DE3789081T2

DE3789081T2 - Projektions-Farb-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Info

Publication number: DE3789081T2
Application number: DE3789081T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Iwasaki; Akihiro Mochizuki; Fumiyo Onda; Yasuo Yamagishi; Toshiaki Fujitsu Mei Yoshihara
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-08-20
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2007-08-20
Also published as: EP0259058A3; EP0259058A2; US4832461A; DE3789081D1; CA1278080C; EP0259058B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigeanordnung des Projektionstyps.
Die Anzeige des Projektionstyps unter Verwendung eines Flüssigkristalls, bei der eine Anzeige durch eine Übertragung und Streuung von Licht ausgeführt wird, kann von der Flüssigkristallanzeige des TN- (verdrehten nematischen) Typs oder von der ferroelektrischen Flüssigkristallanzeige darin unterschieden werden, daß eine leicht erkennbare helle Anzeige erhalten wird, da eine Polarisierungsplatte weggelassen werden kann. Als Flüssigkristallanzeigeverfahren dieses Typs sind ein Laserwärmeschreibverfahren unter Verwendung eines smektischen Flüssigkristalls der A-Phase und ein Verfahren unter Verwendung eines Flüssigkristalls des Phasenübergangstyps bekannt, wie es durch die jetzigen Erfinder vorher vorgeschlagen wurde. Wenn ein Flüssigkristall des Phasenübergangstyps verwendet wird, ist, da die Spannungshysterese bei dem Phasenübergang zwischen der cholesterischen Phase und der nematischen Phase genutzt wird, mit einer einfachen Matrixstruktur eine Großinformationsanzeige möglich ("New Nematic-Cholesteric LCD Using Hysteresis Behavior", SID 1985; US-Patentanmeldung, laufende Nr. 06/832,897, eingereicht am 26. Februar 1986).
Das Prinzip einer Anzeige unter Verwendung eines Flüssigkristalls des Phasenübergangstyps wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 eingehend beschrieben. In Fig. 1 ist die zugeführte Spannung auf der Abszisse eingetragen, und der Durchgang ohne Streuung, das heißt, der Anteil der Lichtmenge, die durch die Flüssigkristallphase ohne Streuung durchgelassen wurde, ist auf der Ordinate eingetragen. Wenn die Spannung niedrig ist, befindet sich der Flüssigkristall in der cholesterischen Phase (fokal-konisches Gefüge oder Textur), und Licht wird außerhalb einer projizierenden Bilderzeugungslinse gestreut, und deshalb wird auf dem Bildschirm eine dunkle Zone gebildet. Wenn die Spannung hoch ist, befindet sich der Flüssigkristall in der nematischen Phase (homöotropes Gefüge), und Licht fällt auf die Bilderzeugungslinse ohne Streuung ein, und auf dem Bildschirm wird eine helle Zone gebildet. Da sich die Phasenübergangsspannung bei Erhöhung der Spannung von der Phasenübergangsspannung bei einem Spannungsabfall unterscheidet, tritt eine gewisse Art von Hysterese auf. Diese Hysterese wird bei dem obengenannten Flüssigkristall des Phasenübergangstyps genutzt. Zuerst wird nämlich eine Wechselstromspannung von 2 Vd angelegt, um den gesamten Flüssigkristall transparent zu machen. In diesem Zustand wird die Spannung dann auf Vd reduziert, um transparente Bildelemente zu schreiben, und die Phase der Spannung, die oberen und unteren Elektroden zugeführt wird, weicht um einen Impuls ab und wird auf 0 der Feldstärke reduziert, um Opazitätsbildelemente zu schreiben. Dann wird eine Spannung von Vd gehalten, um die Anzeige aufrechtzuerhalten. Bei dem herkömmlichen Geradsicht-Flüssigkristall des TN-Typs ist ein Farbanzeigeverfahren bekannt, bei dem RGB- (Rot-Grün-Blau) Filter verwendet werden, und ein angezeigtes Bild wird durch Licht von einer Hintergrundlichtquelle vorgesehen. Auch bei dem Anzeigesystem des Projektionstyps unter Verwendung eines Flüssigkristalls des Phasenübergangstyps wird eine Farbgebung nach demselben Prinzip bewirkt. Falls RGB-Filter verwendet werden, wird jedoch die Quantität des projizierten Lichtes auf weniger als 1/3 reduziert, und ein projiziertes Bild wird durch externes Licht gedämpft, und deshalb wird nur eine Anzeige mit einem geringen Kontrast erhalten. Außerdem wird die Auflösung auch um 1/3 reduziert.
Es ist möglich, eine Farbanzeige durch Mischen einer Vielzahl von Lichtströmen auszuführen, die eine Vielzahl von Flüssigkristallpaneele, im folgenden auch Platten oder Tafeln genannt, durchlaufen haben, wobei ein dichromatischer Spiegel verwendet wird. In diesem Fall nimmt jedoch die Größe der Vorrichtung zu, und die Vorrichtung wird teuer, und demzufolge ist eine Farbanzeige des Projektionstyps praktisch nicht genutzt worden.
