DE3006052C2 - Flüssigkristall-Anzeigezelle - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigezelle der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung, die verbesserte Ableseeigenschaften besitzt

Im allgemeinen zeigen die Flüssigkristall-Anzeigezellen mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektab- hängig betrieben werden können, wegen der verdrehten Anordnung der Flüssigkristallmoleküle ein von dem Ablesewinkel oder dem Betrachtungswinkel abhängiges Verhalten. Der Ablesewinkel variiert in Abhängigkeit von der an die Flüssigkristall-Anzeigezelle angelegten Steuerspannung. Man beobachtet eine bemerkenswerte Ablesewinkelabhängigkeit dann, wenn die Anzeigeeinrichtung mit einem Signal niedriger effektiver Spannung angesteuert wird.

Nach der DE-OS 28 47 320 gilt bereits eine eingangs genannte feldeffektsteuerbare Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehter nematischer Phase als bekannt, welche zur Verbesserung des Anzeigekontrasts eine Faserplatte mit einer Vielzahl von optischen Fasern aufweist, deren Achsen senkrecht zu der Ebene der Flüssigkristallschicht stehen.

Auch die DE-OS 27 11 015 offenbart eine elektrooptische Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Gattung, wie sie beispielsweise für Armbanduhren verwendet wird, die mit einer frontseitigen Faseroptik-Zellenplatte mit senkrecht zur Anzeigefläche verlaufenden lichtleitenden Fasern versehen ist, damit auch im gekippten Zustand der Anzeigevorrichtung die volle Anzeigefläche ablesbar ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, bei einer Flüssigkristall-Anzeigezelle der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung die Helligkeit der Anzeige ohne Einbuße des Kantenkontrastes zu erhöhen und damit eine Verbesserung der Ableseeigenschaften zu erreichen.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Flüssigkristall-Anzeigezelle gemäß Hauptanspruch, das heißt dadurch, daß die Konfiguration und die Anordnung des offenen Kernendes der optischen Fasern im wesentlichen Jem jeweils zugeordneten Bildelement entsprechen, das do-ch die zugeordnete transparente vordere Elektrode und die zugeordnete hintere Elektrode definiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Flüssigkristall-Anzeigezelle eine zwischen der optischen Faserplatte und der transparenten vorderen Elektrode angeordnete transparente Platte auf, die als Verstärkungsschicht dient

Aus der US-PS 29 83 835 und der DE-OS 25 41 003 ist es bereits bekannt die räumliche Lage von optischen Fasern an die abzubildenden Bildpunkte anzupassen.

Durch die erfindungsgemäße Anpassung sowohl der Konfiguration als auch der Anordnung des offenen Kernendes der optischen Fasern an das jeweils zugeordnete Bildelement wird es möglich, die Helligkeit der Anzeige ganz erheblich zu erhöhen, ohne daß durch die Vergrößerung der offenen Kernenden der optischen Fasern eine Verminderung des Kantenkontrastes verursacht wird.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung des Ablesewinkels;

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des ablesewinkelabhängigen Verhaltens von herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigezellen mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden können;

F i g. 3 eine schematische Schnittansicht des Grundaufbaus der bekannten Flüssigkrisinll-Anzeigezelle mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden kann;

Fig.4 und 5 vergrößerte Schnittansichten eines Ausschnitts der in der F i g. 3 dargestellten Flüssigkristall-Anzeigezelle;

F i g. 6(A) und 6(B) schematische Draufsichten, die die relativen Positionen des Bildelements und der optischen Fasern bei herkömmlichen Zellen verdeutlichen;

F i g. 7(A) und 7(B) schematische Draufsichten, die die relativen Anordnungen des Bildelements und der optischen Fasern bei einer Ausführungsform der Erfindung wiedergeben; und

Fig.8 eine vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden kann.

