DE69500923T2

DE69500923T2 - Orientierungsverfahren für flüssigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE69500923T2
Application number: DE69500923T
Authority: DE
Inventors: Guy Bryan-Brown; Damien Mcdonnell; Michael Towler
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1994-02-09
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: GB2301448A; GB9402492D0; JPH09508717A; CN1145119A; CA2182963A1; CN1041241C; US5764325A; TW373092B; EP0744042A1; WO1995022078A1; MY111820A; KR970701371A; GB2286466A; GB9502458D0; SG47941A1; DE69500923D1; ES2108569T3; GB9616831D0; EP0744042B1; JP3939341B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausrichtung einer Flüssigkristallvorrichtung. Solche Vorrichtungen weisen üblicherweise eine dünne Schicht eines Flüssigkristallmaterials auf, das zwischen Zellenwänden gehalten wird. Optisch transparente Elektrodenstrukturen ermöglichen es, über die Schicht hinweg ein elektrisches Feld anzulegen, das eine Umordnung der Flüssigkristallmoleküle in einen AN-Zustand bewirkt. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, entspannen sich die Moleküle zurück in ihren AUS-Zustand.
Es gibt drei bekannte Arten von Flüssigkristallmaterialien, nämlich nematische, cholesterische und smektische, die alle unterschiedliche molekulare Ordnungen haben.
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, die nematische oder cholesterische Materialien mit weiter Schrittweite verwenden sowie eine Oberflächenausrichtungsbehandlung der Zellenwände. Diese Oberflächenausrichtung richtet die in Kontakt mit der Wand stehenden Flüssigkristallmoleküle in eine Ausrichtungsrichtung aus. Wenn die Ausrichtungsrichtungen orthogonal angeordnet werden, werden die Flüssigkristalle im Spannungs-AUS-Zustand zur Annahme einer verdrehten Struktur gezwungen. Dies ist als nematische Vorrichtung mit Verdrehung bekannt. Die Hinzufügung einer kleinen Menge eines cholesterischen Materials zum nematischen Material führt zu einer bevorzugten Verdrehrichtung, so daß eine einheitliche Verdrehung in der Vorrichtung sichergestellt ist. Vorrichtungen können auch mit Verdrehungen größer als 90º hergestellt werden, beispielsweise eine nematische Vorrichtung mit Superverdrehung, oder eine in der US 4 596 446 beschriebene nematische Vorrichtung mit einer Verdrehung von 2700. Eine andere Anforderung an die Ausrichtungsbehandlung ist es, daß den Flüssigkristallmolekülen an der Zellenwand auch eine Oberflächenneigung verliehen werden sollte. In einigen Vorrichtungen ist solch eine Oberflächenneigung notwendig, um eine gleichförmige Anzeige sicherzustellen, siehe z.B. GB 1 472 247 und 1 478 592.
Bei Anzeigen mit einer großen Anzahl adressierbarer Elemente ist es üblich, die Elektroden als eine Folge von Zeilenelektroden auf der einen Wand und als eine Folge von Spaltenelektroden auf der anderen Zellenwand auszubilden. Sie bilden beispielsweise eine x-y-Matrix adressierbarer Elemente oder Pixel und werden üblicherweise unter Verwendung von rms-Adressierverfahren adressiert. Aufgrund von Material- und Vorrichtungsparametern gibt es für die Pixelzahl, die durch Multiplexen adressiert werden kann, eine obere Grenze. Eine Möglichkeit, die Pixelanzahl zu erhöhen, ist es, bei jedem Pixel einen Dünnfilmtransistor vorzusehen; solche Anzeigen werden als aktive Matrixanzeigen bezeichnet.
Ein Verfahren zum Erzeugen einer Ausrichtung wird als Reibprozeß bezeichnet, bei dem eine Zellenwand mit oder ohne Polymerschicht in einer Richtung mit einem weichen Stoff gerieben wird. Flüssigkristallmoleküle richten sich längs der Reibrichtung üblicherweise mit einer Oberflächenneigung von etwa 20 oder mehr in Abhängigkeit von der Polymerschicht aus. Ein Nachteil des Reibvorgangs ist es, daß Staub erzeugt werden kann, der die Ausbeute der Anzeigen verringert, und daß bereits auf den Zellenwänden ausgebildete Dünnfilmtransistoren elektrostatisch oder mechanisch beschädigt werden können.
