Flüssigkristallanzeigevorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und insbesondere auf eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit verbesserten Kennwerten der Abhängigkeit von
Kontrastverhältnissen und angezeigten Farben von dem Sichtwinkel.
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Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen haben bedeutende Vorteile
ausgedrückt in Begriffen einer dünnen Abmessung, eines geringen
Gewichts und eines niedrigen Energieverbrauchs. Sie werden bis
jetzt schon weitgehend bei verschiedenen Erzeugnissen verwendet,
wie beispielsweise einer Uhr, einem Elektronenrechner, einem
Wortprozessor, einem Personalcomputer und dergleichen. Die
meisten Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen verwenden einen
verdrillten (vertwisteten) nematischen Flüssigkristall Weiterhin
hat eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit einfacher
Matrix, wie sie gegenwärtig bei einem Personalcomputer verwendet
wird, eine große Anzeigeebene (ungefähr 10 Zoll diagonal) und
eine große Anzeigekapazität (Z.B. 640 x 480 Bildelemente). Eine
solche Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung hat eine einfache
Konfiguration insofern, als Flüssigkristall, das eine (um 180º
oder mehr) verdrillte molekulare Ausrichtung hat, zwischen zwei
in einem Abstand voneinander angebrachten Glassubstraten
eingeschichtet ist, an dem durchsichtige Streifenelektroden
ausgebildet sind (ST-Form (superverdrillte Form)). Um ein Multiplex-
Treiben mit einer verhältnismäßig großen Anzahl
Bildzerlegungszeilen durch Verwendung einer solchen einfachen Konfiguration zu
realisieren, muß eine Steilheit einer elektrooptischen Kennlinie
verbessert werden. Die Steilheit repräsentiert einen
elektrooptischen Kennwert einer Flüssigkristallzelle, wenn ein angelegter
Spannungswert der Zelle oberhalb einer Schwellenspannung
geändert wird. Die Steilheit einer elektooptischen Kennlinie kann
verbessert werden durch vergrößern des totalen Verdrillwinkels
(bezogen auf einen Verdrillwinkel) der molekularen Ausrichtung
im Flüssigkristall. In der Praxis muß ein Verdrillwinkel einer
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in dem ST-Betrieb mindestens
180º sein. Da dieser Verdrillwinkel viel größer verglichen mit
dem Verdrillwinkel von ungefähr 90º für die TD-LCD ist, werden
LCD's, die einen solchen Verdrillwinkel haben, "superverdrillte"
LCD genannt. Wenn jedoch ein Verdrillwinkel auf 180º oder mehr
ansteigt, dann zeigt eine Anzeige wegen einer
Doppelbrechungserscheinung unerwünschte Farben. Um die unerwünschten Farben zu
verhüten, ist die japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-53528
veröffentlicht worden, bei welcher ein achromatisches
Anzeigebild durch Einsetzen einer zweiten Flüssigkristallzelle
realisiert werden kann, welche dazu dient, eine optische Kompensation
zwischen einem Polarisator und einer ersten Flüssigkristallzelle
(welche als Anzeige dient) durchzuführen, wobei die zweite Zelle
eine molekulare Ausrichtung hat, die in einer Richtung entgegen
der in der ersten Zelle verdrillt ist. Dies basiert auf dem
Prinzip, daß Licht, das gewöhnliche Strahlkomponenten und
außergewöhnliche Strahlkomponenten besitzt, in elliptisch
polarisiertes Licht durch die erste Flüssigkristallzelle verändert
wird, in welcher eine molekulare Flüssigkristallausrichtung
verdrillt ist. Weiterhin wird das elliptisch polarisierte Licht
in linear polarisiertes Licht durch die zweite
Flüssigkristallzelle in einer solchen Weise umgewandelt, daß die gewöhnlichen
Strahlkomponenten und die außergewöhnlichen Strahlkomponenten
gegeneinander ausgetauscht werden. Folglich kann die
unerwünschte Einfärbung, welche durch die Doppelbrechungserscheinung
verursacht wird, vermieden werden. Das Ergebnis ist, daß ein
achromatisches Anzeigebild realisiert werden kann. Um in genauer Form
elliptisch polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht
umzuwandeln, muß für die folgenden Bedingungen gesorgt werden:
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Erstens hat die zweite Flüssigkristallzelle für eine optische
Kompensation einen Verzögerungswert, der im wesentlichen gleich
dem der ersten Flüssigkristallzelle für die Anzeige ist.
Zweitens sind die Verdrillrichtungen für die molekulare Ausrichtung
sowohl der ersten, als auch der zweiten Zelle umgekehrt
zueinander. Drittens müssen sich deren molekulare Ausrichtungen,
welche in engem Kontakt miteinander stehen, rechtwinklig
schneiden.
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Neben der vorstehend beschriebenen Technik sind noch
verschiedene andere Techniken offenbart worden, um zu verhüten, daß ein
Anzeigebild eine unerwünschte Einfärbung erhält. Zum Beispiel
werden Verzögerungsschichten anstelle einer zweiten
Flüssigkristallzelle verwendet. Speziell werden mehrere Schichten an
Verzögerungsfilmen auf einer ersten Flüssigkristallzelle so
aufgelagert, daß die aufgelagerten Filme im wesentlichen dieselbe
Funktion haben, wie eine zweite Flüssigkristallzelle.
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Wie vorstehend beschrieben, kann man selbst bei der
superverdrillten Einrichtung ein zufriedenstellendes chromatisches
Anzeigebild erhalten, wenn für eine angemessene optische
Kompensation gesorgt worden ist. Weiterhin kann man auch mit einer
vorgeschriebenen Kombination von Farbfiltern ein
zufriedenstellendes Farb-Anzeigebild, welches attraktiver als Produkt ist,
erreichen. Jedoch bei einem System mit einer einzigen Matrix
werden Anzeigeoperationen durch Multiplex-Matrix-Adressierung
durchgeführt. Folglich nimmt, wenn die Anzahl der
Bildzerlegungszeilen ansteigt, um eine Anzeigekapazität zu vergrößern,
eine Differenz zwischen einem Spannungswert, bei welchem Licht
abgeschaltet wird und einem Spannungswert, bei welchem Licht
übertragen wird, nennenswert ab. Das Ergebnis ist, daß sich ein
Kontrastverhältnis und eine Reaktionsgeschwindigkeit einer
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in unvermeidlicher Weise
verschlechtert. Weiterhin wird bei einer konventionellen Technik in
Abhängigkeit von den Sichtrichtungen und -winkeln ein
Anzeigebild umgekehrt oder verschwindet vollkommen oder wird in
unerwünschter Weise gefärbt. Diese Erscheinungen sind für die
Realisierung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit guter
Qualität von wesentlichem Nachteil.
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Im Fall einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in einem Aktiv-
Matrixsystem sind Schaltelemente, die aus
Dünnschichttransistoren und Dioden bestehen, an entsprechenden Bildelementen
vorgesehen. Bei diesem System kann ein Spannungswert, bei welchem
Licht abgeschaltet wird und ein Spannungswert, bei welchem Licht
übertragen wird, unabhängig von der Anzahl der
Bildzerlegungszeilen willkürlich gesteuert werden. Deshalb braucht die
Steilheit elektrooptischer Kennwerte von dem Flüssigkristall nicht
nennenswert hoch zu sein, d.h. ein Verdrillwinkel (Twistwinkel)
braucht nicht so groß zu sein, wie im Fall einer
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in ST-Form.
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Eine Flüssigkristallzelle in einer TN(Twist-Nematik)-Form, deren
Moleküle in einer Orientierung eines Twistwinkels von 90º
liegen, ist schlechter als eine Flüssigkristallzelle in der ST-
Form, ausgedrückt in der Geschwindigkeit bei elektrooptischen
Kennwerten. Jedoch nutzt eine Flüssigkristallzelle in der TN-
Form ihre optische Rotationsenergie als Anzeigeprinzip. Folglich
kann man ein Ausgabebild mit hohem Kontrast verhältnismäßig
leicht ohne unerwünschte Färbung erreichen. Weiterhin ist die
Reaktion auf eine Spannung bei der TN-Form schneller, als bei
der ST-Form. Eine Kombination des Aktiv-Matrixsystems und der
TN-Form kann eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
realisieren, die eine große Anzeigekapazizät, ein hohes
Kontrastverhältnis und eine schnelle Reaktion auf Spannung hat. Darüberhinaus
kann, wenn vorgeschriebene Filter der vorstehend beschriebenen
Kombination hinzugefügt werden, ein vollfarbiges Anzeigebild
realisiert werden, das als Produkt attraktiver ist. Jedoch wird
bei diesem konventionellen Betrieb in Abhängigkeit von den
Sichtrichtungen und -winkeln ein Anzeigebild umgekehrt oder
verschwindet vollkommen oder wird in unerwünschter Weise gefärbt.
Diese Erscheinungen sind bedeutende Nachteile für die
Realisierung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung von guter
Qualität.
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Um eine solche Abhängigkeitscharaktreristik eines Anzeigebildes
von den Sichtwinkeln zu verbessern, ist die japanische
Patentoffenbarung
Nr. S62-21423 offenbart worden. Bei dieser Anmeldung
werden eine Flüssigkristallzelle und eine Verzögerungsschicht,
welche ein Polymerfilm ist, dessen optische Anisotropie negativ
bei seiner Dicke ist, zwischen zwei in einem Abstand voneinander
angebrachten Polarisatoren angeordnet. Weiterhin ist die
japanische Patentoffenbarung Nr. H3-67219 offenbart worden, bei
welcher eine Verzögerungsschicht auf einer Flüsigkristallzelle
angeordnet ist. Diese Doppelbrechungsschicht besteht aus einem
Flüssigkristallgemisch (oder einem polymeren Flüssigkristall),
welches eine cholesterische Flüssigkristallphase dergestalt
aufweist, daß das Produkt aus einer Schraubenliniensteigung und
einem Brechungsindex 400 nm bei einem Maximum ist. Bei diesen
Quellen ist nur der Fall betrachtet worden, in welchem die
Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Substraten einer
Flüssigkristallzelle ausgerichtet sind, aber nicht der Fall, in welchem
Flüssigkristallmoleküle verdrillt fluchten, d.h. dem Fall der
TN-Form oder der ST-Form. In EP-0 312 297-A3 wird eine
zweilagige superverdrillte nematische Flüssigkristall-Anzeigetafel
offenbart, welche aus einer Treibzelle, die eine erste
Flüssigkristallschicht und Steuerelektroden hat und aus einer
Kompensatorzelle besteht, die eine zweite Flüssigkristallschicht hat.
Bei dem ersten Aspekt haben die erste und die zweite
Flüssigkristallschicht denselben Drillwinkel in umgekehrter Richtung
und hat die erste Kristallschicht ein Produkt n. einer
Doppelbrechung n und einer Tafeldicke d, die um das 1,02- bis 1,20-
fache größer als die der zweiten Flüssigkristallschicht ist.
