DE3921837A1

DE3921837A1 - Elektrooptische vorrichtung

Info

Publication number: DE3921837A1
Application number: DE3921837A
Authority: DE
Inventors: Chiyoaki Iijima; Hiroshi Wada; Kanemitsu Kubota
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1990-02-08
Also published as: GB8915440D0; HK171895A; KR940001902B1; JPH02118516A; KR900002107A; JP2621385B2; GB2221548A; GB2221548B; US5191454A; DE3921837C2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Vorrichtung, etwa eine nematische Supertwist-Flüssigkristallanzeigevor richtung.

Bei bekannten nematischen Supertwist-Flüssigkristallanzei gevorrichtungen liegt der Twistwinkel (Verdrillungswinkel) der Flüssigkristallmoleküle über 150°, und das Produkt aus optischer Anisotropie Δ n und der Dicke d der Flüssigkri stallschicht beträgt 0,7 bis 1,1 µm, wie in der JP-A- 50 511/1985 beschrieben.

Diese Flüssigkristallanzeige (LCD) erscheint aufgrund der Doppelbrechung farbig. Wenn sie dynamisch (im Multiplexver fahren) angesteuert wird, erscheint sie gelb, wenn eine Ruhespannung (Nicht-Auswählspannung) anliegt. Wenn dagegen eine Auswählspannung anliegt, wird die Anzeige blau. Bei Spannungswerten zwischen der Ruhespannung und der Auswähl spannung geht die Farbe der LCD von Gelb nach Blau durch eine etwas blaugrüne Farbe, wie sich aus dem in Fig. 15 wiedergegebenen CIE-Farbdiagramm ergibt. Die LCD kann also kaum andere Farben außerhalb dieses Bereichs wiedergeben. Es ist deshalb nicht möglich, mit dieser Methode der Zwi schenspannungen sowie der Auswählspannung und der Ruhe spannung eine ausreichend große Anzahl verschiedener Farben darzustellen.

Einige mit Farbfiltern ausgestattete Vorrichtungen können mehrere Farben wiedergeben. Vorrichtungen dieser Art erfor dern drei Arten von Pixeln (Bildelementen), nämlich solche der drei Primärfarben Rot, Grün und Blau. Diese Vorrichtun gen sind deshalb schwierig herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrooptische Vorrich tung zu schaffen, mit der leicht verschiedene Farben durch Anlegen verschiedener Spannungen darstellbar sind, und die ausreichenden Kontrast bietet, auch wenn sie dynamisch mit einem geringen Tastverhältnis von beispielsweise weniger als 1/100 betrieben wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektroopti sche Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Aufgrund der Tatsache, daß bei der erfindungsgemäßen Vor richtung Δ n · d der nematischen Flüssigkristallschicht über 1,1 µm liegt und eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Anlegen von drei oder mehr Spannungswerten zwischen den Elektrodenplatten der Flüssigkristallzelle erlaubt, können mehrere Farben leicht dadurch wiedergegeben werden, daß die Vorrichtung mit den unterschiedlichen Spannungen betrieben wird. Auch zeigt sich, daß, wenn die Vorrichtung dynamisch mit einem geringen Tastverhältnis von z.B. weniger als 1/100 betrieben wird, ein ausreichender Kontrast erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht einer Flüssig kristallanzeigevorrichtung als einer ersten Ausfüh rungsform einer elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Ab sorptionsachsen der Polarisatoren der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und den Reiberichtungen dar stellt,

Fig. 3 bis 8 Farbtafeln, die die Farbtöne wiedergeben, die bei den einzelnen Beispielen der ersten Ausfüh rungsform hervorgebracht werden,

Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die eine zweite Ausführungsform der elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 10 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Absorptionsachsen der Polarisatoren der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung und den Reiberichtungen dar stellt,

Fig. 11 bis 15 Farbtafeln, die die Farbtöne wiedergeben, die bei den einzelnen Beispielen der zweiten Aus führungsform hervorgebracht werden,

Fig. 16 und 17 Farbtafeln, die die Farbtöne zeigen, die von einer anderen Flüssigkristallanzeigevorrichtung als dritte Ausführungsform der elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Erfindung hervorgebracht wer den, und

Fig. 18 eine Farbtafel, die die Farbtöne zeigt, die sich bei einer bekannten Flüssigkristallanzeigevorrich tung ergeben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt als erste Ausführungsform einer elektroopti schen Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Flüssigkri stallanzeigevorrichtung schematisch im Querschnitt. Die Vorrichtung enthält einen unteren Polarisator 1, einen obe ren Polarisator 2 und eine zwischen den beiden Polarisato ren 1 und 2 liegende Flüssigkristallzelle 10.