Zunächst seien unter Bezugnahme auf die F i g. 1 die Parameter der θ und Φ der Ableserichtung erläutert

Die im rechten Winkel zueinander verlaufenden Koordinaten X und K definieren die Anzeigeoberfläche einer Flussigkristall-Anzeigeeinrichtung 1 derart, daß die X-Achse parallel zu der Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle, angrenzend an einem Substrat, in dem Zustand verläuft, da kein elektrisches Feld an die Einrichtung angelegt ist. Die Achse Z definiert die auf der An;seigeoberfläche senkrechte Richtung. Der Winkel θ steht für den Winkel zwischen dem Ableserichtungsvektor Kund der Achse Z, während der Winkel Φ den Winkel zwischen der X-Achse und der Projektion des Ablesevektors Kauf die Koordinatene-

beneATdarsteilL

Die F i g. 2 verdeutlicht das ableserichtungsabhängige Verhalten der herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehter nemaüscher Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden kann. Diese Fig.2 b verdeutlicht das Anzeigekontrastverhältnis, das in Abhängigkeit von dem Winkel Φ bei konstant*.;^ Wmkei θ (θ = 20°) variiert, wobei die Kurve 1 den Zustand wiedergibt, wenn der Effektivwert der angelegten Spannung 2^ Volt beträgt, die Kurve 2 den Zustand verdeutlicht, wenn der Effektivwert der angelegten Spannung 3,U V'ol! beträgt und die Kurve 3 den Zustand zeigt, da der Effektivwert der angelegten Spannung 6,0 Volt beträgt

Genauer definiert der durch die Kurve umgebene Bereich den Bereich eines guten Anzeigekontrastes, während außerhalb des durch die Kurve definierten Bereiches kein guter Kontrast mehr festzustellen ist

Es ist aus der F i g. 2 deutlich zu erkennen, daß sich der Ablesewinkelbereich mit abnehmender angelegter Spannung verkleinert Weiterhin erzielt man einen guten Kontrast in einer bestimmten Richtung der Koordinatenebene XY.

Das in der F i g. 2 dargestellte Verhalten wurde wie folgt ermittelt Man verwendet eine Flüssigkristall-Anzeigezelle, die als Flüssigkristallzubereitung eine Mischung der flüssigkristallinen Schiffschen Basen MBBA, EBBA und BBAB enthält, wobei die Flüssigkristallschicht eine Dicke von 6 μΐη aufweist Der Neigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle gegenüber dem Substrat liegt dann, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist unterhalb 5°. Die transparente Elektrode besteht aus In₂Oi während die Orientierungsschicht eine SiOrSchicht umfaßt, die durch Reiben mit Mikrorillen versehen worden ist Die angewandte Steuerspannung umfaßt ein rechteckiges Wechselspannungssignal mit einer Frequenz von 32 Hz.

Die Abhängigkeit des Anzeigekontrasts von dem Winkel Φ wird dann groß, wenn die Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden kann, im Multiplexbetrieb oder dynamisch betrieben wird. Dies ergibt sich dadurch, daß die effektive Spannung mit zunehmendem Multiplexverhältnis abnimmt

Zur Verminderung der oben angesprochenen Nachteile wurde in der DE-OS 28 47 320 bereits vorgeschlagen, das vordere Substrat der Flüssigitristall-Anzeigezelle mit einer Faserplatte zu versehen, die aus einer Vielzahl von optischen Fasern besteht, deren Achsen senkrecht zu der Flüssigkristallschicht verlaufen. Die so Faserplatte besitzt eine der Flüssigkristallschicht gegenüberliegende Oberfläche, die im wesentlichen parallel zu der Flüssigkristallschicht veriäuft. Oberhalb der Faserplatte ist ein vorderer Polarisator angeordnet

Zum Ablesen der Anzeige befindet sich der Beobachter 2 vor der Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden kann, die einen vorderen Polarisator 3, eine optische Faserplatte 4, eine transparente vordere Elektrode 5, eine vordere Orientierungsschicht 6, eine Flüssigkristallschicht 7, eine Dichtungseinrichtung 8, eine hintere Örientierungsschicht 9, eine transparente hintere Elektrode 10, ein hinteres Glassubstrat 11, einen hinteren Polarisator 12 und einen Reflektor U umfaßt.

