DE3327272A1 - Fluessigkristall-anzeige - Google Patents

Fluessigkristall-anzeige

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DE3327272A1
DE3327272A1 DE19833327272 DE3327272A DE3327272A1 DE 3327272 A1 DE3327272 A1 DE 3327272A1 DE 19833327272 DE19833327272 DE 19833327272 DE 3327272 A DE3327272 A DE 3327272A DE 3327272 A1 DE3327272 A1 DE 3327272A1
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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Description

Flüssigkristall-Anzeige
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung befaßt sich mit einer Flüssigkristall-Anzeige vom Typ TN-FEM (twisted-nematic field-effect, d.h. verdrillt nematische Feldeffekt Flüssigkristall-Anzeige) , welche Flüssigkristall-Moleküle mit einer 5 9o° Verdrillung aufweist, wobei ein Polarisator und ein Analysator spezielle spektrale Charakteristiken festlegen, wozu deren Polarisationsachsen so gelegt werden, daß sie einen bestimmten Winkel θ miteinander einschließen, damit das Aussehen der auf der TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeige erscheinenden Bilder, insbesondere dann, wenn an die Anzeige kein elektrisches Feld angelegt ist, verbessert wird.
Fig. 1(a) zeigt in Querschnittdarstellung eine herkömmliehe TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle. Fig. 1(b) zeigt in einem Schaubild die Orientierung der Polarisationsachsen eines Polarisators und eines Analysators. Zwischen dem Polarisator 1 (siehe Figur 1(a)) und einem Analysator 7 ist eine Flüssigkristall-Zelle angeordnet. O0 Die Flüssigkristall-Zelle enthält zwei Glassubstrate 2, 2', zwei durchsichtige Elektroden (ITO Elektroden) 3 sowie zwei isolierende Filme 4 zur Orientierung von Flüssigkristall-Molekülen. Die Elektroden 3 und die Filme 4 sind zwischen den inneren Oberflächen der Substrate 3f- 2,2' angeordnet und eine Flüssigkristall-Schicht 5 von verdrillt nematischer Struktur ist zwischen die isolierenden Filme 4 eingebracht. Die Glassubstrate 2 und 2"
sind um ihre Außenkanten mittels eines Abstandshalters 6 abgedichtet. Die Flüssigkristall-Moleküle, welche näher an dem Glassubstrat 2 liegen, sind in Richtung eines Vektors r.. gemäß Fig. 1 (b) orientiert, während die Flüssigkristall-Moleküle, die näher an dem Glassubstrat 2' liegen, in Richtung eines Vektors r- orientiert sind. Der Polarisator 1 hat eine Polarisationsrichtung, welche durch den Vektor P wiedergegeben ist. Der Analysator 7 hat eine Polarisationsrichtung, welche durch den Vektor α wiedergegeben ist. Diese in Fig. 1(b) wiedergegebenen Polarisationsrichtungen sind aus einer Sicht unmittelbar oberhalb der Flüssigkristall-Zelle dargestellt, θ bezeichnet den Winkel zwischen dem Polarisator 1 und dem Analysator 7, d.h. zwischen deren Polarisationsrichtungen, β den Verdrillungswinkel (= 90°) der Flüssigkristall-Moleküle. In Fig. 1(b) beträgt der Differenzwinkel
2
Fig. 2 zeigt die spektrale Lichtdurchlässigkeit der in Figl 1(a) gezeigten Flüssigkristall-Zelle, wie man sie im allgemeinen erhält, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist. Die spektrale Durchlässigkeit hängtab von der Anisotropie Δη des Brechungsindex des Flüssigkristalls (^n = η - η , wobei η der Brechungsindex des außerordentlichen Strahls und η der Brechungsindex des ordentlichen Strahls sind), der Dicke d der Flüssigkristall-Schicht und den spektralen Charakteristiken des Polarisators und Analysators sowie dem Winkel 9,der zwischen den Polarisationsachsen des Polarisators und Analysators eingeschlossen ist.