Eine andere Ausrichtungstechnik ist als Schrägverdampfung von beispielsweise SiO bekannt, die in Abhängigkeit vom Verdampfungsrichtungswinkel Oberflächenneigungen von Null oder hohen Neigungen von z.B. 30º erzeugen kann. Für die Massenfertigung ist solch eine Technik problematisch; ein noch wichtigeres Problem ist es aber, daß es schwierig ist, über große Flächen von Zellenwänden eine gleichförmige Ausrichtungsrichtung und Oberflächenneigung zu erzeugen.
Aus diesen Gründen ist es wünschenswert, nichtreibende Ausrichtungstechniken zu entwickeln. Solche Ausrichtungen umfassen die Verwendung der Langmuir-Bloggett-Technik (H. Ikeno u.a., Japan J Appl Phys, Band 27, Seiten 495, 1988); das Anlegen eines Magnetfelds an das Substrat (N. Koshida und S. Kikui, Appl Phys Lett, Band 40, Seiten 541, 1982); oder die Verwendung von Polymerfilmen, die eine durch mechanisches Ziehen herbeigeführte optische Anisotropie haben (H. Aoyama u.a., Mol Cryst Liq Cryst, Band 72, Seiten 127, 1981); oder das Einstrahlen polarisierten Lichts (M. Schadt u.a., Japan J Appl Phys, Band 31, Seiten 2155, 1992). Außerdem wurden nematische Strukturen mit Verdrehung hergestellt, bei denen lediglich eine Oberfläche gerieben wurde (Y. Toko u.a., Japan Display 92, 491).
Cholesterische Materialien mit kurzer Schrittweite, die thermochrome Anzeigen bilden, wurden durch Gitterstrukturen ausgerichtet, die in Plastikzellenwände eingeprägt wurden, dies ist in GP 2 143 323 (McDonnell 1983) beschrieben. Ein einzelnes Blaze-Gitter wurde zur Ausrichtung von Flüssigkristallmaterialien mit einem Oberflächenneigungswinkel von nahezu Null verwendet, J Appl Phys, Band 52, Nr. 1, Seiten 210-218, M. Nakamura und M. Ura. Bei einer früheren Verwendung von Gittern zur Erreichung vorgeneigter Ausrichtung wurde ein Blaze-Gitter verwendet, das mit einem sinusformigen Gitter kreuzte (E.S. Lee u.a., SID 93 Digest, 957). Der Flüssigkristalldirektor läuft dann längs der Gräben des sinusförmigen Gitters und läuft damit über die Blaze-Nuten, was zu einer Vorneigung führt.
Erfindungsgemäß wird für eine Vorrichtung vom nematischen Typ mit Verdrehung durch einen einzelnen Blaze sowohl eine Ausrichtungsrichtung und eine Oberflächenneigung herbeigeführt, beispielsweise ist es eine Vorrichtung mit einer Verdrehung von 45º, 90º, 180º, 270º, 360º oder mehr, oder mit Verdrehungen von Zwischenwinkeln.
Erfindungsgemäß weist eine nematische Vorrichtung mit Verdrehung auf: zwei Zellenwände, die eine Flüssigkristallmaterialschicht einschließen, Elektrodenstrukturen auf beiden Wänden; eine Oberflächenausrichtung auf beiden Zellenwänden, die für die Flüssigkristallmoleküle eine Oberflächenausrichtungsrichtung erzeugt, wobei die Oberflächenausrichtung auf zumindest einer Zellenwand ein Gitter mit Nuten mit asymmetrischem Profil ist, wobei die Zellenwände so angeordnet sind, daß die Oberfläche nausrichtungsrichtungen einen Winkel ungleich Null zueinander haben, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial eine cholesterische Schrittweite und eine Dicke hat, die zu einem Winkel der Verdrehung führen, der nicht gleich dem Winkel zwischen den Oberflächenausrichtungen der zwei Zellenwände ist, wodurch die Gitterausrichtung zusammen mit Konstanten der elastischen Verdrehung des Flüssigkristallmaterials dem Flüssigkristallmaterial sowohl eine Ausrichtung als auch eine Oberflächenneigung ungleich Null verleihen.
