DE2829602A1

DE2829602A1 - Fluessigkristall-anzeigetafel in matrixanordnung

Info

Publication number: DE2829602A1
Application number: DE19782829602
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Deisaku Nonomura; Hisashi Uede; Tomio Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-07-07
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1979-02-01
Also published as: CH634162A5; DE2829602B2; US4231640A; DE2829602C3

Description

Sharp K-K. TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER 1054-GER

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung (im folgenden LC-Matrixanzeige; LC = Liquid Crystal). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Aufbau einer solchen LC-Matrixanzeige, die sich durch eine hohe Auflösung und eine höhere Anzahl von Matrixelektroden pro Flächeneinheit der Anzeigetafel auszeichnet.

LC-Matrixanzeigen der hier in Rede stehenden Art weisen sich orthogonal überkreuzende Streifenelektroden auf und an den Kreuzungspunkten zwischen zwei sich senkrecht überschneidenden Elektroden entsteht ein Bildelement. Durch eine Mehrzahl solcher Bildelemente lassen sich Zeichen, Symbole, Ziffern und andere Anzeigemuster durch selektive Zuführung einer Spannung an ausgewählte Paare von sich überkreuzenden X- bzw. Y-Elektröden.darstellen. Ein großes Problem ist dabei, daß eine Spannung bis zu einem gewissen Grad auch an Kreuzungspunkten von X- und Y-Elektroden liegt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht angesteuert werden sollen (im folgenden "nicht gewählte Punkte"). Dieser Fall kann eintreten, wenn eine Überkreuzung einer oder mehrerer bestimmter X- und Y-Elektroden durch eine über der Schwellenspannung liegende Spannung beaufschlagt werden, d.h. also gewünschte Überkreuzungspunkte zum Leuchten gebracht werden sollen (im folgenden "gewählte Punkte").

Dieses Problem, daß auch nicht gewählte Punkte mehr oder weniger stark aufleuchten, wird als Einstreuung oder Kreuzkopplung bezeichnet.

Bei der sukzessiven adressenweisen Ansteuerung einer Matrixanzeige bei der die elektrooptischen Effekte von Flüssigkristallen vorteilhaft ausgenutzt werden, etwa Feldeffekte bei verdrehten nematischai Phasen (TN-Effekte; TN = ^Twisted .Nematic) / dynamische Streueffekte

809895/0742

Sharp K.K, TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER 1054-GER

(DSM-Effekte; DSM = Dynamic Scattering Effects), feldinduzierte Doppelbrechung (TB-Effekte) sowie andere Sekundäreffekte in der Grundsubstanz ( sogenannte Guest-Host-Effekte; GH-Effekte) werden nicht gewählte Punkte durch solche Einstreuphänomene oftmals auf Betriebszustand geschaltet, also zum Leuchten gebracht, was zu Schwierigkeiten führt, wenn ein bestimmtes Muster mit möglichst gutem Kontrast dargestellt werden soll. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich daraus, daß elektrooptische Effekte der genannten Art bei Flüssigkristallen elektrisch betrachtet bidirektionale Eigenschaften haben, also nicht spezifisch richtungsabhängig sind und zum Teil auch keine definierten Schwellwerte aufweisen. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, die Amplituden der Ansteuerspannung geeignet zu wählen. Üblicherweise werden im gewählten Zustand die X-Elektroden mit einer Spannung V und die Y-Elektroden mit Spannung 0 beaufschlagt, dagegen im nicht gewählten Zustand mit 1/3 V bzw. 2/3 V . An jedem gewählten Kreuzungspunkt zwischen einer X- und einer Y-Elektrode liegt also die Spannung V während an jedem nicht gewählten Punkt eine Spannung von 1/3 V auftritt. Dieses Ansteuerverfahren wird als 1:3-Spannungsmittelungsverfahren bezeichnet.' Das Verhältnis der effektiven Spannung an einem gewählten Punkt zu jener an einem nicht gewählten Punkt läßt sich dann wie folgt definieren:

V (Effektivspannung an einem gewählten Punkt)

(Effektivspannung an einem nicht gewählten Punkt)

(D

809885/0742

Sharp K.K.

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER 1 05 4-GER

In dieser Gleichung ist mit N der Verkopplungsgrad, der sogenannte "Multiplexgrad", bezeichnet, der der Anzahl von Abtastelektroden der betreffenden XY-Matrixanzeigetafel entspricht.

Aus der Gleichung (1) läßt sich ersehen, daß das Verhältnis von V /V mit steigender Anzahl N von Abtast-

*D XX

elektroden abnimmt. V wird im allgemeinen niedriger als die Schwellenspannung V , gewählt, die zur Auslösung elektrooptischer Effekte am Flüssigkristall erforderlich ist, während V^ über der Schwellenspannung liegt.

