DE68920516T2

DE68920516T2 - Vorrichtung mit einem Flüssigkristall.

Info

Publication number: DE68920516T2
Application number: DE68920516T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Patent Dep-D Matsuda; Tetsuo Patent Dep-Dev Div Muto; Naoshige Patent Dep-D Sugimoto; Tetsushi Patent Dep-De Yoshida
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2009-09-16
Also published as: EP0359280A3; EP0359280A2; EP0359280B1; US5058998A; DE68920516D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Vorrichtung, die einen nematischen Flüssigkristall in einem verdrehten Ausrichtungszustand verwendet.
Flüssigkristall-Vorrichtungen werden häufig als Displayeinrichtungen für Fernsehgeräte, Wortprozessoren, Computer-Terminals, Personalcomputer usw. verwendet. Flüssigkristall- Vorrichtungen werden in Einfachmatrix-Vorrichtungen und Aktivmatrix-Vorrichtungen unterteilt. Die erste Art weist Pixel auf, die jeweils an Punkten, wo Elektroden in Reihe auf einem Substrat und Elektroden in Spalte auf einem anderen Substrat einander kreuzend über einem Flüssigkristall angeordnet sind. Die letztere Art weist Pixel auf, die jeweils an Positionen gebildet sind, wo eine gemeinsame auf einem Substrat gebildete Elektrode Segmentelektroden gegenüberliegt, die auf einem anderen Substrat angeordnet sind, und ein aktives Element (Dünnfilmtransistor) ist für jedes Pixel vorgesehen.
Für eine solche Flüssigkristallanzeige vom Matrixtyp besteht die Forderung nach einer großen Anzeigefläche und einer Verbesserung der Auflösung. Daher ist die Anzahl von pro Displayanzeige vorgesehenen Pixeln merklich erhöht. Dies erfordert es, das neuere Flüssigkristallanzeigen in einem Hochleistungsmultiplexverfahren betrieben werden.
Eine Anzeigevorrichtung auf der Grundlage eined verdrehten nematischen Flüssigkristalls (nachfolgend als TN-LCD bezeichnet), welche eine verhältnismäßig hohe Ansprechgeschwindigkeit und einen verhältnismäßig hohen Kontrast aufweist, wird als eine Displayvorrichtung verwendet, welche, wie ein Fernsehgerät, bewegte Bilder wiedergibt. Diese TN- LCD umfaßt ein Paar von Substraten; einen nematischen Flüssigkristall, der zwischen den Substraten dicht eingeschlossen ist, wobei die Richtungen seiner Molekülachsen sequentiell um 90º zwischen den Substraten gedreht sind; und eine polarisierende Platte, die jeweils außerhalb des Substratpaars angeordnet ist. Die 90º-Drehanordnung wird wie folgt erreicht. Die inneren Oberflächen des Paars von Substraten, die einander mit einem gegebenen Zwischenraum gegenüberliegen, werden einer Ausrichtungsbehandlung unterworfen. Die Ausrichtungsbehandlung umfaßt den Verfahrensschritt der Bildung eines Ausrichtungsfilms auf den erwähnten Substratoberflächen, um dafür zu sorgen, daß an den nematischen Flüssigkristall eine die Ausrichtung beschränkende Kraft angelegt wird, und das Reiben der Oberfläche des Ausrichtungsfilms, uin die Achsen der Flüssigkristallmoleküle in einer gegebenen Richtung auszurichten. Entsprechend weisen diejenigen Flüssigkristallmoleküle, die sich nahe den Substraten des Ausrichtungsfilms befinden, Molekülachsen auf, die annähernd parallel zu der Reibungsrichtung ausgerichtet sind. Nachfolgend wird die Richtung der Flüssigkristallmoleküle, die durch die die Ausrichtung begrenzende Kraft der Ausrichtungsbehandlung ausgerichtet sind, als eine Ausrichtungsbehandlungsrichtung definiert. Fig. 1 erläutert die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substratpaars und den Polarisierungsachsen (einschließlich einer Absorptionsachse und einer Transmissionsachse) der polarisierenden Platten, die außerhalb der Substrate angeordnet sind. In der Fig. 1 ist, wie durch einen unterbrochenen Pfeil 3 angezeigt ist, die Richtung der Ausrichtungsbehandlung des unteren Substrats 1 um 45º zu dem Rand des Substrats 1 geneigt, von der oberen linken Seite des Substrats 1 in dem Diagramm zu der unteren rechten Seite. Wie durch einen durchgehenden Pfeil 4 angegeben ist, ist die Richtung der Ausrichtungsbehandlung des oberen Substrats 2 um 45º zu dem Rand des Substrats 2 geneigt, von der unteren linken Seite (in dein Diagramm) zu der oberen rechten Seite. Wenn Licht von dem unteren Substrat zu dem oberen Substrat 2 übertragen wird, differiert die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des oberen Substrats 2 um 90º im Uhrzeigersinn in der Lichtausbreitungsrichtung (gesehen von der Rückseite des Diagrammblattes) von derjenigen des unteren Substrats 1.
Im Ergebnis ist der zwischen dem unteren Substrat 1 und dem oberen Substrat 2 dicht eingeschlossene Flüssigkristall in einer solchen Weise ausgerichtet, daß die Molekülachsen parallel zu dem unterbrochenen Pfeil 3 in der Nähe des unteren Substrats 1 liegen, und sind in der Richtung des durchgehenden Pfeils 4 in der Nähe des oberen Substrats 2 ausgerichtet. Die mittleren Flüssigkristallmoleküle sind in einer solchen Weise ausgerichtet, daß ihre Achsen sequentiell entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verdreht sind, gesehen in der Lichtausbreitungsrichtung. Daher ist der Flüssigkristall verdreht um 90º entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn zwischen dem oberen Substrat 1 und dem unteren Substrat 2 ausgerichtet. Die Richtung der Polarisierungsachsen (die eine Absorptionsachse und eine Transmissionsachse enthalten) der polarisierenden Platten, die außerhalb der Substrate 1 und 2 angeordnet sind, ist, wie in der Fig. 1 erläutert ist, eingestellt. Insbesondere ist die Richtung der Polarisierungsachse der unteren polarisierenden Platte, die außerhalb des unteren Substrats 1 angeordnet ist, parallel zu der Ausrichtungsbehandlungsrichtung des unteren Substrats 1 eingestellt, wie durch einen unterbrochenen Pfeil 5 angegeben ist. Die Richtung der Polarisierungsachse der oberen polarisierenden Platte, die außerhalb des oberen Substrats 2 angeordnet ist, ist in einer Richtung eingestellt, welche um 90º die Richtung der Polarisierungsachse der unteren polarisierenden Platte kreuzt, wie durch einen durchgehenden Pfeil 6 angezeigt ist. Um den Kontrast zu erhöhen, wird Δn.d, das Produkt der optischen Anisotropie Δn des Flüssigkristalls und seiner Schichtdichte d (Zwischenraum) etwa auf 1 eingestellt.
Die oben beschriebenen TN-LCDs haben eine relativ flache Spektralverteilung, können in einen Lichttransmissionszustand (offen), in welchem der Flüssigkristall kaum gefärbt ist und in einen Lichtabschirmungszustand (geschlossen) gelangen, und hat einen verhältnismäßig hohen Kontrast. Infolge dieses Merkmals werden die TN-LCDs häufig als verschiedene Displayanzeigen verwendet. Wenn die Leistung des Multiplexbetriebs hoch wird (d.h. wenn die Anzahl von Zeitteilungen ansteigt, verringert sich jedoch der Betriebsspielraum, was den Kontrast verringert. Es ist daher schwierig, eine Hochleistungsmultiplexbetriebseinrichtung für die TN-LCDs zur Verfügung zu stellen.
Diese Verringerung des Betriebsspielraums in einem TN-LCD tritt infolge der geringen Schärfe der Schwellenwertcharakteristik der TN-LCDs auf (Verhältnis einer Änderung der Luminanz zur angelegten Spannung; nachfolgend als γ-Charakteristik bezeichnet). Die γ-Charakteristik kann durch Erhöhen des Verhältnisses einer Änderung des Ausrichtungszustands zu der angelegten Spannung verbessert werden. Um dies zu bewirken, ist vorgeschlagen worden, den Verdrehungswinkel zu erhöhen und die elastische Konstante zu verringern. Als Flüssigkristallvorrichtungen mit einem auf 180º bis 360º eingestellten Winkel existieren eine Vorrichtung mit einem superverdrehten nematischen Flüssigkristall (nachfolgend als STN-LCD bezeichnet) mit einem verhältnismäßig kleinen Drehwinkel und eine Vorrichtung mit einem Superdoppelbrechungseffekt-Flüssigkristall (nachfolgend als SBE-LCD bezeichnet) mit einem relativ großen Drehwinkel. Die SBE-LCD ist in dem US-Patent-Nr. 4,697,884 und dem US-Patent Nr. 4,634,229 beschrieben. Fig. 2 erläutert die Richtung der Ausrichtungsbehandlung des Substratpaars und die Richtungen der Polarisierungsachsen der polarisierenden Platten in der SBE-LCD. Entsprechend diesem Diagramm ist die Richtung der Ausrichtungsbehandlung des unteren Substrats 7 etwa um 45º in der unteren rechten Richtung zu dem unteren Rand des Substrats 7 geneigt, wie durch einen unterbrochenen Pfeil 8 angegeben ist. Die Richtung der Ausrichtungsbehandlung des oberen Substrats 9 ist um 270º im Uhrzeigersinn von dem Pfeil 8 abgelenkt (die Richtung eines durchgehenden Pfeils 10), gesehen von der Rückseite des Diagrammblattes. Entsprechend ist die Molekülachse der Moleküle des Flüssigkristalls, der zwischen den zwei Substraten dicht eingeschlossen ist, um 270º entgegen dem Uhrzeigerrichtung von der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (unterbrochener Pfeil 8) des unteren Substrats 7 zu der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (durchgehender Pfeil 10) des oberen Substrats 9 verdreht, gesehen von der Rückseite des Diagrammblattes. Die Polarisationsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb des Substrats 7 angeordnet ist, ist in einer Richtung eines unterbrochenen Pfeils 11 eingestellt, welcher um 450 von der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (unterbrochener Pfeil) des Substrats 7 abweicht. Die Polarisationsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb des oberen Substrats 9 angeordnet ist, ist in einer Richtung eines durchgehenden Pfeils 12 dargestellt, welche um 45º von der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (durchgehender Pfeil 10) des Substrats 9 abweicht. Zwischen beiden Substraten ist ein Flüssigkristall eingeschlossen, für welchen Δn.d, das Produkt der optischen Anisotropie Δn und Schichtdicke d, 0,78 um oder 0,84um beträgt.