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Das grundlegende Prinzip der Anzeigeoperation für die vorstehend
beschriebenen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen ist derart,
daß dann, wenn eine Spannung an eine Flüssigkristallzelle
angelegt wird, die Orientierung darin enthaltener
Flüssigkristallmoleküle so geändert wird, daß bewirkt wird, daß die
Flüssigkristallzelle optisch verändert wird. Wenn folglich die
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung beobachtet wird, während sie zur
Anzeigefläche geneigt wird, dann wird die Orientierung von
Flüssigkristallmolekülen ungenau beobachtet. Das Ergebnis ist, daß
ein Anzeigebild umgekehrt wird oder vollkommen verschwindet.
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Speziell im Fall eines Vollfarbenbildes unter Verwendung
vorgeschriebener Farbfilter wird ein Anzeigebild nennenswert
verzerrt.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung zu sorgen, bei
welcher die Abhängigkeitsverhältnisse von Kontrastverhältnissen und
angezeigten Farben von den Sichtwinkeln verbessert worden ist.
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Kurz gesagt, in übereinstimmung mit einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
gesorgt mit
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zwei Polarisatoren, die in einem Abstand voneinander angeordnet
sind; und
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einer treibenden Flüssigkristallzelle, die zwischen den beiden
Polarisatoren angeordnet ist, wobei die Zelle zwei Substrate mit
Elektroden und dazwischenliegender Flüssigkristallschicht
aufweist, die dann, wenn an die Elektroden keine Spannung angelegt
wird, eine molekular verdrillte (getwistete) Ausrichtung hat;
wobei die Einrichtung ferner mindestens eine optisch anisotrope
Schicht besitzt, die mindestens ein optisch anisotropes Medium
aufweist, bei dem die optische Achse in einer kontinuierlich
getwisteten Ausrichtung angeordnet ist, wobei die Schraubenachse
im wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats der
treibenden Flüssigkristallzelle steht, wobei die optisch
anisotrope Schicht eine kleinere optische Drehkraft als die
Flüssigkristallschicht der treibenden Flüssigkristallzelle in bezug auf
sichtbare Strahlen hat, dadurch gekennzeichnet, daß:
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ein Wert, den man durch Multiplizieren von n mit P erhält,
kleiner als ein Wert in einem Bereich sichtbarer Wellenlängen
ist, wobei n die Brechungsindex-Anisotropie und P eine
Schraubensteigung darstellen, die beide für die optisch anisotrope
Schicht oder Schichten gelten.
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Senkrecht zu einer Substratoberfläche der treibenden
Flüssigkristallzelle hat die optisch anisotrope Schicht eine Drehkraft,
die kleiner als die der Flüssigkristallschicht der treibenden
Flüssigkristallzelle bezogen auf sichtbare Strahlen ist.
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In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
gesorgt, bei welcher ein Verzögerungswert R&sub1; [nm] und ein
Twistwinkel T&sub1; [º] des treibenden Flüssigkristalls und ein
Verzögerungswert R&sub2; [nm] und ein Twistwinkel T&sub2; [º] der optisch anisotropen
Schicht die folgende Beziehung haben:
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(R&sub1;/T&sub1;) > (R&sub2;/T&sub2;).
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In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
besorgt, bei welcher ein Wert, dem man durch Multiplikation von n
mit P erhält, kleiner als ein Wert im Bereich sichtbarer
Wellenlängen ist, wobei n eine Brechungsindex-Anisotropie und P eine
Schraubensteigung darstellen, beide von dem optisch anisotropen
Material der optisch anisotropen Schicht.
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Eine vollständigere Abschätzung der Erfindung und viele der
damit verbundenen Vorteile wird man leicht erhalten, wenn
dieselbe durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte
Beschreibung besser verstanden wird, wenn man diese in Verbindung mit
den beigefügten zeichnungen betrachtet, bei welchen:
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Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ist, die
eine Konfiguration einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
einer Ausführungsform 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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Fig. 2 eine Grafik ist, welche die Abhängigkeits-Kennwerte von
Kontrastverhältnissen von Sichtwinkeln in den Fällen eines
konventionellen normalerweise offenen Modus' und eines
konventionellen normalerweise geschlossenen Modus' veranschaulicht;
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Fig. 3 eine Grafik ist, die die Abhängigkeitskennwerte der
Intensität von Dunkelzuständen von Sichtwinkeln in den Fällen
eines konventionellen normalerweise offenen Modus' und eines
konventionellen normalerweise geschlossenen Modus'
veranschaulicht;
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Fig. 4 ein Diagramm ist, das schematisch eine Indexoberfläche
eines senkrecht ausgerichteten Flüssigkristallmoleküls
veranschaulicht;
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Fig. 5 eine Grafik ist, um einen molekularen Ausrichtungszustand
in einer Flüssigkristallzelle zu erklären, wenn eine Spannung an
die Zelle im Fall einer TN-Form angelegt wird;
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Fig. 6 ein Diagramm ist, welches ein Koordinatensystem des
molekularen Ausrichtungszustandes in der Flüssigkristallzelle von
Fig. 5 veranschaulicht;
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Fig. 7 ein Diagramm ist, welches eine Indexoberfläche für die
Durchführung einer optischen Kompensation veranschaulicht;
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Fig. 8a bis Fig. 8e Grafiken sind, um Sichtwinkel-Kennwerte von
Flüssigkristallzelle und optisch anisotropen Schichten zu
erklären;
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Fig. 9 eine Schnittansicht ist, die eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der Ausführungsform 1 entsprechend der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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Fig. 10 ein Diagramm ist, das ein Koordinatensystem zur
Verwendung bei der Messung von Sichtwinkel-Kennwerten veranschaulicht;
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Fig. 11 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
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Fig. 12 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Sichtwinkel-Kennwerte einer konventionellen
Einrichtung veranschaulicht;
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Fig. 13 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären von Sichtwinkel-Kennwerten einer Ausführungsform 2
veranschaulicht;
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Fig. 14a bis Fig. 14c Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte
für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 3
veranschaulichen;
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Fig. 15 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 4 veranschaulicht;
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Fig. 16a bis Fig. 16d Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte
für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 5
veranschaulichen;
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Fig. 17a bis Fig. 17g Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte
für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 6
veranschaulichen;
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Fig. 18 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 7 veranschaulicht;
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Fig. 19 ein Diagramm ist, da normalisierte
Iso-Übertragungskennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 8
veranschaulicht;
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Fig. 20a bis Fig. 20c Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte
für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 9
veranschaulichen;
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Fig. 21 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 10 veranschaulicht;
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Fig. 22 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 11 veranschaulicht;
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Fig. 23 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären eines Vergleichsbeispiels der Ausführungsform 11
veranschaulicht;
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Fig. 24 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 12 veranschaulicht;
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Fig. 25 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ist,
die eine Konfiguration einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
einer Ausführungsform 13 entsprechend der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht; und
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Fig. 26 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das
Erklären der Vorteile der Ausführungsform 13 veranschaulicht.
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Im Nachstehenden werden Ausführungsformen entsprechend der
vorliegenden Erfindung beschrieben, bei denen man in der Lage ist,
gewünschte Kontrastverhältnisse zu erreichen, die willkürlich so
bestimmt werden, daß sie in speziellen Orientierungen und
Sichtwinkeln sind.
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Bei der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung einer TN-Form oder
einer ST-Form differiert ein Polarisationszustand von Licht, das
durch die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung übertragen wird, in
Abhängigkeit von dem Einfall (d.h. ob der Einfallwinkel ein
rechter Winkel ist oder nicht) bezogen auf eine Anzeigefläche
der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung. Die Verschiedenheit von
Polarisationszuständen hat direkte Auswirkungen auf das
Auftreten unerwünschter Erscheinungen, wie beispielsweise Umkehrung
und Einfärbung eines Anzeigebildes. Wenn der Sichtwinkel bezogen
auf die Normale auf der Anzeigefläche der
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ansteigt, dann nehmen spezielle Bereiche, wo
solche unerwünschten Erscheinung auftreten, zu. Speziell kann
man diese Erscheinungen in nennenswerter Weise an entsprechenden
Bildelementen beobachten, wenn eine Spannung an eine treibende
Flüssigkristallzelle angelegt wird.
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Fig. 2 zeigt Abhängigkeits-Kennwerte von Kontrastverhältnissen
von den Sichtwinkeln im Fall einer konventionellen
TN-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichung.
Bei der Figur liegen die Sichtwinkel
in einem Bereich von 60º(links) bis 60º (rechts) über 0º von
einer Normalen auf der Anzeigefläche der
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung.
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Weiterhin zeigt die Kurve (10.0) den Fall einer normalerweise
offenen Form an und zeigt die Kurve (11.0) den Fall einer
normalerweise geschlossenen Form an. Die normalerweise offene Form
ist derart, daß man einen beleuchteten Zustand dann erhält, wenn
keine Spannung an die treibende Flüssigkristallzelle angelegt
wird und man einen Dunkelzustand dann erhält, wenn eine Spannung
an die treibende Flüssigkristallzelle angelegt wird. Im
Gegensatz dazu ist die normalerweise geschlossene Form derart, daß
dann, wenn keine Spannung angelegt wird, man einen Dunkelzustand
erhält und man einen beleuchteten Zustand dann erhält, wenn
Spannung angelegt wird. Wie man aus Fig. 2 sehen kann, sind die
Kontrastverhältnisse der normalerweise geschlossenen Form
weniger von den Sichtwinkeln abhängig, als jene der normalerweise
offenen Form. Ein Kontrastverhgltnis ist ein Wert, den man durch
Dividieren einer Intensität eines beleuchteten Zustandes durch
eine Intensität eines Dunkelzustandes erhält. Deshalb wird ein
Kontrastverhältnis in Abhängigkeit von einer Intensität eines
Dunkelzustandes geändert.
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Fig. 3 zeigt Abhängigkeits-Kennwerte von Intensitäten eines
Dunkelzustandes von den Sichtwinkeln. In Fig. 3 zeigt die Kurve
(10.1) den Fall einer normalerweise offenen Form an und zeigt
die Kurve (11.1) den Fall einer normalerweise geschlossenen Form
an. Wie man aus Fig. 3 sehen kann, sind Intensitäten eines
Dunkelzustandes im Fall der normalerweise geschlossenen Form
weniger von den Sichtwinkeln abhängig, als jene im Fall der
normalerweise offenen Form. Mit anderen Worten, Kontrastverhältnisse
im Fall der normalerweise geschlossenen Form sind weniger von
den Sichtwinkeln abhängig, als jene im Fall der normalerweise
offenen Form.