In der graphischen Darstellung der Fig. 1 sind die Kontrasteigenschaften dargestellt mit dem Kontrastverhältnis auf der Oridinate und der anliegenden Spannung auf der Abszisse, wobei die Spannungsabhängigkeit der Feldeffekte.beispielsweise der TN-Effekte.berücksichtigt werden. Der Kurvenverlauf läßt erkennen, daß das Kontrastverhältnis erheblich ansteigt, wenn die anliegende Spannung über die Schwellenspannung V,, ansteigt. Die der Darstellung zugrundeliegenden Versuche wurden bei 25⁰C₇ IkHz, Sinussignal, mit einem Flüssigkristall des Typs E-8 der Firma B.D.H. Chemicals Ltd. und einem Polarisierer des Typs HN42 der Firma Polaroid Co. erhalten. Die Aufnahme der Meßwerte erfolgte in Normalrichtung.

Wird andererseits eine Anzeigevorrichtung dieser Art mit niedrigeren Werten für V betrieben, so wird der Kontrast und auch das Ansprechverhalten schlechter. Es zeigen sich also vergleichsweise niedrige Kontrastwerte und langsames Ansprechverhalten, da vor allem die Anspruch- oder Anstiegszeit T umgekehrt proportional zum Quadrat der Spannung ist. Die Gleichung (1) impliziert damit die Unmöglichkeit, den Faktor N, also die Anzahl der Elektroden,über eine bestimmte Grenze zu erhöhen. Obgleich oben das 1:3-

809885/0742 " ⁷ "

TER MEER ■ MÜLLER ■ STEINMEISTER

Sharp K.K. 1054-GER

Spannungsmittelungsverfahren besonders erwähnt wurde, lassen sich die Vorteile und Nachteile einer LC-Matrixanzeigetafel noch allgemeiner wie folgt darstellen: Wenn gewählt, liegt an einer X-Elektrode die Spannung V und an einer Y-Elektrode die Spannung 0, während im nicht gewählten Zustand die Spannung (1/a) V bzw. (2/a)V angelegt wird. In diesem Fall läßt sich V /V wie folgt darstellen:

V /V - ι·" - 1
s' x:

worin mit a =~Vn + 1 bezeichnet ist.

Ähnlich der Gleichung (T) läßt auch die Gleichung (2) den abnehmenden Verlauf von V /V mit ansteigendem N erkennen.

Aus diesen Überlegungen läßt sich auch die in der Praxis verifizierbare Schlußfolgerung ziehen, daß der Kontrast umso besser und das Ansprechen umso rascher erfolgt, je kleiner die Anzahl N gewählt wird. Ohne weitere Erläuterung ist es jedoch einleuchtend, daß die Anzeigequalität umso besser wird, je höher die Auflösung, also je höher die Anzahl der möglichen Bildpunkte ist. Hinsichtlich dieses Ziels sollte die Anzahl N möglichst hoch liegen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, die sich durch eine hohe Auflösung und rasches Ansprechverhalten auszeichnet. Die Erfindung ist also auf eine Überwindung der oben dargelegten sich wiedersprechenden Forderungen gerichtet.

—•ft —

809885/0742

üharj K.K. Tt-T-J MLITi MUi Il <ΐ '-ΤΓ l.'-JMf 'STt l< 1OM-C₁LR

Ki '. λ ΐ:<ί";: ·ί:= ΐοΐιΐ.Ί β<? Iösuiwon di.-r ".tun undel iegondon /mi"gäbe ί-iini In I'.'itonl ηΐΐΗΐ'Γϋί?1ι<.·η nnno'ii'bon . Vorteilhafte Weiterbildniiicii inr.d unt-M· uuloroni in der nachfolgenden Be-ίϊοΐιι t.'ihunq erläutert und in Unterannprüchen gekonnzeichnet.

Mit df ι Ilri indüng wird oh ί ür LC-Matiixanzeigen möglich, din Auflösung ganz wesentlich zu vßrbesscrn und die Anzahl dor Λ1)1 a;;t.- (vinr Abi"ragool nktrodiMi zu steigern. Ein wa:;cni i ichos Hoi'kina] beruht auf oiner Verbesserung des Zuschnittn odor Must orr; der Matrixelektroden. Ein anderes voj t »>i lhai tor; Merkmal (ergibt sich aus einem

i;-ohr] agigen 7uiib.ni, im folgenden auch als "Multilayer-/iuibau" bezeichnet. Diο Anordnung der einzelnen X- und Y-Elr-kti c;den in einer Ebene erfolgt gleichzeitig mit der fiohrit i wej £äon Verwirklichung dos MuIt il ayer-Aufbaus . Es