Wie oben beschrieben ist, weisen die SBE-LCD und STN-LCD die γ-Charkateristik auf, welche durch Erhöhen des Drehwinkels verbessert und bei welcher der visuelle Kontrast durch Verwenden des Doppelbeugungs-Doppelbrechungseffekts erhöht ist. Infolge ihres großen Drehwinkels haben diese LCDs jedoch eine geringe Ansprechzeit. Wegen der Verwendung des Doppelbrechungseffekts würden Maxima in der Spektralverteilung des übertragenen Lichts, wie in Fig. 6 gezeigt ist, infolge der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex auftreten, und die Displayfläche würde im geschlossenen Zustand purpurartig-blau und im offenen Zustand gelblich-grün gefärbt sein, wie durch die CIE-Chromatizitätsdiagramm angezeigt ist. Obwohl diese Flüssigkristall-Vorrichtung für eine Zeichendarstellung geeignet ist, ist sie nicht für die Anzeige eines bewegten Bildes, wie z.B. eines TV-Bildes, geeignet. Auch ist die Flüssigkristall-Vorrichtung nicht für ein Farbdisplay geeignet.
Um die Probleme der SBE-LCD und STN-LCD zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, die Färbung der Displayfläche durch Verringern des Produkts Δ.d der optischen Anisotropie Δn des zwischen den zwei Substraten eingeschlossenen Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht (nachfolgend als Retardation Δn.d bezeichnet) zu verhindern. Über diese Flüssigkristallvorrichtung wurde als eine Optikmode-Interferenzeffekt-Flüssigkristall-Vorrichtung (nachfolgend als OMI-LCD bezeichnet) in Appl. Phys., lett. 50(2), 2 February 1987, und SID DIGEST 1987, p. 372-375, von M. Schadt und F. Leenhouts, usw., berichtet.
Fig. 3 erläutert die Ausrichtungsbehandlungsrichtung der Oberflächen eines Paars von Substraten und die Richtung der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten in dieser OMI-LCD. Entsprechend diesem Diagramm ist die Ausrichtungsbehandlungsrichtung eines unteren Substrats 13 in der Richtung eines unterbrochenen Pfeils 14 parallel zu dem unteren Rand des Substrats und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung eines oberen Substrats 15 ist die Richtung eines durchgehenden Pfeils 16, der parallel zu der Ausrichtungsbehandlungsrichtung des unteren Substrats 13 liegt. Im Ergebnis sind die Molekülachsen des zwischen beiden Substraten eingeschlossenen Flüssigkristalls um 180º im Uhrzeigersinn von der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (unterbrochener Pfeil 14) des unteren Substrats 13, gesehen von der Rückseite des Diagrammblattes, verdreht. Die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb des unteren Substrats 13 angeordnet ist, ist in der Richtung eines unterbrochenen Pfeils 17 eingestellt, welcher parallel zu der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (unterbrochener Pfeil 14) des unteren Substrats 13 verläuft. Die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb des oberen Substrats 15 angeordnet ist, ist in der Richtung eines durchgehenden Pfeils 18 eingestellt, welcher senkrecht zu der Richtung der Polarisationsachse der unteren polarisierenden Platte (unterbrochener Pfeil 17) steht. Zwischen beiden Substraten ist ein Flüssigkristall mit einer Retardation Δn.d von etwa 0,55 um eingeschlossen.
Bei dieser OMI-LDC ist Δn.d merklich klein eingestellt, um die Färbung der Displayfläche zu unterdrücken und so eine achromatische Farbanzeige zu sichern. Diese OMI-LCD weist jedoch eine geringe Durchlässigkeit im lichtdurchlässigen Zustand auf, um die achromatische Farbanzeige zu realisieren, und hat eine geringe γ-Charakteristik.
Verschiedene Modifikationen der STN-LCD und OMI-LCD sind vorgeschlagen worden, z.B. in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nr. 62-31822, 62-80619, 62-80620, 62- 80622, 62-129818, 62-144134, 62-153821 und 62-204230. Nimmt man an, daß die Ausrichtungsbehandlungsrichtung eines unteren Substrats 19 in diesen LCDs durch einen unterbrochenen Pfeil 20 angezeigt ist und die Richtung der Ausrichtungsbehandlungsrichtung eines oberen Substrats durch einen durchgehenden Pfeil 22 angezeigt ist, wie in Fig. 4 erläutert ist, ist der Drehwinkel αº des Flüssigkristalls, der zwischen diesen Substraten eingeschlossen ist, zwischen 160º und 360º eingestellt, ein Winkel α, der zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung (unterbrochener Pfeil 20) des unteren Substrats 19 und der Richtung der Polarisierungsachse der unteren polarisierenden Platte, die außerhalb des Substrats 19 (angezeigt durch einen unterbrochenen Pfeil 23) angeordnet ist, gebildet ist, ist zwischen 0º und 110º eingestellt; wobei die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb des oberen Substrats 21 angeordnet ist, durch einen durchgehenden Pfeil 24 angegeben ist, der Kreuzungswinkel zwischen der oberen und unteren polarisierenden Platte zwischen 0º und 90º eingestellt ist. Und ein Flüssigkristall mit einer Retardation Δn.d von 0,4 bis 0,6 oder 0,7 bis 1,2 ist zwischen dem oberen und unteren Substrat 21 und 19 eingeschlossen.
Diese LCDs sind im wesentlichen die gleichen wie die vorangehend erwähnten STN-LCD und/oder OMI-LCD und haben noch die erwähnten Nachteile: Färbung der Displayfläche und eine geringe Durchlässigkeit oder geringe γ-Charakteristik.
Entsprechend ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Flüssigkristall-Vorrichtung zu schaffen, welche die Färbung der Displayfläche verhindert und eine helle Anzeige liefert und eine hohe γ-Charakteristik aufweist.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein Flüssigkristall vorgesehen, welcher umfaßt:
ein erstes Substrat mit einer Vielzahl von ersten darauf angeordneten Elektroden;
ein zweites Substrat mit wenigstens einer darauf angeordneten zweiten Elektrode, die den ersten Elektroden gegenüberliegt, wobei das zweite Substrat mit dem ersten Substrat mit Hilfe eines Dichtungsteils verbunden ist, um dem ersten Substrat mit einem vorbestimmten Zwischenraum gegenüber zuliegen;
eine erste Ausrichtungseinrichtung zum Bedecken von Oberflächen der ersten Elektroden und einer Oberfläche des ersten Substrats und zum Ausrichten von Molekülen eines Flüssigkristalls in einer ersten Richtung;
eine zweite Ausrichtungseinrichtung zum Bedecken einer Oberfläche der wenigstens einen zweiten Elektrode und einer Oberfläche des zweiten Substrats und zum Ausrichten von Molekülen des Flüssigkristalls in einer zweiten Richtung, die um 0 bis 90º von der ersten Richtung in Richtung einer vorbestimmten ersten Drehrichtung differiert, gesehen in einer Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts;
einen nematischen Flüssigkristall, der zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, und eine optische Anisotropie Δn.d von 0,12 oder weniger, ein dielektrisches Verhältnis Δ&epsi;/&epsi; von 0,5 oder weniger, ausgedrückt durch eine dielektrische Anisotropie Δ&epsi; und eine dielektrische Konstante &epsi;, die senkrecht zu einer Molekülachse steht, und eine Retardation Δn.d größer als 0,4 um und kleiner als 0,1 um, ausgedrückt durch eine Produkt der optischen Anisotropie Δn und eine Flüssigkristalldicke d, aufweist, wobei der nematische Flüssigkristall 180º bis 270º zwischen der ersten und der zweiten Ausrichtungsrichtung in der ersten Drehrichtung, gesehen in der Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, verdreht ist; und
ein Paar von polarisierenden Platten, die außerhalb einer Schicht des nematischen Flüssigkristalls angeordnet sind.
Wie oben beschrieben ist entsprechend der vorliegenden Flüssigkristall-Vorrichtung der Drehwinkel der molekularen Ausrichtung des Flüssigkristalls, der zwischen einem Paar von Substraten angeordnet ist, zwischen 180º und 270º eingestellt, und die Retardation Δn.d ist größer als 0,4 und kleiner als 1,0 in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm bis 550 nm entsprechend diesem Drehwinkel eingestellt. Entsprechend tritt linear polarisiertes einfallendes Licht mit einer langen Wellenlänge eines sichtbaren Strahl bereichs aus dem Flüssigkristall als elliptisch polarisiertes Licht infolge eines Doppelbeugungs-Doppelbrechungseffekts der Flüssigkristallschicht aus. Linear polarisiertes einfallendes Licht mit einer kurzen Wellenlänge tritt aus der Flüssigkristallschicht als elliptisch polarisiertes Licht aus, dessen Längsachse infolge des Doppelbeugungs- Doppelbrechungseffekts des Flüssigkristalls und des Einflusses der optischen Drehkraft zum Drehen der Polarisationsebene gedreht ist. Im Ergebnis ist ein Teil (kurzwellige Komponente) des gesamten Wellenlängenbandes der sichtbaren Strahlen des austretenden Lichts bezüglich der Längsachse des elliptisch polarisierten Lichts durch den Einfluß der optischen Drehkraft gedreht, während der andere Teil (langwellige Komponenten) des Wellenlängenbandes keine gedrehte Längsachse aufweist. Dies verringert des Färbung des übertragenen Lichts, welche durch die Differenz der optischen Drehkraft für jede Wellenlänge infolge der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex (eine Änderung im Brechungsindex bewirkt durch die Wellenlänge von einfallendem Licht) bewirkt werden kann. Daher kann die vorliegende Flüssigkristallvorrichtung ein achromatisches Farbdisplay und eine hohe Durchlässigkeit im lichtdurchlässigen Zustand und dadurch eine hohe Helligkeit gewährleisten.
Zusätzlich ist, da die optische Anisotropie Δn des Flüssigkristalls gleich oder kleiner als 0,12 eingestellt ist, die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Anisotropie des Flüssigkristalls reduziert, und so wird eine Färbung des übertragenen Lichts noch sicherer verhindert.
Die vorliegende Flüssigkristall-Vorrichtung verwendet einen Flüssigkristall, welcher ein niedriges Dielektrizitätsverhältnis Δ&epsi;/&epsi; von 0,5 oder weniger aufweist, welches durch Teilen der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; durch die Dielektrizitätskonstante &epsi; in der Richtung senkrecht zur Längsachse der Flüssigkristallmoleküle erhalten wird. Dies verringert eine Änderung der effektiven, an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung, wenn die Flüssigkristallmoleküle zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Substraten reagieren, und verbessert die Ansprechzeit und die γ- Charakteristik.