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Wenn eine Differenz zwischen Dunkelzuständen in der
normalerweise
offenen Form und der normalerweise geschlossenen Form unter
sucht wird, dann kann man die folgenden Erscheinungen
betrachten. Speziell im Fall der normalerweise offenen Form wird eine
Spannung an die Flüssigkristallzelle angelegt, um einen
Dunkelzustand zu erhalten. In diesem Fall kann grob angenommen werden,
daß sich Flüssigkristallmoleküle in einer senkrechten
Ausrichtung bezogen auf die Substratoberfläche der Zelle befinden. Im
Fall der normalerweise geschlossenen Form kann man einen
Dunkelzustand ohne angelegte Spannung erhalten. Folglich sind
Flüssigkristallmoleküle in einer horizontal vertwisteten Ausrichtung
bezogen auf das Zellensubstrat. Deshalb ist es verständlich, daß
die Differenz von Sichtwinkel-Kennwerten bei diesen Formen aus
einer Differenz bei den molekularen Ausrichtungszuständen der
Flüssigkristallzellen hergeleitet wird, d.h. die Sichtwinkel-
Kennwerte beim senkrechten Ausrichtungszustand liegen niedriger,
als jene im horizontal vertwisteten Ausrichtungszustand.
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Fig. 4 zeigt eine Indexoberfläche, welche schematisch ein
Flüssigkristallmolekül im senkrechten Ausrichtungszustand darstellt.
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Eine z-Achse entspricht einer Dickenrichtung der
Flüssigkristallzelle, und eine x-y-Ebene entspricht einer
Substratoberfläche der Flüssigkristallzelle. Eine Doppelbrechungserscheinung
kann durch eine Form einer Querschnittsebene dargestellt werden,
die gebildet wird, wenn eine Indexfläche 6 von einer Ebene
geschnitten wird, die eine Normale einschließt, welche sich an dem
Mittelpunkt der Indexfläche 6 befindet. Die gebildete
Querschnittsfläche (welche in den meisten Fällen eine Ellipse ist,
ausgenommen, wenn eine Sichtachse (6.1) genau auf der x-Achse
liegt), wird Brechungsindexform in einer zweidimensionalen Ebene
genannt. Eine Differenz zwischen der Länge einer Längsachse und
einer Querachse der Brechungsindexform entspricht einer
Phasendifferenz zwischen einem gewöhnlichen Strahl und einem
außergewöhnlichen Strahl.
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Nehmen wir an, daß sich die Achsen von ein einem Abstand
angeordneten Polarisatoren (in welchen eine Flüssigkristallzelle
eingeschichtet ist), gegenseitig rechtwinklig schneiden. In
diesem Fall wird, wenn eine Phasendifferenz zwischen einem
gewöhnlichen Strahl und einem außergewöhnlichen Strahl gleich Null
ist, das durch die Flüssigkristallzelle zu übertragende Licht
abgeschaltet. Weiterhin kann dann, wenn eine Phasendifferenz
zwischen einem gewöhnlichen Strahl und einem außerordentlichen
Strahl nicht gleich Null ist, Licht durch die
Flüssigkristallzelle in Übereinstimmung mit dieser Phasendifferenz und einer
Wellenlänge eines einfallenden Lichts übertragen werden. Wenn
Licht auf die Flüssigkristallzelle senkrecht zu der
Substratfläche derselben einfällt (d.h. wenn die Flüssigkristallzelle
von einer rechten Front aus beobachtet wird), dann wird die Form
eines Brechungsindexes (6.5) in einer zweidimensionalen Ebene
ein Kreis (6.4). Infolgedessen wird eine Phasendifferenz
zwischen einem gewöhnlichen Strahl und einem außerordentlichen
Strahl gleich Null. Wenn Licht auf die Flüssigkristallzelle mit
einer geneigten Sichtachse auftrifft (6.1), dann wird die Form
eines Brechungsindexes (6.5) zu einer Ellipse, so daß eine
Phasendifferenz zwischen einem gewöhnlichen Strahl und einem
außerordentlichen Strahl auftritt. Ein Polarisationszustand von
Licht, welches durch die Flüssigkristallzelle hindurchdringt,
ändert sich in Abhängigkeit von einer Sichtachse (6.1). Um die
Sichtwinkel-Kennwerte der Flüssigkristallzelle zu verbessern,
ist es wichtig, eine Indexoberfläche der Flüssigkristallzelle
bei angelegter Spannung zu verbessern.
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Spezieller gesagt, bei Fig. 4 steigt dann, wenn sich ein
Sichtwinkel (6.3) zunimmt, eine Brechungsindex-Form (6.5) in einer
Richtung von n&sub6;&sub1; und der Menge an übertragenem Licht an. Es ist
ideal, daß eine Form einer Brechungsindexfläche in einer
zweidimensionalen Ebene selbst dann dieselbe beibehält, wenn ein
Sichtwinkel verschieden war. Dies kann im wesentlichen dadurch
realisiert werden, daß man die optische Kompensation wie folgt
durchführt: Eine in Fig. 7 gezeigte scheibenförmige Indexfläche
ist an der z-Achse einer Indexfläche 6 angeordnet (d.h. sie ist
an einer Stelle angeordnet, die an das obere oder untere
Substrat der Flüssigkristallzelle angrenzt). Bei dieser
Konfiguration
nimmt dann, wenn ein Sichtwinkel (6.3) zunimmt, eine
Brechungsindexform (6.5) in einer zweidimensionalen Ebene der
Indexfläche 6 zu. Jedoch kann gleichzeitig eine Brechungsindexform
in einer Längsrichtung von n&sub6;&sub2; ebenfalls vergrößert werden. Das
Ergebnis ist, daß eine synthetisierte Brechungsindexform in
einer zweidimensionalen Ebene zu einem Kreis wird. Die bedeutet,
daß die Indexfläche 6 kompensiert werden kann. Folglich können
die Sichtwinkelkennwerte verbessert werden.
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In der Praxis kann die in Fig. 7 gezeigte Indexfläche durch eine
anisotrope Schicht realisiert werden, die z.B. aus einem optisch
anisotropen Material besteht, deren optische Achse
kontinuierlich vertwistet ausgerichtet ist.
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Im allgemeinen führt eine treibende Flüssigkristallzelle eine
Anzeigeoperation mit Hilfe einer angelegten Spannung und in
übereinstimmung damit durch, wobei eine Polarisationsrichtung
von Licht in einem Bereich von sichtbaren Wellenlängen (d.h.
einem Bereich von 380 nm bis 750 nm) positiv geändert wird.
Andererseits tritt im Fall einer optisch anisotropen Schicht für
eine optische Kompensation entsprechend der vorliegenden
Erfindung eine optische Drehkraft in Abhängigkeit von optischen
Bedingungen der optisch anisotropen Schicht auf. Dies deshalb,
weil die optische Achse der optisch anisotropen Schicht
kontinuierlich vertwistet ist.
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Die optische Drehkraft stellt Eigenschaften eines Mediums dar,
wobei die Eigenschaften derart sind, daß dann, wenn sich Licht
ausbreitet, sich in dem Medium eine Schwingungsrichtung von
Licht im Sinn des Uhrzeigers um eine Achse dreht, welche eine
Lichtausbreitungsrichtung ist. Nehmen wir an, daß ein
Verzögerungswert einer optisch anisotropen Schicht, deren optische
Achse kontinuierlich vertwistet ist, konstant ist. In diesem
Fall dreht dann, wenn die optische Achse eine lange
Twist-Ganghöhe hat, Licht seine Polarisationsebene in Übereinstimmung mit
dem Vertwisten der optischen Achse. Wenn jedoch die optische
Achse eine kurze Twist-Ganghöhe hat, dann kann Licht der
Vertwistung
der optischen Achse nicht folgen, und infolgedessen tritt
die Erscheinung einer optische Drehung nicht auf. Wenn die
optische Drehkraft einer optisch anisotropen Schicht groß ist, dann
wird eine Polarisationsebene von Licht, welches durch die
Schicht übertragen wird, unvermeidlich geändert. Das Ergebnis
ist, daß ein Kontrastverhältnis unvermeidlich verkleinert wird.
In manchen Fällen wird eine Polarisationsebene von Licht durch
Wellenlängen von Licht verschiedenartig geändert, welches durch
eine optisch anisotrope Schicht hindurchdringt, wobei
übertragenes Licht in unerwünschter Weise gefärbt wird. Deshalb muß die
optische Drehkraft einer optisch anisotropen Schicht bezogen auf
sichtbare Strahlen kleiner sein, als die einer treibenden
Flüssigkristallzelle.
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Die optische Drehkraft hängt in nennenswerter Weise von den
Wellenlängen von Licht ab, das durch ein Medium hindurchdringt
und auch von den diesem Medium innewohnenden Eigenschaften. Der
Betrag der optischen Drehkraft kann durch den Grad der Änderung
bei einem Verzögerungswert eines Mediums bezogen auf die
Änderung der optischen Achse ausgedrückt werden. Deshalb kann der
Betrag der optischen Drehkraft einer treibenden
Flüssigkristallzelle durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
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Δn&sub1; d&sub1;/T&sub1; = R&sub1;/T&sub1; (1.1)
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wobei R&sub1;(=Δn&sub1;.d&sub1;) einen Verzögerungswert darstellt, Δn&sub1; (= ne - n&sub0;)
eine Brechungsindex-Anisotropie darstellt, welche eine Differenz
zwischen einem Brechungsindex n&sub0; bezogen auf einen gewöhnlichen
Strahl und einen Brechungsindex ne bezogen auf einen
außerordentlichen Strahl, beide des Flüssigkristalls der treibenden
Flüssigkristallzelle ist und T&sub1; ein Twistwinkel einer vertwisteten
molekularen Ausrichtung in der Flüssigkristallschicht ist. In
ähnlicher Weise kann der Betrag der optischen Drehkraft einer
den Sichtwinkel kompensierenden optisch anisotropen Schicht
durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
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An&sub2;.d&sub2;/T&sub2; = R&sub2;/T&sub2; (1.2)
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wobei R&sub2; (= Δn&sub2;.d&sub2;) einen Verzögerungswert darstellt, Δn&sub2; eine
Brechungsindex-Anisotropie eines optisch anisotropen Materials
der den Sichtwinkel kompensierenden optisch anisotropen Schicht
darstellt, d&sub2; die Dicke einer niedergeschlagenen optisch
anisotropen Materialschicht ist und T&sub2; einen Gesamt-Twistwinkel der
optisch anisotropen Materialschicht darstellt.
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Deshalb kann die quantitative Beziehung einer optischen
Drehkraft zwischen der den Sichtwinkel kompensierenden optisch
anisotropen Schicht und der treibenden Flüssigkristallzelle durch
die folgende Gleichung ausgedrückt werden;
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(R&sub1;/T1)> (R&sub2;/T&sub2;) (1.3).
