DE2829602B2

DE2829602B2 - Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung

Info

Publication number: DE2829602B2
Application number: DE2829602A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Deisaku Nara Nonomura; Hisashi Yamatokoriyama Nara Ueda; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1981-06-04
Also published as: US4231640A; CH634162A5; DE2829602A1; DE2829602C3

Description

(1) die K-Elektroden fingerartig angeordnete BiIdpunkt-Elektroden aufweisen und paarweise fingerartig derartig ineinandergreifen, daß die Bildpunkt-Elektroden eine K-Bildpunkt-Reihe bilden und abwechselnd der ersten und der zweiten K-Elektrode zugehören.

(2) die Α-Elektroden jeweils zwei Bildpunkt-Elektroden jeder K-Bildpunkt-Reihe zugeordnet sind,

(3) die Ansteuerung der Bildpunkte durch zyklisches Abtasten der Elektroden einer Ebene erfolgt und jede Abtastleitung jeweils zwei Bildpunkten jeder der zu den Elektroden dieser Ebene senkrecht verlaufenden Bildpunkt-Rei- ,. hen zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

(4) jede ^-Elektrode (3) die zwei Bildpunkt-Elektroden (2) jeder V-Bildpunkt-Reihe vollständig überdeckt, als entsprechend breite Streifenelektrode ausgebildet ist und als Abtastleitung dient.

2. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigetafel zwei oder mehr Anzeigeebenen (29,43) aufweist und daß r>

21) die X- und K-Elektroden einander überkreuzend so angeordnet sind, daß die auf das angelegte elektrische Feld ansprechenden Bereiche der jeweiligen Flüssigkristallschicht einander nicht überlappen.

3. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzusammensetzung ein annähernd um 90" gedrehter nematischer Flüssigkristall ist, der aus einem nematischen Flüssigkristall oder einem cholesterischen Flüssigkristall mit einer Ganghöhe von mehr als 40 μπι und positiver dielektrischer Anisotropie besteht, wobei die Richtung der Molekularausrichtung in den jeweiligen Ebenen des mehrlagigen Aufbaus periodisch ist und die Differenz Δη zwischen dem Brechungsindex für den außerordentlichen Strahl und dem Brechungsindex für den ordentlichen Strahl der Beziehung

d ■ Δ η ₌ 2 μηι

entspricht, worin mit d die Dicke der einzelnen Flüssigkristallschichten bezeichnet ist.

4. Flüssigkristallanzeigetafel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildpunkt-Elektroden (12) auf einer Seite eines isolierenden Films (13) angeordnet sind und bei jeder K-Bildpunkt-Reihe über Löcher (14) abwechselnd mit jeweils einem ersten und einem zweiten sich in K-P.ichtung erstreckenden Verbindungsstreifen (11) auf der anderen Seite des isolierenden Films (13) verbunden sind (F i g. 3).

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigetafel mit ΛΎ-Matrixanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

LC-Matrixanzeigen der hier in Rede stehenden Art weisen sich orthogonal überkreuzende Streifenelektroden auf und an den Kreuzungspunkten zwischen zwei sich senkrecht überschneidenden Elektroden entsteht ein Bildpunkt. Durch eine Mehrzahl solcher Bildpunkte lassen sich Zeichen, Symbole, Ziffern und andere Anzeigemuster durch selektive Zuführung einer Spannung an ausgewählte Paare von sich überkreuzenden X- und V-Elektroden darstellen. Ein großes Problem ist dabei, daß eine Spannung bis zu einem gewissen Grad auch an Kreuzungspunkten von X- und V-Elektroden liegt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht angesteuert werden sollen (im folgenden »nicht gewählte Punkte«). Dieser Fall kann eintreten, wenn eine Überkreuzung einer oJer mehrerer bestimmter X- und K-Elektroden durch eine über der Schwellenspannung liegende Spannung beaufschlagt werden, d. h. also gewünschte Überkreuzungspunkte zum Leuchten gebracht werden sollen (im folgenden »gewählte Punkte«). Dieses Problem, das auch nicht gewählte Punkte mehr oder weniger stark aufleuchten, wird als Einstreuung oder Kreuzkopplung bezeichnet.

