Elektrooptisches System Electro-optical system
Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Wichtige Kriterien zur Beurteilung der optischen Eigenschaften elektrooptischer Systeme sind die erzielten Werte für The invention relates to an electro-optical system according to the preamble of claim 1. Important values for assessing the optical properties of electro-optical systems are the values obtained for
- Kontrast - contrast
- Helligkeit - brightness
- Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes - Viewpoint dependence of the contrast
- Blickwinkelabhängigkeit der Farbwerte. - Viewpoint dependence of the color values.
Anfangs wurden TN-Displays (twisted nematic) im s.g. Maugin-Bereich (d · Δn >>λ) betrieben, wie dies z.B. in IEEE-Transaction und Electron Devices, 2b (1978), 1125-1137, angegeben ist. In diesem Bereich folgt der Polarisationsvektor des einfallenden Lichtes im sichtbaren Spektralbereich der Schraubenstruktur der nicht angesteuerten Zelle, unabhängig von Dickenschwankungen in der Zelle. Derartige Displays weisen jedoch eine äußerst hohe Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes und damit einen stark eingeschränkten Beobachtungswinkelbereich auf.
Eine entscheidende Verbesserung der Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes wird beobachtet, wenn das System für das Initially, TN displays (twisted nematic) were operated in the so-called Maugin range (d · Δn >> λ), as indicated, for example, in IEEE-Transaction and Electron Devices, 2b (1978), 1125-1137. In this area, the polarization vector of the incident light in the visible spectral range follows the screw structure of the uncontrolled cell, regardless of thickness fluctuations in the cell. However, displays of this type have an extremely high dependence on the viewing angle of the contrast and thus a greatly restricted viewing angle range. A decisive improvement in the viewing angle dependency of the contrast is observed if the system for the
Produkt aus Doppelbrechung Δn und Schichtdicke d des Product of birefringence Δn and layer thickness d des
Flüssigkristalls einen Wert aus dem in DE 30 22 218 angegebenen Intervall 0,150 μm ≤ d · Δn≤ 0,600 μm aufweist. Nachteilig ist, daß im Sub-Maugin-Bereich nach Electronics Letters, 10 (1974), 2-4, ein von Zelldicke und Wellenlänge abhängiges Sperrverhalten resultiert, wodurch eine gewisse Aufhellung des spannungsfreien Zustands resultieren kann. Liquid crystal has a value from the interval specified in DE 30 22 218 0.150 μm ≤ d · Δn≤ 0.600 μm. It is disadvantageous that in the sub-Maugin range according to Electronics Letters, 10 (1974), 2-4, a blocking behavior which depends on cell thickness and wavelength results, which can result in a certain brightening of the voltage-free state.
In US 4,443,065 ist eine Doppelzellanordnung vorgeschlagen worden, wobei eine Zelle elektrisch angesteuert wird und zur Informationsdarstellung benutzt wird, während die andere zur Kompensation des optischen Gangunterschiedes d · Δn der geschalteten Zelle dient. Derartige Anordnungen weisen jedoch häufig infolge der zusätzlichen Flüssigkristallschicht unzureichende Werte für den Kontrast und die Helligkeit auf. A double-cell arrangement has been proposed in US Pat. No. 4,443,065, one cell being electrically controlled and used for displaying information, while the other is used to compensate for the optical path difference d · Δn of the switched cell. However, due to the additional liquid crystal layer, such arrangements often have insufficient values for the contrast and the brightness.
Bei elektrooptischen Systemen, die auf dem ECB- (Electrically Controlled Birefrigence) oder DAP-Effekt (Distortion of In electro-optical systems based on the ECB (Electrically Controlled Birefrigence) or DAP (Distortion of
Aligned Phases) beruhen, weisen die Flüssigkristallmoleküle eine negative dielektrische Anisotropie Δε, eine homeotrope Randorientierung und eine unverdrillte Struktur auf, wie dies z.B. in Displays 2 (1986), 3, beschrieben ist. Zur Vergrößerung des Beobachtungswinkelsbereichs sind Kompensationsschichten vorgeschlagen worden, die auf Polymerfolien Aligned Phases), the liquid crystal molecules have a negative dielectric anisotropy Δε, a homeotropic edge orientation and an untwisted structure, e.g. in Displays 2 (1986), 3. To enlarge the observation angle range, compensation layers have been proposed which are based on polymer films
(EP 0,239,433 und EP 0,240,379) oder Flüssigkristallschichten (DE 39,11,620) mit negativer optischer Anisotropie basieren. Die elektrooptischen Eigenschaften derartiger kompensierter ECB-Systeme werden häufig durch nicht ausreichende Werte für Kontrast und Helligkeit beeinträchtigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, elektrooptische Systeme, basierend auf dem TN- oder ECB-Effekt und enthaltend eine oder mehrere Kompensationsschichten, bereitzustellen, die sich durch verbesserte elektrooptisehe Eigenschaften und insbesondere hohe Werte für Kontrast und/oder Helligkeit und/oder Blickwinkelabhängigkeit von Kontrast und/oder der Farbwerte auszeichnen. (EP 0,239,433 and EP 0,240,379) or liquid crystal layers (DE 39,11,620) with negative optical anisotropy. The electro-optical properties of such compensated ECB systems are often impaired by insufficient values for contrast and brightness. The object of the present invention was therefore to provide electro-optical systems based on the TN or ECB effect and containing one or more compensation layers, which are characterized by improved electro-optical properties and in particular high values for contrast and / or brightness and / or viewing angle dependency of contrast and / or the color values.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch die Bereitstellung der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme gelöst werden kann. It has been found that this object can be achieved by providing the electro-optical systems according to the invention.