1^ woi"df-n b(.-i spi e 1 Hwei :>o zwei ßcitzo von Mal ι ixeleki roden, dor on Anrahl von 7\bt a.stelektrodon in einor Ebene jeweils mit II Le"'.-irhnot i-'^;1 · übei'ei nandor angeoi dnet, so daß :;ioh (-rn .vIN-Matrixmursi ei· in zwei Lagen übereinander ergibt . I'io:; führt zu einer Ilatrixanordnung, bei der die

''^ volle /ar.:ahl dor Abtantoloktrodon 4W beträgt. Da die insgesamt Ί Sätze von Hal.rixelektrodon elektrisch voneinander unabhängig isind, wird c;s möglich, die Fl üssigkri stallzustwniensotsung mit in wesentlichen gleichen Effektivspannungswerten zu beaufschlagen wie im Falle von nur N-

2b Ilatrixelektroden.

Sind beispielsweise Q-Schichten von Matrixmustern mit P Matrizensätzen in jeder Schicht vorhanden, deren Abtastelektrodenanzahl N beträgt, so steht eine Matrixanzeige zur Verfügung, die PxQxN Abtastelektroden aufweist und hinsichtlich der elektrischen Werte den gleichen Bedingungen wie eine Matrixanzeige mit mir N Abtastelektroden unterliegt.

80988 5/0742

ORIGINAL INSPECTED

Sharp K.K. TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ¹ C5 4-GER

In anderen Worten: Mit der Erfindung wird es möglich, die Anzahl N pro Schicht zu reduzieren und gleichzeitig die Auflösung der Anzeige zu verbessern.

Zwar ist aus der US-PS 3 994 331 eine LC-Anzeigevorrichtung in Mulitlayer-Aufbau bereits per se bekannt. Der Schichtaufbau ist jedoch völlig anders.

Bei einer LC-Matrixanzeigetafel mit erfindungsgemäßen Merkmalen ist ganz allgemein unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenabstands in einer Richtung eine Mehrzahl von X-Elektroden und ebenfalls unter Einhaltung eines festgelegten Abstands in einer dazu senkrechten Richtung eine Mehrzahl von Y-Elektroden vorhanden. Während die eine Elektroden-Schicht, etwa die mit einem Satz von Y-Elektroden,so geformt ist, daß mit Lücke aufeinander folgende Bildelement-Elektroden \ontaktierbar sind, ist das Gegenstück, also der Satz von X-Elektroden_fso angeordnet, daß jeweils zwei oder mehr Bildelement-Elektroderv entlang der Y-Achse erfaßt werden. Jede vollständige Y-Elektrode setzt sich also in

beispielsweise
Richtung der Y-Achse aus zwei Teilabschnitten zusammen.

Ein anderes Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die Flüssigkristallzusammensetzung zwei- oder mehrlagig zwischen den X- und Y-Elektroden angeordnet ist, wobei die X- und Y-Elektroden so angeordnet sind, daß keine Überlappung der festgelegten Ansprechbereiche auftreten kann.

Als Flüssigkristal !zusammensetzung für den erf indungsgeinäßen mehrlagigen Aufbau kommt vor allen Dingen ein etwa um 90° verdrehter nematischer Flüssigkristall in Frage, der aus einer nematischen oder einer cholesterischen Flüssigkristallzusammensetzung besteht, mit einer inhärenten Teilung von mehr als 40 μΐη und positiver dielektrischer Anisotropie. Die Richtung der Molekularausriehtung in den einzelnen Ebenen des MuI til ayrt-Aufbaur; ist periodisch. Der

80-9885/0742

Sharp K.K. TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTEF? 1Üj4- GER

schied Δη zwischen dem Reflexions.index für abnormales Licht und dom RefLexionsindes für normales Licht entspricht der Beziehung:

d .Δη - 2 (μπι) (3) ,

worin mit d die Dicke der Flüssigkristallschicht bezeichnet ist. Insbesondere bei XY-LC-Matrixanzeigen KLU sich eine wesentliche Erhöhung des Kontrastes erreichen, wenn die angegebene Beziehung eingehalten wird.

Vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug aiuf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die bereits erläuterte graphische Darstellung der. Zusiimmenhangs zwischen dem effektiven Sparmungswert und dem Kontrastverhältnis in einer Flussig-

'^ kristallanzeigezelle mit gedrehtem nematische™

Flüssigkristall ( TN-Kristall );

Fig. 2 bis 6 Eiektrodenmuster und den Zellaufbau verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, wobei Fig. 2 die Draufsieht auf die Elektrodenebene einer ersten Aus führungs form, Fig. 3 (a) die Draufsicht

auf die KLektrodenebene einer zweiten Aus führ: ari-jsforia, Fig. S (b) eine Schnittansicht,gesehen .tut. -.Ils? Schnittebtme A-A in Fig. 3 (a) , Fig. 4 die Sehnittdarstel luri'f einer dritten Aus führungs fonu, Fi.f. '')( ι)