Bei der Ansteuerung einer Matiixanzeige durch zyklisches Abtasten der Elektroden einer Ebene, bei der

bO die elektrooptischen Effekte von Flüssigkristallen vorteilhaft ausgenutzt werden, etwa Feldeffekte bei verdrehten nematischen Phasen (TN-Effekte; TN = Twisted Nematic), dynamische Streueffekte (DSM-Effekte; DSM = Dynamic Scattering Modes), feldinduzierte Doppelbrechung (TB-Effekte) sowie andere Sekundäreffekte in der Grundiubstanz (sogenannte Guest-Hcst-Effekte; GH-Effekte), werden nicht gewählte Punkte durch solche Einstreuphänomene oftmals auf Betriebszustand geschaltet, also zum Leuchten gebracht, was zu Schwierigkeiten führt, wenn ein bestimmtes Muster mit möglichst gutem Kontrast dargestellt werden soll. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich daraus, daß elektrooptische Effekte der genannten Art bei Flüssigkristallen elektrisch betrachtet bidirektionale Eigenschaften haben, also nicht spezifisch richtungsabhängig sind und zum Teil auch keine definierten Schwellwerte aufweisen. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, die Amplituden der Ansteuerspannung geeignet zu wählen. Üblicherweise werden im gewählten Zustand die ^-Elektroden mit einer Spannung V₀ und die K-Elektroden mit Spannung 0 beaufschlagt, dagegen im nicht gewählten Zustand mit 1/3 V₀ bzw. 2/3 V₀- An jedem gewählten Kreuzungspunkt zwischen einer X- und einer K-Elektrode liegt also die Spannung V_n, während an jedem nicht gewählten Punkt eine Spannung von 1/3 V_t)

auftritt. Dieses Ansteuerverfahren wird als 1 :3-Spannungsmittelungsverfahren bezeichnet. Das Verhältnis der effektiven Spannung an einem gewählten Punkt zu jener an einem nicht gewählten Punkt ergibt sich dann wie folgt:

K, (Efleklivspannung an einem gewählten Punkt) ^„(KITektivspannung an einem nicht gewählten Punkt)

In dieser Gleichung ist mit N der Verkoppiungsgrad, der sogenannte »Multiplexgrad«, bezeichnet, der der Anzahl von Abtastelektroden, allgemeiner der Anzahl der Abtastleitungen der betreffenden ΧΎ-Matrixanzeigetafel entspricht

Aus der Gleichung (1) läßt sich ersehen, daß das Verhältnis von V/V_u mit steigender Anzahl N von Abtastelektroden abnimmt. V₁₁ wird im allgemeinen niedriger als die Schwellenspannung V,/, gewählt, die zur Auslösung elektrooptischer Effekte am Flüssigkristall erforderlich ist, während V_s über der Sch vellenspannung liegt.

In der graphischen Darstellung der F i g. 1 sind die Kontrasteigenschaften dargestellt mit dem Kontrastverhältnis auf der Ordinate und der anliegenden Spannung auf der Abszisse, wobei die Spannungsabhängigkeit der Feldeffekte, beispielsweise der TN-Effekte, berücksichtigt werden. Der Kurververlauf läßt erkennen, daß das Kontrastverhältnis erheblich ansteigt, wenn die anliegende Spannung über die Schwellenspannung V,h ansteigt. Die der Darstellung zugrunde liegenden Versuche wurden bei 25°C, 1 kHz, Sinussignal, mit einem Flüssigkristall eines handelsüblichen Typs erhalten. Die Aufnahme der Meßwerte erfolgte in Normalrichtung.

Wird andererseits eine Anzeigevorrichtung dieser Art mit niedrigeren Werten für V$ betrieben, so wird der Kontrast und auch das Ansprechvcrhalten schlechter. Es zeigen sich also vergleichsweise niedrige Kontrastwerte und langsames Ansprechverhalten, da vor allem die Ansprech- oder Anstiegszeit T_r umgekehrt proportional zum Quadrat der Spannung ist. Die Gleichung (1) impliziert damit die Unmöglichkeit, den Faktor N, also die Anzahl der Elektroden, über eine bestimmte Grenze zu erhöhen. Obgleich oben das 1 :3-Spannungsmittelungsverfahren besonders erwähnt wurde, lassen sich die Ansteuerungseigenschaften einer LC-Matrixanzeigetafel wie bekannt noch allgemeiner wie folgt darstellen:

Wenn gewählt, liegt an einer A"-EIektrode die Spannung V₀ und an einer V· Elektrode die Spannung 0, während im nicht gewählten Zustand die Spannung (l/a) V₀ bzw. (1 - ²Ia) V₀ angelegt wird, worin mit a =^ /7V"+T bezeichnet ist. In diesem Fall läßt sich IW„ wie folgt darstellen:

VjV,, -

/Vn + ι

//V - 1

(2)

Ähnlich der Gleichung (1) läßt auch die Gleichung (2) den abnehmenden Verlauf von V₅ZVu mit ansteigendem ^Verkennen.

Aus diesen Überlegungen läßt sich auch die in der Praxis verifizierbare Schlußfolgerung ziehen, daß de. Kontrast um so besser wird und das Ansprechen um so rascher erfolgt, je kleiner die Anzahl N gewählt wird. Ohne weitere Erläuterung ist es jedoch einleuchtend, daß die Anzeigequalität um so besser wird, je höher die Auflösung, also je höher die Anzahl der möglichen

r>

50

55 ßildpunkte ist Hinsichtlich dieses Ziels sollte die Anzahl Λ/möglichst hoch liegen.

Eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 23 23 059 bekanntgeworden. Die Anordnung der Elektroden ist bei der bekannten Flüssigkristall-Anzeigetafel dabei so getroffen, daß die einzelnen Bildpunkte, aus denen die darzustellenden Zeichen aufgebaut oder zusammengesetzt werden, eine einfache geometrische Form erhalten, die jedoch weder ein Quadrat noch ein Rechteck ist. Die einfache geometrische Form ist diejenige eines Dreiecks, das durch Überlappen von dreieckförmigen Bildpunkt-Elektroden zustande kommt Bei dei bekannten Flüssigkristall-Anzeigetafd sind die A"-Elektroden derart geteilt, daß die Anzeigematrix praktisch aus zwei Teilmatrizen mit jeweils getrennt angesteuerten X-Teilelektroden besteht, während jeweils eine K-Elektrode der einen Teilmatrix mit einer K-Elektrode der anderen Teilmatrix verbunden ist und die derart zusammengeschalteten V-Elektroden als die Abtastelektroden dienen. Die Anzahl der Abtastleitungen beträgt daher nur die Hälfte der Anzahl der Abtastelektroden. Das Prinzip der Vermehrung der Anzahl der Bildpunkle bei gleichbleibender Anzahl der Abtastleitungen (also gleichbleibendem Kontrast) durch Teilung der Elektroden einer Schar führt daher zu einer Vergrößerung der Darstellungsfläche bei gleicher Bildpunktdichte.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Elektrodenanordnung einer Fliissigkristall-Anzeigetafel der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung so abzuwandeln, daß bei gleichbleibendem Kontrast die Bildpunktdichte wesentlich erhöht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Erfindung wird es für Flüssigkristall-Anzeigetafeln möglich, die Auflösung ganz wesentlich zu verbessern ohne die Anzahl der Abtast- oder Abfrageleitungen zu steigern.

Ein anderes vorteilhaftes Merkmal ergibt sich aus dem mehrlagigen Aufbau, im folgenden auch als »Multilayer-Aufbau« bezeichnet. Die Anordnung der einzelnen X- und V-Elektroden in einer Ebene erfolgt gleichzeitig mit der schrittweisen Verwirklichung des Multilayeraufbaus. Es werden beispielsweise zwei Sätze von Matrixelektroden, deren Anzahl von Abtastelektroden in einer Ebene jeweils mit N bezeichnet ist, übereinander angeordnet, so daß sich ein 2 AW-Matrixmuster in zwei Lagen übereinander ergibt. Dies führt zu einer Matrixanordnung, bei der die volle Anzahl der Abtastelektroden 4 N, die Anzahl der Abtastleitungen jedoch unverändert N beträgt. Da die insgesamt vier Satz? von Matrixelektroden elektrisch voneinander unabhängig sind, wird es möglich, die Flüssigkristallzusammensetzung mit im wesentlichen gleichen Effektivspannungswerten zu beaufschlagen, wie im Falle von nur N Matrixelektroden.

Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsfonnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die bereits erläuterte graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem effektiven Spannungswert und dem Kontrastverhältnis in einer Flüssigkristallanzeigezelle mit gedrehtem nematischem Flüssigkristall (TN-Kristall),

F i g. 2 bis 6 Elektrodemuster und den Zellenaufbau verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, wobei Fig. 2 die Draufsicht auf die Elektrodenebene einer ersten Ausführungsform, F i g. 3{a) die Draufsicht auf die Elektrodenebene einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3(b) eine Schnittansichi, gesehen auf die Schnittebene A-A in Fig. 3(a), Fig.4 die Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform, Fig.5(a) und 5(b) Elektrodendraufsichten, Fig.6(a) eine Draufsicht auf die Elektrodenebene einer ersten Lage einer Anzeigezelle gemäß einer vierten Ausführungsform, Fig. 6(b) die Draufsicht auf die Elektrodenebene einer zweiten Lage der Anzeigezelle nach der vierten Ausführungsform und Fig.6(c) die Schnittansicht der LC-Anzeigezelle gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulichen.

F i g. 7 und 8 die Perspektiv- und Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform einer LC-Matrixanzeige mit erfindungsgemäßen Merkmalen.

Fig. 9 die Schnittdarstellung einer zweilagigcn Flüssigkristallanzeigezelle, bei der eine Möglichkeit zur Erhöhung des Kontrasts verwirklicht ist,

Fig. 10 in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen dem Kontrastverhältnis und dem Faktor d ■ Δη in der Anzeigezelle nach F i g. 9 und

Fig. 11 in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen der anliegenden Spannung und dem Kontrastverhältnis.

Zunächst wird eine erfindungsgemäße Elektroden-Schichtanordnung anhand der F i g. 2 erläutert:

Die Erfindung sieht vor. jede Elektrode in eine Mehrzahl von Bereichen zu unterteilen, die in bestimmter Weise miteinander verbunden sind und nicht, wie bei bekannten Matrixanzeigetafeln, aus einfachen Streifenelektroden bestehen. Wie die Figur erkennen läßt, sind einzelne Bereiche der Elektrode in einer gemeinsamen Ebene physisch und elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise ist eine bestimmte Anzahl von im Querschnitt rechteckförmigen Elektroden 2 aus einem transparenten leitenden Material wie In₂Qi und SnO₂ oder einem reflektierenden leitenden Material wie Al, Au. Cr und Ni entlang einem leitenden Streifen 1 angeordnet, über den die elektrische Verbindung erfolgt. Jede der Elektroden 2 umfaßt zwei V-(Teil-)Elektroden V,' und Y₁ ². die in V-Richtung aufeinanderfolgend ineinandergreifen. Dieses Elektrodenpaar Vi¹ und Ki² bildet eine erste Elektrode ΥΊ in Richtung der V-Achse. Wie durch gestrichelte Linie angedeutet, sind die X-Elektroden 3 in bekannter Weise als Streifenelektroden ausgebildet und bestehen beispielsweise aus In₂O₃ oder SnO₂.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 sind Elektroden auf beiden Seiten eines isolierender. Films angeordnet und über Löcher miteinander verbunden. In diesem Fall soll der isolierende Film dick genug sein, um keinen dielektrischen oder elektrischen Indifferenzen ausgesetzt zu sein. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3(a) und 3{b) bestehen elektrische Verbindungsstreifen 11 aus leitendem Material wie Al, Au, Cr bzw. NL Diese leitenden Verbindungen 11 sind auf einem Substrat 16 beispielsweise aus Glas, Quarz oder Kunststoff angeordnet. Ein ausreichend dicker dielektrischer Film 13, beispielsweise aus SiO₂, MgF₂, Y₂Oj und/oder Si₃N* überdeckt die Verbindungen 11. Darüber liegen

-, rechteckförmige Elektroden 12 unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenabstands in Längsrichtung oder seitlicher Richtung. Über Löcher 14 ist jeweils eine der Elektroden 12 alternierend mit einer K-Elektrode also mit Ki¹ oder Kr verbunden. Diese Elektroden Vi¹ und

in Vi² bilden eine erste Elektrode Y\ in V-Richtung. Die in strichpunktierter Linie angegebene .Y-Elektrode 15 andererseits ist als Streifenelektrode ausgeführt. Mit Bezugshinweis 17 ist ein oberflächenaktiver Zusatz, etwa eine schräg aufgedampfte Schicht aus SiO₂, eine