Die Flüssigkristallzelle 10 setzt sich aus einer unteren Elektrodenplatte 11, einer oberen Elektrodenplatte 12 und einer zwischen diesen beiden Elektrodenplatten eingeschlos senen nematischen Flüssigkristallschicht 13 zusammen. Die untere Elektrodenplatte 11 ist auf ihrer Oberseite mit Elektroden 11 a versehen. Die obere Elektrodenplatte 12 hat auf ihrer Unterseite Elektroden 12 a. Die Elektrodenplatten 11 und 12, die mit der Flüssigkristallschicht 13 in Berüh rung stehen, sind gerieben oder in anderer Weise bearbei tet, um die Molekülpackung der Flüssigkristallschicht zu verdrillen. Abstandshalter 14 sind zwischen den Elektroden platten 11 und 12 an deren Rändern angeordnet. Die Ab standshalter 14 halten die Flüssigkristallschicht 13 zwi schen den Elektrodenplatten 11 und 12 und sorgen dafür, daß der Abstand zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 kon stant bleibt, daß also die Dicke der Flüssigkristallschicht gleichförmig bleibt. Ein Abstandshalter in Form einer Glas faser oder Glaskugeln kann zwischen den Elektrodenplatten 11 und 12 verteilt sein.

Eine Treiberschaltung 3 zur Ansteuerung der Flüssigkri stallzelle 10 ist mit den Elektroden 11 a und 12 a verbunden. Im vorliegenden Beispiel macht die Treiberschaltung von einer dynamischen Ansteuerung Gebrauch. Die Treiberschal tung legt an die Elektrodenplatten 11 und 12 eine Aus wählspannung, eine Ruhespannung oder eine von möglicher weise mehreren Zwischenspannungen an, um verschiedene Far ben darzustellen.

Fig. 2 zeigt für die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung die Relation zwischen den Achsen der Flüssigkristallmole küle nahe den Elektrodenplatten und den Absorptionsachsen der Polarisatoren. Obwohl die Mittel zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle nicht auf das Reiben beschränkt sind, wird der einfachen Erläuterung wegen davon ausgegan gen, daß die Ausrichtung der langen Achsen der Flüssigkri stallmoleküle nahe den Elektrodenplatten gleich den Rich tungen ist, in denen die Elektrodenplatten gerieben sind. Diese Annahme gilt auch für die später erläuterten anderen Ausführungsformen.

Bezugnehmend auf Fig. 2 sind die untere Elektrodenplatte 11 und die obere Elektrodenplatte 12 der Flüssigkristall zelle 10 in den durch den R 11 bzw. R 12 angegebenen Richtun gen gerieben. Die Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallzelle 10 sind in der Darstellung von Fig. 1 nach unten verdrillt. Die Richtung und der allgemein als Twistwinkel bezeichnete Verdrillungswinkel sind durch T an gegeben. Die Richtungen der Absorptionsachsen oder Polari sationsachsen des unteren Polarisators 1 und des oberen Polarisators 2 sind mit P 1 bzw. P 2 bezeichnet. Die Richtung P 1 der Absorptionsachse des unteren Polarisators 1 bildet einen Winkel R1 mit der Reiberichtung R 11 der unteren Elek trodenplatte 11. Die Richtung P 2 der Absorptionsachse des oberen Polarisators 2 bildet einen Winkel R2 mit der Reibe richtung R 12 der oberen Elektrodenplatte 12.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau sind die obere und die untere Elektrodenplatte so angeordnet, daß der Twistwinkel T der Flüssigkristallmoleküle in dem Bereich von 180° bis 360° liegt. Dabei sind die Richtung und der Winkel T des Twists der Flüssigkristallmoleküle durch die Reiberichtun gen R 11, R 12 sowie die Art und Menge einer dem nematischen Flüssigkristall zugesetzten optisch aktiven Substanz be stimmt. Günstigerweise liegen die Winkel R1 und R2 im Be reich von 15° bis 75°. Das Produkt aus der optischen Aniso tropie Δ n und der Dicke d (in µm) der Flüssigkristall schicht wird größer als 1,1 µm gemacht.