Gegenstand der Erfindung sind somit elektrooptische Systeme, enthaltend The invention thus relates to electro-optical systems containing
- eine verdrillte nematische Flüssigkristallschicht zwischen 2 Substraten, deren Innenseiten mit Elektrodenschichten und darüberliegenden Orientierungschichten versehen sind, wobei der Flüssigkristall eine parallele Randorientierung und einen Verdrillungswinkel 0 ≤ ß ≤ 100° und insbesondere 0 < ß < 90° oder eine homöotrope Randorientierung aufweist, a twisted nematic liquid crystal layer between two substrates, the inner sides of which are provided with electrode layers and overlying orientation layers, the liquid crystal having a parallel edge orientation and a twist angle 0 ≤ β ≤ 100 ° and in particular 0 <β <90 ° or a homeotropic edge orientation,
- eine oder mehrere Schichten zur Kompensation des optisehen Gangunterschiedes der Flüssigkristallschicht d · Δn, und - One or more layers to compensate for the optical path difference of the liquid crystal layer d · Δn, and
- mindestens eine Vorrichtung zur Linearpolarisation des Lichtes in einer derartigen Anordnung, daß das Licht vor Eintritt in die Flüssigkristallschicht und nach Austritt
aus dieser mindestens je einmal eine Polarisationsvorrichtung passiert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines hohen Kontrastes und/oder einer hohen Helligkeit und/oder einer hohen Blickwinkelunabhängigkeit des Kontrastes und/oder der Farbwerte der Winkel ψ, den die Polarisationsvorrichtung auf der Eingangsseite mit der Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle auf der ersten Substratoberfläche bildet, den Bedingungen (1) oder (2) genügt, wenn sich auf der Eingangs- und Ausgangsseite je eine Polarisationsvorrichtung befindet, ψ = (ß + 90°) /2 ± 10° (1) - At least one device for linear polarization of the light in such an arrangement that the light before entering the liquid crystal layer and after exiting a polarization device passes from this at least once, characterized in that, in order to achieve a high contrast and / or a high brightness and / or a high viewing angle independence of the contrast and / or the color values, the angle ψ that the polarization device has on the input side with the preferred direction which forms liquid crystal molecules on the first substrate surface, satisfies conditions (1) or (2) if there is a polarization device on the input and output side, ψ = (ß + 90 °) / 2 ± 10 ° (1)
ψ = ß/2 ± 10° (2) wobei der Polarisator auf der Ausgangsseite gegenüber dem Polarisator auf der Eingangsseite um 90° ± 10° verdreht ist und die Orientierung der Polarisatoren auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite auch vertauscht sein können, oder den Bedingungen (3) oder (4) genügt, wenn nur eine ψ = ß / 2 ± 10 ° (2) where the polarizer on the output side is rotated by 90 ° ± 10 ° compared to the polarizer on the input side and the orientation of the polarizers on the input side and the output side can also be reversed, or the conditions (3) or (4) is sufficient if only one
Polyrisationsvorrichtung auf der Eingangsseite vorhanden ist Polymerization device is present on the input side
30° ≤ ψ ≤ 70° für 0 ≤ ß ≤ 45° (3) 30 ° ≤ ψ ≤ 70 ° for 0 ≤ ß ≤ 45 ° (3)
35° ≤ ψ ≤ 90° für 45° ≤ ß ≤ 100° (4) 35 ° ≤ ψ ≤ 90 ° for 45 ° ≤ ß ≤ 100 ° (4)
Durch die in den Gleichungen (1) und (2) verwendete Schreibweise soll angedeutet werden, daß Abweichungen von bis zu ± 10° von dem durch die Gleichungen ψ = (ß + 90°) 12 The notation used in equations (1) and (2) is intended to indicate that deviations of up to ± 10 ° from that caused by equations ψ = (ß + 90 °) 12
ψ = ß/2
gegebenen Winkel ψ möglich sind. Die Abweichungen von den optimalen Winkeln ψ = (ß + 90°) /2 bzw . ψ = ß/2 sind jedoch vorzugsweise nicht größer als ± 7, 5° und insbesondere kleiner als ± 5° . ψ = ß / 2 given angles ψ are possible. The deviations from the optimal angles ψ = (ß + 90 °) / 2 resp. ψ = ß / 2, however, are preferably not larger than ± 7.5 ° and in particular smaller than ± 5 °.
Bei Anordnungen mit je einer Polarisationsvorrichtung auf der Eingangs- und auf der Ausgangsseite ist der Polarisator auf der Ausgangsseite gegenüber dem Polarisator auf der Eingangsseite um 90° ± 10° gedreht, wobei durch diese Schreibweise wieder zum Ausdruck gebracht wird, daß von dem optimalenIn the case of arrangements with one polarization device each on the input and on the output side, the polarizer on the output side is rotated by 90 ° ± 10 ° with respect to the polarizer on the input side, this notation again expressing that of the optimum
Winkel von 90° Abweichungen von bis zu ± 10° möglich sind. Die Abweichungen von der optimalen Verdrehung des hinteren Polarisators sind jedoch vorzugsweise nicht größer als ± 7,5° und insbesondere kleiner als ± 5°. Angles of 90 ° deviations of up to ± 10 ° are possible. However, the deviations from the optimal rotation of the rear polarizer are preferably not greater than ± 7.5 ° and in particular less than ± 5 °.
Die Orientierungen des vorderen und hinteren Polarisators können auch vertauscht sein; d.h. mit anderen Worten, wenn durch ψ die Orientierung des Polarisators auf der Eingangsseite und durch ψ' die Orientierung des Polarisators auf der Ausgangsseite gegeben ist, kann in einer anderen Anordnung die Orientierung des Polarisators auf der Eingangsseite durch ψ' und die des Polarisators auf der Ausgangsseite durch ψ gegeben sein. Sowohl die durch die Gleichungen (1) und (2) beschriebenen Anordnungen als auch die durch Vertauschung der Polarisatororientierungen gegebenen Anordnungen sind bevorzugt. The orientations of the front and rear polarizers can also be interchanged; i.e. in other words, if ψ gives the orientation of the polarizer on the input side and ψ 'the orientation of the polarizer on the output side, in another arrangement the orientation of the polarizer on the input side can be given by ψ' and that of the polarizer on the output side be given by ψ. Both the arrangements described by equations (1) and (2) and the arrangements given by interchanging the polarizer orientations are preferred.
Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme enthalten eine ansteuerbare Flüssigkristallschicht, die zwischen planparallelen, durchsichtigen Substraten angeordnet ist, deren Innen
seiten mit Elekktrodenschichten und darüberliegenden Orientierungsschichten versehen sind. Die Elektroden bestehen z.B. aus dünnen, ebenen und transparenten Indium-Zinnoxid- (ITO) oder Indiumoxidschichten. Zur Randorientierung der Flüssigkristalle werden im allgemeinen Polymerschichten, z.B. The electro-optical systems according to the invention contain a controllable liquid crystal layer, which is arranged between plane-parallel, transparent substrates, the inside of which sides are provided with electrode layers and overlying orientation layers. The electrodes consist, for example, of thin, flat and transparent indium tin oxide (ITO) or indium oxide layers. For the edge orientation of the liquid crystals, polymer layers are generally used, for example
Polyimid- oder Polyvinylalkohol-Schichten, verwendet, denen durch Reiben, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Druckanwendung, eine einheitliche Ausrichtung gegeben wird. Daneben können Orientierungsschichten auch durch Bedampfung mit anorganischen Materialien wie z.B. Siliciumoxid oder Magnesiumfluorid erhalten werden. Eine Übersicht über die verschiedenen Ausrichtungstechniken findet sich z.B. in Thermotropic Liquid Crystals, G.W. Gray (ed.), S. 75-77. Wenn die Polyimide or polyvinyl alcohol layers are used, which are given a uniform alignment by rubbing, if appropriate with simultaneous application of pressure. In addition, orientation layers can also be formed by vapor deposition with inorganic materials such as Silicon oxide or magnesium fluoride can be obtained. An overview of the different alignment techniques can be found e.g. in Thermotropic Liquid Crystals, G.W. Gray (ed.), Pp. 75-77. If the
Flüssigkristallschicht nach dem TN-Prinzip betrieben wird, weisen die Flüssigkristalle eine parallele Randorientierung, üblicherweise mit einem kleinen Pretiltwinkel in der If the liquid crystal layer is operated according to the TN principle, the liquid crystals have a parallel edge orientation, usually with a small pretilt angle in the
Größenordnung von z.B. 1° bis 10° auf. Beruht die Flüssigkristallschicht dagegen auf dem ECB-Prinzip, liegt eine homöotrope Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle vor, wobei die Moleküle üblicherweise mit einem kleinen Pretiltwinkel von z.B. 0,5-5° gegen die Senkrechte gekippt sind. In TN-Flüssigkristallschichten wird der Twistwinkel, der zwischen 0° und 100° und insbesondere zwischen 0° und 90° Order of magnitude e.g. 1 ° to 10 °. On the other hand, if the liquid crystal layer is based on the ECB principle, there is a homeotropic edge orientation of the liquid crystal molecules, the molecules usually having a small pretilt angle of e.g. Are tilted 0.5-5 ° against the vertical. In TN liquid crystal layers, the twist angle is between 0 ° and 100 ° and in particular between 0 ° and 90 °
beträgt, üblicherweise durch die Ausrichtung der Orientierungsschichten definiert. Es ist aber auch möglich, daß der Twistwinkel ß durch einen cholesterischen Pitch des is usually defined by the orientation of the orientation layers. But it is also possible that the twist angle ß by a cholesteric pitch of the
Flüssigkristalls gegeben ist. Auch wenn der Twistwinkel nicht über den Pitch des Flüssigkristalls eingestellt wird, wird im allgemeinen ein chiraler Dotierstoff in geringen Konzentrationen zur Vermeidung von Reverse-Twist und Reverse-Tilt zugegeben, wie dies z.B. in DE 25 07 524 beschrieben ist.