.!■") und 5(b) Kluktrodendraatfücht ;:i , Fig. ft ( υ t-iru

riraufsieht auf die Elektrodenebene eint-t. t-r.^t-·:, L.ige einr-r Anzeicfezeilf; gomäii einer vierte ti .-Vi.; führungöform; Fig. 6 (b) die DrauisLcht a at d:.t· Klekt.rodf.-nebenti einer zweiten Lage der An.:t'i ι·.·..·· ι !.■

H) nach der vierten Aus führung*; form und IiV₁ ^-. t> f ■ in

Sfhni tt u:·; LC-ht: der LC'-Anzei. fr.i .:<..· Lit» geruh- U«: '.'ifii!·!. Λι jführun-f.···. f ι <vu\ v^ranschiul ΐ'ΐ.ιτι;

8 0 9 8 8 5 / 0 7 A 2

PR(GlNAL INSPECTED

isii-ur- ΐ:.κ.

;ΐΐ !-Π 4ΜΓ. r*-VT"l R ^ln' ' ''"^

1 1

•13. und ί) die F"i :ipektiv~ und ', >;:-ι :-·-)ιΐ)ΐ1 i;sansi chi einoi ii'-nffi-n ?-.u f? lüh rungs ί οι η e i η· ι Lf- Mai r ixanx.oigc mit (.■ι. ί inu'myB'joinäßen Mori mal «^iv;

I '■ i. ') die iirhnit tdarstel1 muj einer zwei 1 agigon FlüsHig-"".:■ ki.ista] lanzai<_if>zo 1 Io, bei d< ι oinn Möfjlichkeii zur

Ki'höhung dos l'.ontrusüs vorwi ι kl i<-hi ivA ;

ri'1.10 in graphischer Dar.stollung dem Zu.saimuenhang zwischen dem Kontrastverhältnis und dom Faktor cl.An in d(2i: Anzc?i qezel Ir? nach Fig. 9 und i iu.11 in graphischer Darstellung den Zusammenhang

zvs'ischon dar anliegonden Spannung und dem Kontrastvßrhältnis.

rujiärhfit wird oine erfindungfigemäße Elciktroden-SchichtrU!"idnung anhand dor Fi(J. 2 cirläutort.:

¹" F-ie Erfindung sieht vor, jode Elolitrode in eine Mehrzahl

'"'¹Ji liereichon zu unterteilen, dir in best ir.initer Weise mit-• iii.indor verbmiden nind und nicht , wie ]jei bekannten ','. Ά rjKairreigctafeln, nun eini.'achen ij-trej fenele];troden bc;-■■i'^:li-n. "Wie die Figur erkennen lätsi,, rind t?inzelne Bereiche

«:0 der l-'lek-trodo in oiner geiiv msamen Kliinit:· i-hyyisch und

ι ](4;f lisch miteinander verbunden. P.einpiel <;wei se ist eine } η .'-ti iiinite Anzahl von im Qui^rschnii t rechi eckförmigen r.lcktioden 2 aus einem transparenten 1 ei i enden Materia] wie; In_nO und SnO₀ oder einem reflektierenden leitenden

<^yb 'lateiial wie Al, Au, Cr und Wi entlang einem leitenden

Streifen 1 angeordnet, über den die elektrische Verbindung erfolgt. Jede der Elektroden 2 umfaßt zwei Y- (Teil-)Elektroden Y₁ und Y₁ ' t die in Y-Richtung aufeinander folgend in-

12 einander' greifen. Dieses Elektrodenpaar Y₁ und Y₁ bildet-eine erste Elektrode Y. in Richtung der Y-Achse.

Wie durch gestrichelte Linie angedeutet, sind die X- - Elektroden 3 in bekannter Weise als Streifenelektroden aungebildet und bestehen beispielsweise aus In₂O- oder RnO₀..

- 12 -

809886/074 2

INSPECTED

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Sharp K.K. 1U5 4-GJ5R

- 12 -

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind Elektroden auf beiden Seiten eines isolierenden Films angeordnet und über Löcher miteinander verbunden. In diesem Fall soll der isolierende Film dicht genug sein, um keinen dielektrischen oder elektrischen Indifferenzen ausgesetzt zu sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 (a) und 3(b) bestehen elektrische Verbindungsstreifen 11 aus leitendem Material wie Al, Au, Cr bzw. Ni. Diese leitenden Verbindungen 11 sind auf einem Substrat 16 beispielsweise aus Glas/ Quarzoder Kunststoff angeordnet. Ein ausreichend dicker dielektrischer Film 13, beispielsweise aus SiO_, MgF₂, Y₃O₃ und/oder Si₃N₄ überdeckt die Verbindungen 11. Darüber liegen rechteckförmige Elektroden 12 unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenabstands in Längsrichtung oder seitlicher Richtung, über Löcher 14 ist jeweils eine der Elektroden 12 alternierend mit einer Y-Elektrode also