Bei der beschriebenen Anordnung wird die an die Elektroden platten 11 und 12 angelegt Spannung variiert, um die Retar dation der Flüssigkristallschicht zu verringern. Dies än dert die Farbe des übertragenen Lichts. Die Farbänderung kann durch Erhöhung der Änderung der Retardation verstärkt werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Anfangswert des Produkts Δ n · d zu erhöhen. Es hat sich nun gezeigt, daß mehrere Farben leicht unter der Voraussetzung wiederge geben werden können, daß das Produkt von Δ n · d über 1,1 µm liegt. Dies erleichtert es, ausreichend viele Farben durch Ändern der angelegten Spannung unter verschiedenen Werten anzuzeigen. Bezüglich der Obergrenze des Produkts Δ n · d bestehen keine Begrenzungen. Mehrere Farben können ange zeigt werden, unabhängig davon, wie groß der Wert des Pro dukts ist. Gegenwärtig läßt sich allerdings die optische Anisotropie Δ n nur auf etwa 0,2 erhöhen. Berücksichtigt man die Reaktionsgeschwindigkeit, dann ist das Produkt Δ n · d vorzugsweise unter 2,0.

Zu Erhöhung der Anzahl darstellbarer Farben ist es notwen dig, die LCD dynamisch zu betreiben. Der obige Aufbau bie tet ausreichend Kontrast, selbst wenn das Tastverhältnis unter beispielsweise 1/100 liegt.

Die vorliegende Erfindung macht aktiv von der Doppelbre chung des Flüssigkristalls Gebrauch und erfordert, daß die Orientierungsrichtungen von den Absorptions- oder Polarisa tionsachsen der Polarisatoren verschieden sind. Insbeson dere, wenn die Winkel R1 und R2, die oben definiert wurden, im Bereich von 15° bis 75° liegen, können Farben mit hohem Kontrast und hoher Farbreinheit wiedergegeben werden.

Es folgen nun einige besondere Beispiele der oben beschrie benen ersten Ausführungsform.

Beispiel 1

Es wurde der sich aus den Fig. 1 und 2 ergebende Aufbau verwendet. Für die nematische Flüssigkristallschicht wurde ein PCH-Flüssigkristall verwendet. Die optische Anisotropie betrug Δ n= 0,13. Die Dicke der Flüssigkristallschicht be trug d=10 µm. Es ergab sich damit das Produkt Δ n · d= 1,3 µm. Der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht war T= 180°. Die Winkel R1 und R2 zwischen den Reiberichtungen und den Absorptionsachsen betrugen 30° bzw. 60°. Die Flüssig kristallzelle 10 wurde von der Treiberschaltung 3 dynamisch mit vier verschiedenen Spannungswerten und einem Tastver hältnis von 1/100 betrieben. Wenn die Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,1 V an die Zelle angelegt wurde, erschien diese blaugrün. Wenn die Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,32 V angelegt wurde, erschien die An zeige rot. Wenn Zwischenspannungen mit dem Effektivwert 2,17 V bzw. 2,25 V an die Zelle angelegt wurden, wurde sie blau bzw. purpur. Die Ansprechzeit lag jedoch über 600 ms.

Beispiel 2

Anstelle des in Beispiel 1 verwendeten Flüssigkristalls wurde ein aus Tolan hergestellter Flüssigkristall einge setzt. Die optische Anisotropie betrug Δ n= 0,18. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug d=8 µm. Abgesehen von diesen vorstehenden Punkten entsprach dieses Beispiel dem Beispiel 1. Die Flüssigkristallschicht zeigte in gleicher Weise wie beim Beispiel 1 vier Farben, aber die Ansprech zeit war auf 300 ms verbessert.

Beispiel 3

Es wurde der Flüssigkristall von Beispiel 2 verwendet. Die ses Beispiel entsprach dem Beispiel 2 mit folgenden Ausnah men. Der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht betrug T= 220°. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier verschiedenen Spannungen und einem Tastverhältnis von 1/100 betrieben. Die Vorrich tung zeigte vier Farben, die in der Farbtafel von Fig. 3 eingetragen sind.

Beispiel 4

Dieses Beispiel entsprach dem Beispiel 3 mit der Ausnahme, daß der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht auf T = 230° geändert wurde. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier unterschiedlichen Spannungen und einem Tastver hältnis von 1/100 betrieben. Die Farbtöne, die sich bei diesem Beispiel ergaben, sind in Fig. 4 gezeigt. Zusätz lich zu den drei Primärfarben Grün, Blau und Rot ergab sich Gelb.

Beispiel 5

Der Flüssigkristall von Beispiel 4 wurde von der Treiber schaltung 3 mit acht verschiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 betrieben. Wenn eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,24 V angelegt wurde, wurde die Anzeige grün. Bei einer Auswählspannung mit einem Effek tivwert von 2,4 V wurde sie gelb. Wenn Zwischenspannungen mit den Effektivwerten von 2,26 V, 2,29 V, 2,31 V, 2,33 V, 2,35 V bzw. 2,38 V angelegt wurden, wurde die Anzeige blaugrün, blau, purpur, rot, orange bzw. gelblich orange. Die bei diesem Beispiel erhaltenen Farbtöne sind in Fig. 5 angegeben. Aus dieser Figur ist am besten ersichtlich, daß jede der acht verschiedenen Spannungen jeweils zu einer an deren Farbe führte. Die Ansprechzeit betrug 400 ms.