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Die Übertragung von Licht durch eine optisch anisotrope Schicht,
d.h. ein optisch anisotropes Material, dessen optische Achse
kontinuierlich vertwistet ist, kann durch Parameter ausgedrückt
werden, welche durch die folgende Gleichung angegeben werden
(C.Z. Van Doorn, Physics Letters 42A, 7 (1993)):
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f = λ/(P x Δn) (1.4)
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wobei λ eine Wellenlänge (im Bereich der sichtbaren
Wellenlängen) von Licht in einem Vakuum darstellt und P eine Schrauben-
Ganghöhe (P = d/T) einer optischen Achse darstellt.
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Wenn f « 1, dann ändert Licht in einer optisch anisotropen
Schicht seine Polarisationsebene in Übereinstimmung mit einem
Twistwinkel einer optischen Achse der Schicht, d.h. es existiert
eine nennenswerte optische Drehkraft in der Schicht. Wie
vorstehend beschrieben, ist es zu bevorzugen, daß eine optisch
anisotrope Schicht eine optische Drehkraft hat, die kleiner als
die einer treibenden Flüssigkristallzelle ist. Weiterhin muß die
optisch anisotrope Schicht eine Bedingung von f » 1 erfüllen.
Deshalb muß die folgende Gleichung für eine optisch anisotrope
Schicht eingehalten werden:
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P x Δn < λ (1.5)
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(siehe Gleichung 1.4)
-
Flüssigkristall, welches einen sehr großen Gesamt-Twistwinkel,
d.h. eine sehr kurze Schrauben-Ganghöhe, hat, wird generell ein
choleresterisches Flüssigkristall genannt. Nehmen wir an, daß
ein Wert von n x p (dem Produkt eines gemittelten
Brechungsindexes n und einer Schrauben-Ganghöhe p) eines cholersterischen
Flüssigkristalls innerhalb einem Bereich sichtbarer Wellenlängen
(kürzeste Wellenlänge = 360 nm bis 400 nm und größte Wellenlänge
760 nm bis 830 nm, welche je nach den Bedingungen differieren).
In diesem Fall tritt selektive Reflexion auf (J.L. Fergason:
Molecular Crystal. 1. 293. (1966)) Diese selektive Reflexion ist
keine Erscheinung, die man nur bei einem cholersterischen
Flüssigkristall beobachtet, sondern kann auch in einer optisch
anisotropen Schicht beobachtet werden, die aus einem optisch
anisotropen Material besteht, dessen optische Achse kontinuierlich
getwistet ist. Wenn selektive Reflexion in einer optisch
anisotropen Schicht auftritt, dann tritt darin eine
Färbungserscheinung auf, und angezeigte Farben werden in unerwünschter Weise
verändert. Deshalb wird ein Wert von n x p (dem Produkt eines
gemittelten Brechungsindexes n und einer Schrauben-Ganghöhe p)
festgelegt, der außerhalb eines Bereichs sichtbarer Wellenlängen
liegt, um auf diese Weise eine unerwünschte
Verfärbungserscheinung zu verhüten.
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Im Vorstehenden ist das Prinzip der Sichtwinkelexpansion oder
Sichtwinkelsteuerung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung konzeptuell beschrieben worden. Jedoch ist in der
Praxis die vorstehend beschriebene Indexfläche der treibenden
Flüssigkristallzelle (wenn daran eine Spannung höher als die
Schwellenspannung angelegt wird) kein einfaches Ellipsoid, wie
in Fig. 4 gezeigt. Es sind tatsächliche Berechnungen bezüglich
des molekularen Ausrichtungszustandes in einer treibenden
Flüssigkristallzelle (bei einer so angelegten Spannung, daß sie in
einem Dunkelzustand war) im TN-Betrieb vorgenommen worden. Die
Berechnungsergebnisse werden in Fig. 5 gezeigt. Bei Fig. 5 gibt
die Kurve 7 einen Kippwinkel an und gibt die Kurve 8 einen
Twistwinkel an. Bei Fig. 6 ist ein Kippwinkel 7 ein Winkel der
Richtungsachse (8.1 L) eines Flüssigkristallmoleküls (8.1), das
bezogen auf eine X-Y-Ebene kippt, welche eine Anzeigeebene einer
Flüssigkristallzelle ist. Weiterhin ist bei Fig. 6 ein
Twistwinkel 8 ein Winkel, der durch eine X-Y-Achse und eine Achse
gebildet wird, die man durch Projizieren des Flüssigkristallmoleküls
(8.1) von einer Z-Ebene auf die X-Y-Ebene erhält.
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Wenn eine Spannung an die Flüssigkristallzelle angelegt wird,
dann kippen Flüssigkristallmoleküle in der unmittelbaren Nähe
der Mitte der Zelle um ungefähr 90º. Jedoch kippen
Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der oberen und der unteren Oberfläche
der Zelle nicht so nennenswert. Dies deshalb, weil die
Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Oberflächen durch einen
Verankerungseffekt der Substratflächen der Zelle beeinflußt worden
sind. Weiterhin wird der Twistwinkel 8 zu einer S-fömigen
Verteilung, wie durch die in Fig. 5 gezeigte Kurve 8a angegeben.
Wie man aus Fig. 5 ersehen kann, wird eine molekulare
Ausrichtung in der Flüssigkristallzelle bei angelegter Spannung nicht
zu einem vollkommenen senkrechten Ausrichtungszustand. Dieser
molekulare Ausrichtungszustand in der Flüssigkristallzelle hat
bedeutsame Auswirkungen auf die Sichtwinkel-Kennwerte. Fig. 8a
ist eine Grafik, die Sichtwinkel-Kennwerte eines Dunkelzustandes
bei einer normalerweise geöffneten Form einer TN-LCD zeigt (wenn
eine Spannung daran angelegt wird, die höher als die
Schwellenspannung ist). In Fig. 8a zeigen vier verschiedene Kurven
entsprechend Übertragungsmessungen einer Flüssigkristallzelle an,
die unter vier verschiedenen Richtungswinkeln φ bei einer
Veränderung der Sichtwinkel in einem Bereich von 0º bis 60º
gemessen worden sind, d.h. 0º, (rechte Richtung), 90º (obere
Richtung, 180º (linke Richtung) und 270º (untere Richtung) (siehe
ein in Fig. 10 gezeigtes Koordinatensystem). Wie man in Fig. 8a
sehen kann, fallen die Kurven Sichtwinkel in Abhängigkeit von
den Übertragungskurven von oberer und unterer Richtung nicht mit
jenen der linken und der rechten Richtung übereinander.
Weiterhin differiert die Übertragung der oberen und der unteren
Richtung
unter denselben Sichtwinkeln in bedeutsamer Weise.
Andererseits fallen im Fall einer Flüssigkristallzelle, die senkrecht
ausgerichtete Moleküle hat, die Kurven Sichtwinkel in
Abhängigkeit von Durchlässigkeitsgrad der oberen und der unteren
Richtung im wesentlichen mit jenen der linken und der rechten
Richtung übereinander, wie in Fig. 8b gezeigt. Folglich wird im Fall
der Flüssigkristallzelle, welche eine getwistete molekulare
Ausrichtung hat, bei angelegter Spannung eine Indexfläche der
Zelle nicht eine einfache Form, wie in Fig. 4 gezeigt, sondern
wird zu einer Gestalt, die man durch Deformieren der Gestalt von
Fig. 4 erhält. Diese Deformation wird durch die Neigung von
Flüssigkristallmolekülen in der unmittelbaren Nähe der Mitte der
Flüssigkristallzelle und die getwistete molekulare Ausrichtung
in der Nähe der Substratfläche der Flüssigkristallzelle
verursacht. Deshalb wird eine optisch kompensierende Indexfläche,
welche für eine treibende Flüssigkristallzelle bei einer TN-Form
oder bei einer ST-Form verwendet wird, absichtlich zu einer
geringfügig komplizierten Form deformiert, um auf diese Weise
mit einer Indexfläche der treibenden Flüssigkristallzelle
übereinzustimmen, wie in Fig. 7 gezeigt.
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Fig. 8c bis 8e sind Grafiken, die Sichtwinkel-Kennwerte drei
verschiedener optisch anisotroper Schichten veranschaulichen,
wobei jede zwischen zwei in einem Abstand voneinander
angeordneten Polarisatoren angebracht sind, die Übertragungsachsen
haben, welche sich gegenseitig rechtwinklig schneiden. Die
Messungen sind in derselben Art und Weise ausgeführt worden, wie
bei den in Fig. 8a und 8b gezeigten Fällen. Alle gemessenen
optisch anisotropen Schichten sind aus einem chiralen
nematischen Flüssigkristall hergestellt und haben gemeinsam
Flüsigkristallschichten mit einer Dicke von 12 µm. Was
Schrauben-Ganghöhe und Twistwinkel angeht, sind sie jedoch wie folgt
verschieden:
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Speziell sind die Twist-Ganghöhen der optischen Achse:
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0,248 µm im Fall von Fig. 8c,
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0,738 µm im Fall von Fig. 8d und
-
5,3 µm im Fall von Fig. 8e.
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Weiterhin sind die Twistwinkel, ausgedrückt durch die Anzahl der
Drehungen:
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48,25 Drehungen im Fall von Fig. 8c,
-
16,25 Drehungen im Fall von Fig. 8d und
-
2,25 Drehungen im Fall von Fig. 8e.
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Bei Fig. 8c bis 8e zeigen die mit x markierten unterbrochenen
Kurven die Meßergebnisse in der oberen und der unteren Richtung
an, und die mit o gekennzeichneten Kurven zeigen die
Meßergebnisse in der linken bzw. der rechten Richtung an. Wie man aus
Fig. 8c bis 8e sehen kann, differieren dann, wenn die
Twistwinkel klein sind, die Übertragungswerte der verschiedenen
Richtungen nennenswert. Weiterhin fallen dann, wenn die Twistwinkel
groß sind, die Übertragungswerte der verschiedenen Richtungen
zusammen. Dies bedeutet, daß ein Brechungsindex-Ellipsoid einer
optisch anisotropen Schicht zu einer vollkommenen Scheibenform
wird, wenn ein Twistwinkel groß ist, aber zu einer deformierten
Scheibenform wird, wenn der Twistwinkel klein ist.
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Die Vorteile der Verbesserung der Sichtwinkel-Kennwerte in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann man in allen
Fällen von Fig. 8c bis 8e erhalten. Jedoch wird, wie vorstehend
beschrieben, eine Indexfläche einer treibenden
Flüssigkristallzelle deformiert, wenn eine Spannung an die Zelle angelegt wird.
