DE3048024A1

DE3048024A1 - "fluessigkristall-anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischer fluessigkristallfuellung"

Info

Publication number: DE3048024A1
Application number: DE19803048024
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Yutaka Nara Ishii; Masataka Tenri Nara Matsuura; Tomio Nara Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE3048024C2; GB2066498B; JPS5688112A; GB2066498A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere mehrere lagen von verdreht-nematischen Flüssigkristallschichten enthält.
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Es sind bereits Anzeigepaneele vorgeschlagen worden, die mehrere Schichten aus Flüssigkristallen mit verdrehtnematischer Phase enthalten, insbesondere zwei solcher Schichten, deren Flüssigkristallmaterial jeweils durch eine getrennte Leistungsquelle aktiviert wird. Gegenüber den älteren Flüssigkristallanzeigefeldern mit nur einer verdreht-nematischen Flüssigkristallschicht besitzen diese mehrlagigen Anzeigevorrichtungen folgende Eigenschaften:

1. In einer einzigen Anzeigevorrichtung lassen sich verschiedene unterschiedliche Anzeigemuster darstellen.

2. Es lassen sich mit elektro-optischen Mitteln bestimmte logische Anzeigemuster verwirklichen.

3. Die Anzahl der Anzeigesegmente läßt sich über die durch mehrlagige Schichtung mögliche Anzahl von Anzeigesegmenten erhöhen, wenn unter Anwendung einer Multiplex-Ansteuertechnik mit Zeilenabtastung die Zeitdauer ist, während der jedes der Anzeigesegmente mit einer Spannung beaufschlagt ist, das heißt, wenn das Tastverhältnis konstant gewählt wird.

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Bei mehrlagigen Anzeigevorrichtungen des genannten Typs ergeben sich jedoch erhebliche Probleme daraus, daß der Anzeigekontrast unbefriedigend ist und daß die an sich vorteilhaften erwähnten Eigenschaften nur für begrenzte Anwendungsfälle infrage kommen, so daß der praktische Einsatz solcher Anzeigevorrichtungen im Augenblick noch begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit mehrlagiger Flüssigkristallschicht mit verdreht-nematischem Flüssigkristall zu schaffen, die sich durch einen hohen Anzeigekontrast auszeichnet.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 enthalten.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbare erhebliche Verbesserung des Anzeigekontrasts ergibt sich daraus, daß in der ersten der insgesamt zwei Flüssigkristallschichten ein erster Sichtbereich mit gutem Anzeigekontrast so angeordnet bzw. ausgerichtet wird, daß er einem zweiten Sichtbereich mit gutem Anzeigekontrast in der zweiten Flüssigkristallschicht dadurch gegenüberzustehen kommt, daß die außerordentlichen Strahlen in der ersten Flüssigkristallschicht in Richtung der außerordentlichen Strahlen in der zweiten Flüssigkristallschicht übertragen werden oder daß die ordentlichen Strahlen in der ersten Flüssigkristallschicht in Richtung der ordentlichen Strahlen in der zweiten Flüssigkristallschicht übertragen werden.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Erläuterung weiterer Einzelheiten wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Anzeigepaneels mit mehreren übereinander angeordneten Flüssigkristallschichten mit verdreht-nematischem Flüssigkristall und erfindungsgemäßen Merkmalen; Fig. 2(A) bis 2(E) Beispiele dafür, wie bei herkömmlichen Anzeigevorrichtungen der hier inrede stehenden Art die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet sind;

Fig. 3 dient zur Erläuterung des Orientierungsvektors / welcher die Orientierungsrichtung der Flüssig

kristallmoleküle mit einem Neigungswinkel angibt, und

Fig. 4(A) bis 4(E) Beispiele für die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle in einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung.