Beispiel

Gegenüber dem Beispiel 5 wurde die Dicke der Flüssigkri stallschicht aus Tolan mit der optischen Anisotropie Δ n= 0,21 auf d=5,5 µm geändert. Die Ansprechzeit betrug 250 ms.

Beispiel 7

Der Twistwinkel der Flüssigkristallschicht von Beispiel 6 wurde auf 260° eingestellt. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Der Winkel zwischen den Polarisationsachsen P 1 und P 2 betrug 10°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit acht verschiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 beaufschlagt. Wenn eine Ruhespannung mit einem Effek tivwert von 2,28 V angelegt wurde, wurde die Anzeige rot. Bei einer Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,44 V wurde die Anzeige orange. Wenn Zwischenspannungen angelegt wurden ergaben sich Blaugrün, Gelb und andere Farben. Die angezeigten Farbtöne sind in Fig. 6 angegeben. Wenn der Winkel zwischen den Absorptionsachsen der Polarisatoren 1 und 2 auf 80° gebracht wurde, ergaben sich acht Farbtöne komplementär zu den vorbeschriebenen Farben. Diese Komple mentärfarben liegen im wesentlichen auf der bezogen auf den Weißpunkt 0 entgegengesetzten Seite der in Fig. 6 einge zeichneten Farbpunkte.

Beispiel 8

Gegenüber dem Beispiel 7 wurde der Twistwinkel der Flüssig kristallmoleküle auf T=330° erhöht. Zur Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle wurden die Elektrodenplatten einer Schrägverdampfung anstelle des Reibens unterzogen. Im Ver gleich zum Beispiel 7 ergab sich dadurch ein größerer Be trachtungswinkel. Ähnliche Vorteile ergaben sich, wenn bei den Beispielen 1 bis 6 der Twistwinkel T vergrößert wurde.

Beispiel 9

Dem vorerwähnten Flüssigkristall aus PCH wurde ein Tolan Flüssigkristall zugesetzt. Die optische Anisotropie betrug Δ n= 0,18. Die Dicke der Flüssigkristallschicht betrug d= 9 µm. Das Produkt Δ n · d ergab sich damit zu 1,62 µm. Der Twistwinkel der Flüssigkristallmoleküle war 180°. Die Win kel R1 und R2 betrugen 30 bzw. 60°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier verschiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/100 betrieben. Es wurden vier Farben angezeigt, d.h. Grün, Blau, Rot und Gelb. Die An sprechzeit war jedoch mit 1000 ms recht langsam.

Beispiel 10

Gegenüber dem Beispiel 9 wurde der Anteil des Tolan Flüs sigkristalls erhöht. Die optische Anisotropie wurde auf Δ n = 0,22 gebracht. Die Dicke betrug d=7 µm. Bei im übrigen mit Beispiel 9 übereinstimmenden Bedingungen, ergaben sich in gleicher Weise vier Farben. Die Ansprechzeit war auf 400 ms verbessert.

Beispiel 11

Es wurde der Flüssigkristall von Beispiel 10 verwendet. Die Dicke der Flüssigkristallschicht wurde auf d=9 µm einge stellt. Der Twistwinkel der Flüssigkristallmoleküle betrug T=240°. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Die LCD wurde von der Treiberschaltung 3 mit acht verschiedenen Spannun gen bei einem Tastverhältnis von 1/200 betrieben. Die er haltenen Farbtöne sind in der Farbtafel von Fig. 7 einge tragen. Acht Farben einschließlich eines schwachen Grüns, Grün, Blau, Rot und Gelb wurden angezeigt.

Beispiel 12

Ein Flüssigkristall ähnlich dem von Beispiel 11 mit der Ausnahme, daß der Twistwinkel T=260° betrug, wurde herge stellt und derselben Untersuchung wie im Beispiel 11 un terzogen. Die erhaltenen Farbtöne sind in der Farbtafel von Fig. 8 eingetragen, wo die Punkte A und B beide Gelb sind, der Punkt A jedoch eine höhere Farbreinheit als der Punkt B besaß. Es ergaben sich also zwei Arten von Gelb mit unter schiedlichen Farbreinheiten.

