DE3048024C2

DE3048024C2 - "Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit verdreht-nematischer Flüssigkristallfüllung"

Info

Publication number: DE3048024C2
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: 1987-07-09
Also published as: GB2066498B; JPS5688112A; GB2066498A; DE3048024A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Flüssigkristallfüllungen in um 90° verdreht-nematischer Phase gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anzeigevorrichtung ist Gegenstand der älteren Anmeldung nach uer DE-OS 29 46 334. Diese Anzeigevorrichtung weist zwei Schichten auf, deren Flüssigkristallmaterial jeweils durch eine getrennte Leistungsquelle aktiviert wird. Gegenüber den Ilteren Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit nur einer verdreht-nematischen Flüssigkristallschicht besitzen diese mehrlagigen Anzeigevorrichtungen folgende &o Vorteile:

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

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

3. Bei Anwendung einer Multiplex-Ansteuerlechhik

mit Zeilenabtastung läßt sich bei konstant bleibendem Tastverhältnis, d.h. bei gleichbleibender Zeitdauer, während der jedes der Anzeigesegmente mit einer Spannung beaufschlagt ist, die Anzahl der Anzeigesegmente analog zur Anzahl der Schichten erhöhen.

In jeder der beiden Flüssigkristallschichten liegt ein Bereich optimalen Kontrastes vor. Werden keine besonderen Maßnahmen ergriffen, so decken sich diese Bereiche nicht, was z.B. anhand der FigU'-2 in der DE-OS 29 46 334 erläutert ist. In der genannten Offenlegungsschrift ist nun vorgeschlagen. Maßnahmen zu ergreifen, um die beiden Bereiche optimalen Kontrastes zur Deckung zu bringen. Dies ist anhand der dortigen Figur 4 erlgutert. Die Bereiche optimalen Kontrastes lassen sich durch Schrägbedampfungen der Substratplatten in vorgegebenen Richtungen in ihrer Lage festlegen. Eine derartige Lagefestlegung der Kontrastbereiche ist für einschichtige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen z.B. aus der DE-OS 27 12 572 bekannt Derselbe Effekt der Lageeinstellung eines Kontrastbereichs für einschichtige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen kann gemäß der DE-OS 25 29 342 durch in vorgegebenen Richtungen eingebrachte Mikrorillen in den Substraten erzeugt werden.

Eine FIüssigkristall-AnzeigCOrrichtung gemäß der DE-OS 29 46 334, bei der die Kontrastbereiche von zwei übereinander liegenden Flüssigkristallschichten zur Deckung gebracht sind, hat jedoch gemäß dem dort beschriebenen Aufbau den Nachteil, daß es aufgrund unterschiedlicher optischer Längen in den Flüssigkristallschichten zu interferenzfarben durch Interferenzen niederer Ordnung kommt welche die Anzeige stören.

Aus der DE-OS 28 29 602 ist eine zweischichtige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist die Molekülausrichtung in beiden Schichten die gleiche, jedoch ist die genaue Orientierung der Moleküle, insbesondere hinsichtlich ihrer Neigung gegen die Substratflächen, nicht erläutert. Dieser Schrift sind daher keinerlei Maßnahmen zu entnehmen, wie die Richtungen der Moleküle festzulegen sind, um störende lnterfe*-enzfarben niederer Ordnung zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zweitägiger Flüssigkristallschicht mit um 90° verdreht-nematischem Flüssigkristall zu schaffen, die sich durch einen hohen Anzeigekontrast auszeichnet.

