DE69210638T2

DE69210638T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69210638T2
Application number: DE69210638T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Hatoh; Junko Hirata; Yuzo Hisatake; Masahito Ishikawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-02-07
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: KR960006742B1; DE69210638D1; EP0498614A2; TW209894B; KR920016892A; EP0498614B1; US5241408A; JPH0540277A; JP2721284B2; EP0498614A3

Description

Flüssigkristallanzeigevorrichtung

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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Speziell im Fall eines Vollfarbenbildes unter Verwendung vorgeschriebener Farbfilter wird ein Anzeigebild nennenswert verzerrt.
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.
Kurz gesagt, in übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gesorgt mit
zwei Polarisatoren, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind; und
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:
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.
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.
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:
(R&sub1;/T&sub1;) > (R&sub2;/T&sub2;).
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.
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:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung einer Ausführungsform 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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;
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;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das schematisch eine Indexoberfläche eines senkrecht ausgerichteten Flüssigkristallmoleküls veranschaulicht;
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;
Fig. 6 ein Diagramm ist, welches ein Koordinatensystem des molekularen Ausrichtungszustandes in der Flüssigkristallzelle von Fig. 5 veranschaulicht;
Fig. 7 ein Diagramm ist, welches eine Indexoberfläche für die Durchführung einer optischen Kompensation veranschaulicht;
Fig. 8a bis Fig. 8e Grafiken sind, um Sichtwinkel-Kennwerte von Flüssigkristallzelle und optisch anisotropen Schichten zu erklären;
Fig. 9 eine Schnittansicht ist, die eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der Ausführungsform 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 10 ein Diagramm ist, das ein Koordinatensystem zur Verwendung bei der Messung von Sichtwinkel-Kennwerten veranschaulicht;
Fig. 11 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
Fig. 12 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Sichtwinkel-Kennwerte einer konventionellen Einrichtung veranschaulicht;
Fig. 13 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären von Sichtwinkel-Kennwerten einer Ausführungsform 2 veranschaulicht;
Fig. 14a bis Fig. 14c Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 3 veranschaulichen;
Fig. 15 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 4 veranschaulicht;
Fig. 16a bis Fig. 16d Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 5 veranschaulichen;
Fig. 17a bis Fig. 17g Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 6 veranschaulichen;
Fig. 18 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 7 veranschaulicht;
Fig. 19 ein Diagramm ist, da normalisierte Iso-Übertragungskennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 8 veranschaulicht;
Fig. 20a bis Fig. 20c Diagramme sind, die Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 9 veranschaulichen;
Fig. 21 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 10 veranschaulicht;
Fig. 22 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 11 veranschaulicht;
Fig. 23 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären eines Vergleichsbeispiels der Ausführungsform 11 veranschaulicht;
Fig. 24 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile einer Ausführungsform 12 veranschaulicht;
Fig. 25 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ist, die eine Konfiguration einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung einer Ausführungsform 13 entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 26 ein Diagramm ist, das Iso-Kontrast-Kennwerte für das Erklären der Vorteile der Ausführungsform 13 veranschaulicht.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Fig. 4 zeigt eine Indexoberfläche, welche schematisch ein Flüssigkristallmolekül im senkrechten Ausrichtungszustand darstellt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
Δn&sub1; d&sub1;/T&sub1; = R&sub1;/T&sub1; (1.1)
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:
An&sub2;.d&sub2;/T&sub2; = R&sub2;/T&sub2; (1.2)
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.
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;
(R&sub1;/T1)> (R&sub2;/T&sub2;) (1.3).
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)):
f = λ/(P x Δn) (1.4)
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.
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:
P x Δn < λ (1.5)
(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.
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.
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.
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:
Speziell sind die Twist-Ganghöhen der optischen Achse:
0,248 µm im Fall von Fig. 8c,
0,738 µm im Fall von Fig. 8d und
5,3 µm im Fall von Fig. 8e.
Weiterhin sind die Twistwinkel, ausgedrückt durch die Anzahl der Drehungen:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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].
Wenn beide Werte verglichen werden, dann erhält man die folgende Beziehung:
(R&sub1;/T&sub1;) > (R&sub2;/T&sub2;)
Speziell ist die optische Drehkraft der den Sichtwinkel kompensierenden Flüssigkristallzelle 2 kleiner als 1/10 der optischen Drehkraft der treibenden Flüssigkristallzelle 3.
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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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.
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.
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.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit:

zwei Polarisatoren (1, 4), die voneinander beabstandet sind; und

einer treibenden Flüssigkristallzelle (3), die zwischen den beiden Polarisatoren (1, 4) angeordnet ist, wobei die Zelle (3) zwei Substrate mit Elektroden und dazwischenliegender Flüssigkristallschicht aufweist, die dann, wenn an die Elektroden keine Spannung gelegt wird, eine molekular getwistete Ausrichtung hat;

wobei die Einrichtung ferner mindestens eine optisch anisotrope Schicht (2) 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

ein Wert, der durch Multiplizieren von Δn mit P erhalten wird, kleiner als ein Wert in einem Bereich der sichtbaren Wellenlängen ist, wobei Δn die Brechungsindexanisotropie und P eine Schraubensteigung darstellen, die beide für die optisch anisotrope Schicht oder Schichten gelten.

2. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei das optisch anisotrope Medium aus Füssigkristall gemacht ist.

3. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei das optisch anisotrope Medium eine Flüssigkristall-Polymerschicht aufweist.

4. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die molekulare Ausrichtung der Flüssigkristallschicht in der treibenden Flüssigkristallzelle mit angelegter Spannung größer als ein vorgegebener Schwellenwert in der Art ist, daß bei der treibenden Flüssigkristallzelle sich sowohl die Neigungswinkel als auch die Twistwinkel der Flüssigkristallmoleküle in Richtung der Dicke der Flüssigkristallschicht nicht linear verändern.