In letzter Zeit wurden Flüssigkristall-Anzeigen derart konstruiert, daß die Brechungsindex-Anisotropie Δη der Flüssigkristalle und die Dicke d der Flüssigkristallschicht sehr klein waren, um den Betrachtungswinkel zu verbessern. Dies führte dazu, daß die optische Weglänge Δ n-d so klein ist, daß sie der Wellenlänge sichtbarer Lichtstrahlen vergleichbar wird, so daß es zu einer
starken Ausbildung von Intereferenzphänomenen kommt. Dies bewirkt, daß die spektrale Lichtdurchlässigkeit durch die TM-FEM Flüssigkristall-Zelle sich im Bereich des sichtbaren Lichts sehr stark ändert, was zu einer Einfärbung oder Entfärbung der Flüssigkristall-Zelle führt. Als Folge hiervon wird die von der Flüssigkristall-Anzeige gelieferte Anzeigequalität sehr beeinträchtigt. Dieses Phänomen der Farbigkeit hängt im hohen Grade von der Dicke d der Flüssigkristall-Zelle ab. Da es bei einer Flüssigkristall-Zelle,die eine relativ große Anzeigefläche aufweist, schwer ist, die Dicke der Kristall-Zelle gleichmäßig zu halten, variiert die Fläche der Flüssigkristall-Zelle in der Farbe und es ergibt sich eine schlechte Anzeigequalität.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der vorstehenden Nachteile eine Flüssigkristall-Anzeige zu schaffen, bei der durch Auswahl der spektralen Charakteristiken eines Polarisators oder eines Analysators oder einer Kombination aus Analysator und Polarisator jegliches Farbphänomen der Flüssigkristall-Zelle zum Verschwinden gebracht wird bzw. die Flüssigkristall-Anzeige in die Lage gesetzt wird, eine Anzeige in einem gleichmäßigen Farbton hoher Qualität zu liefern.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den neben- und untergeordneten Ansprüchen beschrieben.
Mit der Erfindung wird eine Flüssigkristall-Anzeige geschaffen, die eine zwischen einem Polarisator und einem Analysator eingebrachte Flüssigkristall-Schicht von verdrill nematischer Struktur enthält. Der Polarisator und der Analysator haben Spektralcharakteristiken, die derart ausgewählt sind, daß die Lichtdurchlässigkeit in dem Wellenlängenbereich zwischen 400 nm bis 500 nm maximal ist. Die Flüssigkristall-Schicht hat eine Brechungsindex-
Anisotropie Δη und eine Dicke d. Der Polarisator und der analysator haben Polarisationsachsen, die einen Winkel θ zwischeneinander einschließen, wobei der Winkel θ so ausgewählt ist, daß er in einem· Bereich zwischen 91° und 110° liegt, wenn das Produkt Δη-d etwa 0,5 μπι beträgt und daß er in einem Bereich zwischen 94 und 120 liegt, wenn das Produkt Δη-d annähernd 1,0 μπι beträgt, wobei eine ca. 10%ige Schwankung zugelassen ist. Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Fig. 1(a) zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle.
Fig. 1(b) zeigt in schematischer Weise die Orientierung
der Polarisationsachsen eines Polarisators und und eines Analysators.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der spektralen Lichtdurchlässigkeit durch die in Fig. 1(a) gezeigte
Flüssigkristall-Zelle.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der spektralen Lichtdurchlässigkeit durch die Flüssigkristall-Zelle der Fig. 1(a), bei unterschiedlichen Win
keln zwischen den Polarisationsachsen.
Fig. 4 zeigt im Diagramm die spektralen Charakteristiken eines Polarisators und eines Analysators gemäß einer ersten Ausführungsform der Er
findung.
Fig. 5 zeigt im Diagramm die spektralen Charakteristiken eines Polarisators und eines Analysators gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 6 zeigt im Diagramm die spektrale Lichtdurchlässigkeit durch eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle, deren Polarisationsachsen einen Winkel von
92 miteinander einschließen.
Fig· 7 zeigt im Diagramm die spektrale Charakteristik des unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Polarisators und Analysators, wobei die Polarisationsachsen einen Winkel von 90° miteinander einschließen.