Folglich kann man die Vorteile dieser Erfindung dann effektiver
erhalten, wenn eine Indexfläche einer optisch anisotropen
Schicht, welche auf einer treibenden Flüssigkristallschicht
aufgebracht wird, ebenfalls in Übereinstimmung mit der
Deformation eines Brechungsindex-Ellipsoids der treibenden
Flüssigkristallzelle deformiert wird. Speziell ist es stärker zu
bevorzugen,
optisch anisotrope Schichten zu verwenden, die Kennwerte
von Fig. 8d und 8e haben, bei welchen die Anzahl der Drehungen
(die die Twistwinkel darstellen) verhältnismäßig kleiner ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird dann, wenn die Umdrehungszahl
in einer optisch anisotropen Schicht kleiner wird, eine
Schrauben-Ganghöhe P länger. Andererseits kann ein Brechungsindex n
einer optisch anisotropen Schicht als n = 1,5 angesehen werden.
Folglich ist es stärker zu bevorzugen, daß ein Wert n x P größer
als ein Wert der größten Wellenlänge in einem Bereich von
sichtbaren Wellenlängen ist. Weiterhin werden die Vorteile dieser
Erfindung in Abhängigkeit von optischen Bedingungen einer
optisch anisotropen Schicht geändert, wie beispielsweise eines
Verzögerungswertes (An.d: dem Produkt von
Brechungsindex-Anisotropie mit der Dicke), der Anzahl von Drehungen, einem
Kippwinkel und einer Drehrichtung, beides der optischen Achse und einer
Richtung einer optischen Achse von optisch anisotropem Material,
das eine optisch anisotrope Schicht bildet. Speziell werden, was
die Drehrichtung einer optischen Achse angeht, die Vorteile
dieser Erfindung in Abhängigkeit davon geändert, ob eine
Drehrichtung einer optischen Achse einer optisch anisotropen Schicht und
eine Twistrichtung von Flüssigkristallmolekülen in einer
treibenden Flüssigkristallzelle einander gleich oder einander
entgegengesetzt sind. Diese Änderungen bei den Vorteilen dieser
Erfindung werden später im Detail unter Bezugnahme auf die
verschiedenen Ausführungsformen beschrieben.
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Im Vorstehenden ist eine Flüssigkristallzelle in der TN-Form als
Beispiel beschrieben worden. Jedoch basiert die optische
Kompensationstechnik auf dem Prinzip einer optischen Anisotropie.
Folglich kann man natürlich, wie für eine treibende
Flüssigkristallzelle dieselben Vorteile dieser Erfindung wie vorstehend
beschrieben, nicht nur im Fall der TN-Form (mit einem
Twistwinkel von ungefähr 90º), sondern auch im Fall der ST-Form (mit
einem Twistwinkel von 180º oder mehr) erhalten. Speziell kann
man die Vorteile dieser Erfindung in beiden Fällen erhalten,
solange ein molekularer Ausrichtungszustand einer treibenden
Flüssigkristallzelle (wenn eine Spannung größer als eine
Schwellenspannung an die Zelle angelegt wird) derart ist, daß
Kippwinkel von Flüssigkristallmolekülen in der Nähe der
Substratoberfläche der Zelle und in der unmittelbaren Nähe der
Mitte der Zelle voneinander verschieden sind und die Twistwinkel
von Flüssigkristallmolekülen in nicht-linearer Form bezogen auf
die Dicke der Flüssigkristallschicht ausgerichtet sind.
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Weiterhin kann die optisch anisotrope Schicht durch Aufbringen
von Verzögerungsschichten realisiert werden, welche durch Recken
von Polymerschichten so hergestellt worden sind, daß darin eine
Opto-Anisotropie erzeugt wird. Darüberhinaus kann die optisch
anisotrope Schicht auch durch Verwendung einer
Flüssigkristallzelle verwirklicht werden, die eine vertwistete
Molekularausrichtung hat oder durch Verwendung einer dünnen Schicht, welche
eine vertwistete Ausrichtung eines polymeren Flüssigkristalls
hat. In diesem Fall wird ein polymerer Flüssigkristall auf einer
Oberseite von mindestens einem oberen und einem unteren Substrat
einer treibenden Flüssigkristallzelle aufgebracht, so daß man
leicht eine zufriedenstellende
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung herstellen kann. Zum Beispiel kann Polysiloxan als
Hauptkette und kann ein Polymer-Kopolymer-Flüssigkristall, der
Biphenylbenzoat und ein cholesteriles Radikal in einem angemessenen
Anteil enthält, als Seitenkette verwendet werden.
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Ausführungsform entsprechend der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In Fig. 9 besitzt eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 10 zwei in einem Abstand
voneinander angebrachte Polarisatoren 1 und 4 (LLC 2-92-18,
hergestellt von SANRITZ Co., Ltd.) und einen
Sichtwinkelkompensations-Flüssigkristall 2 und einen treibenden Flüssigkristall
3, wobei die Zellen 2 und 3 zwischen den Polarisatoren 1 und 4
eingeschichtet sind. Der Polarisator 1 besitzt eine
polarisierende Schicht 1a, die an den Innenseiten von zwei durchsichtigen
Substraten 1b haftet. In ähnlicher Weise besitzt der Polarisator
4 eine polarisierende Schicht 4a, die an den Innenseiten
durchsichtiger Substrate 4b haftet.
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Speziell ist die den Sichtwinkel kompensierende
Flüssigkristallzelle 2 zwischen dem Polarisator 1 und der treibenden
Flüssigkristallzelle 3 angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die den
Sichtwinkel kompensierende Flüssigkristallzelle 2 besteht aus
zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Substraten 2a und
3b und dem Flüssigkristall 2c, der in einen Raum dazwischen
eingeführt ist. Der Flüssigkristall 2c ist eine Mischung aus
twistnematischem Flüssigkristall (ZLI-2806, hergestellt durch E.
Merck Co., Ltd.) und chiraler Dotierungssubstanz (S811,
hergestellt durch E. Merck Co., Ltd.). Spezieller gesagt, der
Flüssigkristall 2 wird in den Raum zwischen dem oberen und dem
unteren Substrat 2a und 2b mit einem Gesamt-Twistwinkel von 180º
eingebracht. Die Flüssigkristallmoleküle des Flüssigkristalls 2
liegen in einer Ausrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn vom
unteren Substrat 2a zum oberen Substrat 2a vertwistet (Vertwistung
entgegen dem Uhrzeigersinn). Das für die den Sichtwinkel
kompensierende Flüssigkristallzelle 2 verwendete Flüssigkristall
material hat eine Brechungsindex-Anisotropie Δn von 0,039 und
eine Twist-Ganghöhe P von 3,27 µm und bildet eine
Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 9 µm.
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Die treibende Flüssigkristallzelle 3 ist zwischen der den
Sichtwinkel kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 und dem
Polarisator 4 angeordnet. Die treibende Flüssigkristallzelle 3 besitzt
ein oberes Substrat 3a, an welchem eine durchsichtige Elektrode
3c ausgebildet ist und ein unteres Substrat 3b, an dem eine
durchsichtige Elektrode 3d ausgebildet ist. Weiterhin hat die
treibende Flüssigkristallzelle 3 ein Flüssigkristall 3e, das in
einen Raum zwischen dem oberen und dem unteren Substrat 3a und
3b eingefügt ist. Die Elektroden 3c und 3d sind mit einer
treibenden Energiequelle 3f verbunden. Der Flüssigkristall 3e ist
derart, daß eine Mischung aus einem twist-nematischen
Flüssigkristall (ZLI-4287, hergestellt durch E. Merck Co., Ltd.) und
einem chiralen Dotiermittel (S811, hergestellt durch E. Merck
Co., Ltd.) in den Raum zwischen dem oberen und dem unteren
Substrat 3a und 3b mit einem Twistwinkel von 90"º eingefügt wird.
Ein Zustand des Flüssigkristalls 3e wird in Übereinstimmung mit
einer Spannung geändert, die von der treibenden Energiequelle 3f
geliefert wird. Das Flüssigkristall 3e hat eine Brechungsindex-
Anisotropie Δn von 0,093 und bildet eine 5,5 µm dicke
Flüssigkristallschicht. Weiterhin sind die Flüssigkristallmoleküle
entgegen dem Uhrzeigersinn vertwistet vom unteren Substrat 3b zum
oberen Substrat 3a ausgerichtet (Vertwistung entgegen dem
Uhrzeigersinn).
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Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die
eine Konfiguration einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
dieser Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung
zeigt. In Fig. 1 verlaufen die Übertragungsachsen (1.1) und
(1.4) der Polarisatoren 1 und 4 senkrecht zueinander. Weiterhin
ist die Übertragungsachse (1.1) auf einer imaginären Linie
angeordnet, welche entgegen dem Uhrzeigersinn von einer y-Achse um
einen Winkel von ungefähr 135º abweicht, wenn sie von einer +z-
Richtung aus beobachtet wird. In Fig. 1 liegen die Gleitachsen
(3.1) und (3.2) des oberen und des unteren Substrats 3a und 3b
der treibenden Flüssigkristallzelle 3 senkrecht zueinander.
Weiterhin ist die Gleitachse (3.1) auf einer imaginären Linie
angeordnet, welche entgegen dem Uhrzeigersinn von der Y-Achse um
einen Winkel von ungefähr 45º abweicht, wenn sie von der +z-
Richtung aus beobachtet wird.
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In Fig. 1 liegen Gleitachsen (2.1) und (2.2) des oberen und des
unteren Substrats 2a und 2b der den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle 2 senkrecht zueinander. Weiterhin ist die
den Sichtwinkel kompensierende Flüssigkristallzelle 2 in einer
solchen Art und Weise angeordnet, daß die Gleitachse (2.1)
parallel zur Gleitachse (3.1) verläuft. Der Polarisator 1 ist in
einer solchen Art und Weise angeordnet, daß die
Übertragungsachse (1.1) parallel zur Gleitachse (2.1) der den Sichtwinkel
kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 verläuft.
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Die optische Drehkraft der treibenden Flüssigkristallzelle 3
wird unter Verwendung der Gleichung (1.1) wie folgt berechnet:
-
R&sub1;/T&sub1; = 0,5115 µm/90º = 5,6833 [nm/º].
-
In ähnlicher Weise wird die optische Drehkraft der den
Sichtwinkel kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 unter Verwendung
der Gleichung (2.1) wie folgt berechnet:
-
R&sub2;/T&sub2; = 0,351 µm/990º = 0,3545 [nm/º].
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Wenn beide Werte verglichen werden, dann erhält man die folgende
Beziehung:
-
(R&sub1;/T&sub1;) > (R&sub2;/T&sub2;)
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Speziell ist die optische Drehkraft der den Sichtwinkel
kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 kleiner als 1/10 der optischen
Drehkraft der treibenden Flüssigkristallzelle 3.