Die asymmetrische Ausrichtung kann in etwa eine sägezahnförmige Querschnittsform haben.
Die asymmetrische Ausrichtungsoberfläche kann als eine Oberfläche definiert werden, für die es keinen Wert h gibt, so daß gelten würde:
Y(h-x) = Y(h+x) (1)
für alle Werte von x, wobei Y die Funktion zur Beschreibung der Oberflächenamplitude ist.
Die asymmetrische Struktur kann eine Zellenwand ganz oder teilweise oder ein Pixel ganz oder teilweise überdecken. Außerdem können die Ausrichtungsrichtungen in unterschiedlichen Bereichen eines Pixels oder in benachbarten Pixeln unterschiedlich sein.
Die Zelle kann zwischen zwei gefärbten oder neutralen Polarisatoren angeordnet sein, die beide eine geringe Menge eines pleochroischen Stoffes (z.B. D 82 Merck) im Flüssigkristallmaterial haben können. Die Polarisationsachse der Polarisatoren, die Schichtdicke und die Doppelbrechung des Materials können so ausgelegt sein, daß der Anzeigekontrast zwischen dem AN- und dem AUS-Zustand optimiert wird. Beispielsweise kann die optische Achse des Polarisators einige Grad verdreht sein gegen parallel oder rechtwinklig zu einer benachbarten Ausrichtungsrichtung; die Vorrichtung kann in einem Gooch- and Tarry-Minimum betrieben werden (J Phys D Appl Phys, Band 8, 1975, Seiten 1575-1584) betrieben werden.
Eine oder beide Zellenwände können aus einem vergleichsweise dicken und nicht flexiblen Material wie Glas gebildet werden, oder eine oder beide Zellenwände können aus einem flexiblen Material wie einer dünnen Schicht Glas oder einem Plastikmaterial, beispielsweise Polypropylen, gebildet sein. Eine Plastikzellenwand kann an ihrer inneren Oberfläche geprägt sein, um ein Gitter zu erzeugen. Außerdem kann die Prägung kleine Säulen hervorrufen (von beispielsweise 1-3 µm Höhe und 5-50 µm oder mehr Breite), um die richtige Beabstandung der Zellenwände zu unterstützen und um für Flüssigkristallmaterialfluß dann, wenn die Zelle gebogen wird, ein Hindernis zu bilden. Die Säulen können aber auch durch das Material der Ausrichtungsschichten gebildet werden.
Beispielhaft wird nun die Erfindung bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, es zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht auf eine Flüssigkristallanzeige, die über eine Matrix multiplexiert adressiert wird;
Fig. 2 einen Querschnitt der Anzeige aus Fig. 1;
Fig. 3 eine stilisierte Darstellung, die Ausrichtung und Verdrehung durch eine Flüssigkristallzelle hindurch zeigt;
Fig. 4 eine diagrammartige Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung der asymmetrischen Ausrichtung;
Fig. 5 einen Querschnitt einer mit der Vorrichtung aus Fig. 4 behandelten Zellenwand;
Fig. 6 einen stilisierten Querschnitt einer ausgerichteten Schicht;
Fig. 7 einen Graphen der Flüssigkristall-Oberflächenneigung über dem Facettenwinkel einer Ausrichtungsschicht.
Die Anzeige aus Figuren 1, 2 weist eine Flüssigkristallzelle 1 auf, die durch eine Schicht 2 eines cholesterischen Flüssigkristallmaterials gebildet wird, das zwischen Glaswänden 3, 4 gehalten wird. Ein Abstandsring 5 hält die Wände um typischerweise 6 µm beabstandet. Außerdem können viele kurze Stücke von Glasfasern mit 6 µm Durchmesser im Flüssigkristallmaterial dispergiert sein, um einen genauen Wandabstand beizubehalten. Streifenförmige Zeilenelektroden 6 beispielsweise aus SnO&sub2; oder ITO sind auf einer Wand 3 ausgebildet, und in ähnlicher Weise sind Spaltenelektroden 7 auf der anderen Wand 4 ausgebildet. Mit m-Zeilenelektroden und n-Spaltenelektroden ergibt dies eine m n-Matrix adressierbarer Elemente oder Pixel. Jedes Pixel wird durch den Schnittpunkt einer Zeilen- mit einer Spaltenelektrode gebildet.