π geriebene Schicht usw. bezeichnet. Die leitenden Verbindungen i bzw. ii sollten ausreichend schmal sein, um von außen nicht sichtbar zu sein, jedoch so breit, daß die Einflüsse von Spannungsabfällen vernachlässigt werden können. Obgleich bei den Ausführungsformen

.'ο nach F i g. 2 und 3 die Elektroden 2 bzw. 12 alternierend aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die effektive Elektrodenanzahl 2 N beträgt, kann ersichtlicherweise auch die Anzahl von 3 N oder mehr Elektroden verwirklicht werden.

:ί Darüber hinaus ist es auch möglich, unabhängige Matrixelektroden in mehrlagigem Aufbau anzuordnen, obgleich sich die beiden oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine einlagige Flüssigkristallanzeigezelle bezogen. Bei der mehrlagigen Anordnung gilt

in jedoch die Bedingung, daß die einzelnen Schichten der Flüssigkristallzelle so übereinander angeordnet werden, daß auf ein bestimmtes elektrisches Feld ansprechende Arbeitsbereiche der einzelnen Flüssigkristallschichten einander nie überlappen. Es ist außerdem wichtig, daß

Γι gleichzeitig der Abstand / zwischen einer ersten und einer zweiten Flüssigkristallschicht gleich oder kleiner ist als der kleinere Radius roder die kürzere Seitenlänge r' eines Anzeige- oder Arbeitsbereichs, um Potentialoder Positionsabweichungen bei der Sichtanzeige zu

ad vermeiden, wie sie bei einem mehrlagigen Aufbau inhärent auftreten können. Ein Beispiel für den Aufbau einer Anzeigezelle mit einem zweilagigen TN-Anzeigeelement zeigt die Fig.4: In Fig.4 bestehen die Elektroden 22 aus In₂Oj oder SnO₂, wenn es sich um eine

4i transparente Elektrodenschicht handelt, und aus Al, Au, Cr oder Ni, wenn es sich um eine reflektierende Elektrodenschicht handelt; sie sind wie in F i g. 2 und 3 rechteckförmig oder trapezförmig oder elliptisch, wie die F i g. 5 zeigt, oder auch kreisrund. Diese Elektroden

-.0 22a und 22b sind aus der Sicht des Betrachters 25 ohne Überlappung abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Substrate 26 und 27 für die Elektroden bestehen aus Glas, Quarz oder Kunststoff. Die Dicke der Substrate 26,27 wird gleich oder kleiner gewählt als

i'i der kürzere Radius r oder die kürzere Seitenlänge r' eines Anzeige- bzw. Arbeitsbereichs, um die Potentialdifferenz bei der Sichtanzeige nicht in Erscheinung treten zu lassen. Die Transparentelektroden 23a und 23b bestehen aus In₂Oa, SnO₂ oder dergleichen und sind als

«ι Strcifcnelektroden ausgeführt Zur Anzeigezelle gehört außerdem ein Polarisator 28, ein Analysator 30 sowie eine TN-Flüssigkristallschicht 29.

Die F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei F i g. 6(a) eine Draufsicht auf eine erste

to Zellschicht, Fig.6(b) die Draufsicht auf eine zweite Zellschicht und F i g. 6(c) den Zellaufbau in Schnittdarstellung zeigen.

In Fig.6(a) bestehen die V-Elektroden 32 aus In₂O₃

oder SnO₃; sie liegen mit verhältnismäßig schmalem Zwischenabstand nebeneinander, während die λ'-Elektroden 33 ebenfalls aus In₂O₃ oder SnO₂ in doppeltem Abstand nebeneinanderliegen.

Die y-Elektroden 34 und die Af-Elektroden 35 in Fig.6(b) sind in gleicher Weise angeordnet und ausgerichtet wie bei der F i g. 6(a). Denkt man sich die beiden Schichten übereinanderliegend, so ist ersichtlich, daß sich die !^-Elektroden 34 der zweiten Zellschicht und die V-EIektroden der ersten Zellschicht aus der Sicht des Betrachters überlappen, während die X-Elektroden 35 der zweiten Zellschicht und die AT-Elektroden 33 der ersten Zellschicht nicht überlappen. Die F i g. 6(c) läßt erkennen, daß die A'-Elektroden 33, 35 in Zickzack-Anordnung mit dem Substrat 37 als Zwischenlage verlaufen.