Die Fig.4 verdeutlicht die optische Faserplatte 4 genauer. Dabei entsprechen die angegebenen Bezugsziffern denen, die in der F i g. 3 angegeben sind.

Die in der Fig.4 darge-.'ellte optische Faserplatte 4 umfaßt eine Vielzahl von optischen Fasern, deren Achsen senkrecht zu der Schich'ftbers der Flüssigkristallschicht 7 verlaufen. Di? op·:hihi: Faserplatte 4 wmfp.Rt. eine innere Oberfläche 14, die im wesentlichen p3.s!|e! zu der Schichfebene der Flüssigkristallschicht 7 verläuft

jede optische Faser besitzt eine Länge .', y're ausreichend größer ist als der Radius r der Faser, wodurch die Ablesewinkelabhängigkeit gleichmäßiger gemacht wird. Die innere Oberfläche 14 der Faserplatte

4 ist in einem Abstand m, der der Dicke der transparenten vorderen Elektrode 5 und der vorderen Orientierungsschicht 6 entspricht von der FIüs£igkristallschicht 7 entfernt, wobei dieser Abstand vorzugsweise weniger als 40 r beträgt Wenn der Abstand m größer als 40 r ist kann man durch die Faserplatte 4 kein Bild beobachten.

Die oben angesprochene, in der DE-OS 28 47 320 beschriebene Flüssigkristall-Anzeigezelle ist dazu geeignet die Ablesewinkelabhängigkeit gleichmäßiger zu machen. Jedoch wird andererseits di<* Helligkeit der Anzeige vermindert wenn die offenen Enden der optischen Fasern klein sind. Wenn andererseits die offenen Enden der optischen Fasern groß sind, besteht die Möglichkeit, daß sich die optische Faser über das aktivierte Bildelement und das nichtaktivierte Sildelement erstreckt, was zu einer Verminderung des Anzeigekontrastes führt

Die F i g. 5 verdeutlicht die Beziehung zwischen den optischen Fasern und den Bildelementen der Flüssigkristall-Anzeigezelle, die in der F i g. 3 dargestellt ist. Bei der in der F i g. 5 dargestellten Zelle sind die Elektroden

5 und 10 in Matrixform angeordnet, so daß sich eine Matrix-Anzeige ergibt

Genauer umfaßt die transparente vordere Elektrode 5 parallele X-Linienelektroden aus In₂O₃, während die transparente hintere Elektrode 10 parallele Y-Linienelektroden umfaßt, die senkrecht zu den X-Linienelektroden verlaufen und ebenfalls aus 1^O₃ bestehen. Die Kreuzungsstellen der X-Linienelektroden und der y-Linienelektroden wirken als Bildelemente 5'. Jede optische Faser umfaßt einen Kernabschnitt und einen Hüllabschnitt In der F i g. 5 ist unter der Bezugsziffer 4' die Konfiguration des offenen Endes des Kernabschnitts dargestellt während die Bezugsziffer 4" den Hüllabschnitt wiedergibt. Die vorderen und hinte-en Orientierungsschichten 6 und 9 bestehen aus geriebenen SiO2-Schichten mit einer Dicke von etwa 10 nm (1000 A) oder aus SiO-Schichten, die durch Schrägaufdampfen gebildet worden sind. Die Flüssigkristallschicht 7 umfaßt cholesterische Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie und langer Neigung oder nematische Flüssigkristalle. Ein bevorzugtes Material ist beispielsweise das Materia! »E-8« der Firma BDH Chemicals Ltd. oder das Material »ROTN 403« der Firma F. Hoffmann-La Roche & Co. Im Fall einer Durchsicht-Anzeigeeinrichtung ist anstelle des Reflektors 13 an der Rückseite des hinteren Polarisators 12 eine Lichtquelle angeordnet.