Die erfindungsgemäße Lösung für eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I enthalten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbare erhebliche Verbesserung des Anzeigenkontrastes ergibt sich daraus, daß in der ersten der insgesamt zwei Fliissigkristallschichten der erste Sichtbereich mit gutem Anzeigekontrast so angeordnet bzw. ausgerichtet wird, daß er dem zweiten Sichtbereich mit gutem Anzeigekontrast in der zweiten Flüssigkristallschicht gegenüberzustehen kommt, und daß gleichzeitig die außerordentlichen Strahlen in der ersten Flüssigkristallschicht in Richtung der außerordentlichen Strahlen in der zweiten Flüssigkristallschicht übertragen werden. Letzteres ist gleichbedeutend damit, daß die ordentlichen Strahlen in der ersten Flüssigkristallschicht in Richtung der ordentlichen Strahlen in der zweiten Flüssigkristallschicht übertra-

gen werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Erläuterung weiterer Einzelheiten wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. I die Schnittdarstellung eines Anzeigepaneels mit mehreren übereinander angeordneten Flüssigkristallschichten mit verdreht-nematischem Flüssigkristall und erfindungsgemäßen Markmalen;

F i g. 2(A) bis 2(E) Beispiele dafür, wie bei herkömmlichen Anzeigevorrichtungen der hier in Rede stehenden Art die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet sind;

F i g. 3 dient zur Erläuterung des Orientierungsvektors, welcher die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle mit einem Neigungswinke! angibt, und

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

Die Schnittdarstellung der F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit mehreren Schichten von verdreht-nematischen FlüssigkristaPmaterialien. Die Anzeigevorrichtung umfaßt drei transparente Substrate la, 16 und Ic zwei Flüssigkristallschichten la und 26, vier Transparentelektrodenschichten 3a, 3b, 2c und 3d vier Orientierungsschichten 5a, 5b, Sc und Sc/, zwei schematisch angedeutete Leistungs- oder Treiberquellen 4a und 4b, Abstandsstücke 6a und 6b sowie zwei Polarisierer 7a und Tb. Der Aufbau und die gegenseitige Zuordnung der genannten Teile ist aus der F i g. 1 ohne weitere Erläuterung ersichtlich.

Für die drei Substrate la, 16 und Ic 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 la. Xb und Ic ist jeweils eine der insgesamt vier transparenten Elektrodenschichten 2a. 2b, 2cund 2d aus In₂Oj, SnO₂ oder dergleichen aufgebracht, um die notwendige Ansteuerenergie für jede der Flüssigkristallschichteir 2a bzw. 2b von den Steuerquellen 4a und Ab aus zuführen zu können. Die Elektrodenschichten 3a bis 3c/, beispielsweise aus In₂O) usw. werden in gewünschter Musterverteilung beispielsweise durch ein Abscheidungs- oder Niederschlagsverfahren aus der Dampfphase aufgebracht. Die Elektroden ia und 36 sind mit der 1 reiberquelle 4a verbunden, so daß die Flüssigkristallschicht 2a erregbar ist, und die Elektroden 3cund 3c/sind mit der Treiberquelle 46 zur Erregung der Flüssigkristallschicht 2b verbunden.

Die vier Orientierungsschichten 5a. 56. 5cund St/sind jeweils auf die Oberflächen der vier Elektrodenschichten 3a bis 3d und die drei Substrate la bis Ic aufgetragen, um die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu ermöglichen. Diese Schichten 5a bis 5t/ bestehen aus SiO₂. Um ihre Funktion zur Molekülorier. tierung erfüllen zu können, sind alle Orientierungsschichten 5a bis 5J mittels bekarnter Reibverfahren und/oder Schrägaufdampfung bearbeitet bzw. aufgebracht worden. Derartige Verfahren sind zum Beispiel aus der DE-OS 25 29 342 und der DE-OS 27 12 572 bekannt.

Die beiden Flüssigkristallschichten 2a und 26 enthalten nematische Flüssigkristallgemische oder cholesterische Flüssigkristallgemische mit großer Ganghöhe. Die Längsachsen Her Flüssigkristallmoleküle an sich gegenüberliegenden Substratoberflächen einer Flüssigkristallschicht stehen im rechten Winkel zueinander.

Die Ränder der Substrate la, J 6 und lcsind durch die Abstandslöcke 6a bzw. 66 miteinander verbunden, um die Flüssigkristallschichten 2a und 26 hermetisch abzudichten. Die Abstandsstücke 6a und 66 können beispielsweise aus mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz bestehen. Auf der Anzeigeseite sowie auf der Gegenseite ist jeweils ein Polarisierer 7a bzw. 76 angeordnet Die Polarisierer 7a und 76 sind linear to polarisierende Filter, die eine Jodverbindung enthalten bzw. aus Polyäthylen bestehen.