Ferner ist ein Winkel zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung von einem der Substrate in der vorliegenden Flüssigkristall-Vorrichtung und der Polarisierungsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb dieses Substrats angeordnet ist, zwischen 180º und 115º eingestellt, und ein Winkel zwischen den Polarisationsachsen eines Paars von polarisierenden Platten ist zwischen 90º und 20º eingestellt. Daher können die Polarisationsachsen des polarisierenden Plattenpaars in den am besten geeigneten Richtungen entsprechend dem Polarisationszustand des durch den Flüssigkristall übertragenen Lichts eingstellt werden, was den Kontrast verbessert.
Da die Dicke d der Flüssigkristallschicht in der vorliegenden Flüssigkristallvorrichtung gleich oder kleiner als 9 um aber gleich oder größer als 4 um eingestellt ist, ist die Intensität eines an die Flüssigkristallschicht gelegten elektrischen Feldes groß, und ein mittlerer Teil der Flüssigkristallschicht, dessen Molekülausrichtung durch das elektrische Feld gesteuert wird, ist größer als derjenige Teil des Flüssigkristalls in der Nähe beider Substrate, dessen Molekularausrichtung durch die die Ausrichtung beschränkende Kraft begrenzt wird. Die vorliegende Flüssigkristallvorrichtung weist daher eine ausgezeichnete Schärfe und eine ausgezeichnete Ansprechgeschwindigkeit auf.
Da die vorliegende Flüssigkristallvorrichtung einen voreingestellten Winkel von 5º oder weniger aufweist, ist eine Änderung in der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Zustand eines angelegten elektrischen Feldes erhöht, was die Schärfe verbessert, und die Temperaturabhängigkeit des voreingestellten Winkels ist verringert, was eine stabile Ausrichtung sichert.
Die oben beschriebene Flüssigkristall-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird in einer Multiplexbetriebsweise betrieben. In diesem Fall wird die vorliegende Flüssigkristallvorrichtung durch ein Betriebssignal zum Anlegen einer Vorspannung größer als eine herkömmliche geeignete Vorspannung, die durch eine theoretische Berechnung erhalten wird, betrieben und/oder wird durch ein Betriebssignal mit einer Bildfrequenz größer als die Anzahl von Zeitdivisionen/- teilungen betrieben. Das Anlegen einer hohen Vorspannung und/oder die Verwendung einer hohen Betriebssignalfrequenz verringert die Durchlässigkeit im Lichtsperrzustand und sorgt für einen hohen Kontrast.
Da die vorliegende Flüssigkristall-Vorrichtung, wie oben beschrieben ist, eine gute γ-Charakteristik aufweist und das Färben der Anzeigefläche verhindert kann, während ein hoher Kontrast aufrechterhalten wird, ist sie zur Darstellung eines bewegten Bildes, wie sie bei einem Fernsehgerät erfolgt, geeignet.
Diese Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung und der Richtung der Polarisationsachse einer polarisierenden Platte in einer herkömmlichen TN-LCD erläutert;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung und der Richtung der Polarisationsachse einer polarisierenden Platte in einer herkömmlichen STN-LCD erläutert;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung und der Richtung einer Polarisationsachse einer polarisierenden Platte in einer herkömmlichen OMI-LCD erläutert;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung und der Richtung einer Polarisationsachse einer polarisierenden Platte in einer herkömmlichen Flüssigkristall-Vorrichtung erläutert;
Fig. 5 ist eine Spektralcharakteristikdarstellung, welche die spektrale Verteilung von hindurchtretendem Licht im offenen und geschlossenen Zustand in der TN-LCD, die in Fig. 1 gezeigt ist, erläutert;
Fig. 6 ist eine Spektralcharakteristikdarstellung, welche die Spektralverteilungen von hindurchtretendem Licht im offenen und geschlossenen Zustand in der STN-LCD, die in Fig. 2 gezeigt ist, erläutert;
Fig. 7 ist eine CIE-Chromatizitätsdarstellung, welche die Farbe von hindurchtretendem Licht im offenen und geschlossenen Zustand in der in Fig. 1 gezeigten TN-LCD erläutert, welche auf der Basis der in Fig. 6 gezeigten Spektralcharakteristikdarstellung erhalten wird;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, welche die Struktur einer Flüssigkeitskristall-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 9A ist eine Draufsicht, welche die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung von einem Substrat auf der Seite des einfallenden Lichts und der Richtung der Polarisationsachse einer polarisierenden Platte auf der Seite des einfallenden Lichts in der vorliegenden Flüssigkristall- Vorrichtung erläutert;
Fig. 9B ist eine Draufsicht, welche die Relation zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung von einem Substrat auf der Lichtaustrittsseite und der Richtung der Polarisationsachse einer Polarisationsplatte auf der Lichtaustrittsseite in der vorliegenden Flüssigkristall-Vorrichtung erläutert;
Fig. 10 ist eine Spektralcharakteristikdarstellung, welche Spektralverteilungen von hindurchtretendem Licht im offen und geschlossenen Zustand in der vorliegenden Flüssigkristall-Vorrichtung erläutert;
Fig. 11 ist eine CIE-Chromatizitätsdarstellung, welche die Farbe von hindurchtretendem Licht im offenen und geschlossenen Zustand in der vorliegenden Flüssigkristall-Vorrichtung erläutert, welche auf der Basis der in Fig. 10 gezeigten Spektralcharakteristik erhalten wird;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, welche die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte auf der Seite des einfallenden Lichts und eine Änderung im Kotrast in bezug auf die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte auf der Lichtausgangsseite in der vorliegenden Flüssigkristallvorrichtung erläutert;
Fig. 13 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen des Substrats auf der Lichteinfallsseite und der Lichtaustrittsseite, und die Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten auf der Lichteinfallsseite und der Lichtaustrittsseite erläutert, wobei ein Drehwinkel φ = 180º und Δn.d = 0,6 entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung vorliegen;
Fig. 14 ist eine Drausicht, welche die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen des Substrats auf der Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite, und die Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten auf der Lichteintrittsseite und Lichtausstrittsseite erläutert, wobei ein Drehwinkel φ = 180º und Δn.d = 0,7 entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingestellt ist;
Fig. 15 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen des Substrats auf der Lichteinfallsseite und auf der Lichtaustrittsseite und die Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten auf der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite erläutert, wobei ein Drehwinkel φ = 200º und Δn.d = 0,7 entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingestellt ist;
Fig. 16 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats auf der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite und die Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten auf der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite erläutert, wobei ein Drehwinkel φ = 200 und Δn.d = 0,9 entsprechend einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingestellt ist;
Fig. 17 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen des Substrats auf der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite sowie die Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten auf der Lichtseintrittsseite und der Lichtaustrittsseite erläutert, wobei ein Drehwinkel φ = 240 und Δn.d = 0,6 entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingestellt ist;
Fig. 18 ist eine Draufsicht, welche die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen des Substrats auf der Lichteinfallsseite und Lichtaustrittsseite und die Richtungen der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten auf der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite erläutert, wobei ein Drehwinkel φ = 240 und Δn.d = 0,8 entsprechend einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingestellt ist;
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Anordnung einer Treibereinrichtung zum Betreiben einer Flüssigkristall-Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung erläutert;
Fig. 20A ist ein Spannungswellenformdiagramm, welches eine Spannung an einem ausgewählten Element, die zwischen Signalelektroden und Abtastelektroden, die einander gegenüberliegen, über einem Flüssigkristall in der vorliegenden Flüssigkristall- Vorrichtung angelegt ist, erläutert;
Fig. 20B ist ein Spannungswellenformdiagramm, welches eine Spannung an einem halbausgewählten Element, die zwischen den Signalelektroden und Abtastelektroden, die einander gegenüberliegen, über dem Flüssigkristall in der vorliegenden Flüssigkristall- Vorrichtung angelegt ist, erläutert;
Fig.20C ist ein Spannungswellenformdiagramm, welches eine Spannung an einem nicht ausgewählten Element, die zwischen den Signalelektroden und Abtastelektroden, die einander gegenüberliegen, über dem Flüssigkristall in der vorliegenden Flüssigkristall- Vorrichtung angelegt ist, erläutert;
Fig. 21A ist ein Wellenformdiagramm einer angelegten Spannung im ON-Zustand, in welchem die vorliegende Flüssigkristall-Vorrichtung durch ein Betriebssignal mit einer Bildfrequenz von 60 Hz betrieben wird;
Fig. 21B ist ein Durchlässigkeitscharakteristikdiagramm, welches eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit erläutert, wenn die Spannung der in Fig. 21A gezeigten Wellenform an einen Flüssigkristall angelegt wird;
Fig. 22A ist ein Wellenformdiagramm einer im ON-Zustand angelegten Spannung, wobei die vorliegende Flüssigkristall-Vorrichtung durch ein Betriebssignal mit einer Bildfrequenz von 120 Hz betrieben wird; und