Die Schnittdarstellung der Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit mehreren Schichten von verdreht-nematischen Flüssigkristallmaterialien. Die Anzeigevorrichtung umfaßt drei transparente Substrate 1a, 1b und 1c, zwei Flüssigkristallschichten 2a und 2b, vier Transparentelektrodenschichten 3a, 3b, 3c und 3d, vier Orientierungsschichten 5a, 5b, 5c und 5d, zwei schematisch angedeutete Leistungs- oder Treiberquellen 4a und 4b, Abstandsstücke 6a und 6b sowie zwei Polarisierer 7a und 7b. Der Aufbau und die gegenseitige Zuordnung der genannten Teile ist aus der Fig. 1

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ohne weitere Erläuterung ersichtlich.

Für die drei Substrate 1a, 1b und 1c mag beispielsweise Natronglas in einer Schichtstärke von etwa 0,2 bis etwa 3 mm verwendet werden; die Substrate sind aufgrund der entsprechend gleich bemessenen Abstandsstücke parallel zueinander ausgerichtet. Auf die innere Oberfläche jedes der drei Substrate 1a, 1b und 1c ist jeweils eine der insgesamt vier transparenten Elektrodenschichten 2a, 2b, 2c bzw. 2d aus InoO,, SnO₂ oder dergleichen aufgebracht, um die notwendige Ansteuerenergie für jede der Flüssigkristallschichten 2a bzw. 2b von den Steuerquellen 4a und 4b aus zuführen zu können. Die Elektrodenschichten 3a bis 3d, beispielsweise aus In₃O₃ usw. werden in gewünschter Musterverteilung beispielsweise durch ein Abscheidungs- oder Niederschlagsverfahren aus der Dampfphase aufgebracht. Die Elektroden 3a und 3b sind mit der Treiberquelle 4a verbunden, so daß die Flüssigkristallschicht 2a erregbar ist_fund die Elektroden 3c und 3d sind mit der Treiberquelle 4b zur Erregung der Flüssigkristallschicht 2b verbunden.

Die vier Orientierungsschichten 5a, 5b, 5c bzw. 5d sind jeweils auf die Oberflächen der vier Elektrodenschichten 3a bis 3d und die drei Substrate 1a bis 1c aufgetragen, um die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu ermöglichen. Diese Schichten 5a bis 5d bestehen aus SiO₂- Um ihre Funktion zur Molekülorientierung erfüllen zu können, sind alle Orientierungsschichten 5a bis 5d mittels bekannter Reibverfahren und/oder Schrägaufdampfung bearbeitet bzw, aufgebracht worden.

Die beiden Flüssigkristallschichten 2a und 2d enthalten

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nematische Flüssigkristall-Gemische oder cholesterische Flüssigkristallgemische mit sogenannter großer Teilung. Die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle an jeder Oberfläche der drei Substrate 1a, 1b bzw. 1c stehen in rechtem Winkel zueinander. In jeder der Flüssigkristallschichten 2a und 2b jedoch sind die Richtungen der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle identisch zueinander.

Die Ränder der Substrate 1a, 1b und 1c sind durch die Abstandsstücke 6a bzw. 6b miteinander verbunden, um die Flüssigkristallschichten 2a und 2b hermetisch abzudichten. Die Abstandsstücke 6a und 6b können beispielsweise aus mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz bestehen. Auf der Anzeigeseite sowie auf der Gegenseite ist jeweils ein Polarisierer 7a bzw. 7b angeordnet. Die Polarisierer 7a und 7b sind linear polarisierende Filter, die eine Jodverbindung enthalten bzw. aus Polyäthylen bestehen.

Für den Fall eines reflektiven Anzeigepaneels ist außerdem ein unterhalb der Ansichtseite angeordneter Reflektor vorgesehen.

Durch die Polarisierer 7a bzw. 7b wird die für einen Betrachter 9 sichtbare Anzeige erheblich verbessert durch die Änderungen der Flüssigkristallmoleküle in Orientierungsrichtung in Abhängigkeit von der durch Steuer- bzw. Leistungsquellen 4a und 4b zugeführte Ansteuerleistung.