Für den Fall eines reflektiven Anzeigepaneeis ist außerdem ein unterhalb der Ansichtseite angeordneter Reflektor 8 vorgesehen.

Durch die Polarisierer 7a bzw. 76 wird die für einen Betrachter 9 sichtbare Anzeige erheblich verbessert durch die Änderungen der Flüssigkristallmoleküle in Orientierungsrichtung in Abhängigkeit von der durch Steuer- bzw. Leistungsquelle 4a und 46 zugeführte Ansteuerleistung.

Die Fig.2(A) bis 2(E) zeigen Beispiele für die Orientierungsrichtung der Flüssigk.-.itallmoleküle bei herkömmlichen Anzeigevorrichtungen .<iit ähnlichem mechanischem Aufbau wie die Anzeigevorrichtung nach F i g. 1. In beiden Flüssigkristallschichten 2a i'nd 26 liegt eine optische Verdrehung im Gegenuhrzeigersinn vor.

Insbesondere zeigt jede der Fig.2(A) und 2(B) die Orientierungsrichtung in der Flüssigkristallschicht 2a in JO Kontakt mit den Orientierungsschichten 5a bzw. 56 steht. Die Fig.2{C) und 2(D) dagegen zeigen die Orientierungsrichtung in der Flüssigkristallschicht 2c/, die in Kontakt steht mit den Orientierungsschichten Sc bzw. :5 c/.

J5 In der Zeichnung sind mit den Hinweiszeichen »rr«, »η²«, »r₂'« und »n¹« jeweils ein Orientierungsvektor hinsichtlich der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle bezeichnet. Die F i g. 3 dient zur Erläuterung der betreffenden Vektoren. Die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle weisen einen Neigungswinkel ΔΘ gegen jede der Elektrodenschichten 3a, 36, 3c und 3d auf. In F i g. 3 sind mit Hinweiszeichen 2 die Flüssigkristallmoleküie und mit Hinweiszeichen 5 die Orientierungsschichten 5a bis Sc/ bezeichnet.

«5 Bei einer herkömmlichen Flüssigkristallaiueigevorrichtung mit der Molekülorientierung gemäß F i %. 2(A) bis 2(D) ergibt sich ein Sichtbereich mit einem in Fig. 2(E) veranschaulichten Anzeigekontrast, der für beide Flüssigkristallschichten 2a und 26 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 Flüssigkri stallschichten 2a bzw. 26 elektrisch versorgt ist. so daß sich e! je nennenswerte Verschlechterung des Anzeigekontrastes ergibt.

Der Grund dafür ist, daß durch Gangunte/schied in den Flüssigkristallschichten 2a und 26 Interferenzen entstehen. Optische Längen in den Schichten lassen sich Zu d ■ Δη' angeben, wobei mit d die Dicke jeder der Flüssigkristallschiditen 2a und 26 und mit Δη' eine Komponente der Doppelbrechung bezeichnet sind. Die Werte der optischen Längen sind zwischen den Flüssigkristallschichten 2a und 26 voneinander verschieden.

Da insbesondere der Vektor n² in F i g. 2(B) i:nd der Vektor r₂' in Fig.2(C) im rechten Winkel zueinander stehen, werden die Komponenten des außerordentli-

chen Strahls und des ordentlichen Strahls gegeneinander verändert, wenn die Strahlen die Flüssigkristallschicht 2a und 2b passieren. Die resultierende optische Länge läßt sich damit durch die Formel

\d_a ■ Δη' — db ■ Δη\

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

Im allgemeinen unterscheiden sich die Werte von d„ und dt, In Verbindung mit den Polarisierern T₁ und 7b entstehen Interferenzfarben niedriger Ordnung, was zu sichtbaren Störfarben führt und der Anzeigekontrast wird beträchtlich schlechter.