Farbanzeigeanordnungen unter Verwendung eines Flüssigkristalls eines cholesterisch-nematischen Phasenübergangstyps sind bekannt, obwohl dies Anordnungen des Geradsichttyps und nicht des Projektionstyps sind (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 59-116614, 59- 116680, 52-133781, 61-32801, 60-29091, 57-201218, 59-18925, 57-124712 und 57-111514 und F. J. Kahn "Electric-Field- Induced Colour Changes and Pitch Dilation in Cholesteric Liquid Crystals" (Physical Review Letters, Bd. 24, Nr. 5, 2. Feb. 1970, Seiten 209-212)). Die Prinzipien der Farbgebung bei diesen Farbanzeigeanordnungen unterscheiden sich von der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dieser Erfindung umfaßt eine Flüssigkristallplattenanordnung: ein erstes, ein zweites und ein drittes Substrat, die im wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordnet sind; Elektroden, die auf den nach innen zeigenden Oberflächen der genannten ersten und dritten Substrate und den zwei Oberflächen des genannten zweiten Substrats abgeschieden sind; eine erste und eine zweite Schicht von Flüssigkristallmaterialien, die zwischen den genannten ersten und zweiten Substraten bzw. den genannten zweiten und dritten Substraten eingeschlossen sind, wobei sich die genannten Flüssigkristallmaterialien in der cholesterischen Phase befinden; dadurch gekennzeichnet, daß die genannten ersten und zweiten Schichten des Flüssigkristallmaterials beide eine positive dielektrische Anisotropie haben; beide die fokal-konische Ausrichtung in dem unerregten Zustand annehmen; und beide eine verschiedene Dicke und/oder eine verschiedene Brechungsindexanisotropie haben, so daß jede der genannten Schichten in ihrem fokal-konischen Ausrichtungszustand Licht von verschiedener Wellenlänge durchläßt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Flüssigkristallmehrfarbenanzeigeanordnung des Projektionstyps vorgesehen ist, bei der eine Vielzahl von Farben unter Verwendung einer Flüssigkristallplatte mit einer Vielzahl von Flüssigkristallschichten mit Wellenlängenselektivität angezeigt werden kann, eine helle Anzeige erhalten wird, und eine kompakte Vorrichtung verwendet werden kann.
Besondere Ausführungsformen und Beispiele von Anordnungen gemäß dieser Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:- Fig. 1 eine grafische Darstellung ist, die den Durchlässigkeitsgrad ohne Streuung eines Flüssigkristalls des cholesterisch-nematischen Phasenübergangstyps mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und einer Phasenübergangshysterese, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in bezug auf eine zugeführte Spannung zeigt;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Mehrfarbenflüssigkristallanzeigeanordnung des Projektionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer Flüssigkristalltafel der Anordnung von Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Anzeigeanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5A eine Schnittansicht einer Overhead-Projektion (OHP) ist, und Fig. 5B eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Flüssigkristalltafel von Fig. 5A ist;
Fig. 6A bis 6C grafische Darstellungen sind, die die Sättigung, die Farbtönung bzw. die Helligkeit einer projizierten Farbe in bezug auf den Einfallswinkel zeigen; und
Fig. 7 eine grafische Darstellung ist, die den minimalen Durchlässigkeitsgrad eines Flüssigkristalls in bezug auf die Dicke der Flüssigkristallschicht bei dem Beispiel zeigt.
Die Mehrfarbenflüssigkristallanzeigeanordnung des Projektionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch eine Flüssigkristalltafel mit einer Vielzahl von Schichten von Flüssigkristallen des cholesterisch-nematischen Phasenübergangstyps mit positiver dielektrischer Anisotropie und durch Unterschiede bei dem Brechungsindex und/oder der Schichtdicke der Flüssigkristallschichten (nachstehend auch als "Zellendicke" bezeichnet) gekennzeichnet.
Es ist erklärt worden, daß bei der Lichtstreuung in dem opaken Zustand eines Flüssigkristalls des cholesterischnematischen Phasenübergangstyps mit einem Hystereseeffekt der Beitrag der Lichtbeugung, der auf die Schraubenstruktur der cholesterischen Phase zurückzuführen ist, groß ist (Vortragsmeeting der Association of Applied Physics im September 1986, 27aR11). Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage dieser Feststellung vervollständigt worden.