12 12

mit Y₁ oder Y₁ verbunden. Diese Elektroden Y₁ und Y₁ bilden eine erste Elektrode Y. in Y-Richtung. Die in strichpunktierter Linie angegebene X-Elektrode 15 andererseits ist als Streifenelektrode ausgeführt. Mit Bezugshinweis 17 ist ein oberflächenaktiver Zusatz, etwa eine schräg aufgedampfte Schicht aus SiO₂, eine geriebene Schicht usw. bezeichnet. Die leitenden Verbindungen 1 bzw. 11 sollten ausreichend schmal sein, um von außen nicht sichtbar zu sein, jedoch so breit, daß die Einflüsse von Spannungsabfällen vernachlässigt werden können. Obgleich bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 die Elektroden 2 bzw. 12 alternierend aufeinander folgend angeordnet sind, wobei die effektive Elektrodenanzahl 2N beträgt, kann ersichtlicherweise auch die Anzahl von 3N oder mehr Elektroden verwirklicht werden.

- 13 -

809885/0742

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER

Sharp K.K. 1054-GER

Darüber hinaus ist es euich möglich, unabhängige Matrixelektroden in inehrLag Lgtun Aufbau anzuordnen, obgleich sich die beiden oben beschriebenen Aus Eührungs tonnen auf eine einlagige FlussigkristallanzeigezelLe bezogen.

Bei der mehrlagigen Anordnung gilt jedoch die Bedingung, daß die einzelnen Schichten der FlüssigkristaLLzeLle so übereinander angeordnet werden, deiß auf ein bestimmtes elektrisches Feld ansprechende Arbeitsbereiche der einzelnen Flüssigkristallschichten einander nie überlappen. Es ist außerdem wichtig, daß gleichzeitig der

- Abstand 1 zwischen einer ersten und einer zweiten Flüssigkristallschicht gleich oder kleiner ist als der kleinere Radius r oder die kürzere Seitenlänge r¹ eines Anzeigeoder Arbeitsbereichs, um Potential- oder Positionsabweichungen bei der Sichtanzeige zu vermeiden, wie sie bei einem mehrlagigen Aufbau inhärent auftreten können. Ein Beispiel für den Aufbau einer Anzeigezelle mit einem zweilagigen TN-Anzeigeelement zeigt die Fig. 4: In Fig. 4 bestehen die Elektroden 22 aus In„0_ oder SnO_, wenn es sich um eine transparente Elektrodenschicht handelt.und aus Al, Au, Cr oder Ni, wenn es sich um eine reflektierende Elektrodenschicht handelt; sie sind wie in Fig.2 und 3 rechteckförmig oder trapezförmig oder elliptisch, wie die Fig. 5 zeigt, oder auch kreisrund.

Diese Elektroden 22a und 22b sind aus der Sicht des Betrachters 25 ohne Überlappung abwechselnd aufeinander folgend angeordnet. Substrate 26 und 27 für die Elektroden bestehen aus Glas, Quarz oder Kunststoff. Die Dicke der Substrate 26, 27 wird gleich oder kleiner gewählt als der kürzere Radius r oder die kürzere Seitenlänge r¹ eines Anzeige- bzw. Arbeitsbereichs, um die Potentialdifferenz bei der Sichtanzeige nicht in Erscheinung treten zu Lassen. Die Transparentelektroden 23a und 23b bestehen aus Iri-O,, SnO„ oder dergleichen und sind als StreifeneLektroden

- 14 -

80988B/07A2

Sharp K.K.
TER MEER ■ MULLEF? ■ STEINMEISTER 1054- GGiI

- I 4 -

ausgeführt. Zur An^rLqo/.eLlc gehört außerdem ein Pf L'iriu.itor 28, ein Detektor ]0 sowie eine ΤΓί-FLüss LgkristaL Lach ί·..Ίι~ 29.

Die E'Lg. f> zeigt eine weitere Ausführuncjsform der Eri inlutig, wobei Fig. 6 (a) eine Draufsicht auf eine erste ZeLLschieht, Fig.6(b) die Draufsicht auf eine zweite Zelischicht und Fig. 6(c) don ZeI Laufbau in Schnittdarstellung zeigen.

In Fig. 6(a) bestehen die Y-Elektroden 32 aus In„0^ oder SnO-,; sie liegen mit verhältnismäßig schmalem Zwischenabstand nebeneinander, während die X-Elektroden 33 ebenfalls aus In„0 oder SnO „ in doppeltem Abstand nebeneinander liegen.