Beispiel 13

Im Vergleich zum Beispiel 12 wurde der Twistwinkel der Flüssigkristallmoleküle weiter auf T=330° erhöht. Die Flüssigkristallmoleküle wurden durch Schrägverdampfung an stelle von Reiben ausgerichtet. Gegenüber dem Beispiel 12 wurde ein größerer Betrachtungswinkel erzielt. Ähnliche Vorteile ergaben sich bei den Beispielen 9 bis 11, wenn der Twistwinkel T vergrößert wurde.

Ein Beispiel der Treiberschaltung 3, die die Flüssigkri stallzelle veranlaßt, in oben beschriebener Weise verschie dene Farben wiederzugeben, ist eine Pulsdauersteuerschal tung, die die Pulsdauer steuert, welche die Auswählzeit be stimmt. Ein anderes Beispiel ist eine Bildanzahlsteuer schaltung, die eine ausgewählte Anzahl von Bildern von einer vorgegebenen Anzahl steuert. Hier handelt es sich um eine Graustufenanzeige. Eine vorgebenene Anzahl von Bildern wird zu einer Periode zusammengefaßt. Innerhalb der Periode wird bei einer gewählten Anzahl von Bildern ein Auswählsig nal und bei den restlichen das Ruhesignal angelegt, das Verhältnis der Bilder je Periode bestimmt dann die Grau stufe. Bei den obigen Beispielen 1 bis 13 wurde solch eine Bildanzahlsteuerschaltung verwendet. Die Pulsdauersteuer schaltung kann stattdessen mit ähnlichen Wirkungen einge setzt werden.

Ausführungsform 2

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 befand sich eine einzige Flüssigkristallzelle zwischen den beiden Pola risatoren. Es können aber auch zwei oder mehr Flüssigkri stallzellen zwischen die Polarisatoren gebracht werden.

Fig. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Aus führungsform der elektrooptischen Vorrichtung gemäß der Er findung, bei der zwei Flüssigkristallzellen zwischen zwei Polarisatoren angeordnet sind. Die Flüssigkristallanzeige vorrichtung enthält in Übereinstimmung mit der Vorrichtung von Fig. 1 einen unteren Polarisator 1, einen oberen Pola risator 2 und eine zwischen diesen angeordnete erste Flüs sigkristallzelle 10. Zwischen der ersten Flüssigkristall zelle 10 und dem oberen Polarisator 2 befindet sich eine zweite Flüssigkristallzelle 20. Die zweite Flüssigkristall zelle 20 enthält eine untere Elektrodenplatte 21, eine obere Elektrodenplatte 22 und eine nematische Flüssigkri stallschicht 23, die zwischen den Elektrodenplatten 21 und 22 eingeschlossen ist. Die Elektrodenplatten 21 und 22 sind auf ihrer Oberseite bzw. ihrer Unterseite mit Elektroden 21 a und 22 a versehen. Durch Reiben oder eine andere Behand lung der Elektrodenplatten 21 und 22 ist die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verdrillt. Zwischen den Elek trodenplatten 21 und 22 befinden sich Abstandshalter 24. Eine Treiberschaltung 4 zur Ansteuerung der zweiten Flüs sigkristallzelle ist mit den Elektroden 21 a und 22 a ver bunden. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei der Treiberschaltung 4 um eine statische Treiberschaltung, die an die Elektrodenplatten 21 und 22 eine beliebige Spannung anlegen kann.

Fig. 10 ist ein Diagramm, daß die Relation der Reiberich tungen der in Fig. 9 gezeigten Flüssigkristallanzeigevor richtung (LCD), d.h. die Richtungen der Achsen der Flüssig kristallmoleküle nahe den Elektrodenplatten im Vergleich zu den Absorptionsachsen der Polarisatoren zeigt.

Die untere Elektrodenplatte 11 der ersten Flüssigkristall zelle 10 ist in der Fig. 10 durch R 11 angegebenen Richtung gerieben. Die obere Elektrodenplatte 12 ist in der Richtung R 12 gerieben. Die Reiberichtung R 12 der oberen Elektroden platte 12 der ersten Flüssigkristallzelle 10 bildet eine Winkel R mit der Reiberichtung R 21 der unteren Elektroden platte 21 der zweiten Flüssigkristallzelle 20. Die Flüssig kristallmoleküle innerhalb der ersten Flüssigkristallzelle 10 sind bezogen auf die Darstellung in Fig. 9 nach unten verdrillt. Die Richtung und der Winkel dieses Twists sind in Fig. 10 mit T 1 bezeichnet. Richtung und Winkel des Twists der Flüssigkristallmoleküle in der zweiten Flüssig kristallzelle 20 sind mit T 2 bezeichnet. Die Absorptions achsen des unteren Polarisators 1 und des oberen Polarisa tors 2 sind mit P 1 bzw. P 2 bezeichnet. Die Richtung der Ab sorptionsachse P 1 des unteren Polarisators 1 bildet mit der Reiberichtung R 11 der unteren Elektrodenplatte 11 der er sten Flüssigkristallzelle 10 einen Winkel R1. Die Richtung der Polarisationsachse P 2 des oberen Polarisators 2 bildet mit der Reiberichtung R 22 der oberen Elektrodenplatte 22 der zweiten Flüssigkristallzelle 20 eine Winkel R2.