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Die Sichtwinkel-Kennwerte der vorstehend beschriebenen
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Erfindung werden unter
Verwendung des in Fig. 10 gezeigten Koordinatensystems gemessen.
Bei der Messung werden die folgenden vorgeschriebenen Spannungen
von der treibenden Energiequelle 3f so geliefert, daß diese
zwischen der Elektrode 3c und 3d der treibenden
Flüssigkristallzelle 3 angelegt werden. Speziell betragen die angelegten
Spannungen 1 V im Fall eines Hellzustandes und 5 V im Fall eines
Dunkelzustandes (wobei eine Schwellenspannung des
Flüssigkristalls 2 V beträgt). Die Meßergebnisse werden unter Verwendung
der in Fig. 11 gezeigten Polarkoordinaten ausgedrückt. In Fig.
11 werden Iso-Kontrastkennwerte in der folgenden Art und Weise
ausgedrückt. Speziell repräsentiert die Abszisse die Werte von
θ (z.B. 20º, 40º und 60º), und ein Winkel φ wird beispielsweise
durch 90º, 180º und 270º dargestellt. Weiterhin repräsentieren
Zahlenwerte (wie beispielsweise 5, 10, 30 und 50) angrenzend an
die entsprechenden Kurven die Kontrastverhältnisse. Zum Beispiel
zeigt die Kurve mit dem Zahlenwert 10 eine Iso-Kontrastkurve an,
welche darstellt, daß ein Verhältnis von Helligkeit und
Dunkelheit 10 : 1 ist. Zum Beispiel stellt ein Punkt A dar, daß ein
Kontrastverhältnis 10 : 1 ist, wenn eine Beobachtung unter θ =
50º und φ = 60º erfolgt. Wie man aus Fig. 11 sehen kann, sind
Sichtwinkel bezogen auf Richtungen von 0º bis zu 180º, welches
der hauptsächliche praktische Bereich ist, größer als
Sichtwinkel bei Iso-Kontrastkennwerten einer in Fig. 12 gezeigten
konventionellen Flüssigkristallzelle (welche später beschrieben
wird). Folglich sind bei dieser Ausführungsform die
Abhängigkeitskennwerte von Kontrastverhältnissen von den Sichtwinkeln
verbessert worden. Was die angezeigte Farbe angeht, so wurde im
Fall der konventionellen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung eine
angezeigte Farbe in einem Dunkelzustand in Abhängigkeit von den
Sichtwinkeln verändert. Jedoch erhielt man bei dieser
Ausführungsform eine zufriedenstellende angezeigte Farbe in einem
Dunkelzustand unveränderlich selbst dann, wenn die Sichtwinkel
geändert wurden. Experimentell wurde eine TFT-LCD
(Dünnschichttransistor-Flüssigkristallanzeige) von 10 Zoll
(Diagonalabmessung) unter Verwendung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
dieser Ausführungsform mit einem darin vorgesehenen Farbfilter
hergestellt. Das Ergebnis war, daß man eine zufriedenstellende
Ganzfarben-Anzeigeeinrichtung erhielt, deren Anzeigeinhalt man
unabhängig von Richtungs- und Sichtwinkel diskriminieren konnte.
(Vergleichsbeispiel)
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Aus Gründen eines Vergleichs wurden die Iso-Kontrastkennwerte
einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung ohne eine den
Sichtwinkel kompensierende Flüssigkristallzelle 2 gemessen (die anderen
Elemente waren dieselben, wie jene bei der Ausführungsform 1).
In diesem Fall waren die Sichtwinkel klein in Richtungen von 0º
bis 50º und 130º bis 180º. Weiterhin wurde in diesem Fall eine
Anzeigefarbe in unerwünschter Weise verfärbt, wenn die
Sichtwinkel geändert wurden.
(Ausführungsform 2)
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüssigkristallzelle
2 in der folgenden Art und Weise modifiziert wird.
Speziell wurde die den Sichtwinkel kompensierende Zelle 2 durch
einen polymeren Flüssigkristall ersetzt, der aus Polysiloxan als
Hauptkette und sowohl aus Biphenylbenzoat, als auch einem
cholesterilen Radikal als Seitenkette bestand. Der polymere
Flüssigkristall hatte eine Brechungsindex-Anisotropie Δn von 0,20, eine
Schrauben-Ganghöhe P von 3,273 µm und eine Schichtdicke d von
1,76 µm. Weiterhin betrug die Anzahl der Schraubenumdrehungen
2,75 bei einem Twistwinkel von 990º, und eine Twistrichtung
erfolgte entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Werte der chiralen
Ganghöhe P und die Schichtdicke d wurden durch einen Zustand
bestimmt, in welchem der Wert von Δn x P und Δn x d gegenseitig
konsistent mit einem der kompensierenden Flüssigkristallzelle 2
anderer Ausführungformen waren. Die Sichtwinkel-Kennwerte der
vorstehend beschriebenen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
dieser Ausführungsform wurden in derselben Art und Weise
gemessen, wie bei Ausführungsform 1. Die Meßergebnisse werden in Fig.
13 gezeigt. Wie man aus Fig. 13 ersehen kann, sind die
Iso-Kontrastkennwerte der Anzeigeeinrichtung bei dieser Ausführungsform
im wesentlichen gleich jenen bei der Ausführungsform 1. Dies
deshalb, weil die Werte von Δn x P und Δn x d so bestimmt
wurden, daß sie dieselben, wie bei der Ausführungsform 1 waren.
Folglich erhielt man ein Kontrastverhältnis von 32 : 1 oder mehr
in Richtungen von 0º bis 180º in einem 30º-Kegel, und die
Sichtwinkel wurden vergrößert.
(Ausführungsform 3)
-
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als die Lagebeziehung von Gleitachsen in der
folgenden Weise geändert wurden. Speziell wurden vier verschiedene
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen so vorgesehen, daß ein
Winkel ω, der durch eine Gleitachse (2.2) eines unteren
Substrats einer den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle und eine Gleitachse (3.1) eines oberen Substrats einer
treibenden Flüssigkristallzelle 3 gebildet wird, auf vier
verschiedene Winkel, wie zum Beispiel 90º, 120º, 150º und 180º
geändert wurde. Die Sichtwinkel-Kennwerte für die vier
verschiedenen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen wurden entsprechend
gemessen. Die Meßergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1. Iso-Kontrastkennwerte entsprechender
Konfigurationen
Konfiguration
Winkel ω zwischen Gleitachsen
Iso-Kontrastkennwerte gezeigt in
-
Wenn der Winkel ω von 90º bis auf 180º geändert wird, dann
werden die Iso-Kontrastkennwerte so geändert, wie man aus den in
Fig. 11 und Fig. 14a bis Fig. 14c gezeigten Änderungen erkennt.
Speziell bewegen sich dann, wenn die Lagebeziehung zwischen zwei
Achsen (2.2) und (3.1) von einem senkrechten Schneiden zur
Parellele geändert wird, die Iso-Kontrastkurven so, daß sie sich
um den Sichtwinkel θ 0º herum verteilen. Wie vorstehend
beschrieben, können bei dieser Ausführungsform die
Iso-Kontrastkennwerte leicht dadurch geändert werden, daß man die
Lagebeziehung zwischen einer den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle 2 und der treibenden Flüssigkristallzelle 3 ändert.
(Ausführungsform 4)
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüssigkristallzelle 2 in der folgenden Art und Weise modifiziert wird.
Speziell wurde die Zelle 2 durch Verwendung einer Mischung aus
einem Flüssigkristallmaterial (ZLI-2806, hergestellt von E.
Merck Co., Ltd.), das eine Brechungsindex-Anisotropie Δn von
0,039 hatte und einem chiralen Dotiermittel (R811, hergestellt
von E. Merck Co., Ltd.) hergestellt, welches bewirkte, daß eine
molekulare Flüssigkristallausrichtung eine Vertwistung im
Uhrzeigersinn mit einer Schrauben-Ganghöhe von 2,96 µm erhielt. Die
Vertwistung im Uhrzeigersinn der den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle 2 hatte einen Twistwinkel von 450º und eine
Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 3,7 µm. Weiterhin
wurde ein Winkel ω durch eine Gleitachse (2.2) eines unteren
Substrats der den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle 2 und eine Gleitachse (3.1) eines oberen Substrats einer
treibenden Flüssigkristallzelle 3 so bestimmt, daß er 90º
betrug. Die Iso-Kontrastkennwerte einer
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Ausführungsform wurden in derselben Weise wie
bei der Ausführungsform 1 gemessen. Die Meßergebnisse werden in
Fig. 15 gezeigt. Wie man am besten in Fig. 15 sehen kann, wurde
eine ursprüngliche Sichtrichtung von 90º auf eine Sichtrichtung
von 180º geändert. Für den Zweck einer experimentellen
Beobachtung wurden Grauskalen-Anzeigeoperationen unter Verwendung der
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Erfindung verwendet.
Das Ergebnis war, daß zufriedenstellende Sichtwinkel-Kennwerte
in Richtungen von 180º bis 360º über 270º erreicht wurden.
(Ausführungsform 5)
-
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüsssigkristallzelle 2 in der folgenden Art und Weise modifiziert wird.
Speziell wurde die Zelle 2 unter Verwendung einer Mischung aus
einem Flüssigkristallmaterial und einem chiralen Dotiermittel
(R811, hergestellt von E. Merck Co., Ltd.) hergestellt, das
bewirkte, daß eine molekulare Ausrichtung des Flüssigkristalls
eine Vertwistung im Uhrzeigersinn mit einem Twistwinkel von 990º
hatte (eine Twist-Ganghöhe = 3,27 µm). Die den Sichtwinkel
kompensierende Flüssigkristallzelle 2 mit einem Twistwinkel im
Uhrzeigersinn hatte eine Flüssigkristallschicht mit einer Dicke
von 9 µm. Weiterhin werden die Lagebeziehungen von Gleitachsen
in der folgenden Art und Weise geändert. Speziell wurden vier
verschiedene Flüssigkristalleinrichtungen so vorgesehen, daß ein
Winkel ω, der durch eine Gleitachse (2.2) eines unteren
Substrats einer den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle 2 und eine Gleitachse (3.1) eines oberen Substrats einer
treibenden Flüssigkristallzelle 3 gebildet wird, auf vier
verschiedene Winkel geändert wurde, wie beispielsweise 90º, 120º,
150º und 180º. Die Iso-Kontrastkennwerte der vier verschiedenen
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen wurden entsprechend
gemessen. Die Meßergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2. Sichtwinkel-Kennwerte entsprechender
Konfigurationen
Konfiguration
Winkel ω zwischen Gleitachsen
Iso-Kontrastkennwerte gezeigt in
-
Bei dieser Ausführungsform ist eine Twistrichtung der
molekularen Ausrichtung des Flüssigkristalls der den Sichtwinkel
kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 entgegengesetzt zu der in
der Flüssigkristallschicht der treibenden Flüssigkristallzelle
3. Folglich wurde, wie man am besten aus Fig. 16a bis Fig. 16d
sehen kann, eine ursprüngliche Sichtrichtung von 90º auf eine
Sichtrichtung von 180º geändert. Weiterhin wurden bei dieser
Ausführungsform die Winkel ω geändert, so daß die Gestalt der
Kurven, welche die Iso-Kontrastkennwerte anzeigen, ebenfalls
geändert wurde.
