(19)
(11)EP 0 264 667 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
27.04.1988  Patentblatt  1988/17

(21)Anmeldenummer: 87114162.8

(22)Anmeldetag:  29.09.1987
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC)4G02F 1/137
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AT BE CH DE ES FR GB IT LI NL SE

(30)Priorität: 24.10.1986 CH 4234/86

(71)Anmelder: F. HOFFMANN-LA ROCHE AG
4002 Basel (CH)

(72)Erfinder:
  • Leenhouts, Frans, Dr.
    CH-4303 Kaiseraugst (CH)

(74)Vertreter: Finkener und Ernesti Patentanwälte 
Heinrich-König-Strasse 119
44795 Bochum
44795 Bochum (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
  
      


    (54)Flüssigkristallanzeigezelle


    (57) Flüssigkristallanzeigezelle aus einem zwischen zwei Elektrodenplatten und Polarisatoren angeordneten verdrillten nematischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie. Der optische Gangunterschied Δn·d beträgt 0,2 bis 0,7 µm. Der Absolutwert des Verdrillungswinkels φ kann zwischen 10° und 80° liegen, der Winkel Ψ zwischen den Polarisatoren kann zwischen 80° und 110° liegen, und der Winkel ϑ zwischen der Richtung der Oberflächenorientierung und der Polarisationsrichtung an der lichteinfallsseitigen Platte kann zwischen -10° und 60° liegen und zwar vorzugsweise so, dass die Polarisatoren zu den nematischen Direktoren symmetrisch sind.




    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigezelle bestehend aus einer verdrillten nematischen Flüssigkristallschicht, die zwischen zwei mit Elektroden und Oberflächenorientierungen versehenen Platten und Polarisatoren angeordnet ist, und die eine positive dielektrischen Anisotropie aufweist.

    [0002] Die Erfindung betrifft insbesondere eine Flüssigkristallanzeigezelle der obenerwähnten Art, bei der die nematische Flüssigkristallschicht einen geringen optischen Gangunterschied aufweist.

    [0003] Es ist bekannt, dass Flüssigkristallanzeigezelle zur Erzielung eines hohen Multiplexverhältnisses eine steile elektro-optische Charakteristik aufweisen müssen. Die entsprechende Entwicklung konzentrierte sich auf hochverdrillte nematische Strukturen. Unter hochverdrillten nematischen Strukturen versteht man dabei solche, die um mehr als 90° verdrillt sind. Es versteht sich, dass zur Erzielung einer derartigen Verdrillung eine Dotierung mit chiralen Zusätzen in der Regel erforderlich ist.

    [0004] Die Vorteile der Flüssigkristallzellen mit hochverdrillten nematischen Strukturen liegen vor allem in einer besonders steilen elektro-optischen Charakteristik und einem grossen Sichtwinkelbereich. Die steile elektro-optische Charakteristik führt zu hohen Multiplexverhältnissen, die zur Verwirklichung von Anzeigen mit hoher Informationsdichte notwending sind.

    [0005] Dabei wurde weitgehend ausser Acht gelassen, dass für, bestimmte Anwendungen nicht das hohe Multiplexverhältnis, sondern die Möglichkeit der Erzielung einer möglichst differenzierten Grauskala im Vordergrund steht. Dies ist speziell beispielsweise für Fernsehanwendungen der Fall.

    [0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallanzeigezelle bereitzustellen, die eine speziell geringe Steilheit der elektro-optischen Charakteristik aufweist.

    [0007] Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch eine Flüssigkristallanzeigezelle der eingangs erwähnten Art, die sich auszeichnet durch die Kombination aus einem Verdrillungswinkel φ zwischen 10° und 80°, einem Winkel ϑ zwischen der Richtung der Oberflächenorientierung und Polarisationsrichtung an der lichteinfallsseitigen Platte von -30° bis 60°, einem Winkel Ψ zwischen den Polarisationsrichtungen der beiden Polarisatoren von 80° bis 110° und einem optischen Gangunterschied Δn·d von 0,2 bis 0,7 µm.

    [0008] Für den Zweck dieser Beschreibung sind die angegebenen Winkel wie folgt zu verstehen: Der Verdrillungswinkel φ ist der Winkel, den die durch die beiden nematischen Direktoren auf der vorderen, lichteinfallsseitigen und auf der rückseitigen Platte definierten, zu den Platten senkrechten Ebenen miteinander einschliessen, bzw. mit anderen Worten, um den die nematischen Direktoren gegeneinander verdreht sind. Diese Definition entspricht der im Fachgebiet üblichen Bezeichnung.

    [0009] Der Winkel ϑ ist der Winkel zwischen der Oberflächenorientierung auf der vorderen Platte bzw. dem nematischen Direktor n₁ an dieser Platte und der Polarisationsrichtung des dieser Platte zugeordneten Polarisators. Positive Werte des Winkels ϑ geben an, dass die Polarisationsrichtung ausserhalb des Winkels φ liegt, negative Werte für ϑ geben eine Polarisationsrichtung an, die zwischen den nematischen Direktoren liegt.