Fig. 22B ist ein Transmissionscharakteristikdiagramm, welches eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit erläutert, wenn die Spannung der in Fig. 22A gezeigten Wellenform an einen Flüssigkristall angelegt wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird der Aufbau einer Flüssigkristall-Vorrichtung beschrieben.
Fig. 8 zeigt eine Flüssigkristall-Vorrichtung eines Matrixanzeigesystems, welches zum Darstellen eines Bildes, wie z.B. eines TV-Bildes, verwendet wird. In diesem Diagramm bezeichnen die Bezugszeichen 31 und 32 ein Paar von transparenten Substraten, die durch ein Dichtungsteil 33 miteinander verbunden sind. Eine Anzahl von transparenten Streifenabtastelektroden 34 ist auf der oberen Oberfläche von einem der Substrate gebildet, z.B. dem Substrat 31 auf der Lichteinfallsseite (das untere Substrat in dem Diagramm). Eine Anzahl von transparenten Streifensignalelektroden 35, die den Abtastelektroden 34 gegenüberliegenden und diese kreuzen, ist auf der unteren Oberfläche des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite gebildet (das obere Substrat in dem Diagramm). Diese Oberflächen der Substrats 31, 32, welche einander gegenüberliegen, sind einer Ausrichtungsbehandlung unterworfen, welche den Verfahrensschritt der Bildung von Ausrichtungsfilmen 36 und 37 auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Substrate und das Reiben der ausgerichteten Filme in einer Richtung umfaßt. Die Bezugszahl 38 betrifft einen nematischen Flüssigkristall, welcher zwischen den Substraten 31,32 eingeschlossen ist. In diesem Flüssigkristall ist ein optisch aktives Material zugemischt (z.B. ein chiraler Flüssigkristall) zum Verdrehen der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle. Die Moleküle des Flüssigkristalls 38 sind zwischen den Substraten 31, 32 verdreht, wobei ihre Richtungen durch die Ausrichtungsfilme 36, 37 und die Reibrichtung beschränkt sind. Die Bezugszahlen 39 und 40 bezeichnen ein Paar von polarisierenden Platten, die außerhalb der Oberflächen von diesen Substraten 31, 32 angeordnet sind. Obwohl Fig. 8 eine Flüssigkristallvorrichtung vom einfachen Matrixtyp erläutert, kann die Flüssigkristallvorrichtung vom aktiven Matrixtyp, dessen einzelne Pixelelektroden durch einen dünnen Filmtransistor betrieben werden, sein.
Nun wird eine Beschreibung der Ausrichtungsbehandlungsrichtungen von beiden Substraten 31, 32, der Drehrichtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle und der Richtungen der Polarisationsachsen (eine Transmissionsachse und eine Absorptionsachse) der polarisierenden Platten 39, 40 auf der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite gegeben. In diesem Beispiel liegt die Sichtposition F (siehe in Fig. 9A, 9B) der Flüssigkristall-Vorrichtung (Richtung, die den höchsten Kontrast liefert) an dem vorderen Seitenrand der Flüssigkristall-Vorrichtung.
Fig. 9A erläutert eine Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 auf der Lichteinfallsseite und die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte 39 auf der Lichteinfallsseite. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 ist zwischen einem 30º-Bereich von der Richtung des durchgehenden Pfeils parallel zu der horizontalen Achse X des Substrats 31 zu dem Pfeil mit unterbrochener Linie, der um 30º im Uhrzeigersinn in der Lichtausbreitungsrichtung (gesehen von der Rückseite des Diagrammblattes; die Drehrichtung wird nachfolgend ähnlich definiert) gedreht ist, eingestellt, wobei die horizontale Achse X eine Referenzachse ist. Fig. 9B erläutert die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite und die Richtung der Polarisationsachse der polarisierenden Platte 40 auf der Lichtaustrittsseite. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 ist zwischem einem 30º-Bereich von der Richtung des durchgehenden Pfeils parallel zu der horizontalen Achse X des Substrats 32 zu dem Pfeil mit unterbrochener Linie, der um 30º im entgegengesetzten Uhrzeigersinn mit der horizontalen Achse X als Referenzachse gedreht ist, eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 auf der Lichteinfallsseite schneidet die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite in einem Winkel von 0º (parallel) bis 60º. Der zwischen beiden Substraten 31, 32 eingeschlossene nematische Flüssigkristall 38 weist ein diesem zugemischtes optisch aktives, linksdrehendes Material auf. Die Moleküle des Flüssigkristalls 38 sind gedreht, entgegen dem Uhrzeigersinn zwischen den Substraten 31, 32, zwischen 180º (die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen A1 und A2 sind parallel zueinander) als ein Minimum und 240º (die Ausrichtungsbehandlungsrichtungen A1 und A2 haben einen Kreuzungswinkel von 60º bei einem Maximum) gedreht. In den Fig. 9A und 9B zeigt das Referenzzeichen T die Drehrichtung der Flüssigkristallmoleküle an (nachfolgend als Flüssigkristalldrehrichtung bezeichnet). Infolge der Linksdrehung werden die Flüssigkristallmoleküle entgegen dem Uhrzeigersinn von dem Substrat 31 zu dem Substrat 32 verdreht (gesehen von der Hinterseite des Diagramms). Wie in Fig. 9A gezeigt ist, ist eine Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteinfallsseite innerhalb eines Bereichs eingestellt, der um einen Winkel α in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 abweicht (ein Bereich vom durchgehenden Pfeil zu dem unterbrochenen Pfeil). Bei einem Drehwinkel φ wird der Flüssigkristallmolekülausrichtung von 180º liegt der Winkel φ zwischen 180º und 145º (115º + 30º), und bei einem Drehwinkel φ von 240º ist α = 150º (115º + 35º) bis 115º. Wie in Fig. 9B gezeigt ist, ist eine Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite innerhalb eines Bereichs eingestellt, der um einen Winkel β in der entgegengesetzten Richtung von der Flüssigkristalldrehrichtung T in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 (ein Bereich von dem durchgehenden Pfeil zu dem unterbrochenen Pfeil) entsprechend Δn des Flüssigkristalls abweicht. Bei einem Drehwinkel φ der Flüssigkristallmolekülausrichtung von 180º beträgt der Winkel β 125º bis 90º (60º + 30º), und bei dem Drehwinkel φ von 240º ist β = 95º (60º + 35º) bis 60º. Das heißt, die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist innerhalb des Bereichs von α = 180º bis 115º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 entsprechend dem Drehwinkel und Δn eingestellt. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte 32 auf der Lichtaustrittsseite ist innerhalb des Bereichs von β = 125º bis 60º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 eingestellt. Ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteinfallsseite und der Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustritssseite liegt zwischen 90º und 20º.
Der Flüssigkristall 38, der in der oben beschriebenen Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird, weist eine optische Anisotropie Δn von 0,12 oder weniger für eine Wellenlänge von 540 nm bis 550 nm auf. Die Retardation Δn.d, das Produkt der optischen Anisotropie Δn des Flüssigkristalls 38 und der Dicke d der Flüssigkristallschicht (siehe Fig. 8) ist innerhalb eines Bereichs von 0,4 < Δn.d < 1.0 vorgesehen. Dieses Δn.d soll vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 0,9 und insbesondere vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,6 bis 0,8 liegen. Der Flüssigkristall 38 weist ein dielektrisches Verhältnis Δ&epsi;/&epsi; von 0,5 oder weniger auf, wobei das Verhältnis durch das Verhältnis der dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; zu der Dielektrizitätskonstanten &epsi; senkrecht zu der axialen Richtung der Flüssigkristallmoleküle ausgedrückt ist. Ferner ist die Dicke d der Flüssigkristallschicht auf 4 um ≤ d ≤ 9 um eingestellt und der Vorneigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Ausrichtungsfilme 36, 37 der Substrate 31, 32 ist gleich oder kleiner als 5º eingestellt.
Da der Drehwinkel φ der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zwischen dem Substratpaar 31, 32 in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung auf 18º bis 240º eingestellt ist, ist eine optische Änderung, die verursacht wird, wenn ein elektrisches Feld an den Flüssigkristall angelegt wird, groß. Zusätzlich tritt, da das Dielektrizitätsverhältnis Δ&epsi;/&epsi; des Flüssigkristalls 38 auf 0,5 oder weniger eingestellt ist, eine geringe Änderung der Dielektrizitätskonstanten auf, wenn die Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Substraten durch das Anlegen des elektrischen Feldes ausgerichtet werden. Daher tritt eine geringfügige Reduktion der beträchtlichen Spannung, die an den Flüssigkristall 38 angelegt ist, auf, und eine Hochspannung kann an den Flüssigkristall angelegt werden. Für eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem solchen großen Drehwinkel und geringem Δn.d ist der umgekehrte Einfluß, der auf die γ- Charakteristik durch Unterdrückung der Verringerung dieser Impedance auf einen geringen Wert ausgeübt wird, um dadurch eine hohe Spannung an den Flüssigkristall 38 anzulegen, merklich größer als der umgekehrte Einfluß, der auf die γ- Charakteristik durch Rezudieren der Elastizitätskonstanten des Flüssigkristalls in dem konventionellen STN-LCD oder dergleichen bewirkt wird. Daher ist die γ-Charakteristik durch die zwei Merkmale, die Erhöhung des Drehwinkels und Reduzierung des dielektrischen Verhältnisses Δ&epsi;/&epsi;, verbessert, was zu einem höheren Kontrast in bezug auf eine Ansteuerung mit hoher Zeitteilung führt. In diesem Fall sollte das dielektrische Verhältnis Δ&epsi;/&epsi; vorzugsweise klein sein, insbesondere sollte es vorzugsweise 0,5 oder weniger betragen.