Im Gegensatz zur bekannten Orientierung ist es als ein Merkmal der Erfindung anzusehen, daß die Vektoren n² und o¹ 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 zusätzlich 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 Flüssigkristallmo!e!:üle 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 ΔΘ 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 Biphenyl-Typ ROTN 403 von Hoffmann-LaRoche mit etwa 0.15 Gew.-% an optischer aktiver Substanz, beispielsweise des Typs CB-15, hergestellt von der Firma BDH-Chemical Ltd. Für die Schicht 2b wird eine Flüssigkristallmischung verwendet mit optischer Rota-

> tion im Gegenuhrzeigersinn, z. B. der Biphenyl-Typ TOTN 403 mit etwa l,0Gew.-% an optisch aktiver Substanz des Typs C-15, hergestellt von der Firma BDH-ChemicalsLtd.

Die Absolutwerte der Ganghöhe in den Schichten 2a und 2b sind im wesentlichen gleich, so da'3 sich eine Harmonisierung der elektro-optischen Eigenschaften bezüglich der Schichten 2a und 2b ergibt. Für die Polarisierer 7a und 7b kann der 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 erzieit, der einen guien Anzeigekonirast ergibt (vgi. 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 2b gegenübersteht. Da die Orientierungsvektoren /v' und rj¹ voneinander im wesentlichen um 180° abweichen, ergibt sich der resultierende Unterschied in den Lichtpfadlängen des durch beide Schichten 2a und 2b hindurchgehenden Lichts txi »(d_a ■ Δη' + db ■ Δη')«, so daß Interferenzfarben hoher Ordnung erzeugt werden.

Diese Interferenzfarben hoher Ordnung werden als neutrales Grau wahrgenommen, welches für die Anzeige nicht störend ist. Der Wert von »d ■ Ann, wobei mit c/die Stärke jeder der Schichten 2a bzw. 2b und mit Δη ein Index der Doppelbrechung bezeichnet sind, wird innerhalb eines Bereichs von etwa 0.4 bis etwa 0,6 μηι (einschließlich der Grenzwerte) oder von etwa 1,0 bis etwa 2,0 μιη (auch hier einschließlich der Grenzwerte) gewählt. Der Termin ist definiert als »(n_e — n„)«, worin mit n_c ein Brechungsindex für den außerordentlichen Strahl und mit n„ der Brechungsindex für den ordentlichen Strahl bezeichnet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit zwei Flüssigkristallschichten (2a, 2b) in um 90° verdrehtnematischer Phase, mit drei übereinander angeord- rieten Substraten (ta— ic) mit jeweils einer Elektrodenschicht (3a—3d) und einer Orientierungsschicht (5a—5d) auf den einander zugewandten Oberflächen, mit der ersten Flüssigkristallschicht (2a) zwischen dem oberen und dem mittleren Substrat und der zweiten Flüssigkristallschicht (2b) zwischen dem mittleren und dem unteren Substrat mit Flüssigkristallmolekülen (2), die wegen der Orientierungsschichten (SaSd) benachbart zu jeder Substratoberfläche jeweils eine durch einen Orientie- rungsvektor frj beschriebene vorgegebene Orientierung ihrer Längsachsen mit einem kleinen Neigungswinkel (ΔΘ) gegen die Substratoberfläche aufweisen, wobei (F i g. 3) der Orientierungsvektor (r) parallel zur Projektion der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle auf die Substratoberfläche ist und in die Richtung weist, mit der die Längsachsen den kleinen Neigungswinkel (ΔΘ) bilden, und mit mindestens einem Polarisierer (7a), der auf der nicht mit der Elektrodenschicht versehenen Oberfläche des oberen Substrats (ta) aufgebracht ist dadurch gekennzeichnet, daß

— der Flüssigkristall de* einen Schicht (2a) linksdrehend ist,

— der Flüssigkristall der anderen Schicht (2b) rechtsdrehend ist und

— die Orientierungsvektoren (n², r₂") auf den beider. Oberflächen des mittleren Substrats (Ib) einander entgeg-ingeric' :et sind.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich jeder der beiden Flüssigkristallschichten (2a, 2b) 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 0,6 μπι oder von etwa 1,0 bis etwa 2,0 μπι eingehalten ist.

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