Ein Zeilentreiber 8 führt jeder Zeilenelektrode 6 eine Spannung zu. In ähnlicher Weise führt ein Spaltentreiber 9 jeder Spaltenelektrode 7 Spannung zu. Die angelegten Spannungen werden von einer Steuerungslogik 10 gesteuert, die ihre Energie von einer Spannungsguelle 11 und die Zeitsteuerung von einem Taktgeber 12 bezieht.
Die beiden Seiten der Zelle 1 sind Polarisatoren 13, 13', die so angeordnet sind, daß sich ihre Polarisationsachsen kreuzen und parallel zu einer Ausrichtungsrichtung der anliegenden Wand 3, 4 sind, was später beschrieben wird.
Ein teilreflektierender Spiegel 16 kann hinter der Zelle 1 zusammen mit einer Lichtquelle 15 angeordnet sein. Damit kann die Anzeige reflektierend und bei ungünstigen Umgebungslichtverhältnissen von hinten beleuchtet abgelesen werden. Bei einer durchstrahlten Vorrichtung kann der Spiegel weggelassen werden.
Fig. 3 zeigt den Aufbau bestehend aus einer Schicht 20 nematischen Flüssigkristalls zwischen zwei Gittern 21, 22, die orthogonal ausgerichtete Nuten 23, 24 haben. Die örtlichen Ausrichtungen der Flüssigkristallmoleküle (der Direktor) ist mit 25 bezeichnet. Für sehr tief gefurchte Gitter (also starke azimutale Verankerungsenergien) liegt der Flüssigkristalldirektor 25 an jeder Oberfläche längs der Nutrichtung. Für weniger steile Gitter (oder solche mit längerer Schrittweite) ist der Direktor 25 an den Oberflächen gegen die Nutrichtungen 23, 24 (um θ&sub1; und θ&sub2;) aufgrund der vergleichsweise großen Materialverdrehungsenergie wie in Fig. 3 gezeigt verdreht. Wenn Blaze-Nuten (asymmetrisch) vorliegen, geht dieser Verdrehung mit einer Oberflächenvorneigung einher, die eine richtige Voraussetzung für praktisch anwendbare Vorrichtungen ist, um entgegengesetzte Neigungsauslenkungen zu verhindern. In dieser Beschreibung ist eine Blaze-Oberfläche oben als eine Oberfläche nach Formel (1) definiert. Die Gitter 21, 22 können die gesamte Oberfläche einer Zellenwand bedecken oder können ein Pixel ganz oder teilweise bedecken oder können sich ein wenig über die Pixelgrenzen hinaus erstrecken. Die Gitter können auf der Pixelfläche einer vollständigen Schicht von Gittermaterial sein, wobei die Flächen zwischen Pixeln mit einem Polymer bedeckt sind, dessen Oberfläche kein Gitter aufweist. Statt dessen können die Gitter an den Pixeln getrennte Flächen eines Gitters sein, wobei zwischen den Pixeln kein Gitterpolymer ist. Flächen zwischen den Pixeln ohne Gitter können zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses zwischen AN- und AUS-Zustand einer Anzeige verwendet werden, weil diese Nicht-Gitterflächen in einer üblicherweise weißen nematischen Anzeige mit Verdrehung schwarz erscheinen. Damit entfällt die Notwendigkeit, zwischen Elektroden die Zellenwände mit einem schwarz gefärbten Muster zu versehen, was bei einigen derzeit erhältlichen Anzeigen gemacht wird.