In herkömmlichen ECB-Flüssigkristallschichten liegen die Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen unverdrillt vor. Liquid crystal is given. Even if the twist angle is not set via the pitch of the liquid crystal, a chiral dopant is generally added in small concentrations to avoid reverse twist and reverse tilt, as described, for example, in DE 25 07 524. In conventional ECB liquid crystal layers, the liquid crystal molecules are essentially untwisted.
Demgegenüber kann bei den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen die ECB-Flüssigkristallschieht eine Verdrillung 0° < ß ≤ 90° aufweisen, wobei der Verdrillungswinkel ß durch die Ausrichtung der Orientierungsschichten und/oder durch den cholesterischen Pitch des Flüssigkristalls definiert sein kann. ECB-Flüssigkristallschichten mit verdrillter Struktur sind ebenso wie elektrooptische Systeme, enthaltend eine derartige ECB-Flüssigkristallschieht, neu und bevorzugt und sie sind Gegenstand dieser Erfindung. In contrast, in the electro-optical systems according to the invention, the ECB liquid crystal plate can have a twist of 0 ° <β 90 90 °, the twist angle β being able to be defined by the orientation of the orientation layers and / or by the cholesteric pitch of the liquid crystal. ECB liquid crystal layers with a twisted structure, like electro-optical systems containing such an ECB liquid crystal layer, are new and preferred and they are the subject of this invention.
Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme können neben dieser Flüssigkristallschicht eine oder mehrere, vorzugsweise nicht mehr als 2 und insbesondere eine Kompensationsschicht enthalten. Die Kompensationsschichten können auf niedermolekularen Flüssigkristallen, flüssigkristallinen Polymeren oder thermoplastischen Polymeren basieren, die z.B. zweidimensional verstreckt und damit optisch einachsig gemacht werden. In addition to this liquid crystal layer, the electro-optical systems according to the invention can contain one or more, preferably not more than 2, and in particular a compensation layer. The compensation layers can be based on low molecular weight liquid crystals, liquid crystalline polymers or thermoplastic polymers, e.g. stretched two-dimensionally and thus made optically uniaxial.
Die Verwendung von Kompensationsschichten basiert auf einem wohlbekannten physikalischen Prinzip, das z.B. auch im Babinet-Soleil-Kompensator realisiert ist. Man kombiniert z.B. zwei optisch einachsige Medien, die im wesentlichen den gleichen optischen Gangunterschied d · Δn aufweisen, wobei jedoch die optischen Achsen beider Medien aufeinander senkrecht stehen. Linearpolarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung nicht in Richtung der optischen Achse zeigt, wird im ersten Medium in einen ordentlichen und in einen außerordentlichen Strahl aufgespalten. Da die optischenThe use of compensation layers is based on a well known physical principle, e.g. is also implemented in the Babinet-Soleil compensator. You combine e.g. two optically uniaxial media, which have essentially the same optical path difference d · Δn, but with the optical axes of both media being perpendicular to each other. Linearly polarized light, the direction of polarization of which does not point in the direction of the optical axis, is split into an ordinary and an extraordinary beam in the first medium. Because the optical
Achsen der beiden Medien senkrecht aufeinander stehen, läuft der ordentlichre Strahl des ersten Mediums im zweiten Medium als außerordentlicher Strahl und umgekehrt. Die optische
Wegdifferenz im ersten Medium beträgt d · (ne-no), im zweiten Medium hingegen d · (no-ne), so daß die Gesamtdifferenz 0 ist und daß aus den beiden optischen einachsigen Medien bestehende System keine Doppelbrechung aufweist. Diese Überlegungen können entsprechend auf Systeme mit mehreren Kompensationsschichten oder andere z.B. optisch biaxiale Medien übertragen werden. If the axes of the two media are perpendicular to each other, the more orderly jet of the first medium runs in the second medium as an extraordinary jet and vice versa. The optical Path difference in the first medium is d · (n e -n o ), in the second medium d · (n o -n e ), so that the total difference is 0 and that the system consisting of the two optical uniaxial media has no birefringence. These considerations can accordingly be transferred to systems with several compensation layers or other, for example, optically biaxial media.
Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit TN-Flüssigkristallschicht können z.B. eine oder mehrere, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht enthalten, die auf niedermolekularen nematischen Flüssigkristallsehichtenn basiert. Die Indikatrix nematischer Flüssigkristallmoleküle ist ein dreiachsiger Ellipsoid, wobei der zur Moleküllangachse gehörige Brechungsindex groß gegen die beiden anderen ist. Electro-optical systems with TN liquid crystal layer according to the invention can e.g. contain one or more, but in particular a compensation layer, which is based on low molecular weight nematic liquid crystal layers. The indicatrix of nematic liquid crystal molecules is a three-axis ellipsoid, the refractive index belonging to the long axis of the molecule being large compared to the other two.
Auf nematischen Flüssigkristallen basierende Kompensationsschichten sind bereits für TN-Zellen und insbesondere auch STN-Zellen vorgeschlagen worden; nähere Angaben finden sich z.B. US 4,435,065, EP 0,139,351, K. Katoh et al., Jap. J. Appl. Phys. 2S. (1987), L 1784 und SID Digest Vol. 20, 1989, papiers 22.3-22.6. Compensation layers based on nematic liquid crystals have already been proposed for TN cells and in particular also STN cells; further information can be found e.g. US 4,435,065, EP 0,139,351, K. Katoh et al., Jap. J. Appl. Phys. 2S. (1987), L 1784 and SID Digest Vol. 20, 1989, papers 22.3-22.6.