Da Flüssigkristallmoleküle eine lange Struktur und eine Anisotropie des Brechungsindex haben, unterscheidet sich der Brechungsindex des Abschnittes, in dem Flüssigkristallmoleküle zum Substrat vertikal angeordnet sind, von dem Brechungsindex des Abschnittes, in dem Flüssigkristallmoleküle zum Substrat horizontal angeordnet sind. Demzufolge ist eine Modulation des Brechungsindex entsprechend der Helixsteigung vorhanden, und ein räumliches Beugungsgitter des Volumenphasentyps wird gebildet. Die Beugungseffektivität η wird durch die Formel von H. Kogelnik ("Coupled Wave Theory for Thick Hologram Grating", The Bell System Journal, Bd. 48, Seiten 2909-2947) beim Einfall im Braggschen Winkel ausgedrückt:
ηmax = sin²(πδnd/2λcosR) (1)
In der Formel (1) steht δn für die Amplitude der Modulation des Brechungsindex und ist auf Grund der Ausrichtungsverteilung, etc., kleiner als die Brechungsindexanisotropie Δn. In der Formel (1) bezeichnet λ die Wellenlänge und d die Dicke des Beugungsgitters, die der Dicke der cholesterischen Phase entspricht. Ferner bezeichnet R den Braggschen Winkel: dabei ist cosR im Fall eines cholesterischen Flüssigkristalls fast gleich 1. Bei der cholesterischen Phase ist die Helixsteigung im gewissen Maße dispers, und die Richtung der Helixachse ist in einer Ebene zufällig, und deshalb wird Licht in konzentrischen Kreisen mit einem breiten Winkel gestreut.
Da die Streuung eine Brechungsstreuung und eine Beugungsstreuung enthält, wird die Effektivität Ψ eines Lichtdurchgangs ohne Streuung in der Streuungsschicht im allgemeinen durch die folgende Formel (2) ausgedrückt:
Ψ = (1 - α) · (1 - η) (2)
In der Formel (2) bezeichnet α die Amplitude der Streuung durch Brechung. Im allgemeinen wird Licht, das durchgelassen wird, ohne durch Brechungsstreuung gestreut zu werden, im Verhältnis zu der Dicke der Streuungsschicht exponentiell reduziert, und wird somit durch die folgende Formel (3) approximiert:
1 - α = e-kd (3)
wobei k eine dem Flüssigkristall eigene Streuungskonstante ist. Demzufolge wird die folgende Formel (4) durch Einsetzen der Formeln (1) und (3) in die Formel (2) hergeleitet:
Ψ = e-kd · cos²(πδnd/2λ) (4)
Aus der Formel (4) ist ersichtlich, daß der prozentuale Durchgang ohne Streuung eine Funktion der Wellenlänge λ ist. Demzufolge ist eine Farbanzeige möglich, falls nichtgestreutes Licht durch ein optisches System des Projektionstyps projiziert wird. Ferner kann die maximale Streuungswellenlänge durch Verändern von δnd geändert werden, und somit kann die Farbe des projizierten Bildes ausgewählt werden.
Falls eine Vielzahl von Zellen, die sich in der maximalen Streuungswellenlänge unterscheiden (eine Vielzahl von Zellen, die verschiedene Anzeigefarben ergeben), gestapelt werden und durch die gestapelten Platten eine Projektionsanzeige ausgeführt wird, wird, da keine Wellenlängenabhängigkeit des prozentualen Durchgangs von sichtbaren Strahlen in dem transparenten Zustand vorhanden ist, eine mehrfache Farbgebung durch subtraktive Mischung möglich.
Es sei angemerkt, daß bei einer Flüssigkristallanzeigeanordnung des Projektionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung Flüssigkristalle des cholesterisch-nematischen Phasenübergangstyps in homöotrope (nematische) und fokal-konische (cholesterische) Gefüge gebracht werden, und bei dem fokalkonischen Gefüge sind die Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet, daß die Helixachsen der Moleküle zu der Platte parallel sind. Somit fällt ein Licht auf die Schraubenachsen der Moleküle normal ein, und eine Streuung mit einer Wellenlängenselektivität tritt auf. Diese Erscheinung, daß eine Streuung mit einer Wellenlängenselektivität auftritt, wenn ein Licht auf die Helixachsen von cholesterischen Flüssigkristallmolekülen normal einfällt, war bis zu der jetzigen Erfindung nicht bekannt gewesen. Im Gegensatz dazu war bekannt, daß eine Reflexion mit einer Wellenlängenselektivität auftritt, falls ein Licht auf die Helixachsen der Flüssigkristallmoleküle des cholesterischen Typs parallel einfällt (siehe Vortrag von F. J. Kahn, ebenda). In der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 59-116614 und 52-133781 (ebenda) wird eine cholesterische Flüssigkristallschicht als