Die Richtung der Nuten in einem Pixel kann in unterschiedlichen Teilen des Pixels unterschiedlich sein, oder kann sich zwischen benachbarten Pixeln unterscheiden, beispielsweise zwei halbe Pixel mit zueinander orthogonalen Nuten. Außerdem kann die Asymmetrie der Nuten und/oder die Tiefe der Nuten innerhalb einer Pixelfläche verändert werden (und damit auch die Oberflächenvorneigung und die Verdrehung), um die Grauwerteignung zu erhöhen, insbesondere für STN- Vorrichtungen (Verdrehungswinkel zwischen 180 und 360º, z.B. 270º). Diese Pixelunterteilung kann zur Verbesserung des Sichtwinkels einer Anzeige verwendet werden.
Die zenitale Verankerungsenergie kann durch Verändern des Gittermaterials oder seiner Verarbeitung und/oder durch Verwendung eines überzugsstoffes (z.B. Lecithin) auf der Gitteroberfläche frei eingestellt werden.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gitters. Licht 30 von einem Argonionenlaser 31 (mit Wellenlänge 457,9 nm) wird durch eine erste Linse 32 auf einen festen Diffusor 33 und einen sich drehenden Diffusor 34 fokussiert. Eine zweite Linse 35 rekollimiert den aufgeweiteten Laserstrahl 30, der dann durch einen halb aluminisierten Strahlteiler 36 auf zwei Spiegel 37, 38 in seiner Amplitude aufgespalten wird. Ein gitterförmig auszubildender Träger 39 wird in einer zwischen den Spiegeln 37, 38 angebrachten Probenhalterung 40 montiert. Die sich zwischen den zwei Spiegeln 37, 38 gegenläufig ausbreiteten Strahlen erzeugen eine optische stehende Welle, also Interferenzstreifen mit einer Periodizität der halben Laserwellenlänge.
Ein Substrat 39 eines mit Indium-Zinn-Oxid (ITO) überzogenen Glases wird vor seiner Anbringung im Probenhalter 40 in Aceton und Isopropanol gereinigt und dann bei 4000 Umdrehungen pro Minute 30 s mit einem Photopolyimid (Ciba Geigy 343) drehbeschichtet, um einen 3,5 µm dicken Überzug 41 zu erzeugen. Ein weiches Brennen wird 15 min bei 80 ºC ausgeführt, danach schließen sich weitere 15 min bei 100 ºC an. Danach wird das Substrat 39 im Probenhalter 40 wie in Fig. 4 gezeigt angebracht und schiefwinklig einem Muster einer stehenden Welle eines vom Argonionenlaser 31 kommenden Lichts ausgesetzt. Dies ist ein spezielles Beispiel einer interferographischen Gitterherstellung, M C Hutley: "Diffraction Gratings" (Academic Press, London, 1982) Seiten 95-125.
Die Interferenzstreifen werden in der Photopolymerschicht 41 wie in Fig. 5 gezeigt aufgezeichnet. Die Schrittweite des Gitters hängt vom Winkel zwischen dem Substrat 39 und der stehenden Welle ab. Eine typische Belichtung dauert 300 s mit einer Leistungsdichte an der Probe von 1,5 mW/cm². Nach einem Brennen (105 ºC, 5 min) nach der Belichtung wird die Probe 15 5 in QZ3301 (Ciba Geigy) drehentwickelt und dann 15 5 in QS3312 gespült.
Der obige Vorgang ist ein spezielles Beispiel einer interferrographischen Gitterherstellung, wie bei M C Hutley: "diffraction Gratings" (Academic Press, London, 1982, Seiten 95-125) beschrieben. Außerdem sind Gitter in GB-2166562-A, Canon; US-4521080, Funada; und US-4232947, Funada, beschrieben.