Die Γ i g. 6(A) und *{Β) verdeutlichen die unerwünschte Beziehung zwischen dem offenen Kernende 4' der optischen Fas>.r und dem Bildelement 5'. Wenn lediglich ein Teil des offenen Kernendes 4' sich über einen Teil des einen Bildelements 5' erstreckt, wie es in der Fig.6(A) darges 'ir '■■■.'., ergibt sich eine Verschlechterung lies Arrisigekont ?sls. Wenn das offene Keii.^ryie 4' eine Größe besitzt, die wesentlich kleiner ist als di' des Bildelementes 5', wie es in der F i g. 6(B) dargestellt

ist, ergibt sich eine Verminderung der Helligkeit der Anzeige.

Zur Beseitigung der oben erwähnten Nachteile ist die Faserplatte 4 erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß das offene Kernende 4' im wesentlichen dem Bildelement 5' entspricht, wie es in den Fig. 7(A) und 7(B) dargestellt, ist. In dieser Weise werden sowohl der Anzeigekontrast als auch die Anzeigehelligkeit deutlich verbessert.

Wenn das offene Kernende 4' relativ groß ist, ist es bevorzugt, eine Verstärkungsplatte 14 zwischen der optischen Faserplatte 4 und der transparenten vorderen Elektrode 5 anzuordnen, wie es in der F i g. 8 gezeigt ist. Die Verstärkiingsplatte 14 muß transparent sein und

optisch isotrope Eigenschaften aufweisen. Der vordere Polarisator 3 kann zwischen der optischen Faserplatte 4 und der Verstärkungsplatte 14 angeordnet sein. In diesem Fall muß die Verstärkungsplatte 14 möglichst dünn sein, um eine saubere Anzeige zu ermöglichen, und muß eine Dicke aufweisen, die im Höchstfall im wesentlichen identisch ist mit dem Durchmesser oder dem Rand des offenen Kernendes 4'. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine weitere Verstärkungsplatte zwischen dem vorderen Polarisator 3 und der optischen Faserplatte 4 angeordnet werden. Die Verstärkungsplatte muß transparent sein und optisch isotrope Eigenschaften besitzen und besteht vorzugsweise aus Glas.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Flüssigkristall-Anzeigezelle mit verdrehter nematischer Phase, die feldeffektabhängig betrieben werden kann, mit einem vorderen Polarisator, einem transparenten vorderen Substrat, einem hinteren Substrat, einer zwischen dem transparenten vorderen Substrat und dem hinteren Substrat angeordneten Flüssigkristallschicht, auf dem transparenten vorderen Substrat ausgebildeten transparenten vorderen Elektroden, auf dem hinteren Substrat ausgebildeten hinteren Elektroden, wobei die transparenten vorderen Elektroden und die hinteren Elektroden gemeinsam Bildelemente zu Anzeigezwecken definieren, und wobei das transparente Substrat eine Vielzahl von optischen Fasern umfaßt, deren Achsen senkrecht zu der Ebene der Flüssigkristallschicht verlaufen und die jeweils ein der Flüssigkristallschicht gegenüberliegendes offenes Ende aufweisen, dadurch gekennzeich- net, daß die Konfiguration und die Anordnung des offenen Kernendes der optischen Fasern im wesentlichen dem jeweils zugeordneten Bildelement entsprechen, das durch die zugeordnete transparente vordere Elektrode (5) und ah zugeordnete hintere Elektrode (10) definiert wird.

2. Flüssigkristall-Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zwischen der optischen Faserplatte (4) und den transparenten vorderen Elekiroden (5) angeordnete transparente Platte (Verstärkungsplatte 14) umfaßt