Die Fig. 2(A) bis 2(E) zeigen Beispiele für die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallraoleküle bei herkömmlichen Anzeigepaneelen mit ähnlichem mechanischem Aufbau wie die Anzeigevorrichtung nach Fig. 1, abgesehen

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von den opto-elektrischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Orientierungsrichtung. Alle Beispiele verdeutlichen eine optische Verdrehung im Gegenuhrzeigersinn in den Schichten 2a und 2b.
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Insbesondere zeigt jede der Figuren 2(A) und 2(B) die Orientierungsrichtung in der Flüssigkristallschicht 2a in Kontakt mit den Orientierungsschichten 5a bzw. 5b steht. Die Fig. 2(C) und 2(D) dagegen zeigen die Qrientierungsrichtung in der Flüssigkristallschicht 2d, die in Kontakt steht mit den Orientierungsschichten 5c bzw. 5d.

In der Zeichnung sind mit den Hinweiszeichen "r„", 2i ι *

"^₁"* "^r2" ^und "^ri" jeweils ein Orientierungsvektor hinsichtlich der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle bezeichnet. Die Fig. 3 dient zur Erläuterung der betreffenden Vektoren, die einen Neigungswinkel Δ θ gegen jede der Elektrodenschichten 3a, 3b, 3c und'3d aufweist. In Fig. 3 sind mit Hinweiszeichen 2 die Flüssigkristallmoleküle und mit Hinweiszeichen 5 die Orientierungsschichten 5a bis 5d bezeichnet.

Bei einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit der Molekülorientierung gemäß Fig. 2(A) bis 2(D). ergibt sich ein Sichtbereich mit einem in Fig. 2 (E) veranschaulichten Anzeigekontrast, der für beide Flüssigkristallschichten 2a und 2b gemeinsam ist. Wird die Anzeigevorrichtung in der angegebenen Richtung 13 betrachtet, die nicht mit der Z-Achse übereinstimmt, so entstehen beträchtliche Interferenzfarben im Anzeigebereich, in dem keine der Flüssigkristallschichten 2a bzw. 2b elektrisch versorgt ist, so daß sich eine nennenswerte Verschlech-

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terung des Anzeigekontrasts ergibt.

Der Grund dafür ist, daß die Unterschiede der Lichtpfadlängen zwischen den Flüssigkristallschichten 2a und 2b aufgrund von Doppelbrechung den Anzeigekontrast verschlechtert. Die Doppelbrechung entsteht durch optische Rotationsdispersion. Die Lichtpfad- oder Lichtstreckenlängen aufgrund von Doppelbrechung lassen sich zu d,An' angeben, wobei mit d die Dicke jeder der Flüssigkristallschichten 2a und 2b und mit /\.n' eine Komponente der Doppelbrechung bezeichnet sind. Die Werte der Lichtpfadlängen sind zwischen den Flüssigkristallschichten 2a und 2b voneinander verschieden.

Da insbesondere der Vektor r in Fig. 2(A) und der

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Vektor r_ in Fig. 2(C) im rechten Winkel zueinander stehen, werden die Komponenten des außerordentlichen Strahls und des ordentlichen Strahls gegeneinander verändert, wenn die Strahlen die Flüssigkristallschicht 2a und 2b passieren. Die resultierende Lichtpfadlänge läßt sich damit durch

die Formel d · Δ.η' - d,'Aⁿ' angeben, wobei mit d_o ι a ο ι α.

die Stärke der Schicht 2a und mit d, die Stärke der Schicht 2b bezeichnet ist.

Im allgemeinen unterseil orden sich die Werte von d. und d, . In Verbindung mit den Polarisierern 7 und 7, entstehen Interferenzfarben niedriger Ordnung, was zu sichtbaren Störfarben führt und der Anzeigekontrast wird beträchtlich schlechter.

Im Gegensatz zur bekannten Orientierung ist es als ein

2 Merkmal der Erfindung anzusehen, daß die Vektoren r und

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r₂ voneinander verschieden sind, und zwar um einen Winkel von ungefähr 180°, so daß der außerordentliche Strahl in der Flüssigkristallschicht 2a in Richtung des außerordentlichen Strahls in der Schicht 2b übertragen wird und zusatzlieh wird der ordentliche Strahl in der Schicht 2a in Richtung des ordentlichen Strahls in der Schicht 2b übertragen.