Beispiel 1

Mit dem bezugnehmend auf die Figuren 4 und 5 beschriebenen Verfahren wurden zwei Gitter hergestellt und bezüglich ihrer Gitterrichtungen ortogonal angeordnet; ein Abstandshalter hielt die Gitter 10 µm beabstandet. Die sich ergebende 10 µm dicke Zelle wurde mit einer gewerblichen Mischung E7 (Merck) gefüllt. Aufgrund der schwachen azimutalen Verankerung der Gitter stellte sich für die nematische Substanz eine Ausrichtung so heraus, daß θ&sub1; = θ&sub2; = 45º hielt (siehe Fig. 3). An jeder Oberfläche wurde durch das bei G. Baur u.a. in "Phys Lett" Band 56a, Seite 142 (1976) beschriebene Kristallrotationsverfahren eine Vorneigung von 1,2º gemessen. Eine nachfolgende mikroskopische Untersuchung anhand der Atomkraft (AFM) einer der Oberflächen zeigte, daß sie ein schräg sinusförmiges Profil mit maximalen Neigungen von 9,1º auf einer Seite der Nuten und 7,50 auf der anderen Seite hat. Somit stellte sich heraus, daß ein asymmetrisches Monogitter einer nematischen Substanz eine Vorneigung zuführt, solange sich der Direktor in einem finiten Winkel bezüglichdernutenerstreckt.
Durch vereinfachte theoretische Überlegungen kann bezugnehmend auf Fig. 6 gezeigt werden, daß ein Blaze-Gitter zu einer Vorneigung führt.
Angenommen wird ein einheitliches Direktorfeld über einem Blaze-Gitter unter einem Winkel θp zur Oberfläche so, daß die Oberflächenverankerungsenergie minimal ist (also die Volumenenergie vernachlässigbar ist). Wenn die Oberfläche wie gezeigt definiert ist mit Neigungswinkeln von θa und θb, Amplitude x, Schrittweite 2L und molekularer Oberflächenneigung θp, er gibt sich die Oberflächenverankerungsenergie durch:
als Minimum θp für er gibt sich: wenn θb = π/2 ist, also eine der Neigungen vertikal ist, vereinfacht sich die obige Lösung zu:
Die Gleichung ist in Fig. 7 dargestellt und zeigt, daß die Vorneigung im wesentlichen linear von θa abhängt und immer größer als θa ist. Einfache theoretische Betrachtungen haben damit bestatigt, daß durch ein asymmetrisches Nutprofil eine endliche Vorneigung erzeugt- wird.
Im experimentellen Beispiel bildete das Flüssigkristall bei etwa 45º zu den Gitternuten einen nahezu gleichförmigen Zustand. Um eine vollständig um 90º verdrehte Struktur zu erhalten, wird das Flüssigkristall mit einem chiralen Zusatz dotiert (um eine entgegengesetzte Drehung zu verhindern) und die Nuten werden unter einem Winkel größer oder kleiner als 90º zueinander angeordnet. Die Asymmetrie der Nuten (und damit die Vorneigung) sowie die chirale Dotierung können erhöht werden, so daß eine STN-Struktur (verdreht um 270º) hergestellt werden kann. Die Gitter des experimentellen Beispiels hatten eine Schrittweite von 1,6 µm. Es kann aber ein weiter Bereich von Schrittweiten verwendet werden.
Mit der Anordnung in Fig. 4 können beliebige Gitterschrittweiten größer als 0.23 µm (halbe Laserwellenlänge) hergestellt werden, kleinere Schrittweiten können mit Ultraviolettlasern erzeugt werden. Die azimutale Ausrichtungsenergie pro Einheitsfläche wurde für ein sinusförmiges Gitter (von D.W. Berreman in "Phys Rev Lett." 28, 1683 (1972)) zu U = 2π³K&sub1;&sub1; (a²/L³) berechnet, wobei a die Gitteramplitude (Hälfte von der Spitze bis in die Tiefe der Nut) und L die Schrittweite ist. Im Hinblick auf die Flüssigkristallausrichtung muß ein brauchbares Gitter ein Profil so haben, daß U größer ist als die thermische Zufallsenergie und größer als die mit beliebigen anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten oder Materialinhomogenitäten einhergehenden Energien ist. Um ausreichende Energien zu erhalten, sind kleine Schrittweiten zu bevorzugen, weil dann, wenn a sehr groß ist, längs des Gitters ein großer Spannungsabfall auftritt, wenn an die Zelle ein Feld angelegt wird.