Die flüssigkristalline Kompensationsschicht ist ebenso wie die zur Informationsdarstellung dienende Flüssigkristallschicht zwischen planparallelen, mit Orientierungsschichten versehenen Substraten angeordnet. Da im allgemeinen auf eine Ansteuerung der Kompensationsschicht verzichtet wird, sind üblicherweise keine Elektrodenschichten vorhanden; es sind jedoch auch Ausgestaltungen mit Elektrodenschichten möglich. Vorzugsweise wird zur Erhöhung der Transmission ein der
Flüssigkristallschicht und der flüssigkristallinen Kompensationsschicht gemeinsames mittleres Substrat verwendet. Es können jedoch auch zwei getrennte mittlere Substrate benutzt werden. Der Flüssigkristall in der Kompensationsschicht liegt vorzugsweise in einer verdrillten Struktur vor, wobei der durch die Ausrichtung der Orientierungsschichten und/oder durch den cholesterischen Pitch des Flüssigkristalls gegebene Verdrillungswinkel insbesondere gegensinnig zum Verdrillungswinkel ß der Flüsssigkristallschicht ist. Die Absolutbeträge der Verdrillungswinkel werden vorzugsweise im wesentlichen gleich groß gewählt; allerdings sind auch größere Abweichungen möglich. Der Winkel zwischen den Ausrichtungen der Orientierungsschichten der Flüssigkristallmoleküle an den beiden Seiten des der flüssigkristallinen Kompensationsschicht und der Flüssigkristallschicht gemeinsamen mittleren Substrats bzw. an dem unteren Substrat der oberen und dem oberen Substrat der unteren Schicht beträgt zwischen 30° und 150°, vorzugsweise jedoch zwischen 50° und 130° und insbesondere im wesentlichen 90°. The liquid-crystalline compensation layer, like the liquid-crystal layer used to display information, is arranged between plane-parallel substrates provided with orientation layers. Since control of the compensation layer is generally dispensed with, there are usually no electrode layers; However, configurations with electrode layers are also possible. Preferably, one of the is to increase the transmission Liquid crystal layer and the liquid crystalline compensation layer common middle substrate used. However, two separate medium substrates can also be used. The liquid crystal in the compensation layer is preferably in a twisted structure, the twist angle given by the orientation of the orientation layers and / or by the cholesteric pitch of the liquid crystal being in particular opposite to the twist angle β of the liquid crystal layer. The absolute amounts of the twist angles are preferably chosen to be essentially the same size; however, larger deviations are also possible. The angle between the orientations of the orientation layers of the liquid crystal molecules on the two sides of the middle substrate common to the liquid crystalline compensation layer and the liquid crystal layer or on the lower substrate of the upper and the upper substrate of the lower layer is between 30 ° and 150 °, but preferably between 50 ° and 130 ° and in particular essentially 90 °.
Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit einer TN- Flüssigkristallschicht können auch eine oder mehrere, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht aufweisen, die auf einem flüssigkristallinen Polymer basiert. Derartige Kompensationsschichten sind ausführlich in DE 39 19 397 beschrieben. Electro-optical systems according to the invention with a TN liquid crystal layer can also have one or more, in particular, however, a compensation layer which is based on a liquid crystalline polymer. Such compensation layers are described in detail in DE 39 19 397.
Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit einer TN-Flüssigkristallschicht können weitere vorzugsweise auch eine oder mehrere, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht aufweisen, die auf einem optisch negativen Medium mit 3 optischen Brechungsindices basieren.
Die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende optische Achse kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Systeme im wesentlichen parallel zu den Elektrodenoberflächen orientiert sein, wobei der Winkel zwischen der dem kleinsten Brechungsindex entsprechenden optischen Achse und der Elektrodenoberfläche 0 ≤ τ ≤ 2° beträgt. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Systeme bildet die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende elektrooptische Achse mit der Elektrodenoberfläche einen Winkel 2° < τ ≤ 60°, u.z. der Gestalt, daß der Winkel zwischen den optischen Achsen der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht und der Kompensationsschicht beim Anlegen und Hochfahren einer Spannung an die ansteuerbare Flüssigkristallschicht ein Minimum durchläuft. Besonders bevorzugt ist für τ der Breich 5° ≤ τ ≤ 45° und ganz besonders der Bereich 5° ≤ τ ≤ 25°. Die von den beiden anderen Brechungsindices des Kompensationsmediums aufgespannte Ebene bildet mit den Direktoren der FlüssigkriStallmoleküle der TN-Schicht an den beiden Seiten des der Kompensationsschicht und der TN-Flüssigkristallschicht gemeinsamen mittleren Substrates bzw. an dem unteren Substrat der oberen und dem oberen Substrat der unteren Schicht in der Substratebene einen Winkel, der zwischen 30° und 150°, vorzugsweise jedoch zwischen 50° und 130° und insbesondere im wesentlichen 90° beträgt. Electro-optical systems according to the invention with a TN liquid crystal layer may further preferably also have one or more, but in particular a compensation layer, which are based on an optically negative medium with 3 optical refractive indices. In a preferred embodiment of the systems according to the invention, the optical axis corresponding to the smallest refractive index can be oriented essentially parallel to the electrode surfaces, the angle between the optical axis corresponding to the smallest refractive index and the electrode surface being 0 τ 2 2 °. In another preferred embodiment of the systems according to the invention, the electro-optical axis corresponding to the smallest refractive index forms an angle with the electrode surface of 2 ° <τ ≤ 60 °, so that the angle between the optical axes of the controllable liquid crystal layer and the compensation layer during application and startup a voltage across the controllable liquid crystal layer passes through a minimum. The range 5 ° τ 45 45 ° and particularly the range 5 ° ganz τ 25 25 ° is particularly preferred for τ. The plane spanned by the other two refractive indices of the compensation medium forms with the directors of the liquid crystal molecules of the TN layer on both sides of the middle substrate common to the compensation layer and the TN liquid crystal layer or on the lower substrate of the upper and the upper substrate of the lower layer in the substrate plane an angle which is between 30 ° and 150 °, but preferably between 50 ° and 130 ° and in particular essentially 90 °.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein uniaxiales, optisch negatives Kompensationsmedium verwendet, das eine Symmetrieachse aufweist, welche im wesentlichen parallel ist zur außerordentlichen Achse und mit den Substratplatten einen Winkel zwischen 0° ≤ τ ≤ 60° bildet, wobei τ im Bereich 2° ≤ τ ≤ 60° orientiert ist wie oben angegeben.