Entsprechend dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Retardation Δn.d in bezug auf das Licht mit im wesentlichen der mittleren Wellenlänge (λ = 540 nm bis 550 nm) eines sichtbaren Strahlbereichs innerhalb eines Bereichs von 0,4 bis 1,0 entsprechend dem Drehwinkel eingestellt. Mit anderen Worten ist die Retardation Δn.d in einer solchen Weise eingestellt, daß in dem sichtbaren Strahlbereich ein durch die Doppelbrechung zu beeinflussender Wellenlängenbereich und ein durch die Drehung zu beeinflussender Wellenlängenbereich existiert. Entsprechend treten langwellige Komponenten des linear polarisierten einfallenden Lichts aus der Flüssigkristallschicht ein elliptisch polarisiertes Licht infolge des Einflusses der Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht aus, und kurzwellige Komponenten des einfallenden Lichts treten aus dem Flüssigkristall als elliptisch polarisiertes Licht mit der Längsachse durch den Einfluß der Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht und den Einfluß der optischen Drehkraft zum Drehen der Polarisationsebene gedreht aus. Da das einfallende Licht mit einer langen Wellenlänge nicht durch die optische Drehkraft beeinflußt wird, ist der Unterschied im Drehwinkel von jeder Wellenlänge infolge der Wellenlängeabhängigkeit der optischen Anisotropie Δn klein. In bezug auf das Licht mit einer langen Wellenlänge kann die Längsachse des elliptisch polarisierten Lichts dazu gebracht werden, daß sie mit derjenigen des elliptisch polarisierten Lichts von Licht mit einer kurzen Wellenlänge zusammenfällt oder dazu gebracht werden, zirkularpolarisiertem Licht nahezukommen, indem Δn.d eingestellt wird. Dies kann den Unterschied in der Durchlässigkeit für die einzelnen Wellenlängen kleiner machen. Die Spektralverteilung wird daher flach, was eine achromatische Anzeige sichert. Fig. 10 erläutert die Spektralcharakteristik im Lichtdurchgangszustand (offen) und Lichtsperrzustand (geschlossen) für die Flüssigkritall- Vorrichtung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels, welches einen Drehwinkel von 200º, eine Retardation Δn.d von 0,68 um und eine optische Anisotropie des Flüssigkristalls Δn von 0,093 (543 nm) aufweist. Fig. 11 erläutert die Farbe im offenen und geschlossenen Zustand, welche auf der Basis der Spektralverteilung in Fig. 10 erreicht wird. Wie anhand eines Vergleichs zwischen den Fig. 10 und 11 mit den Fig. 6 und 7, auf die in der Beschreibung der konventionellen STN- LCD Bezug genommen ist, hervorgeht, ist entsprechend diesem Ausführungsbeispiel die Wellenlängenabhängigkeit der Durchlässigkeit gering und die Spektralverteilungskurve ist flach im geöffneten Zustand, und die Menge an Lecklicht ist gering und der Kontrast ist hoch im geschlossen Zustand. Wie aus der Fig. 11 klar werden sollte, ist entsprechend der Flüssigkristallvorrichtung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels das Transmissionslicht im offenen und geschlossenen Zustand nahe dem achromatischen Punkt C, so daß eine Färbung des hindurchtretenden Lichts kaum auftritt.
Entsprechend der Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist der Winkel α zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung von einem Substrat des Substratpaars und der Popularisationsachse der polarisierenden Platte, die außerhalb dieses Substrats angeordnet ist, innerhalb eines Bereichs von 180º bis 115º eingestellt, und der Winkel ψ zwischen den Polarisationsachsen des Polarisationsplattenpaars, das außerhalb des Substratpaars angeordnet ist, ist innerhalb eines Bereichs von 90º bis 20º eingestellt. Tabelle 1 erläutert die Ergebnisse der Messung des Kontrasts aus den einzelnen Richtungen für eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem Winkel α von 135º zwischen der Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteinfallsseite und der Richtung der Polarisationsachse (Transmissionsachse) der polarisierenden Platte auf der Lichteinfallsseite und einem Winkel ψ von 60º zwischen den Polarisationsachsen (Transmissionsachse) der polarisierenden Platte auf der Lichteinfallsseite und der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite, und für eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem Winkel α von 55º und einem Winkel ψ von 30º. Tabelle 1 vorliegende Erfindung Vergleichs beispiel Winkel von Polarisationsachse von polarisierender Platte Kontrast Vertikaler Betrachtungswinkel Horizontaler Betrachtungswinkel
Bei dem Drehwinkel φ = 240º ist der vertikale Betrachtungswinkel ein Winkel in bezug auf eine Senkrechte, gesehen von der zweidimensional nach oben oder unten geneigten Richtung; die nach oben geneigte Richtung ist durch (-) angezeigt. Der horizontale Betrachtungswinkel repräsentiert die in bezug auf eine Senkrechte horizontal geneigte Richtung. Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, liefert die Flüssigkristallvorrichtung nach der Erfindung, deren Polarisationsachse (Transmissionsachse) der polarisierenden Platte gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt ist, einen höheren Kontrast als das Vergleichsbeispiel. Da die Polarisationsachse von einem Paar polarisierender Platten in der am besten geeigneten Richtung entsprechend dem Polarisationszustand von durch die Flüssigkristallschicht hindurchtretendem Licht eingestellt ist, ist daher die Durchlässigkeit im Lichttransmissionszustand hoch und die Menge an Lecklicht im Lichtsperrzustand kann minimiert werden, was für einen hohen Kontrast sorgt.
Wenn in einer Flüssigkristallvorrichtung die Dicke d der Flüssigkristallschicht größer als 9 um wird, wird das auf den Flüssigkristall einwirkende elektrische Feld geschwächt und die Ansprechzeit wird verringert. Wenn diese Dicke d kleiner als 4 um ist, wird die Schärfe einer optischen Änderung in bezug auf eine elektrische Änderung beeinträchtigt. Dies geschieht, weil die Ausrichtungsbegrenzungskraft der Substrate auf die Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Substrate einwirkt, so daß die Ausrichtung sich nicht ändert, sogar wenn das elektrische Feld an den Flüssigkristall angelegt wird.
Die Dicke der Flüssigkristallschicht, welche die Ausrichtung nicht ändert, existiert jedoch,so klein sie auch ist, obwohl sie abhängig vom Typ des Flüssigkristalls und des Ausrichtungsfilms auf der Substratoberfläche variiert. Bei der Dikke d der Flüssigkristallschicht kleiner als 4 um ist das Verhältnis desjenigen Teils der Dicke d der Flüssigkristallschicht, welcher eine Änderung in der Ausrichtung entsprechend einem elektrischen Feld bewirkt, zu dieser Dicke d klein. Wenn die Dicke d der Flüssigkristallschicht in diesem Bereich vorgesehen ist, wird daher eine optischen Änderung über die gesamte Flüssigkristallschicht in bezug auf eine elektrische Änderung kleiner, was die Schärfe der elektrooptischen Änderung beeinträchtigt. Wenn diese Dicke d auf d ≥ 4 um eingestellt ist, wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, ist andererseits die Schichtdicke des Flüssigkristalls, welche keine Änderung in der Ausrichtung in bezug ein elektrisches Feld bewirkt (der Flüssigkristall nahe den Substraten, welcher mit der Ausrichtungsbegrenzungskraft beaufschlagt ist) kleiner als die Schichtdicke des Flüssigkristalls, welche eine solche Ausrichtungsänderung bewirkt. Dies reduziert kaum die Schärfe der zuvor erwähnten elektrooptischen Änderung. Da die Dicke d der Flüssigkristallschicht in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 um ≤ d ≤ 9 um ist, verringert sich das Ansprechvermögen nicht, so daß die Schärfe der elektrooptischen Änderung weiter erhöht werden kann.
Wenn der Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Substratoberfläche größer als 5º ist, erhöht sich Temperaturabhängigkeit des Neigungswinkels und die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle wird ungleichmäßig, was die Schärfe der elektrooptischen Änderung beeinträchtigt. Entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann daher bei dem Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle nahe den Ausrichtungsfilmen 36, 36 der Substrate 31, 32 gleich oder kleiner 5º, die Temperaturabhängigkeit des Neigungswinkels verringert und dadurch die Stabilität des Neigungswinkels und die Schärfe der elektrooptischen Änderung auf einem hohen Niveau gehalten werden.
Obwohl der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle zwischen dem Substratpaar 31, 32 zwischen 180º und 240º in den oben beschriebenen Ausführungsbeispiel eingestellt ist, können die gleichen Effekte durch Einstellen des Drehwinkels innerhalb eines Bereichs von 180º bis 270º erzielt werden.
Entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteinfallsseite in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 auf der Lichteinfallsseite verschoben. Diese Polariationsachsenrichtung B1 kann in der gleichen Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 verschoben werden. Ferner ist die Drehrichtung T der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle nicht auf die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn beschränkt; sie kann die Uhrzeigerrichtung sein.
Nun wird eine Beschreibung von speziellen Ausführungsformen entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gegeben.
Zuerst wird die erste Ausführungsform, bei der der Drehwinkel φ auf 180º eingestellt ist, beschrieben. Bei diesem Drehwinkel ist die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite die gleiche wie die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite. Die Polarisationsachsenrichtung (Transmissionsachsenrichtung) B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist innerhalb des Bereich von α = 160º bis 180º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 eingestellt, und die Polarisationsachsenrichtung (Transmissionsachsenrichtung) B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite ist innerhalb des Bereichs von β = 90º bis 110º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 des Substrats 31 eingestellt. Die Retardation Δn.d des Flüssigkristalls ist innerhalb eines Bereich von 0,5 um bis 0,7 um eingestellt.