Gitter, die für solche Konfigurationen geeignet sind, können auch hergestellt werden durch Trägerschichtübertragung, Photolithographie (F. Horn, "Physics World" 33 (März 1993)), Prägen (M.T. Gale u.a., "J Appl Photo Eng", Band 4, Seiten 2, 41 (1978)) oder Linierung (E.G. Loewen und R.S. Wiley, "Proc SPIE", Band 815, Seiten 88 (1987)).

Claims

1. Nematische Vorrichtung mit Verdrehung mit:

zwei Zellenwänden (3, 4), die eine Schicht (2) eines Flüssigkristallmaterials einschließen, Elektrodenstrukturen (6, 7) an beiden Wänden (3, 4), einer Oberflächenausrichtung auf beiden Zellenwänden, die für die Flüssigkristallmoleküle eine Oberflächenausrichtungsrichtung erzeugt, wobei die Oberflächenausrichtung auf zumindest einer Zellenwand (3, 4) ein Gitter (21, 22) mit Nuten (23, 24) mit asymmetrischem Profil (θa, θb) ist, wobei die Zellenwände (3, 4) so angeordnet sind, daß die Oberflächenausrichtungsrichtungen einen Winkel ungleich Null zueinander haben, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmaterial eine cholesterische Schrittweite (p) und eine Dicke (d) hat, die zu einem Winkel der Verdrehung führen, der nicht gleich dem Winkel (Φ) zwischen den Oberflächenausrichtungsrichtungen der zwei Zellenwände (3, 4) ist, wodurch die Gitterausrichtung (23, 24) zusammen mit Konstanten der elastischen Verdrehung des Flüssigkristallmaterials (2, 20) dem Flüssigkristallmaterial (2, 20) sowohl eine Ausrichtung als auch eine Oberflächenneigung (θp) ungleich Null verleihen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die cholesterische Steigung sowie die Ausrichtungsrichtungen der Struktur der asymmetrischen Nuten so ausgelegt sind, daß sich das Flüssigkristall um einen Winkel dreht, der kleiner ist als der Winkel zwischen den Ausrichtungsrichtungen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die cholesterische Steigung und die Ausrichtungsrichtungen der Struktur der asymmetrischen Nuten so ausgelegt sind, daß sich das Flüssigkristall um einen Winkel dreht, der größer ist als der Winkel zwischen den Ausrichtungsrichtungen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur in etwa eine sägezahnförmige Querschnittsform hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur an Pixel bildenden Elektrodenschnittpunkten ausgebildet ist, wobei es Lücken gibt, die keine Ausrichtung aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Richtung der Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur in unterschiedlichen Bereichen eines Pixels oder in benachbarten Pixeln unterschiedlich ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Asymmetrie der Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur in unterschiedlichen Bereichen eines Pixels oder in benachbarten Pixeln unterschiedlich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Tiefe der Nuten der Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur in unterschiedlichen Bereichen eines Pixels oder in benachbarten Pixeln unterschiedlich ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur mit einem Tensid überdeckt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur so ist, daß a²/L³ > 300 m&supmin;¹ gilt, wobei a die Gitteramplitude und L die Gitterteilung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur so ist, daß da²/L³ > 0,03 gilt, wobei d die Schichtdicke ist, a die Gitterausrichtung und L die Gitterteilung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur in einer Schicht photolithographischen Materials ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur in einer Schicht geprägten Materials gebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur durch eine Schicht linierten Materials gebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausrichtung mit asymmetrischer Nutstruktur von einem Trägerschichtmaterial übertragen wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, die zwischen zwei Polansierern angeordnet ist, die mit ihren Polarisationsachsen unter einem Winkel zu den Ausrichtungsrichtungen angeordnet sind, so daß der Kontrast zwischen dem Anund dem Aus-Zustand der Vorrichtung optimiert ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der dem Flüssigkristallmaterial pleochroitischer Farbstoff hinzugefügt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zellenwände aus einem Glasmaterial gebildet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zellenwände aus einem biegsamen Plastikmaterial gebildet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Abstandshalter auf einer oder auf beiden Zellenwänden ausgebildet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Abstandshalter durch das das Gitter bildende Material auf einer oder auf beiden Zellenwänden gebildet sind.