Bei dem vorbeschriebenen Aufbau sind Richtung und Größe des Twistwinkels T 1 der Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 abhängig von Art und Menge des dem nematischen Flüssigkristall der Flüssigkristallschicht 13 zugesetzten Polarisationsdreh-Dotierstoffs sowie von den Reiberichtungen R 11 und R 12 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform 1 eingestellt, wobei der Wert des Twistwin kels T 1 im Bereich von 180° bis 360° liegt. Das Produkt aus der optischen Anisotropie Δ n des Flüssigkristalls der er sten Flüssigkristallzelle 10 und der Dicke d (in µm) der Flüssigkristallschicht ist auf mehr auf 1,1 µm eingestellt.

Die zweite Flüssigkristallzelle 20 ist von der ersten Flüs sigkristallzelle 10 unabhängig. Die von der LCD dargestell ten Farben können durch elektrische Signale verändert wer den. Ebenso ist eine Schwarz/Weiß-Anzeige, wie sie bei spielsweise bei Personalcomputern oder ähnlichem gebraucht wird, dadurch realisierbar, daß das an die zweite Flüssig kristallzelle 20 angelegte elektrische Signal zwischen zwei Werten umgeschaltet wird.

Vorzugsweise beträgt der Twistwinkel T 2 des nematischen Flüssigkristalls der zweiten Flüssigkristallzelle 20 90° · n±40°, wobei n Null oder eine ganze Zahl ist, wenn eine Schwarz/Weiß-Anzeige mit hohem Kontrast erwünscht ist. Es ist außerdem günstig, den Winkel R auf 90° einzustellen. Die Richtung des Twists der Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle ist vorzugsweise umgekehrt zur Richtung des Twists der Flüssigkristallmoleküle in der er sten Flüssigkristallzelle. Es folgen nun einige spezielle Beispiele für die zweite Ausführungsform der Erfindung.

Beispiel 14

Der Flüssigkristall für die Flüssigkristallschicht 13 der ersten Flüssigkristallzelle 10 der in Fig. 9 gezeigten LCD wurde aus PCH hergestellt, dem ein Tolanflüssigkristall zu gesetzt wurde. Die optische Anisotropie Δ n und die Dicke d der Flüssigkristallschicht wurden auf 0,18 bzw. 8 µm einge stellt. Das Produkt betrug damit Δ n · d=1,44. Die Flüs sigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 wa ren um den Twistwinkel T 1= 220° nach links verdrillt. Die Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle 20 waren um einen Twistwinkel T 2= 90° nach rechts verdrillt. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Der Winkel R betrug 90°. Durch die Treiberschaltung 4 wurde eine Spannung mit dem Effektivwert von 10 V an die zweite Flüssigkristallzelle 20 angelegt. Die erste Flüssigkristallzelle 20 wurde durch die Treiberschaltung 3 dynamisch mit vier Spannungen bei einem Testverhältnis von 1/100 betrieben. Dabei ergaben sich vier Farben, d.h. Blaugrün, Violett, Rot und Gelb, wie in der Farbtafel von Fig. 11 dargestellt. Die Treiberschaltung 4 der zweiten Flüssigkristallzelle 20 wurde dann ausgeschal tet. Gemäß Fig. 12 ergab dann, wenn eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,24 V angelegt wurde, am Punkt A ein bläuliches Schwarz während sich, wenn eine Auswählspan nung mit einem Effektivwert von 2,4 V angelegt wurde, am Punkt B ein gelbliches Weiß ergab. Damit ließ sich also praktisch eine Schwarz/Weiß-Anzeige realisieren. Das Kon trastverhältnis war 1 : 10.