Die Y-Elektroden 34 und die X-Elektroden 35 in Fig. 6(b) sind in gleicher Weise angeordnet und ausgerichtet wie bei der Fig. 6(a). Denkt man sich die beiden Schichten übereinander liegend, so ist ersichtlich, daß sich die Y-Elektroden 34 der zweiten Zellschicht und die Y-Elektroden der ersten Zellschicht aus der Sicht des Betrachters überlappen, während die X-Elektroden 35 der

zweiten Zellschicht und die X-Elektroden 33 der ersten Zellschicht nicht überlappen. Die Fig. 6(c) läßt erkennen, daß die X-Elektroden 33, 35 in Zickzack-Anordnung mit dem Substrat 37 als Zwischenlage verlaufen.

Bei der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Konzepte der Fig. 2 und 6 bei einer einzigen Anzeigetafel· miteinander verbunden, wodurch sich die Anzahl der Abtastelekttoden auf 8N erhöht. Die AnzeigezeLle nach Fig. 8 enthält außerdem eine refLektierende StreupLatte 38, ein Zuordnungs- und Ausrichtelement 39, eine KunststoffVersiegelung 40, einen Polarisator -11 und einen Detektor 42.

- 15 -

009 8 85/0742
ORIGINAL INSPECTED

Sharp K.K.

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER 1&54-G3R

- 15 -

Es ist bekannt, daß sich bei Multilayer-LC-Anzeigezellen mit um 90° verdrehter Anordnung in besonderer Weise das Problem einer Verbesserung der Kontrasteigenschaften stellt. Der schlechtere Kontrast wird auf den Umstand zurückgeführt, daß auf die Zelle auftreffendes linear polarisiertes Licht in den einzelnen Flüssigkristallschichten nicht genau um 90° gedreht werden kann. Dies impliziert nicht nur die Schwierigkeit, polarisiertes Licht um 90° zu drehen, sondern führt auch zu dem Erbebnis, daß das linear polarisierte Licht mit elliptischer Polarisation aus der Zelle austritt und damit in anderer Weise optisch aktiv ist. Eine Flüssxgkristallzelle mit gedrehtem nematischem Flüssigkristall sollte außerdem linear polarisiertes Licht nur dann um 90° drehen, wenn dieses linear polarisierte Licht in Längsachsenrichtung der Flüssigkristalle auf das Zellsubstrat auftrifft oder in zur Längsrichtung senkrechter Richtung. Wird das linear polarisierte Licht in der ersten Zellschicht nicht vollständig um 90° gedreht, so erhält das auf die zweite Zellschicht auftreffende Licht elliptische Polarisation mit optischer Aktivität aufgrund von Verzögerungseffekten, und das durch die zweite Zellschicht hindurchtretende Licht wird noch in höherem Maße elliptisch polarisiert. Eine Verbesserung der relativ schlechten Kontrastkennwerte läßt sich eventuell durch einen Linearpolarisator mit hohem Wirkungsgrad erreichen. Um die Kontrastwerte andererseits zu verbessern, ist es erforderlich, das auftreffende linear polarisierte Licht in den einzelnen Schichten des Flüssigkristalls mit gedrehter nematischer Phase so genau wie möglich um 90° zu drehen. Dies läßt sich erreichen, wenn die sogenannte "Mauguin"-Grenzbedingung beim Lichtdurchgang durch den gedrehten nematischen Flüssigkristall (eine Art eines cholesterischen Flüssigkristalls) eingehalten wird.

8098BB/07A2

Sharp K.K. TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ' 054-GER

- 16 -

Das Kriterium für die Mauguin-Grenzbedingung (vgl. C. Mauguin : Bull Soc, Fr. Miner, Cristallogr., 3_4, 3 (1911)) ist wie folgt definiert:

λ= a · dAn ....(4),

worin mit λ die Wellenlänge, d die Dicke der Flüssigkristallschicht, mit A η (= ne - no) der Unterschied zwischen dem Brechungsindex für normales Licht und für abnormales Licht und mit a eine Konstante bezeichnet sind. Die Gleichung (4) ist befriedigt, wenn auftreffendes linear polarisiertes Licht unter 90° Drehung durch die gedrehte nematische Schicht hindurchtreten kann. Die Konstante a in Gleichung (4) betrug 0,35, wobei sich die durchgeführten Versuche auf die Bedingung eines Kontrastverhältnisses von 1/2 bezogen.

Unter der Voraussetzung, daß die längste Wellenlänge des sichtbaren Lichts \= 700 nni im Rotlichtbereich beträgt, folgt aus Gleichung ( 3) :

d.An = 700 nm/0,35 = 2μΐη.

Die Wahl des Wertes d .A η J> 2μΐη ist sehr wichtig, um eine Vergrößerung des Kontrastverhältnisses zu erzielen, nämlich mehr als der Hälfte des Maximum.