Fig. 8 zeigt im Diagramm die spektrale Charakteristik eines Polarisators und eines Analysators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 15
Fig. 9 zeigt im Diagramm die spektrale Lichtdurchlässigkeit durch eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle, deren Polarisationsachsen einen Winkel von 94 miteinander einschließen.
Fig. 10 zeigt im Diagramm die spektrale Charakteristik des unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterten Polarisators und Analysators, wobei die Polarisationsachsen
einschließen.
sationsachsen einen Winkel von 90° miteinander
Die spektrale Lichtdurchlässigkeit einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeige wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt erkennen, daß das Transmissionsvermögen bei längeren Wellenlängen des sichtbaren Lichtes größer ist und bei kürzeren Wellenlängen kleiner ist. Der Farbton der Flüssigkristallanzeige ist rötlich und die Anzeigequalität schlecht. Zur Entfernung des rötlichen Farbtons wird die Spektralcharakteristik eines Polarisators oder eines Analysators derart ausgewählt, daß das Transmissionsvermögen in Nachbarschaft des Wellenlängenbereichs von 400 nm bis 500 nm maximal ist. Wenn das Pro-
»β * β SI* f βλ« <? φ β -Ο ί
9 · if *
dukt aus Brechungsindex-Anisotropie Δ η des Flüssigkristalls und der Dicke d der Flüssigkristallschicht, d.h. die optische Weglänge 0,5 um beträgt, wird der Winkel θ zwischen den Polarisationsachsen des Polarisators und des Analysators in einem Bereich gewählt, der zwischen 90° und 105° liegt/ wenn das Produkt Δ n*d dagegen 1,0 μΐη beträgt, wird der Winkel θ in einem Bereich von 94° bis 110° gewählt. Dies vergrößert die Durchlässigkeit für das durch die Flüssigkristall-Zelle hindurchgelassene Licht bei kürzeren Wellenlängen im sichtbaren Bereich des Spektrums, so daß die spektrale Charakteristik der Flüssigkristall-Zelle über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums eben wird. Die Flüssigkristall-Zelle wird daher weiß und die Anzeigequalität derselben wird erheblieh verbessert. Die Anmelderin konnte desweiteren bestätigen, daß sich diese Einstellwinkel auch auf eine Verbesserung des Kontrastverhältnisses und der Betrachtungswinkel der Flüssigkristall-Anzeige auswirken. Fig. 3 zeigt die spektrale Charakteristik, die man erhält, wenn der Winkel θ zwischen den Polarisationsachsen bei 90 und 100° gewählt wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf den Ergebnissen solcher Experimente.
Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Beispiel 1
Es wurd eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle, wie in Fig·. I dargestellt, verwendet, welche eine Flüssigkristall-Schicht mit einer Dicke d von 5,5 μπι enthielt. Das verwendete Flüssigkristall-Material ,war Phenylcyclohexan. Die Brechungsindex-Anisotropie Δη betrug 0,1, so daß das Produkt Δη-d einen Wert von 0,55 um annahm.
Fig. 4 zeigt die spektrale Charakteristik eines Polarisators und eines Analysators gemäß diesem Beispiel mit eine.r maximalen Lichtdurchlässigkeit in Nachbarschaft zu der Wellenlänge 450 nm. Fig. 5 zeigt die Spektralcharakteristik eines Polarisators und Analysators gemäß dem Stand der Technik, welche über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums flach verläuft. Fig. 6 zeigt die Spektralcharakteristik des durch eine TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeige hindurchgelassenen Lichts bei Verwendung des Polarisators und des Analysators, welche die maximale Durchlässigkeit in Nachbarschaft der Wellenlänge 450 nm aufweis en,wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, wobei die Polarisationsachsen einen Winkel von 92° einschließen. Fig. 6 zeigt, daß die spektrale Charakteristik über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts flach verläuft. Zu Vergleichszwecken sei auf Fig. 7 verwiesen, welche die spektrale Charakteristik des von einer TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeige durchgelassenen Lichts zeigt, wobei bei dieser ein Polarisator und Analysator verwendet wurde, der die herkömmliche Spektralcharakteristik gemäß Fig. 5 aufweist, und dessen Polarisationsachsen einen Winkel von 90° einschließen. Da die Durchlässigkeit bei größeren Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts größer ist, wirkt die Anzeigeoberfläche der Flüssigkristall-Zelle rötlich. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Vergleich der Figuren 6 und 7.