Bei der in den F i g. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Konzepte der F i g. 2 und 6 bei einer einzigen Anzeigetafel miteinander verbunden, wodurch sich die Anzahl der Abtastelektroden auf 8 N erhöht. Die Anzeigezelle nach F i g. 8 enthält außerdem eine reflektierende Streuplatte 38, ein Zuordnungs- und Ausrichtelement 39, eine Kunststoffversiegelung 40, einen Polarisator 41 und einen Analysator 42.

Es ist bekannt, daß sich bei Multilayer-LC-Anzeigezellen mit um 90° verdrehter Anordnung in besonderer Weise das Problem einer Verbesserung der Kontrasteigenschaften stellt. Der schlechtere Kontrast wird auf den Umstand zurückgeführt, daß auf die Zelle auftreffendes linear polarisiertes Licht in den einzelnen Flüssigkristallschichten nicht genau um 90° gedreht werden kann. Dies impliziert nicht nur die Schwierigkeit, polarisiertes Licht um 90° zu drehen, sondern führt auch zu dem Ergebnis, daß das linear polarisierte Licht mit elliptischer Polarisation aus der Zelle austritt und damit in anderer Weise optisch aktiv ist Eine Flüssigkristallzelle mit gedrehtem nematischem Flüssigkristall sollte außerdem linear polarisiertes Licht nur dann um 90° drehen, wenn dieses linear polarisierte Licht in Längsachsenrichtung der Flüssigkristalle auf das Zellsubstrat auftrifft oder in zur Längsrichtung senkrechter Richtung. Wird das linear polarisierte Licht in der ersten Zellschicht nicht vollständig um 90° gedreht, so erhält das auf die zweite Zellschicht auftreffende Licht elliptische Polarisation mit optischer Aktivität aufgrund von Verzögerungseffekten, und das durch die zweite Zellschicht hindurchtretende Licht wird noch in höherem Maße elliptisch polarisiert Eine Verbesserung der relativ schlechten Kontrastkennwerte läßt sich eventuell durch einen Linearpolarisator mit hohem Wirkungsgrad erreichen. Um die Kontrastwerte andererseits zu verbessern, ist es erforderlich, das auftreffende linear polarisierte Licht in den einzelnen Schichten des Flüssigkristalls mit gedrehter nematischer Phase so genau wie möglich um 90° zu drehen. Dies läßt sich erreichen, wenn die sogenannte »Mauguin«-Grenzbedingung beim Lichtdurchgang durch den gedrehten nematischen Flüssigkristall (eine Art eines cholesterischen Flüssigkristalls) eingehalten wird.

Das Kriterium für die Mauguin-Grenzbedingung (vgL G Mauguin: Bull Soc, Fr. Miner, Cristallogr., 34, 3 [1911]) ist wie folgt definiert:

λ < a · dan

schied zwischen dem Brechungsindex für den ordentlichen Strahl und für den außerordentlichen Strahl und mit a eine Konstante bezeichnet sind. Die Gleichung (4) ist befriedigt, wenn auftreffendes linear polarisiertes

•5 Licht unter 90° -Drehung durch die gedrehte nematische Schicht hindurchtreten kann. Die Konstante a in Gleichung (4) betrug 0,35, wobei sich die durchgeführten Versuche auf die Bedingung eines Kontrastverhältnisses von 1/2 bezogen.

ίο Unter der Voraussetzung, daß die längste Wellenlänge des sichtbaren Lichts λ = 700 nm im Rotlichtbereich beträgt, folgt aus Gleichung (3):

d ■ Δ η > 700 nm/0,35 ä; 2 μΐη.

worin mit A die Wellenlänge, d die Dicke der Flüssigkristallschicht, mit Δπ{= ne—no) der UnterDie Wahl des Wertes d · Δ π > 2 μπι ist sehr wichtig, um eine Vergrößerung des Kontrastverhältnisses zu erzielen (mehr als der Hälfte des Maximums).