Die Fig. 4(A) bis 4(E) zeigen Beispiele für die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle beim Gegenstand der Erfindung. Die Richtungen der optischen Rotation sind bezüglich der Flüssigkristallschichten 2a und 2b entgegengesetzt.

Insbesondere zeigen die Fig. 4(A) und 4(B) die Orientierungsrichtung in der Schicht 2a an der Kontaktstelle mit der Orientierungsschicht 5a bzw. der Orientierungsschicht 5b. Die Fig. 4(C) und (4(D) verdeutlichen die Orientierungsrichtung in der Schicht 2b im Kontaktbereich mit der Orientierungsschicht 5c bzw. 5d. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wie folgt hergestellt bzw. vervollständigt:

Der Wert des Neigungswinkels Δ θ wird auf etwa 2 bis etwa 5° eingestellt. Die Stärke jeder der Schichten 2a bzw. 2b wird zu etwa 6 μπι gewählt. Die Richtungen der optischen Rotation sind in den Schichten 2a bzw. 2b entgegengesetzt. Für die Schicht 2a wird eine Flüssigkristallmischung mit optischer Rotation im Uhrzeigersinn verwendet, beispielsweise der Blphenyl-Typ ROTN 403 von Hoffmann-LaRoohe mit etwa 0,15 Gew.-^!i an optischer aktiver Substanz, beispielsweise des Typs CB-15, hergestellt von der Firma BDH-Chemical Ltd. Für die Schicht 2b wird eine Flüssigkristallmischung

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verwendet mit optischer Rotation im Gegenuhrzeigersinn, z.B. der Biphenyl-Typ TOTN 403 mit etwa 1,0 Gew.-% an optisch aktiver Substanz des Typs C-15, hergestellt von der Firma BDH-Chemicals Ltd.
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Die Absolutwerte der Spindelsteigung oder der Ganghöhe in den Schichten 2a und 2b sind im wesentlichen gleich, so daß sich eine Harmonisierung der elektro-optischen Eigenschaften bezüglich der Schichten 2a und 2b ergibt. Für die Polarisierer 7a und 7b kann &_er Typ l-83 verwendet werden, der durch die Firma Sanritsu Electric Company Ltd. angeboten wird. Im Falle einer reflektiven Flüssigkristallanzeige ist außerdem der Reflektor 8 vorhanden, der beispielsweise aus einer Aluminiumplatte besteht, die einer Sandstrahlbehandlung unterzogen wurde.

Mit dieser Orientierung wird ein Schattenbereich 12 erzielt, der einen guten Anzeigekontrast ergibt (vgl. Fig. 4(E)). Der Bereich guten Anzeigekontrasts in der Schicht 2a ist dabei so angeordnet, daß er dem entsprechenden anderen Bereich guten Anzeigekontrasts in der Schicht

2 1 2b gegenübersteht. Da die Orientierungsvektoren r. und r₂ voneinander im wesentlichen um 180" abweichen, ergibt sich der resultierende Unterschied in den LichLpfudlängen des durch beide Schichten 2a und 2b hindurchgehenden Lichts

zu " (d ./\n' + d. · Δ^η')"/ ^{so daß} Interferenz farben hoher a id

Ordnung erzeugt werden.

Diese Interferenzfarben hoher Ordnung werden als neutrales Grau wahrgenommen, welches für die Anzeige unattraktiv bzw. nicht störend ist. Der Wert von "d-Δη", wobei mit d die Stärke jeder der Schichten 2a bzw. 2b und mit Δη ein Index der Doppelbrechung bezeichnet sind,

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wird innerhalb eines Bereichs von etwa 0,4 bis etwa 0,6 {einschließlich der Grenzwerte) oder von·etwa 1,0 bis etwa 2,0 (auch hier einschließlich der Grenzwerte) gewählt. Öer Term &n ist definiert als " (n - η )"/ worin mit η .ein Brechungsindex für den außerordentlichen Strahl und mit η der Brechungsindex für den ordentlichen Strahl bezeichnet ist.