Beispiel 2
Es wurde eine TN-FEM-Flüssigkristall-Zelle gemäß Fig. verwendet, welche eine Flüssigkristall-Schicht mit einer Dicke d von 6,8 um enthielt. Als Flüssigkristall-Material wurde eine Mischung aus Phenylcyclohexan, Biphenyl und Ester verwendet. In der folgenden Tabelle ist ein typisches Beispiel für eine Mischung aus Polyphenyl-
* η θ · ο * β
11
cyclohexan, Biphenyl und Ester wiedergegeben.
Iv-C3H7 -/h\ - (O/ - CN ... 12 Gew.-%
n-C4H9 -^H/ -Zo)-CN ... 9 Gew.-%
n-C2H5 -(O)-(O)- CN ... 9 Gew.-i
7 O \ - < 0 ) - CN ... 7 Gew.-%
0) -(O)-C2H5 ... 12 Gew.-%
0> -(O)- CN ... 4 Gew.-%
CH3 -<0>- COO -(0>- C5H11 ... 8 Gew.-%
n~CH " V°7 ~ C0° ~ \^J ~ C5H11 ·'· 6
4 Gew.-
n-c-7Hic - ' ° 7 - co° - \ 0 / - CcH11 ... 29 Gew.-%
Die Brechungsindex-Anisotropie Δη betrug 0,16 und das Produkt Δη·ά betrug 17O9 μπι.
Fig. 8 zeigt die spektrale Charakteristik eines Polarisators und Analysators gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die eine maximale Lichtdurchlässigkeit in Nachbarschaft zu der Wellenlänge von 450 nm aufweisen. Fig. 9 zeigt die spektrale Charakteristik des durch eine TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeige hindurchgelassenen Lichts, bei Verwendung des Polarisators und des Analysators mit der
in Fig. 8 gezeigten spektralen Charakteristik, wobei die Polarisationsachsen einen Winkel von 94° einschließen. Fig. 9 zeigt/daß die spektrale Charakteristik über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes wie bei Beispiel 1 flach verläuft. Zu Vergleichszwecken wird auf Fig. 10 verwiesen, welche die spektrale Charakteristik des von einer TN-FEM-Flüssigkristall-Anzeige durchgelassenen Lichts wiedergibt, bei der ein Polarisator und Analysator mit der herkömmlichen in Fig. 5 gezeigten Spektralcharakteristik verwendet wird und die Polarisationsachsen einen Winkel von 90° einschließen.
Beispiel 2 läßt erkennen, daß die Wiedergabequalität der Flüssigkristall-Zelle durch die Verwendung des Polarisators und Analysators mit einer maximalen Durchlässigkeit im Bereich kürzerer Wellenlängen des sichtbaren Spektrums verbessert wird.
Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es somit, durch eine Regelung der spektralen Charakteristik eines Polarisators und eines Analysators das Farbproblem in einer Flüssigkristall-Zelle auszuschalten und Flüssigkristall-Anzeigen mit verbesserter Wiedergabequalität herzustellen.