Derartige Kompensationsschichten sind neu und bevorzugt und sie sind Gegenstand dieser Erfindung. Die biaxialen bzw. In a particularly preferred embodiment, a uniaxial, optically negative compensation medium is used which has an axis of symmetry which is essentially parallel to the extraordinary axis and forms an angle between 0 ° τ 60 60 ° with the substrate plates, with τ in the range 2 ° ≤ τ ≤ 60 ° oriented as stated above. Such compensation layers are new and preferred and they are the subject of this invention. The biaxial or
uniaxialen, optisch negativen Kompensationsschichten basieren vorzugsweise auf niedermolekularen diskotischen und/oder cholesterischen Molekülen, wobei dieser im wesentlichen homöotrop orientiert sein können oder aber auch gekippt angeordnet sein können. Zur Orientierung dieser Moleküle, die eine mehr oder weniger flache, zweidimensionale, z.B. Uniaxial, optically negative compensation layers are preferably based on low-molecular discotic and / or cholesteric molecules, which can be oriented essentially homeotropically or can also be arranged tilted. For the orientation of these molecules, which are more or less flat, two-dimensional, e.g.
scheibchenförmige Gestalt aufweisen, kann die Substratoberfläche z.B. mit Lecitin, quartären Ainmoniumverbindungen wie z.B. HTAB (US 3,694,053), Silanverbindungen (Appl. Phys. have a disk-like shape, the substrate surface can e.g. with lecitin, quaternary ammonium compounds such as HTAB (US 3,694,053), silane compounds (Appl. Phys.
Lett. 22 (1973), 368), Chromkomplexen (Appl. Phys. Lett. 27 (1975), 268) oder auch mit aus anderen Materialien bestehenden Orientierungsschichten versehen werden. Eine im wesentlichen homöotrope Orientierung bedeutet, daß die Flächennormale der von den beiden größeren Brechungsindices aufgespannten Ebene im wesentlichen parallel zu der Elektrodenoberfläche verläuft oder mit dieser einen kleinen Winkel von z.B. weniger als 2° bildet ("aufrecht stehende Scheiben"), während diese Flächennormale bei einer gekippten Anordnung der Lett. 22 (1973), 368), chromium complexes (Appl. Phys. Lett. 27 (1975), 268) or also with orientation layers consisting of other materials. An essentially homeotropic orientation means that the surface normal of the plane spanned by the two larger refractive indices runs essentially parallel to the electrode surface or forms a small angle with it, e.g. forms less than 2 ° ("upright disks"), while this surface normal with a tilted arrangement of the
Moleküle mit den Elektrodenoberflächen einen Winkel von z.B. 2°-60° bildet ("gekoppte Scheiben"), wobei die Orientierung dieses Winkels dergestalt ist, daß der Winkel zwischen den optischen Achsen der Kompensationsschicht (entspricht der dem kleinsten Brechungsindex entsprechenden Achse bzw. der eben angeführten Flächennormalen) und der ansteuerbaren Molecules with the electrode surfaces at an angle of e.g. Forms 2 ° -60 ° ("coupled discs"), the orientation of this angle being such that the angle between the optical axes of the compensation layer (corresponds to the axis corresponding to the smallest refractive index or the surface norm just mentioned) and the controllable one
Flüssigkristallschicht sich beim Anlegen und Hochfahren einer Spannung an die ansteuerbare Flüssigkristallschicht zunächst verringert, ein Minimum durchläuft (Nulldurchgang) und dann wieder ansteigt. Beispielhaft sei eine Reihe diskotischer flüssigkristalliner Verbindungen genannt, wobei diese Liquid crystal layer initially decreases when a voltage is applied to the controllable liquid crystal layer, passes through a minimum (zero crossing) and then rises again. A series of discotic liquid-crystalline compounds may be mentioned by way of example
Aufzählung die Erfindung lediglich erläutern soll, ohne sie jedoch zu begrenzen:
(1) hexasubstituiertes Benzol Enumeration is only intended to explain the invention, but without limiting it: (1) hexasubstituted benzene
(2) 2, 3, 6, 7, 10, 11-hexasubstituierte Triphenyle (2) 2, 3, 6, 7, 10, 11-hexasubstituted triphenyls
(3) 2, 3, 7, 8, 12, 13-hexasubstituierte Truxene bzw. deren oxidierte Homologe (3) 2, 3, 7, 8, 12, 13-hexasubstituted truxenes or their oxidized homologs
(4) 1, 2, 3, 5, 6, 7-hexasubstituierte Anthrachinone (4) 1, 2, 3, 5, 6, 7-hexasubstituted anthraquinones
(5) substituierte Cu-Komplexe (5) substituted Cu complexes
(6) Tetraarylbipyranylidum
(6) Tetraarylbipyranylidum
(7) Porphyrinderivate (7) Porphyrin derivatives
worin R jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit bis zu 30 C-Atomen, worin auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -C≡C-, -CH=CH-, )
in which R in each case independently of one another is an alkyl group with up to 30 C atoms, in which also one or more CH 2 groups are formed by -O-, -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -C≡C- , -CH = CH-,)
ersetzt sein können, wobei 2 O-Atome nicht
can be replaced, whereby 2 O atoms are not
direkt miteinander verknüpft sind. are directly linked.
Bevorzugt sind die Verbindungen (1), (2), (3) und (4); insbesondere jedoch die Verbindungen (1), (2) und (3). Besonders bevorzugt sind weiter diskotische Flüssigkristallverbindungen, bei denen in allen Resten R mindestens eine -CH2-Compounds (1), (2), (3) and (4) are preferred; in particular, however, compounds (1), (2) and (3). Also particularly preferred are discotic liquid crystal compounds in which at least one —CH 2 -
Gruppe durch eine 1,4-Phenylengruppe ersetzt ist.
Diskotische Flüssigkristalle, die eine nematisch diskotische Phase ND aufweisen, sind bevorzugt. Im Unterschied zur kolumnardiskotischen Phase, bei der die Moleküle zu Säulen zusammengepackt sind, ist die Anordnung der Moleküle in der nematisch diskotischen Phase weniger starr. Die Moleküle können frei rotieren und sie können sich mehr oder weniger frei orientieren, wobei jedoch ihre Ebenen im Mittel parallel zueinander angeordnet sind. Es können auch cholestrisch nematisch diskotische Phasen ND* verwendet werden. Group is replaced by a 1,4-phenylene group. Discotic liquid crystals which have a nematic discotic phase ND are preferred. In contrast to the columnar discotic phase, in which the molecules are packed into columns, the arrangement of the molecules in the nematic discotic phase is less rigid. The molecules can rotate freely and can orient themselves more or less freely, but their planes are arranged parallel to one another on average. Cholestrically nematic discotic phases N D * can also be used.