(Ausführungsform 6)
-
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüssigkristallzelle 2 in der folgenden Art und Weise modifiziert wird.
Speziell wurde ein Twistwinkel (oder die Anzahl der Umdrehungen)
der molekularen Ausrüstung eines Flüssigkristalls in einer
Flüssigkristallschicht der Zelle 2 auf sieben verschiedene Winkel
dadurch geändert, daß die Mischungskonzentration eines entgegen
dem Uhrzeigersinn chiralen Dotiermittels (S811, hergestellt von
E. Merck Co., Ltd.) korrigiert wurde. Spezieller gesagt, es
wurde für sieben verschiedene
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen gesorgt, welche sieben verschiedene Twistwinkel von 810º bis
1170º hatten. Die Sichtwinkel-Kennwerte dieser
Anzeigeeinrichtungen wurden entsprechend gemessen. Die Meßergebnisse werden in
Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3. Anzahl von Twist-Umdrehungen in
Kompensationszellen und entsprechende Vorteile
Anzahl Twist-Umdrehungen (Twist-Winkel) von Kompensationszellen
Iso-Kontrast-Kennwerte gezeigt in
-
Wie man aus Tabelle 3 und Fig. 17a bis Fig. 17g sehen kann,
bewegt sich dann, wenn ein Twistwinkel bei der den Sichtwinkel
kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 ansteigt, eine
150-Kontrastkurve in Richtung auf den Mittelpunkt der Polarkoordinaten.
Speziell wird eine Sichtwinkelrichtung zur Richtung einer
Normalen auf die Anzeigefläche der
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung. Weiterhin kann man, wenn die Fälle von Fig. 17a, 17b und
17g sequentiell miteinander verglichen werden, bei welchen ein
Twistwinkel als 450º + einem Vielfachen von 180º ansteigt (d.h.
die Anzahl der Twist-Umdrehungen steigt in der Form 2,25, 2,75
und 3,25 an), verstehen, daß die Gestalt der Iso-Kontrastkurven
im wesentlichen konstant ist. Weiterhin ist in allen Fällen die
Gestalt der Iso-Kontrastkurven, welche anzeigt, daß ein
Kontrastverhältnis 10 : 1 ist, im wesentlichen halbkreisförmig in
den Richtungen von 0º bis 180º. Dies legt den Gedanken nahe, daß
man ein Kontrastverhältnis mit einem bestimmten konstanten Wert
in allen Richtungen erhalten kann, wenn eine Beobachtung unter
einem festen Sichtwinkel erfolgt.
-
Die Gestalt der Iso-Kontrastkurven in den Fällen von Fig. 17b,
17c, 17e und 17f (d.h. der Twistwinkel ist ein anderer als 450º
+ einem Vielfachen von 180º) ist verschieden von der Gestalt der
Iso-Kontrastkurven in den Fällen von Fig. 17a, 17d und 17g, wird
aber zu Formen, die seitlich lang sind. Wie vorstehend
beschrieben, können Iso-Kontrastkennwerte einer
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dadurch geändert werden, daß man die Anzahl der
Twistumdrehungen in einer den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristall zelle ändert.
(Ausführungsform 7)
-
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel modifizierende
Flüssigkristallzelle 2 in der folgenden Art und Weise modifziert wird.
Speziell wurde als Zelle 2 eine entgegen dem Uhrzeigersinn
vertwistete Flüssigkristallzelle vorgesehen, welche eine
Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von 3,5 µm und einem Twistwinkel
von 270º hatte. Bei dieser Ausführungsform war das
Flüssigkristallmaterial dasselbe, wie bei der Ausführungsform 1. Eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die die vorstehend
beschriebene Zelle 2 verwendete, wurde hergestellt, und es wurden die
Iso-Kontrastkennwerte der Einrichtung gemessen. Die
Meßergebnisse werden in Fig. 18 gezeigt.
-
Wie man aus Fig. 18 ersehen kann, sind Sichtwinkel bezogen auf
die Richtungen 0º bis 180º, welche der hauptsächliche praktische
Bereich sind, größer als die Sichtwinkel bei
Iso-Kontrastkennwerten einer konventionellen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
(siehe Fig. 12). Folglich sind bei dieser Ausführungsform die
Abhängigkeitskennwerte von Kontrastverhältnissen von den
Sichtwinkeln verbessert worden. Was die Farbanzeige angeht, wurde im
Fall einer konventionellen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
eine Ausgabefarbe in einem Dunkelzustand in Abhängigkeit von den
Sichtwinkeln geändert. Jedoch erhielt man bei dieser
Ausführungsform eine zufriedenstellende schwarze Ausgabefarbe
unverändert selbst dann, wenn die Sichtwinkel geändert wurden.
Experimentell
wurde eine TFT-LCD 10 Zoll (Diagonalmaß) unter
Verwendung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung entsprechend
dieser Ausführungsform mit einem darin vorgesehenen Farbfilter
hergestellt. Das Ergebnis war, daß man eine zufriedenstellende
Vollfarben-Anzeigeeinrichtung erhielt, mit der man den
Anzeigeinhalt derselben unabhängig von Richtungs- und
Sichtwinkeländerungen diskriminiren konnte.
(Ausführungsform 8)
-
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als die treibende Flüssigkristallzelle 3 in der
folgenden Art und Weise modifiziert wird. Speziell wurde die
Zelle unter Verwendung einer Mischung aus nematischem
Flüssigkristall (ZLI-2293, hergestellt von E. Merck Co., Ltd.) und
einem chiralen Dotiermittel (S811, hergestellt von E. Merck Co.,
Ltd.) hergestellt, wobei die Zelle 3 eine
Brechungsindex-Anisotropie Δn von 0,13, eine Flüssigkristallschicht mit einer Dicke
von 6,5 µm und einem Twistwinkel von 240º (entgegen dem
Uhrzeigersinn in der ST-Form) hatte. Die treibende
Flüssigkristallzelle 3 wurde in einer solchen Art und Weise angeordnet, daß
eine Gleitachse eines unteren Substrats der Zelle 3 auf einer
Linie angeordnet war, die um 30º von einer y-Achse, beobachtet
von einer +z-Achse aus, abwich. Weiterhin war eine
Übertragungsachse (1.1) eines oberen Polarisators auf einer Linie
angeordnet, die entgegen dem Uhrzeigersinn um 90º von einer y-Achse,
von einer +z-Achse aus beobachtet, abwich. Weiterhin war eine
Übertragungsachse (4.1) eines unteren Polarisators auf einer
Linie angeordnet, die entgegen dem Uhrzeigersinn um 110º von der
y-Achse, von der +z-Achse aus beobachtet, abwich. Eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Ausführungsform zeigt eine
Blau-Anzeige bei nicht angelegter Spannung und eine weiße
Anzeige bei angelegter Spannung. Experimentell wurde eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit 640 x 400 Pixeln in
Übereinstimmung mit der Konfiguration dieser Ausführungsform hergestellt.
Diese Anzeigeeinrichtung wurde unter den Bedingungen von
1/200 - Betrieb und 1/15 - Steuerung betrieben, und die Sichtwinkel-
Kennwerte der Anzeigeeinrichtung wurden gemessen. Die
Meßergebnisse werden in Fig. 19 gezeigt.
-
In Fig. 19 werden spezielle Sichtwinkel bezogen auf
entsprechende Richtungen veranschaulicht. Die speziellen Sichtwinkel sind
derart, daß Werte, welche man durch Teilen von Intensitäten (für
den Fall, daß Sichtwinkel in einem hellen Zustand geändert
werden) durch Intensitäten (einer Normalen auf einer Anzeigefläche)
erhält, 0,4 oder größer werden. In Fig. 19 zeigen die
ausgezogenen Linien normalisierte Iso-Übertragungskennwerte für den Fall
dieser Ausführungsform an, und die gestrichelten Linien zeigen
jene für den Fall an, in dem eine Sichtwinkel-Kompensations-
Flüssigkristallzelle 2 nicht verwendet wird. Wie man aus Fig. 19
sehen kann, sind Bereiche, die von den ausgezogenen Linien
umgeben sind (diese Ausführungsform), kleiner als jene Bereiche
sind, die von den gestrichelten Linien umgeben sind (ohne die
Zelle 2). Dies ist ein Zeichen dafür, daß normalisierte Iso-
Übertragungskennwerte bei einem hellen Zustand dieser
Ausführungsform in nennenswerter Weise verbessert worden sind.
(Ausführungsform 9)
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüsssigkristallzelle 2 durch eine optisch anisotrope Schicht in der
folgenden Weise ersetzt worden ist. Speziell wurde ein chirales
Dotiermittel (S811, hergestellt von E. Merck Co., Ltd.) mit
einem Flüssigkristallmaterial (ML-1007, hergestellt von E. Merck
Co., Ltd.) gemischt, das eine Brechungsindex-Anisotropie Δn von
0,2 hatte. Es wurden drei verschiedene optisch anisotrope
Schichten vorgesehen, welche alle dieselbe Twist-Ganghöhe P von
0,19 µm hatten, aber in der Dicke ihrer Flüssigkristallschicht
verschieden waren. Diese optisch anisotropen Schichten hatten
entsprechend Werte von n x P (wobei die Brechungsindizi 1,5 oder
mehr betragen) bei 285 nm, waren also kleiner, als ein Wert im
Bereich sichtbarer Wellenlängen. Es wurden drei verschiedene
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen vorgesehen, welche
entsprechend
die vorstehend beschriebenen drei verschiedenen optisch
anisotropen Schichten hatten. Die Sichtwinkel-Kennwerte dieser
Anzeigeeinrichtungen wurden gemessen. Die Meßergebnisse werden
in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4.
Iso-Kontrast-Kennwerte entsprechender Konfigurationen
Konfiguration
Dicke der Flüssigkristallschicht einer optisch anisotropen Schicht
Iso-Kontrast-Kennwerte gezeigt in
-
Wie man aus Tabelle 4 und Fig. 20a und 20c sehen kann, erweitert
sich, wenn die Dicke einer Flüssigkristallschicht einer optisch
anisotropen Schicht ansteigt, ein zu bevorzugender Sichtwinkel
in Richtungen von 0º und 180º (der linken und der rechten
Richtung). Weiterhin werden die Iso-Kontrastkurven zu Formen
geändert, die symmetrisch bezogen auf die Richtungslinie 0º - 180º
sind. Wie vorstehend beschrieben, können die
Sichtwinkel-Kennwerte leicht dadurch geändert werden, daß man die Schichtdicke
einer optisch anisotropen Schicht ändert.