Claims (9)

«4 β» C DIEHL & KRESSIN Patentanwälte E-.-opean Patent A:tcr.-:-,'S Kanilei/Ofiice: Ruggenstraßf 17 ■ D-8000 Müncnen 'S; 28.7.1983 D/so S 4101-D SHARP KABUSHIKI KAISHA No. 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku Osaka-shi, Osaka / Japan Flüssigkristall-Anzeige Patentansprüche
1. Flüssigkristall-Anzeige mit einem Polarisator (1)/ der eine erste Polarisationsachse (P) festlegt und miteinein Analysator (7) , der eine zweite Polarisationsachse .(A) festlegt, wobei die Polarisationsachsen (P und A) einen Winkel (Θ) miteinander einschließen, sowie mit einer zwischen Polarisator (1) und Analysator (7) angebrachten Flüssigkristall-Schicht (5), die bezüglich des Brechungsindex eine Anisotropie (Δη) und eine Dicke (d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer maximalen Lichtdurchlässigkeit von
gO Polarisator (1) und Analysator (7) in einem Wellenlängenbereich von 400 nia bis 500 nm der Winkel (Θ) in einem Bereich zwischen 91, vorzugsweise 92 und 110° festgelegt ist, wenn für das Produkt aus Brechungsindex-Anisotropie (Δη) und Dicke (d) der Flüssigkristall-Schicht (5) die
gc Beziehung gilt: 0,45 μπι -Δη-d - 0,55 um, vorzugsweise wenn Δη«d ungefähr gleich 0,5 um beträgt.
2. Flüssigkristall-Anzeige mit einem Polarisator (1), der eine erste Polarisationsachse (P) festlegt und mit einem Analysator (7), der eine zweite Polarisationsachse (A) festlegt, wobei die Polarisationsachsen (P und X) einen Winkel (Θ) miteinander einschließen, sowie mit einer zwischen Polarisator (1) und Analysator (7) angebrachten Flüssigkristall-Schicht (5), die bezüglich des Brechungsindex eine Anisotropie (Δη) und eine Dicke (d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer maximalen Lichtdurchlässigkeit von Polarisator (1) und Analysator (7) in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 500 nm der Winkel (Θ) in einem Bereich von 94 bis 120 festgelegt ist, wenn für das Produkt aus Brechungsindex-Anisotropie (An) und Dicke (d) der Flüssigkristall-Schicht (5) die Beziehung gilt: 0,9 um - Δη-d ^ 1,1 um vorzugsweise wenn Δη*d ungefähr gleich 1,0 um beträgt.
3. Flüssigkristall-Anzeige mit einer Flüssigkristall-Schicht (5), welche sichtbares Licht durchläßt und einen mit der Frequenz des durchgelassenen Lichts variierenden Durchlaßgrad aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu der Flüssigkristall-Schicht (5) Mittel (1,7) vorgesehen sind, welche sichtbares Licht durchlassen und so ausgebildet sind, daß sie den für die verschiedenen Frequenzen des sichbaren Lichts variierenden Durchlaßgrad der Flüssigkristall-Schicht (5) derart ausgleichen, daß sichtbares Licht, welches durch die Flüssigkristall-Schicht (5) und die Mittel (1,7) hindurchtritt wesentlich gleichförmig über den gesamten Frequenzbereich des sichtbaren Lichts hindurchgelassen wird.
4. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aus-
Ü 4 A t
· « β « a e
β
α s · « ο ·β
gleich des für verschiedene Frequenzen des sichtbaren Lichts variierenden Durchlaßgrades einen Polarisator (1) und einen Analysator (7) enthalten, deren Polarisationsachsen (P, X) derart gewählt sind, daß sie einen bestimmten Winkel (Θ) miteinander einschließen, der in Abhängigkeit von dem Produkt (Δη . d) der Brechungsindex-Aniso.tropie (An) und der Dicke (d) der Flüssigkristall-Schicht (5) festgelegt ist.
5. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ) zwischen 91 vorzugsweise 92 und 110 festgelegt ist, wenn für das Produkt Λη·,α die Beziehung gilt Ο,45'μΐη-Δη·α-Ο,55 μπι und vorzugsweise \*enn An>d etwa 0,5 μπι beträgt.
6. Flüssigkristall-An2eige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ) zwischen 94 und 120° festgelegt ist, wenn für das Produkt Δη-d die Beziehung gilt "0,9- μπι s Δη-d - 1,1 μκι, vorzugsweise wenn Δη-d etwa 1,0 μπι beträgt.
7. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Schicht (5)Phenylcyclohexan enthält.
8. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Schicht eine Mischung aus Phenylcyclohexan Biphenyl und Ester enthält.
9. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall-Schicht (5) eine verdrillt nematisehe Struktur aufweist.
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