Eine optisch negative Kompensationsschicht kann auch durch eine Folge von optisch positiven Schichten approximiert werden, wobei sich deren Orientierung von Schicht zu Schicht ändert. Beispielhaft ist in Fig. 17 eine erfindungsgemäße Anordnung schematisch wiedergegeben, bei der die ansteuerbare Flüssigkristallschicht, welche auf einem nematischen An optically negative compensation layer can also be approximated by a sequence of optically positive layers, their orientation changing from layer to layer. By way of example, an arrangement according to the invention is shown schematically in FIG
Flüssigkristall mit homogener Orientierung (α = 1°) und einem Twistwinkel ß = 0° basiert, mit einer Folge von 8 optisch positiven Kompensationsschichten kombiniert ist. Diese Kompensationsschichten bestehen abwechselnd aus parallel (= homogen oder planar) orientierten (α =1°) nematischen Liquid crystal with homogeneous orientation (α = 1 °) and a twist angle ß = 0 ° based, combined with a sequence of 8 optically positive compensation layers. These compensation layers consist alternately of parallel (= homogeneous or planar) oriented (α = 1 °) nematic
Flüssigkristallschichten (ß = 0°) und homöotrop orientierten Flüssigkristallschichten (ß = 0°), wobei die Direktoren der Flüssigkristallmoleküle an dem unteren Substrat der ansteuerbaren Schicht (bzw. an dem entsprechenden gemeinsamen Substrat) mit den Direktoren der Flüssigkristallmoleküle an dem oberen Substrat (bzw. an dem entsprechenden gemeinsamen Liquid crystal layers (ß = 0 °) and homeotropically oriented liquid crystal layers (ß = 0 °), the directors of the liquid crystal molecules on the lower substrate of the controllable layer (or on the corresponding common substrate) with the directors of the liquid crystal molecules on the upper substrate (or on the corresponding common
Substrat) der benachbarten Kompensationsschicht 1 von IISubstrate) of the adjacent compensation layer 1 of II
(s. Fig. 17) einen Winkel von etwa 90° bildet. Die Dicke der
ansteuerbaren Flüssigkristallschicht in Fig. 17 beträgt d = 8 μm. Die Gesamtschichtdicke der Kompensationsschicht und die in der angesteuerten Schicht und in der Kompensationsschicht verwendeten nematischen Flüssigkristalle sind dabei so gewählt, daß die optische Dicke der Kompensationsschicht mit 2 d · Δn doppelt so groß ist wie die der angesteuerten (see Fig. 17) forms an angle of approximately 90 °. The thickness of the controllable liquid crystal layer in FIG. 17 is d = 8 μm. The total layer thickness of the compensation layer and the nematic liquid crystals used in the controlled layer and in the compensation layer are chosen so that the optical thickness of the compensation layer is 2 d · Δn twice that of the controlled one
Flüssigkristallschicht mit d · Δn. Wird etwa in der angesteuerten Flüssigkristallschicht und in der Kompensationsschicht der gleiche Flüssigkristall verwendet, wird die Gesamtschichtdicke der Kompensationsschicht zu 2 d = 16 μm gewählt; es sind aber auch beliebige andere Kombinatinen der Schichtdicke und der Doppelbrechung der Kompensationsschicht Liquid crystal layer with d · Δn. If, for example, the same liquid crystal is used in the driven liquid crystal layer and in the compensation layer, the total layer thickness of the compensation layer is chosen to be 2 d = 16 μm; however, they are also any other combinations of the layer thickness and the birefringence of the compensation layer
möglich. Die Verwendung des gleichen Flüssigkristalls hat den Vorteil, daß die angesteuerte Flüssigkristallschicht und die Kompensationsschicht dieselbe Dispersion und dieselbe Temperaturabhängigkeit von Doppelbrechung und Dispersion aufweisen. Die Anordnung der Fig. 17 befindet sich zwischen 2 possible. The use of the same liquid crystal has the advantage that the driven liquid crystal layer and the compensation layer have the same dispersion and the same temperature dependence of birefringence and dispersion. The arrangement of FIG. 17 is between 2
Polarisatoren, wobei der Winkel ψ, den der vordere Polarisator mit der Orientierungsrichtung der Direktoren der nematisehen Flüssigkristallmoleküle auf der obersten Substratplatte bildet, 45° beträgt. Der hintere Polarisator ist gegenüber dem vorderen um 90° gedreht. In Fig. 18 ist für dieses erfindungsgemäße System die Transmission als Funktion der Doppelbrechung Δn der angesteuerten Flüssigkristallschicht bei einem in der Ebene gemessenen Winkel (Azimutwinkel) ɸ = 135° bei Nichtansteuerung des Systems gezeigt. Man sieht, daß das System bis zu einem Beobachtungswinkel θ von etwa 30° ideales Sperrverhalten im gezeigten Δn-Bereich zeigt, während bei Beobachtungswinkeln θ von mehr als 45° eine Transmission bei höheren Δn-Werten von mehr als etwa 0,0735 gefunden wird. Polarizers, the angle ψ, which the front polarizer forms with the direction of orientation of the directors of the nematic liquid crystal molecules on the uppermost substrate plate, is 45 °. The rear polarizer is rotated by 90 ° compared to the front. For this system according to the invention, FIG. 18 shows the transmission as a function of the birefringence Δn of the driven liquid crystal layer at an angle (azimuth angle) ɸ = 135 ° measured in the plane when the system is not activated. It can be seen that the system exhibits ideal blocking behavior in the Δn range shown up to an observation angle θ of approximately 30 °, while a transmission at higher Δn values of more than approximately 0.0735 is found at observation angles θ of more than 45 °.
Ebenso wurde gefunden, daß die Transmission im nicht angesteuerten Zustand im sichtbaren Spektralbereich praktisch nicht von der Wellenlänge des Lichts abhängt.
Dieses Transmissionsverhalten entspricht dem eines erfindungsgemäßen Systems mit einer optisch negativen Kompensationsschicht aus z.B. diskotischen Molekülen, die so orientiert sind, daß die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende Achse im wesentlichen parallel zu den Elektrodenoberflächen ist oder mit diesen einen wie oben definierten Winkel τ bildet. It was also found that the transmission in the uncontrolled state in the visible spectral range practically does not depend on the wavelength of the light. This transmission behavior corresponds to that of a system according to the invention with an optically negative compensation layer composed of, for example, discotic molecules, which are oriented such that the axis corresponding to the smallest refractive index is essentially parallel to the electrode surfaces or forms an angle τ as defined above.
Die in Fig. 17 gezeigte Kompensationsschicht besteht aus 8 Zellen mit einer Dicke von 2 μm, welche mit dem gleichenThe compensation layer shown in FIG. 17 consists of 8 cells with a thickness of 2 μm, which are the same
Flüssigkristall wie die ansteuerbare Flüssigkristallschicht befüllt sind. Eine derartige Anordnung ist jedoch i.a. wegen der hohen Anzahl der benötigten Substrate und Orientierungsschichten in der Praxis nicht bevorzugt, u.z. zum einen wegen des hohen konstruktiven Aufwands bei der Herstellung desLiquid crystal as the controllable liquid crystal layer are filled. However, such an arrangement is generally not preferred in practice due to the high number of substrates and orientation layers required, etc. on the one hand because of the high structural effort involved in the production of the
Systems und zum anderen wegen der durch die vielen Glassubstrate und Orientierungsschichten deutlich verminderten Systems and on the other hand because of the many glass substrates and orientation layers significantly reduced
Gesamttransmission. Mit Fig. 17 soll aber nur das Prinzip einer derartigen Kompensationsschicht verdeutlicht werden, und es sind Total transmission. 17 is only intended to illustrate the principle of such a compensation layer, and it is
vielfältige Abweichungen möglich. So können z.B. an Stelle der Schichten von monomeren nematischen Flüssigkristallen bzw. in Kombination mit diesen auch Filme aus flüssig- kristallinen Polymeren, deren mesogene Gruppen entsprechend orientiert sind, und/oder Filme aus isotropem Polymermaterial, die entsprechend axial verstreckt sind, aufeinander gestapelt werden. Flüssigkristallin-polymere Kompensationsfilme unddurch Verstreckung von thermoplastischen Polymeren erhaltene Kompensationsschichten sind weiter unten kurz beschrieben.