Farbfilter verwendet, aber die Flüssigkristallschichten des cholesterischen Typs befinden sich in einem Grandjean-Gefüge, d. h., die Helixachsen der Flüssigkristallmoleküle sind zu der Flüssigkristallplatte oder zu den Substraten senkrecht ausgerichtet. Bei dieser bekannten Streuung mit einer Wellenlängenselektivität hängt die Wellenlänge des Streuungslichtes nicht von der Zellendicke ab und hängt im hohen Maße von dem Einfallswinkel ab. Im Gegensatz dazu hängt bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Wellenlänge oder der Farbton des Durchlichtes oder die angezeigte Farbe nur leicht von dem Einfallswinkel und beträchtlich von der Zellendicke ab.
Aus der Formel (4) ist ersichtlich, daß die Brechungsstreuung, die eine kleine Wellenlängenabhängigkeit hat, verringert werden muß, damit die angezeigte Farbe klar ist. Und zwar muß die Zellendicke oder die Schichtdicke der Flüssigkristallschicht (d ist ein Wert, der durch Subtrahieren der Dicke der Ankerschicht in der Grenzfläche des Substrats von der Zellendicke erhalten wird) reduziert werden. Falls die Zellendicke vergrößert wird, wird die Helligkeit oder Sättigung einer angezeigten Farbe reduziert, und die Anzeige wird dunkel. Obwohl es schwierig ist, die zulässige Grenze für den Farbton zu definieren, muß die Zellendicke kleiner als 15 um, vorzugsweise kleiner als 10 um sein.
Ein dichromatischer Farbstoff kann zum Erreichen einer klareren Farbgebung verwendet werden. Das Prinzip der Farbgebung des dichromatischen Farbstoffs ist dasselbe wie bei einem Flüssigkristall des Gast-Wirt-Typs. Falls jedoch eine Verunreinigung, wie ein Farbstoff, hinzugefügt wird, wird die Breite der Hysterese gegenüber der Spannung im allgemeinen verringert, und somit ist ein Zusatz von nur einer kleinen Menge des Farbstoffs zulässig. Da das Flüssigkristallmolekül in der cholesterischen Phase eine Schraubenstruktur hat, beträgt außerdem die Wahrscheinlichkeit der horizontalen (oder vertikalen) Anordnung des Farbstoffmoleküls zu dem Substrat 1/2. Demzufolge kann eine gute Farbgebung nicht nur durch einen dichromatischen Farbstoff erhalten werden. Von größerer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Lebensdauer des Farbstoffs, da der Farbstoff durch starkes Licht zersetzt wird oder verblaßt, bei einem Anzeigesystem des Projektionstyps, bei dem eine Flüssigkristallschicht mit einem starken Licht bestrahlt wird, zu kurz ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kann, da die Beugungsstreuung, die der Struktur des fokal-konischen Gefüges (der cholesterischen Phase) zuzuschreiben ist, für eine Farbanzeige genutzt wird, jede Mischung eines nematischen Flüssigkristalls und eines cholesterischen Flüssigkristalls verwendet werden, solange der gemischte Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie und einen Hystereseeffekt bei dem cholesterisch-nematischen Phasenübergang hat, wenn eine Spannung zugeführt wird. Vom praktischen Gesichtspunkt aus ist jedoch der Hystereseeffekt vorzugsweise groß und die Spannung, die zum Steuern nötig ist, klein. Als cholesterischer Flüssigkristall, der dieser Anforderung gerecht wird, kann ein chiral-nematischer Flüssigkristall effektiv eingesetzt werden. Bei dem gemischten Flüssigkristall der vorliegenden Erfindung liegt das Verhältnis (Gewichtsverhältnis) des nematischen Flüssigkristalls zu dem cholesterischen Flüssigkristall, das heißt, das Gewichtsverhältnis des nematischen Flüssigkristalls zu dem chiral-nematischen Flüssigkristall, zwischen 93/7 und 75/25. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht durch diesen geeigneten Bereich begrenzt. Solche bevorzugten Flüssigkristalle sind zum Beispiel in der US-Patentanmeldung, laufende Nr. 06/832,897, eingereicht am 20. Februar 1986, und den darin angegebenen Bezugsbeispielen beschrieben, deren Beschreibungen als Bezug hierin enthalten sind.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Mehrfarbenflüssigkristallanzeigeanordnung des Projektionstyps gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen A eine Flüssigkristallplatte mit einer Vielzahl von Flüssigkristallschichten, 1 eine Lichtquelle, 2 eine erste konvexe Fresnel-Linse zum Konvertieren eines Lichtes von der Lichtquelle 1 in paralleles Licht, das auf die Platte A normal einfällt, 3 ein Ultraviolettsperrfilter, 4 eine zweite konvexe Fresnel-Linse zum Konzentrieren des parallelen Durchlichtes zu einer Linse 5, 5 eine Linse zum Bilden eines Bildes, 6 eine Reflexionstafel und 7 einen Bildschirm.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Flüssigkristallplatte A, bei der 11 transparente Substrate bezeichnet, 12 transparente Elektroden, 13 einen ersten Flüssigkristall, 14 einen zweiten Flüssigkristall und 15 ein Dichtungsmittel. Die Flüssigkristalle 13 und 14 werden separat gesteuert. Normalerweise sind alle Substrate 11 transparent, aber das äußerste Substrat kann opak und reflektierend sein, wenn die Flüssigkristallplatte ein Reflexionstyp ist.