Fig. 12 erläutert die Relation zwischen dem Kontrast und dem Winkel zwischen den Polarisationsachsen der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite und der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite in der so gebildeten Flüssigkristall-Vorrichtung. In diesem Diagramm repräsentiert eine Kurve a den Winkel β der Polarisationsachse der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite, welcher den höchsten Kontrast hervorruft, in bezug auf den Winkel α der Polarisationsachse der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite, wenn die Flüssigkristallvorrichtung mit einer Retardation Δn.d von 0,65 um bei einer 1/112 Multiplexbetriebsweise unter Verwendung von Licht mit einer Wellenlänge von 540 nm (grün) betrieben wird. Die Kurve b repräsentiert die Werte des Kontrasts in dem oben genannten Fall. Wie aus der Fig. 12 hervorgeht, ist der Kontrast 90 oder darüber, wenn der Winkel α der Polarisationsachse der polarisierenden Platte auf der Lichteinfallsseite in einem Bereich von 180º bis 160º und der Winkel β der Polarisationsachse der polarisierenden Platte auf der Lichtaustritts-Seite innerhalb eines Bereichs von 90º bis 110º liegt. Der Kontrast ist merklich größer als derjenige, der in der herkömmlichen TN-LCD oder STN-LCD erreicht wird. Die oben angeführte Realtion zwischen den Winkeln α und β der Polarisationsachsen der polarisierenden Platten und dem Kontrast kann sogar erreicht werden, wenn die Retardation Δn.d innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 0,7 um eingestellt ist.
Tabelle 2 erläutert die Relation zwischen der Durchlässigkeit, dem Kontrast und einem Y-Wert, der durch Multiplizieren der Durchlässigkeit mit der Sichtbarkeit für jedes Farblicht erhalten wird, in bezug auf die Retardation in diesem Ausführungsbeispiel erhalten wird. Zum Zwecke des Vergleichs erläutert Tabelle 3 die Relation zwischen der Durchlässigkeit und dem Kontrast und einem Y-Wert für jedes Farblicht bei der herkömmlichen TN-LCD und STN-LCD. Die Zahlen in Tabelle 2 und 3 geben die gemessenen Werte an, welche erreicht werden, wenn die Flüssigkristall-Vorrichtung in einem 1/112 Multiplexbetrieb betrieben wird. Tabelle 2 Beispiel Retardation (um) Y-Wert Tabelle 3 (Vergleichsdaten) Offen Geschlossen Y-Wert
Wie aus dem Vergleich zwischen den Tabellen 2 und 3 hervorgeht, ergibt sich bei jedem in der Tabelle gegebenen Beispiel für diese Erfindung ein höherer Kontrast und eine flachere Spektralverteilung als bei der herkömmlichen TN-LCD und STN-LCD. Das Beispiel 1 in Tabelle 2, dessen Retardation Δn.d 0,6 um beträgt, weist den höchsten Kontrast und den höchsten Y-Wert auf. Das Beispiel 2 mit einer Retardation Δn.d von 0,5 zeigt einen niedrigen Wert im offenen Zustand in bezug auf rotes Licht, so daß die Anzeige dazu tendiert, dunkler zu werden. Bei dem Beispiel 3 mit einer Retardation Δn.d von 0,7 zeigt der Y-Wert eine Tendenz zur Beeinträchtigung. Bei dem Drehwinkel von 180º liegt die Retardation daher vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 0,7 um.
Ein anderes spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 18 beschrieben.
Entsprechend dem zweiten, in der Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle auf 180º und die Retardation Δn.d auf 0,6 eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite sind parallel zu der horizontalen Achse X des Substrats. Die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 170º (α) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in entgegengesetzter Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 100º (=β) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. In diesem Fall beträgt ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite und der Polarisationsrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite 70º. Die Polarisationsachsenrichtung B1 ist um 10º in bezug auf die horizontale Achse X der Substrate in der gleichen Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 ist um 10º in bezug auf die vertikale Achse Y der Substrate in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben.
Entsprechend dem dritten, in der Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle auf 180º und die Retardation Δn.d auf 0,7 eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite sind die gleichen wie diejenigen, die in Fig. 13 gezeigt sind. Die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 165º (=α) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 105º (=β) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. In diesem Fall beträgt ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite und der Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseits 60º. Die Polarisationsachsenrichtung B1 ist um 15º in bezug auf die horizontale Achse X der Substrate in derselben Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 ist um 15º in bezug auf die vertikale Achse Y der Substrate in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben.
Entsprechend dem vierten, in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle auf 200º und die Retardation Δn.d auf 0,7 eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite sind jeweils um 10º in der entgegengesetzten Richtung in bezug auf die horizontale Richtung X des Substrats verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 165º (=α) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 85º (=β) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 (105º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2) in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. In diesem Fall beträgt ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite und der Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite 80º. Die Polarisationsachsenrichtung B1 ist um 5º in bezug auf die horizontale Achse X der Substrate in der gleichen Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 ist um 5º in bezug auf die vertikale Achse Y der Substrate in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben.
Entsprechend dem fünften, in der Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle auf 200º und die Reatardation Δn.d auf 0,9 eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite sind die gleichen, wie diejenigen, die in Fig. 15 gezeigt sind. Die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 150º (=α) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 100º (=β) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 (120º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2) in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. In diesem Fall beträgt ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite und der Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite 50º. Die Polarisationsachsenrichtung B1 ist um 20º in bezug auf die horizontale Achse X der Substrate in derselben Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 ist um 20º in bezug auf die vertikale Achse Y der Substrate in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben.
Entsprechend dem sechsten, in der Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle auf 240º und die Retardation Δn.d auf 0,6 eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite sind jeweils um 30º in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf die horizontale Richtung X der Substrate verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 135º (=α) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 75º (=β) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 (135º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2) in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. In diesem Fall beträgt ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite und der Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite 60º. Die Polarisationsachsenrichtung B1 ist um 15º in bezug auf die horizontale Achse X der Substrate in derselben Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 ist um 15º in bezug auf die vertikale Achse Y der Substrate in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben.
Entsprechend dem siebenten in der Fig. 18 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkel φ der ausgerichteten Flüssigkristallmoleküle auf 2400 und die Retardation Δn.d auf 0,8 eingestellt. Die Ausrichtungsbehandlungsrichtung des Substrats 31 auf der Lichteintrittsseite und die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2 des Substrats 32 auf der Lichtaustrittsseite sind die gleichen wie die in Fig. 17 gezeigten Richtungen. Die Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 115º (=α) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittsseite ist um 92,5º (=β) in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A1 (152,5º in bezug auf die Ausrichtungsbehandlungsrichtung A2) in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. In diesem Fall beträgt ein Winkel ψ zwischen der Polarisationsachsenrichtung B1 der polarisierenden Platte auf der Lichteintrittseite und der Polarisationsachsenrichtung B2 der polarisierenden Platte auf der Lichtaustrittsseite 22,5º. Die Polarisationsachsenrichtung B1 ist um 35º in bezug auf die horizontale Achse X der Substrate in derselben Richtung wie die Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben. Die Polarisationsachsenrichtung B2 ist um 35º in bezug auf die vertikale Achse Y der Substrate in der entgegengesetzten Richtung zu der Flüssigkristalldrehrichtung T verschoben.
Im folgenden wird beschrieben, wie die Flüssigkristall- Vorrichtung der oben angegebenen Ausführungsbeispiele betrieben werden.
Die Flüssigkristall-Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau wird in einer Multiplexbetriebsweise durch den in Fig. 19 gezeigten Treiber betrieben.