Fig. 9 zeigt eine zweilagige Anzeigezelle mit einem gedrehten nematischen Flüssigkristall; die einzelnen Bauteile sind soweit möglich mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet wie in Fig. 4, um die enge Beziehung zwischen beiden Bautypen kenntlich zu machen. Die graphische Darstellung der Fig. 10 verdeutlicht den Zusammenhang zwischen dem Kontrastverhältnis der zweilagigen Zelle nach Fig. 3 mit gedrehtem nematischen Flüssigkristall und dem Wert d~. Δη, Und Fig. 11 veranschaulicht in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen der anliegenden Spannung und dem

809885/07A2

- 17 -

Sharp K.K. TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER ' 054-GER

- 17 Kontrast, um daraus das Kontrastverhältnis zu bestimmen.

Bei den Fig. 9 und 10 ist der Wert d..An der ersten Zellenschicht mit gedrehtem nematischem FlüssigkristalL auf 2μπι festgelegt. Die zweite Zellenschicht andererseits sollte so groß wie möglich sein, da die Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses von d.An in der zweiten Zellenschicht über einen wesentlich größeren Bereich von d.An betrachtet wird als bei einer einlagigen ZeLIe. Der zulässige Bereich des Kontrastverhältnisses sollte in der Praxis vorzugsweise mindestens annähernd 1/3 des Maximums betragen (30:1 zu 100:1). Für die jeweiligen Schichten ist es daher wichtig, daß die obige Bedingung d. Δη = 2μΐη erfüllt ist.

Um dieses so definierte Kriterium zu erfüllen, gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Erhöhung von d. und

2. Erhöhung von Δη.

Da die Ansprechkennwerte der Zelle im allgemeinen von

2 ^l
d abhängen, kann d. nicht wesentlich vergrößert werden; für die Praxis liegt die Obergrenze bei etwa 12 μΐη. Ein Wert von etwa 8 μπι ist zu bevorzugen. In diesem Fall soLlte der Wert νοηΔη so gewählt werden, daß die Bedingung Δη ~0,25 erfüllt wird. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt Werte fürAn bei handelsüblichen Flüssigkristallzusammen-Setzungen, wobei mituDjdie praktische Brauchbarkeit für die vorliegende Erfindung angegeben ist.

- 18 -

800885/07A2

TEF? MEER -MÜLLER · STt=INMEIS Π.-.. R

105 I-Ca: R

18 -

TABELLE I

F1 üss icjkris ta L1

ROTN Schiffsche Base Hersteller

Roche

ROTN Ester

ROTN 40 3 :

Biphenyi-Pyrimidin !

Roche

^E7
Diphenyl

N-7
Azoxy BDBI

Merck

N-1083 Phenylcyclohexan Merck

d. ■■= 8/im 0,20

0,22

0,26

- l.

0,22

0,29

0, 12

(b) : gut (Δη S:l 0,25)

X : schlecht (A η '."0,.!S)

kc:Lt:

ö 0 9 B ü B / ü 7 ή "L ORIGINAL INSPECTED

Sharp K.K.

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER 1054-GER

- 19 -

Für die Praxis gilt: Wird die Dicke der Flüssigkristallschicht mit d. und die Differenz zwischen dem Brechungsindex η für unnormales Licht und η für normales Licht, nämlich In - η } zu^ η angesetzt, so sollte die Dicke der Flüssigkristallschicht in Fig. 9 gleich oder größer als 2,5 μπι gewählt werden.

Als Flüssigkristallmaterial für die oben beschriebenen Ausführungsformen kommen nematische Flüssigkristalle, cholesterische Flüssigkristalle, dichromatische Farbstoffe, fluoreszente Farbstoffe, Zusatzstoffe zur Kristallausrichtung, ionenbildende Zusatzstoffe und Zusätze von smektischen Flüssigkristallen in Frage. Als Elektrodenmaterial auf einer Seite kann ein elektrisch leitendes Material verwendet werden, das Licht reflektiert oder absorbiert, vorausgesetzt, daß die andere Seite transparent ist. Als Material für die Transparentelektroden kann In„0_ und/oder SnO „ verwendet werden, während als reflektierendes Elektrodenmaterial Al, Au, Cr, Ni usw. in Frage kommen. Als Material für den oder die isolierenden Filme eignet sich SiO«, MgF₂, Y₂°3' ^S^3^N4 ^usw·

Erwähnt sei auch, daß sich die Erfindung in gleicher Weise mit Vorteil auf Anzeigezellen mit Lichtdurchgang, sowie solche vom Lichtprojektionstyp und vom Reflexionstyp eignet.