Fig. 4 ist ein anderes Beispiel einer Mehrfarbenflüssigkristallanzeigeanordnung des Projektionstyps, die zur Verwendung in Verbindung mit einem im Handel erhältlichen Overhead-Projektor (OHP) bestimmt ist. Bei dieser Anzeigeanordnung ist die Flüssigkristallplatte B zwischen einer konkaven Fresnel-Linse 21 und einer konvexen Fresnel-Linse 22 angeordnet. Diese Fresnel-Linsen haben zum Beispiel eine Größe von etwa 300 · 300. Denn falls eine Flüssigkristallplatte auf einem OHP angeordnet wird (eine Größe von z. B. etwa 300 · 300), fällt das Licht nicht normal auf die Platte ein, wie in Fig. 5A und 5B ersichtlich ist. Falls der Einfallswinkel durch Ψ ausgedrückt wird, und ein Abstand von einer Flüssigkristallschicht 24 zu einer anderen Flüssigkristallschicht 25 wird durch ausgedrückt, beträgt eine Abweichung eines Bildelementes h·tanΨ. Da gewöhnlich 2 mm beträgt und Ψ höchstens etwa 300 ist, beträgt die Abweichung etwa 1,2 mm, und das bedeutet, daß bei einer Platte mit Bildelementen bei 3 Linien/mm die Abweichung 3 bis 4 Linien ausmacht und eine Überlappung von angezeigten Bildern unvermeidlich ist. Ferner ist die Farbe an der Peripherie der Platte matt. Bei der Flüssigkristallanzeigeanordnung wird, da die farbige Anzeige durch Beugungsstreuung erfolgt, das Durchlicht durch den Einfallswinkel beeinträchtigt. Fig. 6A bis 6C zeigen die Merkmale der projizierten Farbe in bezug auf den Einfallswinkel, wenn die projizierte Farbe blau ist; dabei beträgt die Brechungsindexanisotropie Δn des Flüssigkristalls 0,157, die Schraubensteigung des Flüssigkristalls (Granduan-Zustand) 1,10 um und die Dicke der Flüssigkristallschicht (Zellendicke) 5,7 um. Von der Sättigung, der Helligkeit und dem Farbton wird die Sättigung bei einer Erhöhung des Einfallswinkels besonders reduziert. Diese Probleme werden durch Konvertieren eines konvergenten Lichtes von einem OHP in ein paralleles Licht durch eine konkave Fresnel-Linse 21 gelöst. Der Abstand von der konvexen Fresnel-Linse 23 eines allgemeinen OHP's zu der Bilderzeugungslinse (ein Durchmesser von 40 bis 50 ) 26 beträgt etwa 340 bis 380 mm, in Abhängigkeit von dem speziellen OHP. Deshalb wird, wenn die Brennweite der konkaven Fresnel-Linse 21 mit etwa 360 mm definiert ist, ein paralleles Licht erhalten, das in der Praxis kein Problem verursacht. Somit werden eine Abweichung der Bildelemente und eine Reduzierung der Reinheit einer Farbe verhindert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da eine Flüssigkristalltafel durch Laminieren von Flüssigkristallschichten des Phasenübergangstyps konstruiert ist, so daß ein inherenter Lichtstreuungseffekt von jeder Flüssigkristallschicht genutzt wird, eine Mehrfarbenanzeige möglich, und es kann eine Anzeigeanordnung des Projektionstyps mit kleinen Abmessungen und einer hellen Anzeige geschaffen werden. Beim Einsatz auf einer Konferenz oder für eine öffentliche Anzeige ist nur der Abschnitt, auf den die Aufmerksamkeit gelenkt werden soll, farbig, und deshalb reichen in der Praxis vier Farben aus. Mehr Farben können durch Erhöhen der Anzahl der Flüssigkristallschichten angezeigt werden.
Die Anzeige des Projektionstyps unter Verwendung eines Flüssigkristalls des cholesterisch-nematischen Phasenübergangstyps mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und einer Phasenübergangshysterese gegenüber der Spannung, bei der die cholesterische Phase (fokal-konisches Gefüge) und die nematische Phase (homöotropes Gefüge) bei einer selben gewissen Spannung gehalten werden können, hat ihren Vorteil darin, daß dies eine schnell schaltbare, helle und Großinformationsanzeige gestattet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch solch ein vorteilhaftes Anzeigeverfahren auch eine Mehrfarbenanzeige ermöglicht.
Jetzt wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.