Bei der Approximierung einer optisch negativen Kompensationsschicht kommt es darauf an, daß die Kompensationsschicht aus einer Folge optisch positiver Schichten besteht, wobei die optische Achse zweier aufeinanderfolgender Schichten einen Winkel zwischen 60° und 120° und insbesondere 80° und 100° bilden und insbesondere im wesentlichen aufeinander senkrecht stehen. Dabei besteht die Kompensationsschicht vorzugsweise aus mindestens 2 und insbesondere aus nicht weniger als 4 Schichten; ganz besonders bevorzugt sind Kompensationsschich- ten aus mindestens 8 aufeinanderfolgenden Schichten. Diediverse deviations possible. For example, instead of the layers of monomeric nematic liquid crystals or in combination with them, films of liquid-crystalline polymers, the mesogenic groups of which are oriented accordingly, and / or films of isotropic polymer material which are correspondingly axially stretched, can be stacked on top of one another. Liquid crystalline polymeric compensation films and compensation layers obtained by stretching thermoplastic polymers are briefly described below. When approximating an optically negative compensation layer, it is important that the compensation layer consists of a sequence of optically positive layers, the optical axis of two successive layers forming an angle between 60 ° and 120 ° and in particular 80 ° and 100 ° and in particular essentially are perpendicular to each other. The compensation layer preferably consists of at least 2 and in particular not less than 4 layers; compensation layers of at least 8 successive layers are very particularly preferred. The
Kompensationsschichten weisen vorzugsweise eine gerade Anzahl von aufeinanderfolgenden Schichten auf. Compensation layers preferably have an even number of successive layers.
Die in den einzelnen Schichten der Kompensationsschicht enthaltenen Flüssigkristallmoleküle bzw. mesogenen Gruppen bei flüssigkristallinen Polymeren können unverdrillt oder verdrillt sein, wobei die Verdrillung vorzugsweise entsprechend der der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht gewählt wird. The liquid crystal molecules or mesogenic groups in liquid crystalline polymers contained in the individual layers of the compensation layer can be untwisted or twisted, the twisting preferably being selected in accordance with that of the controllable liquid crystal layer.
Die optische Dicke der Kompensationsschicht beträgt vorzugsweise mindestens das 1,5fache und insbesondere mindestens das l,8fache der optischen Dicke der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht.
The optical thickness of the compensation layer is preferably at least 1.5 times and in particular at least 1.8 times the optical thickness of the controllable liquid crystal layer.
Die Orientierung der auf die ansteuerbare Flüssigkristallschicht folgenden ersten Schicht der Kompensationsschicht ist nicht sehr kritisch. So kann statt der in Fig. 17 gezeigten Konfiguration z.B. auch eine Kompensationsschicht verwendet werden, deren erste Schicht homöotrop oder im wesentlichen homöotrop orientiert ist. Der Winkel, den die Flüssigkristallmoleküle der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht und der benachbarten Schicht der Kompensationsschicht in zu Fig. 17 analogen Anordnungen in der Substratebene miteinander bilden, beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 150°, insbesondere zwischen 50° und 130° und ganz besonders im wesentlichen 90° (Fig. 17); bei anderen Anordnungen kann der Fachmann geeignete Orientierungen der parallel orientierten nematischen Moleküle in ansteuerbarer The orientation of the first layer of the compensation layer following the controllable liquid crystal layer is not very critical. For example, instead of the configuration shown in Fig. 17, e.g. a compensation layer can also be used, the first layer of which is oriented homeotropically or essentially homeotropically. The angle that the liquid crystal molecules of the controllable liquid crystal layer and the adjacent layer of the compensation layer form in the substrate plane in arrangements analogous to FIG. 17 is preferably between 30 ° and 150 °, in particular between 50 ° and 130 ° and very particularly essentially 90 ° (Fig. 17); in other arrangements, the person skilled in the art can select suitable orientations of the parallel-oriented nematic molecules in a controllable manner
Flüssigkristallschicht und Kompensationsschicht leicht angeben. Specify the liquid crystal layer and compensation layer slightly.
Es hat sich gezeigt, daß optisch negative Kompensationsschichten durch einen derartigen Stapel aufeinanderfolgender, optisch positiver Schichten mit unterschiedlich orientierten optischen Achsen hervorragend approximiert werden kann. Bei einer Folge von mindestens 8 optisch positiven Schichten werden die Eigenschaften einer optisch negativen Kompensationsschicht praktisch erreicht und bei Verwendung von mehr Schichten kann manchmal sogar im Vergleich zu einer optisch negativen Kompensationsschicht eine Verbesserung erreicht werden. Derartige aus einem Stapel optisch positiver Schichten bestehende, insgesamt optisch negative Kompensationsschichten sind neu und Gegenstand dieser Erfindung.