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Claims

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Beim Europalachen Patentamt zugelassene Vertrotur — Profes»lonal Roprosentatlvea before the Europoan Patent Olllco Mandatalrea agrees pres I'Olllce european dea brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dip! -Ing. H. Steinmeister

Dipl.-lng, F. E. Müller ^. , ,, „

Trittstrasse 4. S.ekerwall 7.

D-800O MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD

1547-GER-Ä 19. Dezember 1980

Mti/vL

SHARP KABUSHIKI KAISHA 22-22," Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka,

Japan

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischer

Flüssigkristallfüllung

Priorität: 20. Dezember 1979, Japan, Ser.Nr. 54-166660

PATENTANSPRÜCHE

( 1 . ) Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristal !füllung in verdreht-nematischer Phase, die in einen ober- x. unterseitig durch auf Abstand voneinander gehaltene Substrate umgrenzten Raum eingebracht ist, gekennzeichnet durch

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ein erstes, ein zweites und ein drittes Substrat (1a, 1b, 1c), die übereinander angeordnet sind, ein erstes Paar von Elektroden (3a, 3b), die auf dem ersten bzw. zweiten Substrat aufgebracht sind und ein zweites Paar von Elektroden (3c, 3d), die auf dem zweiten bzw. dritten Substrat aufgebracht sind; einen ersten durch Abstandsstücke (6a) zwischen dem ersten und zweiten Substrat ausgebildeten Hohlraum, in den eine erste Flüssigkristallschicht (2a) eingebracht 1st und einen zweiten, durch weitere Abstandsstücke (6b) zwischen dem zweiten und dritten Substrat ausgebildeten Hohlraum, in den eine zweite Flüssigkristallschicht (2b) eingebracht ist, wobei die Moleküle in der ersten bzw. zweiten Flüssigkristallschicht in entgegengesetzter Richtung optisch verdreht sind, und zwar so, daß die Absolutwerte der Steigungsteilung (Ganghöhe) in beiden Flüssigkristallschichten annähernd gleich ist, mindestens einen auf der nicht mit einer Elektrodenschicht versehenen Oberfläche des ersten Substrats (1a) aufgebrachten Polarisierer (7a) und ■ jeweils eine auf jeder der Elektrodenschichten des ersten bzw. zweiten Elektrodenpaars aufgebrachte Orientierungsschicht (5a, 5b, 5c, 5d) zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der ersten und der zweiten Flüssigkristallschicht (2a, 2b) derart, daß sich ein erster Sichtbereich mit gutem Anzeigekontrast in der ersten Flüssigkristallschicht ergibt, der einen zweiten Sichtbereich mit gutem Anzeigekontrast in der zweiten Flüssigkristall dadurch genau gegenüber liegt, daß die außerordentlichen Strahlen in der ersten Flüssigkristallschicht in Richtung der außerordentlichen Strahlen in der zweiten Flüssigkristallschicht oder die ordentlichen

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in der ersten Flüssigkristallschicht in Richtung der ordentlichen Strahlen in der zweiten Flüssigkristallschicht übertragen werden.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die die Richtung der Flüssigkristall-Molekülorientierung in jeder der beiden Flüssigkristallschichten angebenden Orientierungsvektoren so gewählt sind, daß sowohl durch die erste als auch durch die zweite Flüssigkristallschicht (a^yStrahlung hindurchgehen ,kann und daß der Orientierungsvektor in der ersten Flüssigkristallschicht in Kontakt mit dem die beiden Hohlräume trennenden zweiten Substrat gegenüber dem Orientierungsvektor der zweiten Flüssigkristallschicht in Kontakt mit dem zweiten Substrat um einen Winkel von etwa 180° abweicht.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich jeder der beiden Flüssigkristallschichten ein sich aus der Dicke und dem Doppelbrechungsindex in jeder der beiden Flüssigkristallschichten ergebender multiplikativer Wert unter Einschluß der Grenzwerte von etwa 0,4 bis etwa P,6 oder von etwa 1,0 bis etwa 2,0 eingehalten ist.

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