Abhängigkeit der prozentualen Durchlässigkeit ohne Streuung von der Zellendicke

Drei Flüssigkristalle des Phasenübergangstyps, wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden durch Mischen einer Flüssigkristallmischung erhalten, die hauptsächlich aus Flüssigkristallen des Ethantyps, Bicyclohexantyps und Estertyps als nematischer Flüssigkristall und einem chiral-nematischen Flüssigkristall mit zwei asymmetrischen Kohlenstoffatomen als cholesterischer Flüssigkristall bestand, bei einer Temperatur, die höher war, als die isotrope Phasenübergangstemperatur. Dann wurde Flüssigkristall Nr. 2 in Paneele mit verschiedenen Zellendicken (die Dicke der Flüssigkristallschicht) gefüllt, und die Beziehung zwischen der Zellendicke und der Lichtstreuungseffektivität (prozentuale Durchlässigkeit ohne Streuung) wurde unter Verwendung eines He-Ne- Lasers (633 nm) und eines Ar-Lasers (476 nm) bestimmt.
Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Zellendicke und der prozentualen Durchlässigkeit ohne Streuung Ψmin, die beobachtet wurde, wenn der in Tabelle 1 gezeigte Flüssigkristall Nr. 2 verwendet wurde. Es sei angemerkt, daß Ψmin das Verhältnis der Quantität des Nichtstreuungsdurchlichtes im cholesterischen Zustand unter Zufuhr einer Speichersteuerspannung Vd zu der Quantität des Nichtstreuungsdurchlichtes im nematischen Zustand unter Zufuhr von Vd bezeichnet. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß sich Ψmin bei einer Erhöhung der Zellendicke periodisch ändert und die Änderungsfrequenz kurz ist, wenn die Wellenlänge kurz ist, und es wird bestätigt, daß die Formel (4) der Streuung, die unter Berücksichtigung der Beugung bestimmt wurde, vollkommen bewiesen ist.

Änderung der projizierten Anzeigefarbe durch Δn·d

Die Flüssigkristalle Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden entsprechend in drei Paneele oder Schichten gefüllt, die durch Glasfasern mit verschiedenen Durchmessern mit Abstand angeordnet waren, und die Farben der projizierten Bilder wurden unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Overhead-Projektors des Übertragungstyps beobachtet.
Die projizierten Farben von neun Arten von Flüssigkristallen sind in Tabelle 2 gezeigt. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß bei einer Erhöhung von Δn der Zellendicke die angezeigte Farbe in dem Spektrum von orange → (schwaches) rotgelb → rötlichviolett → violett → bläulichviolett → blau → zyan verändert wird. Tabelle 1 Proben Flüssigkristalle des Phasenübergangstyps Nr. Zusammensetzung nematischer Flüssigkristall (Gewichts-%) chiral-nematischer Flüssigkristall Brechungsindex durchschnittlicher Brechungsindex no Brechungsindexanisotropie Δn Helixsteigung