(Ausführungsform 10)
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüssigkristallzelle 2 in der folgenden Art und Weise modifiziert wird.
Speziell wurde die den Sichtwinkel kompensierende Zelle 2 durch
ein Flüssigkristall-Polymer ersetzt, das aus Polysiloxan als
Hauptkette und sowohl aus Biphenylbenzoat, als auch aus einem
cholersterilen Radikal als Seitenkette bestand. Das polymere
Flüssigkristall hatte eine Brechungsindex-Anisotropie Δn von
0,20 und eine chirale Ganghöhe P von 0,468 µm. Die Dicke der
polymeren Flüssigkristallschicht betrug 0,117 µm, und ein
Twistwinkel war 90º, und eine Twistrichtung verlief entgegen dem
Uhrzeigersinn. Es wurde für eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gesorgt, die die vorstehende den Sichtwinkel kompensierende
Schicht benutzte. Die Sichtwinkel-Kennwerte der
Anzeigeeinrichtung wurden in derselben Art und Weise wie bei Ausführungsform
1 gemessen. Die Meßergebnisse werden in Fig. 21 gezeigt. Wie man
aus Fig. 21 sehen kann, erhielt man Kontrastverhältnisse von 30
1 oder mehr in einem 30º-Kegel in Richtungen von 0º bis zu
180º.
(Ausführungsform 11)
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine treibende Flüssigkristallzelle 3 und eine
den Sichtwinkel kompensierende Flüssigkristallzelle 2 in der
folgenden Art und Weise modifiziert wurden. Speziell wurde die
Zelle 3 durch Verwendung von Flüssigkristall in einer ST-Form
(Vertwistung entgegen dem Uhrzeigersinn mit einem Twistwinkel
von 240º) verwendet. Der benutzte Flüssigkristall war
vertwisteter nematischer Flüssigkristall, welcher eine Mischung von
nematischem Flüssigkristall (ZLI-2293, hergestellt von E. Merck Co.,
Ltd.) und einem chiralen Dotiermittel (S811, hergestellt von E.
Merck Co., Ltd.) ist. Die Dicke einer Flüssigkristallschicht der
Zelle 3 betrug 6,5 µm, und die Brechungsindex-Anisotropie Δn
davon war 0,131. Danach wurde die Zelle 2 unter Verwendung eines
chiralen nernatischen Flüssigkristalls (Vertwistung im
Uhrzeigersinn mit einem Twistwinkel von 360º) hergestellt, welcher eine
Mischung von nematischem Flüssigkristall (ZLI-2293, hergestellt
von E. Merck Co., Ltd.) war. Die Dicke einer
Flüssigkristallschicht der Zelle 2 betrug 7 µm. Der Wert Δn x P der Zelle 2 war
mit 0,917 µm größer als ein Wert im Bereich der sichtbaren
Wellenlängen, so daß die Anzeigefarben in Abhängigkeit von
Sichtwinkeln geändert wurden.
-
Experimentell wurde eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 640
x 400 Pixel eines ST-Typs unter Verwendung der Zellen 2 und 3 in
der Art und Weise hergestellt, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird.
Speziell wurden die Zelle 2 und die Zelle 3 in engem Kontakt
miteinander angeordnet. Weiterhin schnitten sich eine Gleitachse
(2.2) der Zelle 2 und eine Gleitachse (3.1) der Zelle 3
gegenseitig senkrecht. Weiterhin war die Gleitachse (3.1) auf einer
Linie angeordnet, welche entgegen dem Uhrzeigersinn um 30º von
einer y-Achse, von einer +z-Achse aus gesehen, abwich. Weiterhin
waren Polarisatoren 1 und 4 in einer solchen Art und Weise
angeordnet, daß eine Übertragungsachse (1.1) auf eienr Linie
angeordnet war, die entgegen dem Uhrzeigersinn um 95º von der y-
Achse, von der +z-Achse aus beobachtet, abwich, und eine
Übertragungsachse (4.1) war auf einer Linie angeordnet, welche die
im Uhrzeigersinn um 5º von der y-Achse, von der +z-Achse aus
beobachtet, abwich. Die auf diese Weise erhaltene
Anzeigeeinrichtung dieser Ausführungsform wurde mit einem
Multiplex-Treiber unter den Bedingungen 1/200 - Betrieb und 1/13 - Steuerung
betrieben. Das Ergebnis war, daß eine zufriedenstellende
Schwarz-Weiß-Anzeige ohne Doppelbrechungsfarben realisiert
wurde, die für eine ST-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
eigentümlich sind. Weiterhin wurden Sichtwinkel-Kennwerte der
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Ausführungsform gemessen. Die
Meßergebnisse werden in Fig. 22 gezeigt. Wie man aus Fig. 22
sehen kann, werden zu bevorzugende Sichtwinkel vergrößert
(besser zu verstehen, wenn mit Fig. 3 verglichen, welche später
beschrieben wird).
(Vergleichsbeispiel)
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Zum Zweck eines Vergleichs wurden Sichtwinkel-Kennwerte im Fall
einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ohne eine den
Sichtwinkel kompensierende Flüssigkristallzelle 2 (wobei die anderen
Elemente dieselben sind, wie jene bei der Ausführungsform 11) in
derselben Art und Weise wie bei der Ausführungsform 11 gemessen.
Die Meßergebnisse werden in Fig. 23 gezeigt. Wie man aus Fig. 23
sehen kann, wird ein Anzeigebild unvermeidlich invertiert, wenn
ein Sichtwinkel größer als 20º in einem unteren Halbbereich des
Diagramms ist, d.h. in einer Richtung 270º. Weiterhin wird eine
Anzeigefarbe auf Blau geändert. Dies ist in nennenswerter Weise
nachteilig bei Anwendungen, bei welchen eine Mehrfarbenanzeige
in Kombination mit einem Farbfilter und dergleichen durchgeführt
wird.
(Ausführungsform 12)
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform
1 insofern, als eine den Sichtwinkel kompensierende
Flüssigkristallzelle 2 durch eine optisch anisotrope Schicht in der
folgenden Art und Weise ersetzt wird. Speziell wurde eine optisch
anisotrope Schicht, anstelle der Zelle 2, unter Verwendung
mehrerer Schichten von aus TAC (Triazetylzellulose) hergestellten
Filmen hergestellt, die einen Verzögerungswert von 0,002 µm
hatten, die nacheinander aufgebracht wurden. Noch spezieller
wurden 14 TAC-Schichten in einer solchen Art und Weise
aufgebracht, daß entsprechende optische Achsen mit kontinuierlicher
entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufender Abweichung um jeweils
6,5º angeordnet wurden. Das Ergebnis war, daß man eine optisch
anisotrope Schicht erhielt, die einen Verzögerungswert von 0,028
µm hatte. Die Iso-Kontrastkennwerte einer
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Ausführungsforrn wurden gemessen. Die
Meßergebnisse werden in Fig. 24 gezeigt. Wie man aus Fig 24
sehen kann, kann ein zufriedenstellendes Anzeigebild selbst dann
beobachtet werden, wenn ein Sichtwinkel 60º oder größer in einer
Richtung von 135º ist.
(Ausführungsform 13)
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Eine Konfiguration dieser Ausführungsform wird in Fig. 25
gezeigt. Diese Ausführungsform weicht von der Ausführungsform 1
insofern ab, als eine Richtung einer Gleitachse (2.1) bei einem
oberen Substrat 2a einer den Sichtwinkel kompensierenden
Flüssigkristallzelle 2 im Vergleich zu der Richtung der Gleitachse
(2.1) bei der Ausführungsform 1 umgekehrt wird. Eine treibende
Flüssigkristallzelle 3 und die physikalischen Eigenschaften der
Zelle 2, wie beispielsweise der Twistwinkel (= 990º) einer
Flüssigkristallschicht, eine Twistrichtung, die Schichtdicke (= 9
µm), eine Twist-Ganghöhe (= 3,27 µm) und die Brechungsindex-
Anisotropie Δn (= 0,039) sind alle dieselben, wie jene bei der
Ausführungsform 1. Experimentell wurde eine Flüssigkristall-
Anzeigeeinrichtung in Übereinstimmung mit der vorstehenden
Konfiguration hergestellt. Die Iso-Kontrastkennwerte dieser
Anzeigeeinrichtung wurden in derselben Art und Weise wie bei
Ausführungsform 1 gemessen. Die Meßergebnisse werden in Fig. 26
gezeigt.
-
Wie man aus Fig. 26 sehen kann, erhielt man Iso-Kontrastkurven,
die im wesentlichen dieselben wie bei der Ausführungsform 1
waren, in Richtungen von 315º - 0º - 45º und 135º - 180º - 225º.
Weiterhin wurden größere Vorteile als jene bei der
Ausführungsform 1 in Richtungen von 45º - 90º - 135º erreicht, so daß ein
zu bevorzugender Sichtwinkel erweitert wurde. Auf der anderen
Seite wurde ein zu bevorzugender Sichtwinkel im Vergleich mit
jenem bei der Ausführungsform 1 in Richtungen von 225º -
270º - 315º herabgesetzt. Jedoch war diese Herabsetzung des zu
bevorzugenden Sichtwinkels bei praktischen Anwendungen unbedeutend. Wie
vorstehend beschrieben, können entsprechend dieser
Ausführungsform Sichtwinkel-Kennwerte dadurch geändert werden, daß man eine
Richtung einer Gleitachse eines der Substrate einer den
Sichtwinkel kompensierenden Flüssigkristallzelle umkehrt.
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Wie vorstehend beschrieben, kann entsprechend der vorliegenden
Erfindung für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gesorgt
werden, deren Sichtwinkelkennwerte verbessert worden sind. Die
Anzeigeeinrichtung dieser Erfindung kann ein Bild guter Qualität
mit überlegener Sichtbarkeit anzeigen. Weiterhin kann diese
Erfindung auch bei verschiedenen Aktivmatrix-Flüssigkristall-
Anzeigeeinrichtungen zur Anwendung kommen, welche Elemente von
TFT oder MIN und dergleichen mit 3 Anschlüssen oder 2
Anschlüssen verwenden. Natürlich kann man bei diesen Anwendungen die
vorstehend beschriebenen bedeutsamen Vorteile ebenfalls
erreichen.
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Offensichtlich sind zahlreiche zusätzliche Modifikationen und
Veränderungen der vorliegenden Erfindung im Licht der
vorstehenden
Lehren möglich. Es ist deshalb selbstverständlich, daß
innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche die
Erfindung auch in anderer Weise als speziell hierin beschrieben
praktiziert werden kann.