- 20 -

809815/0742

Claims

PATENTANWÄLTE TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER D-8000 München 22 D-4000 Bleiefeld O Q O Q C η Ο Triftstraße 4 Siekerwall 7 ^ Q £ U O U 1054-GER 5. Juli 1978 Mü/hm/vL Sharp Kabushiki Kaisha 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Japan Flüssigkristall-Anzeigetafel in Matrixanordnung Prioritäten: 7. Juli 1977, Japan, Ser.Nr. 81794/1977 12. April 1978, Japan, Ser.Nr. 43430/1978 PATENTANSPRÜCHE

1.) Flüssigkristall-Anzeigetafel in XY-Matrixanordnung (LC-Matrixanzeige) mit einer Mehrzahl von im gleichen Abstand voneinander und in einer Richtung verlaufend angeordneten X-Elektroden, einer Mehrzahl von auf festgelegten gegenseitigen Abstand voneinander und in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung verlaufe.nd angeordneten Y-Elektroden sowie mit einer zwischen der Schicht der X- und der Schicht der Y-Elektroden angeordneten Schicht einer Flüssigkristallzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Y-Elektrode (2) in zwei in Y-Richtung verlaufende Teilelektroden (Y₁ ¹, Y₁ ², Y₀ ², ... Y₁J ,

j 1 ι £. IN

Y_n ) unterteilt ist, daß die die Y-Elektroden bildende

809885/0742

ORIGINAL INSPECTED

Sharp K.K. TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER 1054-GER

Elektrodenschicht in einzelne Elektrodenbildelemente unterteilt ist, und daß die jeweils einer Y-Elektrode zukommenden Bildelemente zur Hälfte der einen Teilelektrode (Y. , Y ,

1
Y ) und zur anderen Hälfte der jeweils anderen TeileLekfcrode

2 2 2
(Y₁ ,Y , .... Y_n ) zugeordnet sind,und daß die die X-ELektro-

den (X₁, X₂, X^) bildende Gegenschicht (3) so angeordnet

ist, daß,bezogen auf jede einer X-Elektrode gegenüberstehenden Y-Elektrode/jeweils zwei oder mehr Bildelemente durch die Gegenschicht überdeckt sind.

2. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigetafel zwei oder mehr Schichten (29; 43; 5) einer Flüssigkristall-Zusammensetzung aufweist und daß die X- und Y-Elektroden einander überkreuzend so angeordnet sind, daß die auf das angelegte elektrische Feld ansprechenden Bereiche der jeweiligen Flüssigkristallschicht einander nie überlappen.

3. Flüssigkristall-Anzeigetafel· in XY-Matrixanordnung (LC-Matrixanzeige) mit zwei oder mehrlagig übereinander angeordneten Flüssigkristall-Anzeigezellen, die jeweils eine Mehrzahl von im gegebenen gleichen Abstand voneinander und in einer Richtung verlaufende X-Elektroden und eine Mehrzahl von im festgelegten gegenseitigen Abstand voneinander und in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung verlaufend angeordnete Y-Elektroden sowie eine zwischen die Schicht der X- und die Schicht der Y-Elektroden eingebrachte Schicht einer Flüssigkristall-Zusammensetzung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die X- und die Y-Elektroden so angeordnet sind, daß die aufgrund eines zugeführten elektrischen Felds wirksamen Anzeigebereiche der jeweiligen Schicht der Flüssigkristallzusammensetzung einander an keiner Stelle überlappen.

809885/0742

Sharp K.K. TE:R MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER 1054-GER

4. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Y-Elektroden bildende Elektrodenschicht in einzelne Bildelement-Elektrodenpunkte unterteilt ist, die untereinander durch eine schmale in Y-Richtung verlaufende Streifenelektrode verbunden sind, und daß die die X-Elektroden bildende Elektrodengegenschicht mindestens jeweils zwei oder mehr Bildelementpunkten entlang der Y-Achse gegenübersteht.

5. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Y-Elektroden in Y-Richtung in zwei Teilelektroden unterteilt ist, und daß zu jeder dieser Teilelektroden ein Kontaktstreifen ^gehört, der sich von einem zum gegenüberliegenden Ende des Anzeigefelds in Y-Richtung erstreckt.

6. Flüssigkristall-Anzeigetafel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzusammensetzung ein annähernd um gedrehter nematischer Flüssigkristall ist, der aus einem nematischen Flüssigkristall oder einem cholesterischen Flüssigkristall mit inhärenter Teilung von mehr als 40 ym und positiver dielektrischer Anisotropie besteht, wobei die Richtung der Molekularausrichtung in den jeweiligen Ebenen des mehrlagigen Aüfbaus periodisch und die Differenz 4n zwischen dem Reflexionsindex für unnormales Licht und dem Reflexionsindex for normales Licht der Beziehung

d . A η ^- 2 μπι

entspricht, worin mit d die Dicke der Flüssigkristallschicht bezeichnet ist.

809885/0742