Anmerkung

Die Meßtemperatur betrug 25ºC, und Δn wurde durch ein Abbe-Refraktometer gemessen, das einen Probenhalter mit einer geschliffenen Oberfläche hat. Tabelle 2 Flüssigkristalle Angezeigte Farben (Zellendicke, um) Nr. bläulichviolett blau zyan rötlichviolett violett blau orange schwaches rotgelb violett
Mehrfarbenanzeige durch laminierte Anzeigetafel Eine Platte oder Tafel mit einer Anzeigekapazität von 80 · 120 Punkten (80 · 120 mm) wurde in einer Laminatstruktur hergestellt, wie in Fig. 3 gezeigt. Flüssigkristalle Nr. 1 und Nr. 3 wurden in Zellen mit einer Dicke von 6 um gefüllt. Und zwar umfaßte die Tafel Glassubstrate 11, Elektroden 12 und Zellen mit einem Flüssigkristall 13 (oder einem Flüssigkristall 14), das darin versiegelt war. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfaßte die Tafel zwei Flüssigkristallschichten 13 und 14. Es sei angemerkt, daß Bezugszeichen 15 einen Dichtungsstoff bezeichnet.
Ein Beispiel der Farbflüssigkristallanordnung des Projektionstyps, bei der eine Flüssigkristallanzeigetafel A, die eine Vielzahl von Flüssigkristallschichten enthält, wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist in Fig. 2 gezeigt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist in der Flüssigkristallanzeigeanordnung der vorliegenden Erfindung die Flüssigkristallanzeigetafel A, die eine Vielzahl von Flüssigkristallschichten umfaßt, zwischen der Bilderzeugungslinse 5 und der Lichtquelle 1 angeordnet.
Eine Anzeige des Projektionstyps wurde auf einem weißen Bildschirm 7 unter Verwendung dieser Anzeigeanordnung ausgeführt. Da Licht von der Lichtquelle 1 (zum Beispiel eine Halogenlampe von 650 W) die Flüssigkristallanzeigetafel A mit Flüssigkristallschichten mit verschiedenen Zellendicken und/oder einer Anisotropie des Brechungsindex durchlief, wurde bestätigt, daß Licht mit verschiedenen Wellenlängen selektiv gestreut wurde und Nichtstreuungslicht mit verschiedenen Wellenlängen die Bilderzeugungslinse 5 durchlief und auf dem Bildschirm 7 fokussiert wurde. Kurzum, es wurden vier Farben, das heißt, die Farben blau, rotgelb, schwarz und weiß (Hintergrund) angezeigt.

Anzeige mit dem OHP

Transparente Elektroden sind auf Glasplatten, die eine Dicke von 1,1 mm haben, gebildet, zwischen die ein Flüssigkristall gefüllt wurde und darin versiegelt wurde, um zwei Flüssigkristallanzeigetafeln zu bilden. Ein Panel war für eine rote Anzeige und das andere für eine grüne Anzeige. Es waren 640 · 400 Bildelemente in einem Raster von 0,35 mm vorhanden. Die Dicke der Zellen und die Kennlinien der Flüssigkristalle sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Panel für Rot für Grün Zellendicke Helixsteigung Δn
Die Elektroden wurden außen durch ein flexibles Kabel des Wärmeverdichtungsbondingtyps erweitert, und die zwei Paneele wurden angepaßt und mit einem transparenten Epoxyharz gebondet. Eine konkave Fresnel-Linse mit einer Brennweite von 360 mm wurde auf der unteren Seite der laminierten Paneele angeordnet, und eine konvexe Fresnel-Linse mit einer Brennweite von 355 mm wurde auf der oberen Seite der laminierten Paneele angeordnet. Diese Linsen hafteten nicht an den Paneelen.
Die so montierte Einheit wurde auf einem handelsüblichen OHP (Fuji Shashin Kohki Co., Fujix EW-1) angeordnet, und eine Anzeige wurde durch Steuern der Platten ausgeführt. Der Betrag der Vergrößerung der Projektionsanordnung betrug etwa 7.
Die Abweichung der Bildelemente war im gesamten projizierten Bild geringer als ein halbes Bildelement, und im wesentlichen war kein Unterschied in der Farbe zwischen den zentralen und peripheren Abschnitten zu erkennen.

Claims

1. Eine Flüssigkristalltafelanordnung (A, B) mit: einem ersten, einem zweiten und einem dritten Substrat (11), die im wesentlichen parallel und einander gegenüberliegend angeordnet sind; Elektroden (12), die auf den nach innen zeigenden Oberflächen der genannten ersten und dritten Substrate und den zwei Oberflächen des genannten zweiten Substrats abgeschieden sind; einer ersten und einer zweiten Schicht von Flüssigkristallmaterialien (13, 14), die zwischen den genannten ersten und zweiten Substraten bzw. den genannten zweiten und dritten Substraten eingeschlossen sind, wobei sich die genannten Flüssigkristallmaterialien in der cholesterischen Phase befinden; dadurch gekennzeichnet, daß die genannten ersten und zweiten Schichten des Flüssigkristallmaterials beide eine positive dielektrische Anisotropie haben; beide die fokal-konische Ausrichtung in dem unerregten Zustand annehmen; und beide eine verschiedene Dicke und/oder eine verschiedene Brechungsindexanisotropie haben, so daß jede der genannten Schichten in ihrem fokalkonischen Ausrichtungszustand Licht von verschiedener Wellenlänge durchläßt.