F i g. 9 zeigt eine zweilagige Anzeigezelle mit einem gedrehten nematischen Flüssigkristall; die einzelnen Bauteile sind soweit möglich mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet wie in Fig.4, um die enge Beziehung zwischen beiden Bautypen kenntlich zu machen. Die graphische Darstellung der Fig. 10 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen dem Kontrastverhältnis der zweilagigen Zelle nach F i g. 3 mit gedrehtem nematischen Flüssigkristall und dem Wert di- Δη. Und Fig. 11 veranschaulicht in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen der anliegenden Spannung und dem Kontrast, um daraus das Kontrastverhältnis zu bestimmen.
Bei den F i g. 9 und 10 ist der Wert d\ ■ Δ η der ersten Zellenschicht mit gedrehtem nematischem Flüssigkristall auf 2 μπι festgelegt. Die zweite Zellenschicht andererseits sollte so groß wie möglich sein, da die Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses von d ■ Δ η in der zweiten Zellenschicht über einen wesentlich größeren Bereich von d ■ Δ η betrachtet wird als bei einer einlagigen Zelle. Der zulässige Bereich des Kontrastverhältnisses sollte in der Praxis vorzugsweise mindestens annähernd 1/3 des Maximums betragen (30 :1 zu 100 :1). Für die jeweiligen Schichten ist es daher wichtig, daß die obige Bedingung

d ■ Δ π S, 2 μπι

erfüllt ist

Um dieses so definierte Kriterium zu erfüllen, gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Erhöhung von c/, und

2. Erhöhung von Δ π.

Da die Ansprechkennwerte der Zelle im allgemeinen von di abhängen, kann d, nicht wesentlich vergrößert werden; für die Praxis liegt die Obergrenze bei etwa 12 μπι. Ein Wert von etwa 8 μπι ist zu bevorzugen. In diesem Fall sollte der Wert von Δ π so gewählt werden,

daß die Bedingung Δ π < 0,25 erfüllt wird. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt Werte für Δ π bei handelsüblichen Flüssigkristallzusammensetzungen, wobei mit ® die praktische Brauchbarkeit für die vorliegende Erfindung angegeben ist

Tabelle I

Flüssigkristall

A η

Schiffsche Base 0,28

Ester 0,22

Biphenyl-Pyrimidin 0,26

Biphenyl 0,22

Azoxy 0,29

Phenylcyclohexan 0,12

rf, = 8 um

I ® : gut (A η > 0,25)

. X : schlecht (A η < 0,25)

Brauchbarkeit

X X X

Für die Praxis gilt: Wird die Dicke der Flüssigkristallschicht mit di und die Differenz zwischen dem Brechungsindex n_e für den außerordentlichen Strahl und n_o für den ordentlichen Strahl, nämlich | n_e—n_o | zu Δ π angesetzt, so sollte die Dicke der Flüssigkristallschicht

10

in F i g. 9 gleich oder größer als 2,5 μΐη gewählt werden.

Als Flüssigkristallmaterial für die oben beschriebenen Ausführungsformen kommen nematische Flüssigkristalle, cholesterische Flüssigkristalle, dichromaiische Farbstoffe, fluoreszente Farbstoffe, Zusatzstoffe zur Kristallausrichtung, ionenbildende Zusatzstoffe und Zusätze von smektischen Flüssigkristallen in Frage. Als Elektrodenmaterial auf einer Seite kann ein elektrisch leitendes Material verwendet werden, das Licht reflektiert oder absorbiert, vorausgesetzt, daß die andere Seite transparent ist. Als Material für die Transparentelektroden kann I112O3 und/oder S11O2 verwendet werden, während als reflektierendes Elektrodenmaterial Al, Au, Cr, Ni usw. in Frage kommen. Als Material für den oder die isolierenden Filme eignet sich S1O2, MgF2, Y2O3, S13N4 usw.

Erwähnt sei auch, daß sich die Erfindung in gleicher Weise mit Vorteil auf Anzeigezellen mit Lichtdurchgang, sowie solche vom Lichtprojektionstyp und vom Reflexionstyp eignet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeigetafel mit A"K-Matrixanordnung von Bildpunkten, mit in einer Richtung ". verlaufenden X-Elektroden in einer ersten Ebene und senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden K-Elektroden in einer zur ersten parallelen zweiten Ebene und einer Flüssigkristallschicht zwischen den Ebenen, wobei ι ο