Beispiel 15

Dieses Beispiel war ähnlich dem Beispiel 14 mit der Aus nahme, daß die Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssig kristallzelle 10 um T 1 = 230° nach links verdrillt waren, während die Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkri stallzelle 20 um T 2 = 270° nach rechts verdrillt waren. Die Treiberschaltung 4 legte an die zweite Flüssigkristallzelle 20 eine Effektivspannung von 10 V an. Die Treiberschaltung 3 steuerte die erste Flüssigkristallzelle mit acht ver schiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 an. Die erhaltenen Farbtöne sind in Fig. 13 gezeigt. Wie sich daraus ergibt, führte jede der verschiedenen Spannun gen zu einem anderen Farbton. Danach wurde die Treiber schaltung 4 für die zweite Flüssigkristallzelle 20 abge schaltet. Wenn nun eine Ruhespannung mit einem Effektivwert von 2,28 V angelegt wurde, ergab sich am Punkt A (Fig. 14) ein bläuliches Schwarz. Wenn hingegen eine Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,44 V an die erste Flüssigkri stallzelle 10 angelegt wurde, wurde am Punkt B ein gelbli ches Weiß angezeigt. Damit ließ sich also praktisch eine Schwarz/Weiß-Anzeige realisieren. Das Kontrastverhältnis betrug 1 : 15.

Beispiel 16

Ausgehend vom Beispiel 15 wurde das Elektrodenmuster auf einer der Elektrodenplatten der zweiten Flüssigkristall zelle 20 gleich dem entsprechenden Elektrodenmuster der er sten Flüssigkristallzelle 10 gemacht. Die zweite Flüssig kristallzelle 20 wurde Elektrode für Elektrode statisch an gesteuert. Die Anzeigeart konnte für jede Zeile beliebig zwischen Farbanzeige und Schwarz/Weißanzeige umgeschaltet werden, indem die an die zweite Flüssigkristallzelle 20 an gelegte Spannung zwischen 10 V und 0 V umgeschaltet wurde.

Beide Anzeigearten können gleichzeitig auf demselben An zeigeschirm vorgesehen werden.

Beispiel 17

Ausgehend von dem Beispiel 15 wurde die mittels der Trei berschaltung 4 an die zweite Flüssigkristallzelle 20 ange legte Effektivspannung von 10 V auf 0 V variiert. Dies führte dazu, daß das Grün (x, y) = (0,197, 0,386), das in Fig. 13 gezeigt ist, Blau, Rot und dann Schwarz wurde, wie in Fig. 15 dargestellt. Auch die anderen Farben von Fig. 13 konnten durch die angegebene Art der Änderung der Effek tivspannung verändert werden.

Beispiel 18

Ausgehend vom Beispiel 15 wurden die Flüssigkristallmole küle der ersten Flüssigkristallzelle 10 um T 1 = 330° nach links verdrillt. Die Flüssigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle 20 waren um T 2 = 450° nach rechts ver drillt. Auf gleiche Weise wie beim Beispiel 15 legte die Treiberschaltung 4 eine Effektivspannung von 10 V an die zweite Flüssigkristallzelle 20 an. Die Treiberschaltung 3 steuerte die erste Flüssigkristallzelle 10 mit acht ver schiedenen Spannungen bei einem Tastverhältnis von 1/200 an. Im Vergleich zu Fig. 15 wurde ein größerer Betrach tungswinkel erzielt. Wenn die Treiberschaltung 4 für die zweite Flüssigkristallzelle 20 abgeschaltet wurde, ergab sich eine Schwarz/Weiß-Anzeige. Das Kontrastverhältnis war auf 1 : 52 verbessert.

Bei den voranstehenden Beispielen 14 bis 18 waren die Flüs sigkristallmoleküle der zweiten Flüssigkristallzelle 20 nach rechts verdrillt, während die Flüssigkristallmoleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 nach links verdrillt wa ren. Bei Umkehrung dieser Richtungen ergeben sich die glei chen Resultate. Auch wenn die Flüssigkristallmoleküle bei der Flüssigkristallzellen in derselben Richtung verdrillt waren, ergaben sich ähnliche aber unbefriedigende Wirkun gen.

Die Treiberschaltung 4 für die Ansteuerung der zweiten Flüssigkristallzelle 20 ist als eine statische Treiber schaltung beschrieben worden. Indes können sämtliche Ein richtungen eingesetzt werden, die in der Lage sind, Span nungen an die Elektroden 21 a und 22 a anzulegen. So kommen auch Schaltungen in Betracht, die die Flüssigkristallzelle 20 dynamisch ansteuern, eine Schaltung, die Sinuswellensi gnale anlegt und eine Schaltung, die Dreiecksignale anlegt.

