten Moleküle 6a und 6m in den unmittelbar an der Elektrodenglasplatte 11 bezw. der Elektrodenglasplatte 12 anliegenden Schichten der kristallinen Fltssigkeit 6 bilden infolgedessen einen Winkel von (90 -ct )0 bezw.Because the elongated molecules of the arranged between the two plates crystalline liquid 6 is in the directly on the electrode glass plates adjacent layers parallel to the treatment direction of these electrode glass plates align, form the elongated molecules 6a and 6m in these two layers an angle of 900 with each other. The elongated molecules 6b to 61 in the As a result, as already explained at the beginning, intermediate layers are once clockwise and once, which is not shown in Figure 2, opposite twisted clockwise. This results in the disadvantages already explained of such a conventional display device, in one of which is shown schematically in FIG The liquid crystal display device of the present invention shown in Fig. 3 are the two Glass plates 11 and 12 surface-treated in such a way that the treatment directions 25 and 26 form an angle other than 900. For example, if this discrepancy is equal to the angle ot (Fig.5), the angle difference between the two treatment directions 25 and 26 (90- c) ° respectively. (90+ sC) °. ) 0 Preferably the angle Z is 50 to 10 The longitudinal axes of the elongated molecules 6a and 6a 6m in the directly on the electrode glass plate 11 respectively. the electrode glass plate 12 adjacent layers of the crystalline liquid 6 consequently form one Angle of (90 -ct) 0 resp.

(90 + « )O Die in den Zwischenschichten liegenden langgestreckten Moleküle 6b bis 61 werden infolgedessen allmählich im Uhrzeigersinn aus der Behandlungsrichtung 25 der Elektrodenglasplatte 11 in die Behandlungsrichtung 26 der Behandlungsplatte 12 bis auf einen Winkel von (90 - « )° verdreht, während sie gleichzeitig allmählich entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Richtung 25 in die Richtung 26 bis auf einen Winkel (90 + f verdreht werden. Da die zur Verdrehung der langgestreckten Moleküle im Uhrzeigersinn erforderliche elastische Energie jedoch geringer ist als die zur Verdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn, werden alle Moleküle in der Richtung verdreht, in welcher die elastische Energie kleiner ist, d.h. sie werden aus der Behandlungsrichtung 25 der Elektrodenglasplatte 11 im Uhrzeigersinn auf die Behandlungsrichtung 26 der Elektrodenglasplatte 12 verdreht, jedoch nicht entgegen dem Uhrzeigersinn.(90 + «) O The elongated ones lying in the intermediate layers As a result, molecules 6b to 61 gradually become clockwise out of the treatment direction 25 of the electrode glass plate 11 in the treatment direction 26 of the treatment plate 12 twisted to an angle of (90 - «) °, while at the same time gradually counterclockwise from direction 25 in direction 26 except for one Angle (90 + f can be twisted. Because the twisting of the elongated molecules clockwise elastic energy required is less than that for Counterclockwise twisting, all molecules are twisted in the direction in which the elastic energy is smaller, i.e. they become the end the treatment direction 25 of the electrode glass plate 11 clockwise on the Treatment direction 26 of the electrode glass plate 12 rotated, but not in the opposite direction clockwise.

Infolgedessen ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Vereinheitlichung der Verdrehung der langgestreckten Moleküle in den verschiedenen Schichten der kristallinen Flüssigkeit, sodaß keine derartigen Unregelmäßigkeiten in den einzelnen Schichten wie bei einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung dieser Art entstehen und eine unbedingt homogene Anzeige erzielbar ist.As a result, there is a training according to the invention Liquid crystal display device unifying the twist of the elongated Molecules in the different layers of the crystalline liquid, so none such irregularities in the individual layers as in a conventional one Display device of this type arise and an absolutely homogeneous display can be achieved is.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches allerdings in den Figuren nicht dargestellt ist, wurden eine optische Anzeige und ihr Hintergrund dadurch erzeugt, daß elektrisch leitende'transparente Elektroden (3 bezw. 4 in Fig.1) in einem Muster geätzt wurden, welches Zahlen, Symbole oder andere Zeichen darstellt.In a special embodiment of the invention, which, however not shown in the figures, a visual display and its background were used produced by electrically conductive, transparent electrodes (3 and 4 in FIG. 1) have been etched in a pattern representing numbers, symbols or other characters.

Erfindungsgemäß werden farbige optische Anzeigen und ihr Hintergrund dadurch erreicht, daß eine Kombination aus dichroismischen Farbpolarisatoren und einem neutralen Farbpolarisator verwendet wurden.Colored optical displays and their background are according to the invention achieved in that a combination of dichroismic color polarizers and a neutral color polarizer.

Eine Schwarzweiß-Anzeige läßt sich durch mehrere neutrale Farbpolarisatoren erzeugen. Farbige Muster auf einem weißen Hintergrund werden durch Kombination eines neutralen Farbpolarisators mit dichroismischen Farbpolarisatoren erzielt. Durch Veränderung der Richtung der Polarisatoren lassen sich auch weiße Muster auf schwarzem Hintergrund erzeugen. Bei Verwendung von zwei Verbundfarbpolarisatoren zusammen mit einem neutralen Farbpolarisator lassen sich viele unterschiedliche Farbmuster auf farbigen Hintergründen erzielen, indem die dichroismischen Verbundfarbpolarisatoren verändert werden. Die Kombination der Farbe der einzelnen Muster und ihres Hintergrundes läßt sich durch Veränderung der Richtung des neutralen Polarisators gegenüber einem Farbpolarisator verändern.A black and white display can be achieved by using several neutral color polarizers produce. Colored patterns on a white background are made by combining one neutral color polarizer achieved with dichroismic color polarizers. By Changing the direction of the polarizers can also produce white patterns on create a black background. When using two composite color polarizers along with a neutral color polarizer, many different Achieve color samples on colored backgrounds by using the dichroismic composite color polarizers to be changed. The combination of the color of the individual patterns and their background can be changed by changing the direction of the neutral polarizer compared to a Change color polarizer.

Claims

Claim:

Liquid crystal display device consisting essentially of two each with a transparent electrode covered, preferably as glass plates formed parallel to each other arranged transparent parts and one in between arranged crystalline liquid with field effect, d a u r c h e k e n n n show that the transparent parts (11, 12) are surface-treated in this way are that their treatment directions (25, 26) an angle deviating from 900 form.

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