2. Eine Anordnung nach Anspruch 1, bei der zusätzliche Schichten von Flüssigkristallmaterialien zwischen den genannten ersten und zweiten Substraten und den genannten zweiten und dritten Substraten eingeschlossen sind.

3. Eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Flüssigkristalltafel (A, B) zwischen einer konkaven Fresnel-Linse (21) und einer konvexen Fresnel-Linse (22) von ähnlicher Brennweite angeordnet ist, wobei die konkave Linse (21) einen konvergenten Lichtstrahl von einem herkömmlichen Overhead-Projektor in einen Strahl konvertiert, der zu der Flüssigkristalltafel (A, B) im wesentlichen normal ist, und die konvexe Linse dann wieder einen konvergenten Strahl bildet.

4. Eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Flüssigkristallmaterial in jeder der Flüssigkristallzellen eine Mischung aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial und einem chiral-nematischen Flüssigkristallmaterial enthält.

5. Eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke jeder Flüssigkristallschicht 15 um oder weniger beträgt.

6. Eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke jeder Flüssigkristallschicht 10 um oder weniger beträgt.

7. Eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schicht des Flüssigkristalls in seiner cholesterischen Phase eine Helixsteigung zwischen 0,5 und 2 um hat.

8. Eine Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigeanordnung des Projektionstyps mit:

einer Flüssigkristalltafelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und

einem optischen System (1, 2, 4, 5) zum Bewirken, daß Licht auf die Flüssigkristalltafel (A, B) im wesentlichen normal einfällt, und zum Bilden eines projizierten Bildes des Bildes der Flüssigkristalltafel (A, B) auf einem Bildschirm (7), wodurch Licht, das durch fokal-konisch strukturierte Abschnitte der Flüssigkristallschichten (13, 14) durchgelassen worden ist, gefärbt wird, so daß das projizierte Bild ein Mehrfarbenbild ist.

9. Eine Flüssigkristall-Mehrfarbenanzeigeanordnung des Projektionstyps nach Anspruch 8, bei der die Flüssigkristalle (13, 14) der Flüssigkristalltafel (A, B) in Abhängigkeit von dem Verlauf der zugeführten elektrischen Spannung entweder ein homöotropes oder ein fokal-konisches Gefüge sind, wenn eine gewisse elektrische Spannung der Flüssigkristallschicht zugeführt wird, wobei die Flüssigkristallschichten in der Lage sind, ein Bild zu erzeugen, das aus homöotropen und fokal-konischen Gefügen besteht, indem Verläufe von verschiedenen elektrischen Spannungen selektiv zugeführt werden und die genannten gewissen elektrischen Spannungen dann auf der Flüssigkristallschicht beibehalten werden.

10. Eine Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der das optische System eine Lichtquelle (1) umfaßt, eine erste konvexe Fresnel-Linse (2) zum Konvertieren eines Lichtes von der Lichtquelle in einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl, der auf die Flüssigkristallplatte (A, B) normal einfällt, eine zweite konvexe Fresnel-Linse (4) zum Kondensieren des parallelen Lichtes, das durch die Flüssigkristallplatte (A, B) durchgelassen wurde, und eine Bilderzeugungslinse (5) zum Empfangen des kondensierten Lichtes von der zweiten Fresnel-Linse (4) und zum Erzeugen eines Bildes aus dem Licht, das durch die Flüssigkristallplatte (A, B) durchgelassen wurde.

11. Eine Anordnung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei der das optische System eine Lichtquelle (1) umfaßt, eine erste konvexe Fresnel-Linse (23) zum Vorsehen eines konvergenten Lichtstrahls, eine konkave Fresnel-Linse (21) zum Konvertieren des konvergenten Lichtstrahls in einen parallelen Lichtstrahl, der auf die Flüssigkristallplatte (A, B) im wesentlichen normal einfällt, eine zweite konvexe Fresnel-Linse (22) zum Kondensieren des parallelen Lichtes, das durch die Flüssigkristallplatte (A, B) durchgelassen wurde, und eine Projektionslinse (26), wobei die Anordnung die Form eines Overhead-Projektors hat, der dafür ausgelegt ist, zu bewirken, daß ein konvergentes Licht ein Bild eines Originals, das auf dem Overhead-Projektor angeordnet ist, überträgt, um auf einem Bildschirm ein projiziertes Bild zu erzeugen.