Ausführungsform 3

Diese Ausführungsform gleicht der Ausführungsform 2 mit der Ausnahme, daß die zweite Flüssigkristallzelle 20 keine ver drillte Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, sondern eine vertikale Ausrichtung besitzt. Die vertikale Ausrich tung wird durch Verwendung eines Ausrichtungsagens aus Ti tan erreicht. Der Zusammenhang zwischen den Reiberichtungen und den Absorptionsachsen der Polarisatoren entspricht der Darstellung in Fig. 2.

Beispiel 19

Bei der Ausführungsform 3 wurde die Flüssigkristallschicht 13 der ersten Flüssigkristallzelle 10 aus PCH hergestellt, dem ein Tolanflüssigkristall zugesetzt wurde. Die optische Anisotropie Δ n und die Dicke d der Flüssigkristallschicht wurden auf 0,18 bzw. 8 µm eingestellt. Die Flüssigkristall moleküle der ersten Flüssigkristallzelle 10 waren um einen Twistwinkel T 1= 220° nach links verdrillt. Die Winkel R1 und R2 betrugen 45°. Der Flüssigkristall der Flüssigkri stallschicht 23 der zweiten Flüssigkristallzelle 20 hatte eine negative dielektrische Anisotropie. Die erste Flüssig kristallzelle 10 wurde von der Treiberschaltung 3 mit vier Spannungen dynamisch bei einem Tastverhältnis von 1/100 be trieben. An die zweite Flüssigkristallzelle wurde keine Spannung angelegt. Es ergaben sich für die vier Spannungen vier Farben, die in der Farbtafel von Fig. 16 eingetragen sind, d.h. Blaugrün, Violett, Rot und Gelb. Dann wurde an die zweite Flüssigkristallzelle 20 von der Treiberschaltung 4 eine Effektivspannung von 10 V angelegt. Wie in Fig. 17 dargestellt, erschien, wenn eine Ruhespannung mit einem Ef fektivwert von 2,24 V angelegt wurde, eine bläulich schwar ze Farbe entsprechend Punkt A. Wenn eine Auswählspannung mit einem Effektivwert von 2,4 V angelegt wurde, ergab sich entsprechend Punkt B eine gelblich weiße Farbe.

Man erhielt also praktisch eine Schwarz/Weiß-Anzeige. Das Kontrastverhältnis betrug dabei 1 : 8.

Wie voranstehend im einzelnen erläutert, lassen sich mit der Erfindung mehrere Farben einfach durch Anlegen unter schiedlicher Spannungen darstellen. Wenn die Flüssigkri stallzelle dynamisch angesteuert wird, lassen sich mehrere Farben selbst dann mit hohem Kontrast anzeigen wenn das Tastverhältnis weniger als 1/100 beträgt. Die elektroopti sche Vorrichtung gemäß der Erfindung ist billig und vermag leichter mehrere Farben anzuzeigen als bekannte Vorrichtun gen, die Farbfilter verwenden.

Claims

1. Elektrooptische Vorrichtung, umfassend
einen ersten und einen zweiten Polarisator (1, 2),
eine zwischen den beiden Polarisatoren angeordnete Flüssigkristallzelle (10) mit einer ersten und einer zwei ten Elektrodenplatte (11, 12), zwischen denen eine Schicht (13) eines verdrillten nematischen Flüssigkristalls einge schlossen ist, dessen Twistwinkel (T, T 1) im Bereich von 180° bis 360° liegt, und
eine Treibereinrichtung (3) zum Anlegen verschiedener Spannungen an die Elektrodenplatten (11, 12), dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der optischen Anisotropie (Δ n) des nematischen Flüssigkristalls und der Dicke (d in µm) der Flüssigkristallschicht (13) über 1,1 µm liegt und die Treibereinrichtung (3) in der Lage ist, mindestens drei verschiedene Spannungswerte an die Elektrodenplatten (11, 12) anzulegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Treibereinrichtung (3) eine dy namische Treiberschaltung ist, die in der Lage ist, eine Auswählspannung, eine Ruhespannung und wenigstens eine zwi schen diesen Spannungen liegende Zwischenspannung anzule gen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Richtungen der Absorp tionsachsen (P 1, P 2) der Polarisatoren (1, 2) von den Orientierungsrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der Elektrodenplatten (11, 12) um 15° bis 75° versetzt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch eine zweite Flüs sigkristallzelle (20) mit zwei weiteren Elektrodenplatten (21, 22), zwischen denen sich eine Schicht (23) eines nema tischen Flüssigkristalls befindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichtnet, daß die Flüssigkristallmoleküle des nematischen Flüssigkristalls der zweiten Flüssigkristall zelle (20) um 90°×n±40° verdrillt sind, wobei n=0 oder eine ganze Zahl ist.