Die Abtastelektroden 34, die auf dem Substrat (31) auf der Lichteintrittsseite angeordnet sind, werden an einen Abtastelektrodentreiber 41 angeschlossen. Die Signalelektroden 35, die auf dem Substrat 32 angeordnet sind, werden an einen Signalelektrodentreiber 42 angeschlossen. Der Abtastelektrodentreiber empfängt ein Zeitsteuersignal von einem Zeitsteuersignalgenerator 43 und eine Vielzahl von Quellenspannungen von einem Spannungsgenerator 44. Der Abtastelektrodentreiber 41 liefert sequentiell Abtastsignale mit der gewünschten Bildfrequenz (d.h. 60 Hz oder 120 Hz) zu den einzelnen Abtastelektroden 34 zu vorbestimmten verzögerten Zeitpunkten. Der Signalelektrodentreiber 42 empfängt ein Zeitsteuersignal von dem Zeitsteuersignalgenerator 43 und eine Vielzahl von Quellenspannungen aus dem Spannungsgenerator 44. Dieser Treiber 42 liefert Auswahl- oder Nichtauswahlsignale synchron mit den Abtastsignalen zu den Signalelektroden entsprechend einer Displaysignalausgabe von einem Displaysignalgenerator 45. Der Displaysignalgenerator 45 empfängt Displaydaten, die von außerhalb einer in Fig. 19 gezeigten Displayeinrichtung zugeführt werden, erzeugt ein Displaysignal synchron mit dem Zeitsteuersignal aus dem Zeitsteuergenerator 43 und liefert es zu dem Signalelektrodentreiber 42. Entsprechend werden diejenigen Teile, wo die Signalelektroden 35 die Abtastelektroden 34 kreuzen durch das den Signalelektroden 35 zugeführte Auswahlsignal willkürlich ausgewählt und die gewünschten Muster werden dargestellt. Eine hohe Betriebsspannung V&sub0; wird zwischen den Signal- und Abtastelektroden an ausgewählten Elementen während einer Auswahlperiode, wie in Fig. 20A gezeigt ist, angelegt, und eine Vorspannung VB wird während einer anderen Nichtauswahlperiode angelegt. Eine Nichtbetriebsspannung Vn, die geringer als eine Schwellenwertspannung ist, wird zwischen Signal- und Abtastelektroden an anderen sich kreuzenden Punkten (halb ausgewählte Elemente) in derselben Reihe und Spalte des ausgewählten Kreuzteils während einer Auswahlperiode, wie in Fig. 20B gezeigt ist, angelegt. Die Vorspannung VB wird an die nichtausgewählten Elemente angelegt, die in Fig. 20C gezeigt ist.
Die vorliegende Flüssigkristallvorrichtung wird in der oben beschriebenen Multiplexbetriebsweise betrieben, wenn ein solches Vorspannungsverhältnis angewendet wird, welches ein Vorspannungsverhältnis größer als das herkömmliche geeignete Vorspannungsverhältnis liefern kann, das durch theoretische Berechnung, von der theoretisch angenommen worden ist, daß sie in der Lage ist, die Betriebsgrenzen zu maximieren, und/oder durch die Abtast- und Betriebssignale mit einer Bildfrequenz größer als die mit der Zeitteilung verbundene Bildfrequenz erreicht wird. Das heißt, wenn N die Anzahl der Teilungen ist, erfüllt das Vorspannungsverhältnis A der vorliegenden Erfindung die folgende Bedingung:
A = Vseg/Vseg + Vcom > 1/ N+1
Vseg: Spannung eines Betriebssignals
Vcom: Spannung eines Abtastsignals
Die Bildfrequenz in diesem Ausführungsbeispiel ist ein ganzzahliges Vielfaches (z.B. zweifaches) der herkömmlichen geeigneten Bildfrequenz.
Fig. 21A erläutert die Wellenform einer angelegten Treiberspannung, wenn die Flüssigkristall-Vorrichtung tatsächlich mit der Bildfrequenz von 60 Hz nach dem oben beschriebenen Betriebsverfahren betrieben wird. Fig. 21B erläutert die Durchlässigkeitscharakteristik für diesen Fall. Fig. 22A erläutert die Wellenform einer angelegten Treiberspannung, wenn die Flüssigkristall-Vorrichtung tatsächlich mit der Bildfrequenz von 120 Hz betrieben wird. Fig. 22B erläutert die Durchlässigkeitscharakteristik für diesen Fall. Wie aus den Fig. 21B und 22E hervorgeht, weisen Kurven d und f, die die Durchlässigkeitscharakteristik für den vorliegenden Fall zeigen, in welchem die Flüssigkristallvorrichtung durch eine Treiberspannung mit einem höheren Vorspannungsverhältnis betrieben wird, eine geringere Menge von Lecklicht im Lichtsperrzustand als Kurven und e auf, welche die Durchlässigkeitscharakteristik für einen Fall zeigen, in welchem die Flüssigkristallvorrichtung mit dem herkömmlichen geeigneten Spannungsverhältnis betrieben wird. Zusätzlich ist die Menge an Lecklicht deutlich gering in einem Fall, in welchem die Flüssigkristallvorrichtung mit der Bildfrequenz von 120 Hz betrieben wird, verglichen mit dem Fall, in welchem die Bildfrequenz 60 Hz beträgt.
Tabelle 4 erläutert die Kontraste, wenn Flüssigkristallvorrichtungen mit unterschiedlichen Drehwinkeln durch die oben erwähnte Treiberspannung betrieben werden. In diesem Fall werden diese Vorrichtungen mit einer 1/120 Multiplexbetriebsweise betrieben und die gemessene Temperatur beträgt 27ºC. Die Kontraste für den herkömmlichen Fall sind auch zu Vergleichszwecken angegeben. Tabelle 4 Stand der Technik Beispiel Bildfrequenz Vorspannungsverhältnis Drehwinkel Vorspannung
Wie aus der Tabelle 4 hervorgeht, ist der Kontrast umso höher, je größer das Vorspannungsverhältnis ist, und der Kontrast umso höher ist, je höher die Bildfrequenz ist.
Wie oben beschrieben ist, weist die vorliegende Flüssigkristallvorrichtung eine γ-Charakteristik auf, die infolge eines großen Drehwinkels wesentlich verbessert ist. Obwohl die Betriebsgrenze durch Einstellen des Vorspannungsverhältnisses größer als das herkömmliche geeignete Niveau bei der oben erwähnten Treiberspannung reduziert ist, wird der Kontrast höher, da die Menge des Lecklichts im Lichtsperrzustand geringer ist. Wenn das Vorspannungsverhältnis weiter erhöht wird, werden die Flüssigkristallmoleküle bei den ausgewählten Elementen, welche so gesteuert werden, daß sie im Lichtsperrzustand sind, mehr senkrecht zu den Substraten ausgerichtet, was die Menge an Streulicht reduziert. Die Verringerung der Betriebsgrenzen jedoch senkt die Durchlässigkeit, wenn die Flüssigkristallmoleküle auf Lichtdurchgang gesteuert sind. Wenn das Vorspannungsverhältnis erhöht wird, würde daher der höchste Kontrast gefunden. Entsprechend kann das Vorspannungsverhältnis innerhalb eines Bereichs erhöht werden, dessen obere Grenze dem höchsten Kontrast entspricht.
Speziellere Beispiele der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung werden nun erklärt. Tabelle 5 erläutert die elektrooptischen Charakteristiken der Flüssigkristallvorrichtung mit dem oben erwähnten Aufbau. Zum Zweck des Vergleichs sind die elektrooptischen Charakteristiken der herkömmlichen TN- LCD und STN-LCD auch in Tabelle 5 angegeben. In diesem Fall beträgt die gemessene Temperatur 25º. Tabelle 5 vorliegende Vorrichtungen Stand der Technik Beispiel Flüssig kristall (LC) Drehwinkel Neigungswinkel LC Schicht dicke (um) Position von polarisierender Platte Betriebs verhältnis Vorspannungsverhältnis Bildfrequenz Kontrastverhältnis
Vth in Tabelle 5 ist eine Betriebsspannung, welche den maximalen Kontrast für jede Vorrichtung gewährleistet.
Tabelle 6 zeigt die Materialwerte der nematischen Flüssigkristalle, die in den oben angeführten Beispielen verwendet werden. Gemäß Tabelle 6 werden die Flüssigkristalle I und II in der TN-LCD und STN-LCD in Tabelle 5 verwendet, während die Flüssigkristalle III bis V in den Beispielen von Tabelle 5 verwendet sind. Tabelle 6 Materialwert lue S-N-Punkt: (ºC) N-I-Punkt (ºC) Viskosität (CP)
Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, liefern die Beispiele der vorliegenden Erfindung einen höheren Kontrast im Vergleich zu den herkömmlichen TN-LCD und STN-LCD, verhindern eine Färbung des hindurchtretenden Lichts und können bei einer höheren Leistung im Multiplexbetrieb betrieben werden.
Die Beispiele 7 und 8 verwenden denselben Flüssigkristall, werden jedoch durch Treibersignale mit unterschiedlichen Vorspannungsverhältnissen betrieben. Das Beispiel 8, in welchem das Vorspannungsverhältnis 1/7 beträgt, liefert einen signifikant hohen Kontrast.
Ferner betrifft das Beispiel 9 einen Fall, in dem der gleiche Flüssigkristall wie beim Beispiel 7 verwendet und durch ein Betriebssignal mit einer Bildfrequenz betrieben wird, die zweimal so hoch ist, wie die beim Beispiel 7 (120 Hz). Wenn die Bildfrequenz wie bei diesem Beispiel hochgesetzt wird, ist der Kontrast sehr hoch. Das Erhöhen des Vorspannungsverhältnisses und/oder Erhöhen der Bildfrequenz verringert die Lecklichtmenge während einer Nichtauswahlperiode. Es ist daher möglich, den Kontrast durch starkes Verringern der Durchlässigkeit in der AUS-Zeit merklich zu verbessern.
In dem Beispiel 10 ist die optische Anisotropie Δn des verwendeten Flüssigkristalls geringfügig erhöht (Δn für den Flüssigkristall IV beträgt 0,107; siehe Tabelle 6). Die Dikke d der Flüssigkristallschicht ist auch geringfügig erhöht, um dadurch geringfügig die Retardation Δn.d zu erhöhen. In diesem Fall kann, wenn die geeigneten Positionen der polarisierenden Platten entsprechend der Retardation Δn.d, wie in Fig. 18 gezeigt, ausgewählt werden, der Kontrast auf bis zu 20 erhöht werden. Um die Retardation Δn.d zu erhöhen, ist es wünschenswert, daß ein Flüssigkristall, dessen optische Anisotropie Δn so groß wie möglich ist, verwendet wird, während die zuvor erwähnte Bedingung der vorliegenden Erfindung erfüllt wird. Wenn die optische Anisotropie Δn groß ist, kann die Dicke d der Flüssigkristallschicht entsprechend klein sein, woraus sich vorteilhaft ein gutes Ansprechvermögen ergibt. Um die Färbung des hindurchgetretenen Lichts zu verhindern, ist es jedoch wünschenswert, daß Δn klein ist. Daher kann Δn geeignet in Abhängigkeit davon ausgewählt werden, ob eine gute Ansprechzeit oder die Verhinderung der Färbung des hindurchgetretenen Lichts wichtiger ist.
In dem Beispiel 11 ist der Flüssigkristall V mit einer geringen optischen Anisotropie Δn (= 0,093; siehe Tabelle 6) verwendet, die Positionen der polarisierenden Platten sind geeignet entsprechend der Retardation Δn.d, wie in Fig. 18 gezeigt, ausgewählt, und die Flüssigkristallvorrichtung wird bei einer Bildfrequenz von 120 Hz betrieben. Entsprechend dem Beispiel 11 wird sogar mit einem kleineren Drehwinkel (200º) als demjenigen der herkömmlichen STN-LCD ein signifikant hoher Kontrast (Kontrastverhältnis 19) verglichen mit der STN-LCD erreicht.
Die Flüssigkristallvorrichtungen gemäß den einzelnen Ausführungsbeispielen sind frei von einer Färbung des hindurchtretenden Lichts und haben eine hohe Durchlässigkeit im AN-Zustand, so daß sie ein genügend helles Bild darstellen können.