    [0010] Der Winkel Ψ ist der Winkel, um den die Polarisatoren gegeneinander verdreht sind. Als gekreuzt werden die Polarisatoren bezeichnet, wenn sie ohne zwischen ihnen erfolgende Lichtbeeinflussung den Lichtdurchgang weitgehend sperren. Das bedeutet, dass sich der Bergriff "gekreuzt" nicht ausschliesslich auf eine Verdrehung von 90° beschränkt, sondern alle hier in Betracht kommenden Werte von Ψ umfasst.

    [0011] Die so gebildete Zelle ergibt eine positive Kontrastdarstellung und ist vor allem für niedrige Werte von dΔn und ϑ ≠ hen Direktoren angeordnet werden. Die Bedingung hierfür ist ϑ = (90°-φ)/2, sofern Ψ = 90°. Die Symmetrie ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Die Polarisationsrichtung P₂ des hinteren Polarisators 5 ist gegenüber jener des vorderen Polarisators P₁ um einem Winkel Ψ verdreht, der im bevorzugten Ausführungsbeispiel 90° beträgt. Dieser Winkel kann aber mit guten Ergebnissen zwischen 80° und 110° liegen. Die Polarisationsrichtungen P₁ und P₂ können auch ohne negativen Einfluss auf die Ergebnisse niteinander vertauscht werden.

    [0012] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist z.B. φ = 30°, ϑ = 30°, Ψ = 90°, wobei folgende Flüssigkristallmischung (Mischung "A) in d = 3,4 µm dicker Schicht verwendet wurde:



    [0013] Ein zweites Ausführungsbeispiel wurde mit der folgenden Mischung "B" hergestellt:



    [0014] Die Bezeichnungsweise der Komponenten ist dem Fachmann bekannt. Es wird hierfür z.B. auf die Publikationen von Schadt, M. et al. in Mol. Cryst. Lig. Cryst. 122 (1985) 241ff und in Proc. Int. Displ. Res. Conf., San Diego (1985) verwiesen.

    [0015] In der folgenden Tabelle 1 sind die relevanten Parameter dieser beiden Mischungen "A" und "B" zusammengestellt.



    [0016] Mit diesen Mischungen wurden die in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellten elektro-optischen Resultate erzielt. Den Ergebnissen, die mit der vorliegenden neuen Zelle erreicht wurden, sind jeweils die Werte gegenübergestellt, die mit den gleichen Flüssigkristallmischungen in einer konventionellen Drehzelle (jeweils dritte Spalte) erzielt wurden.



    [0017] Von den in Tabelle 2 zusammengestellten Parameter bedeuten:
    - V₁₀ die optische Schwellenspannung bei 10% Extinktion bzw. 90% Transmission
    - V₅₀ die Spannung bei 50% Extinktion oder Transmission
    - P₀ die Steilheit der Transmissionskurve bei einem Lichteinfalls- oder Sichtwinkel ß=0° gemäss der Formel



    [0018] In Figur 3 sind die für das elektro-optische Verhalten charakteristischen Kontrastkurven im Vergleich zur klassischen Drenzelle gezeigt, die mit weissem Licht aufgenommen wurden, nämlich für φ=30°, ϑ=30. Ψ=90° (Kurve I), für φ=60°, ϑ=15°, Ψ=90° (Kurve II) und für φ=90°, ϑ=0°, Ψ=90° (Drehzelle, Kurve III). Es ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Verdrillungswinkel die Kurve steiler wird.

    [0019] Die oben beschriebene Zelle kann sowohl in Transmission als auch in Reflexion betrieben werden.


    Ansprüche

    1. Flüssigkristallanzeigezelle aus einem zwischen zwei mit Elektroden und Oberflächenorientierungen versehenen Platten und Polarisatoren angeordneten verdrillten nematischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie, gekennzeichnet durch die Kombination aus einem Verdrillungswinkel φ von 10° bis 80°, einem Winkel ϑ zwischen der Richtung der Oberflächenorientierung und der Polarisationsrichtung an der lichteinfallsseitigen Platte von -30° bis 60°, einem Winkel Ψ zwischen den Polarisationsrichtungen der beiden Polarisatoren von 80° bis 110° und einem optischen Gangunterschied Δn·d von 0,2 bis 0,7 µm.
     
    2. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch einen optischen Gangunterschied Δnd von 0,3 bis 0,5µm.
     
    3. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch einen Verdrillungswinkel φ zwischen 20° und 60°.
     
    4. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 3, gekennzeichnet, durch einen Verdrillungswinkel φ zwischen 30° und 50°.
     
    5. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel ϑ durch die Bedingung ϑ= (90°-φ)/2 definiert ist, wobei der Winkel zwischen den Po larisatoren Ψ = 90°.
     
    6. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Winkel ϑ zwischen 0° und 60°.
     
    7. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Winkel ϑ zwischen -30° und 0°.
     
    8. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Winkel Ψ von 90°.
     




    Zeichnung










    Recherchenbericht