Claims

1. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung, welche umfaßt:

- ein erstes Substrat (31) mit einer Vielzahl von ersten Elektroden (34), die darauf angeordnet sind;

- ein zweites Substrat (32) mit wenigstens einer darauf angeordneten zweiten Elektrode, wobei die zweite Elektrode (35) den ersten Elektroden gegenüberliegt, das zweite Substrat mit dem ersten Substrat mit Hilfe eines Dichtungsteils (33) verbunden ist, so daß es dem ersten Substrat mit einem vorbestimmten Zwischenraum dazwischen gegenüberliegt;

- eine erste Ausrichtungseinrichtung (36) zum Abdecken wenigstens von Teilen von Oberflächen der ersten Elektroden und wenigstens einem Teil einer Oberfläche des ersten Substrats (31) und zum Ausrichten von Molekülen eines Flüssigkristalls in einer ersten Richtung;

- eine zweite Ausrichtungseinrichtung (37) zum Abdecken wenigstens eines Teils von einem Teil einer Oberfläche der wenigstens einen zweiten Elektrode (35) und wenigstens einem Teil von einer Oberfläche des zweiten Substrats (32) und zum Ausrichten von Molekülen des Flüssigkristalls in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung unterschiedlich ist;

- einen nematischen Flüssigkristall (38), der zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet ist, und um einen vorbestimmten Winkel zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungseinrichtung (36, 37) verdreht ist; und

- ein Paar von Polarisierungsplatten (39, 40), die außerhalb einer Schicht des nematischen Flüssigkristalls angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausrichtungseinrichtung (37) einer Ausrichtungsbehandlung unterworfen ist, um die Moleküle des Flüssigkristalls (38) in der zweiten Richtung, die die erste Richtung unter 0º bis 90º kreuzt, in einer vorbestimmten ersten Drehrichtung, gesehen in einer Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, auszurichten;

- daß der nematische Flüssigkristall (38) eine optische Anisotropie Δn von 0,12 oder weniger, ein dielektrisches Verhältnis Δ&epsi;/&epsi; von 0,5 oder weniger, ausgedrückt durch ein Verhältnis einer dielektrischen Anisotropie Δ&epsi; zu einer dielektrischen Konstanten &epsi; senkrecht zu einer Molekülachse, und einer Retardation Δn.d größer als 0,4 um und kleiner als 1,0 um, ausgedrückt durch das Produkt der optischen Anisotropie Δn und der Flüssigkristalldicke d, aufweist; und

- daß der nematische Flüssigkristall (38) 180º bis 270º zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungseinrichtung (36, 37) in der ersten Drehrichtung, gesehen in der Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, verdreht ist.

2. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall (38) eine Schichtdicke größer als oder gleich 4 um und kleiner als oder gleich 9 um aufweist.

3. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine von der ersten und zweiten Ausrichtungseinrichtung einen Ausrichtungsfilm (36, 37) zum Ausrichten von Flüssigkristall-Molekülen in einer Nähe einer Oberfläche des Ausrichtungsfilms (36, 37) in einem Vorneigungswinkel von 5º oder weniger in bezug auf die Oberfläche, und daß die Oberfläche des Ausrichtungsfilms (36, 37), einer Oberflächenbehandlung unter Reiben der Oberfläche in einer vorbestimmten Richtung unterworfen ist.

4. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Polarisierungsplatten eine erste Polarisierungsplatte (39), die außerhalb der Schicht des nematischen Flüssigkristalls (38) auf einer Seite der ersten Ausrichtungseinrichtung (36) angeordnet ist und eine Polarisierungsachse in einer Richtung, die die erste Richtung unter 180º bis 115º in einer Drehrichtung entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung kreuzt, gesehen aus der Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, aufweist, und eine zweite Polarisationsplatte (40) umfaßt, welche außerhalb der Schicht des nematischen Flüssigkristalls (38) auf einer Seite der zweiten Ausrichtungseinrichtung (37) angeordnet ist und eine Polarisationsachse in einer Richtung, die eine Richtung der Polarisationsachse der ersten Polarisationsplatte (39) unter 90º bis 20º aus der ersten Drehrichtung kreuzt, gesehen aus der Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, ausweist.

5. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausrichtungseinrichtung (37) einer Ausrichtungsbehandlung zum Ausrichten der Moleküle des nematischen Flüssigkristalls (38) in der zweiten Richtung, die die erste Richtung unter 0º bis 60º kreuzt, in der ersten Drehrichtung, gesehen aus der Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, unterworfen ist, um die Moleküle des nematischen Flüssigkristalls (38) um 180º bis 240º zu verdrehen, wobei dem nematischen Flüssigkristall (38) ermöglicht wird, um 180º bis 240º zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungseinrichtung (36, 37) in der ersten Drehrichtung, gesehen aus der Ausbreitungsrichtung des übertragenen Lichts, verdreht zu werden.

6. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Klüssigkristall (38) eine Retardation Δn.d von größer als 0,5 um und kleiner als 0,7 um, welche durch ein Produkt einer optischen Anisotropie Δn und einer Flüssigkristallschichtdicke d ausgedrückt ist, aufweist.

7. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Multiplextreiber-Einrichtung (41 bis 45) zum Anlegen eines Betriebssignals mit einem höheren Spannungsverhältnis als 1/ N+1, wobei N die Anzahl von Zeitabschnitten bzw. -teilungen ist, an eine Vielzahl der nematischen Flüssigkristalle, welche zwischen solchen Teilen der ersten und zweiten Elektroden liegen, welche einander schneiden.

8. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner eine Multiplextreiber-Einrichtung (41 bis 45) zum Anlegen, an eine Vielzahl der nematischen Flüssigkristalle, welche zwischen solchen Teilen der ersten und zweiten Elektroden liegen, welche einander schneiden, eines Betriebssignals mit einer Bildfrequenz zum wiederholten wahlweisen Betreiben der Vielzahl von Teilen, wobei die Bildfrequenz größer als eine Anzahl von Zeitabschnitten bzw. -teilungen ist.

9. Eine Flüssigkristall-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Betriebssignal eine Bildfrequenz zum wiederholten ausgewählten Betreiben der Vielzahl von Teilen aufweist und die Bildfrequenz größer als die Anzahl von Zeitabschnitten bzw. -teilungen N ist.