Als optisch negative Kompensationsschicht besonders bevorzugt sind auch flüssigkristalline Seitenkettenpolymere, die als mesogenen Rest cholesterische und/oder diskotische Gruppen (vgl. z.B. auch DE-PS 34 30 482) aufweisen, die z.B. von den gerade eben angegebenen diskotischen, aber auch anderen cholesterischen oder diskotischen Verbindungen abgeleitet sein können. Weiterhin bevorzugt sind auch flüssigkristalline Seitenkettenpolymere mit brettförmigen mesogenen Gruppen. Eine im wesentlichen homöotrope Orientierung der mesogenen Gruppen wird üblicherweise dadurch erreicht, daß das Polymer oberhalb der Glastemperatur einem elektrischen und/oder magnetischen Feld und/oder einer mechanischen Spannung ausgesetzt wird. Die solcherart induzierte Orientierung läßt sich einfrieren, indem das Polymer bei eingeschaltetem Feld bzw. unter Beibehaltung der mechanischen Spannung unter die Glastemperatur abgekühlt wird. Derartige flüssigkristalline Polymere und Verfahren zu ihrer Orientierung sind ausführlich in DE 39 19 397 beschrieben. In den Fig. la und lb wird für 2 erfindungsgemäße elektrooptische Systeme die Transmission I als Funktion des in der Displayebene gemessenen Winkels 0 mit dem von der Normalen der Displayebene aus gemessenen Beobachtungswinkel θ als Parameter verglichen. Dabei basiert die Kompensationsschicht des Systems aus Fig. la auf einer nematischen Flüssigkristallschicht und für das System aus Fig. lb wird eine optisch negative Kompensationsschicht mit homöotroper Orientierung verwendet, wobei der kleinste Brechungsindex nmin = 1,5000 beträgt und die beiden anderen gleich groß sind und einen Wert von 1,5356 aufweisen. Die Flüssigkristallschicht weist
in beiden Anordnungen einen Twistwinkel von ß = 22,5 und eine Schichtdicke von 8 μm auf und der Pretiltwinkel ist 1°. Es wird je ein Linearpolarisator auf der Eingangs- und Ausgangsseite der Anordnung verwendet mit ψ = 56,25°; der hintere Polarisator ist gegenüber dem vorderen um 90° gedreht. Die an die TN-Flüssigkristallschicht gelegte Spannung ist für beide Anordnungen mit U = 1,15 V so gewählt , daß bei senkrechter Beobachtung (θ = 0°) für alle Blickwinkel eine Transmission von 0,23 beobachtetwird. In Fig. 1a und 1b sind für beide Systeme die bei Beobachtungswinkeln von θ = 10°, 20°, 30°, 45°, 60° und 80° ermittelten Transmissionen als Funktion von 0 gezeigt. Es werden Abweichungen von der für θ = 0° ermittelten Transmission, die ja in diesem Diagramm durch einen Kreis um den Ursprung mit einem Radius von 0,23 dargestellt wird, beobachtet, wobei die Stärke dieser Abweichungen ein Maß für die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes ist. It has been shown that optically negative compensation layers can be excellently approximated by such a stack of successive, optically positive layers with differently oriented optical axes. With a sequence of at least 8 optically positive layers, the properties of an optically negative compensation layer are practically achieved and, if more layers are used, an improvement can sometimes even be achieved in comparison with an optically negative compensation layer. Such altogether optically negative compensation layers consisting of a stack of optically positive layers are new and the subject of this invention. Also particularly preferred as an optically negative compensation layer are liquid-crystalline side-chain polymers which have cholesteric and / or discotic groups as the mesogenic residue (cf., for example, also DE-PS 34 30 482), for example those of the just mentioned discotic, but also other cholesteric or discotic Connections can be derived. Also preferred are liquid-crystalline side chain polymers with board-like mesogenic groups. An essentially homeotropic orientation of the mesogenic groups is usually achieved by exposing the polymer to an electrical and / or magnetic field and / or a mechanical stress above the glass transition temperature. The orientation induced in this way can be frozen by cooling the polymer below the glass temperature while the field is switched on or while maintaining the mechanical tension. Such liquid-crystalline polymers and methods for their orientation are described in detail in DE 39 19 397. 1a and 1b, the transmission I as a function of the angle 0 measured in the display plane is compared with the observation angle θ measured from the normal of the display plane as a parameter for 2 electro-optical systems according to the invention. The compensation layer of the system from FIG. La is based on a nematic liquid crystal layer and an optically negative compensation layer with homeotropic orientation is used for the system from FIG. 1b, the smallest refractive index being nmin = 1.5000 and the other two being the same size and have a value of 1.5356. The liquid crystal layer has in both arrangements a twist angle of ß = 22.5 and a layer thickness of 8 μm and the pretilt angle is 1 °. A linear polarizer is used on the input and output side of the arrangement with ψ = 56.25 °; the rear polarizer is rotated by 90 ° in relation to the front. The voltage applied to the TN liquid crystal layer is chosen for both arrangements with U = 1.15 V so that when viewed perpendicularly (θ = 0 °), a transmission of 0.23 is observed for all viewing angles. 1a and 1b show the transmissions as a function of 0 for both systems at observation angles of θ = 10 °, 20 °, 30 °, 45 °, 60 ° and 80 °. Deviations from the transmission determined for θ = 0 °, which is represented in this diagram by a circle around the origin with a radius of 0.23, are observed, the magnitude of these deviations being a measure of the viewing angle dependence of the contrast.
Durch Vergleich von Fig. 1a und 1b ergibt sich, daß das By comparing Fig. 1a and 1b it follows that the
System mit der neuen, erfindungsgemäßen Kompensationsschicht eine gute Blickwinkelabhängigkeitdes Kontrastes zeigt. Die Transmissionsprofile sind zwar etwas stärker elliptisch deformiert als die in Fig. 1a, zeigen jedoch andererseits häufig eine geringere Ausdehnung als die in Fig. 1a. Bei der in Fig. 1b beschriebenen Anordnung ist die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende Achse im wesentlichen parallel zu der Elektrodenoberfläche ausgerichtet. Bei dieser Kompensationsmethode erhält man neben der in Fig. 1b gezeigten, guten Blickwinkelabhängigkeit der Transmission ein optimales Sperrverhalten im nichtangesteuerten Zustand.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes verbessert werden kann, wenn die optisch negative Kompensationsschicht eine gekippte Orientierung aufweist, d.h. wenn die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende Achse einen Winkel τ mit der Elektrodenoberfläche bildet. Der Winkel τ liegt vorzugsweise zwischen 2 und 60°, insbesondere zwischen 5 und 45° und ganz besonders zwischen 5° und 25° und ist vorzugsweise so orientiert, daß sich der Winkel zwischen dem nematischen Direktor der System with the new compensation layer according to the invention shows a good viewing angle dependence of the contrast. The transmission profiles are deformed somewhat more elliptically than that in FIG. 1a, but on the other hand they often have a smaller extent than that in FIG. 1a. In the arrangement described in FIG. 1b, the axis corresponding to the smallest refractive index is aligned essentially parallel to the electrode surface. With this compensation method, in addition to the good viewing angle dependence of the transmission shown in FIG. 1b, an optimal blocking behavior is obtained in the non-activated state. It has surprisingly been found that the viewing angle dependency of the contrast can be improved if the optically negative compensation layer has a tilted orientation, ie if the axis corresponding to the smallest refractive index forms an angle τ with the electrode surface. The angle τ is preferably between 2 and 60 °, in particular between 5 and 45 ° and very particularly between 5 ° and 25 ° and is preferably oriented so that the angle between the nematic director of the
Flüssigkristallmoleküle der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht, d.h. der optischen Achse der ansteuerbaren Liquid crystal molecules of the controllable liquid crystal layer, i.e. the optical axis of the controllable
Flüssigkristallschicht, und der dem kleinsten Brechungsindes entsprechenden Achse mit zunehmender Spannung zunächst verringert, um dann nach Durchlaufen eines Minimums (Nulldurchgang) wieder größer zu werden. Liquid crystal layer, and the axis corresponding to the smallest refraction on the axis initially reduced with increasing voltage, and then increased again after passing through a minimum (zero crossing).
Bei einer derartigen Anordnung der Kompensationsschicht wird ein optimales Sperrverhalten nicht im spannungslosen Zustand beobachtet, sondern beim Hochfahren der Spannung unterhalb der Schwellenspannung, wenn der Winkel zwischen den optischen Achsen der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht und der Kompensationsschicht minimal ist (Nulldurchgang). Hierdurch werden die elektrooptischen Eigenschaften derartiger Systeme jedoch kaum beeinträchtigt. In Fig. 19 ist die Transmission I für ein erfindungsgemäßes System mit einer gekippten, optisch negativen Kompensationsschicht für eine Wellenlänge λ = With such an arrangement of the compensation layer, an optimal blocking behavior is not observed in the de-energized state, but when the voltage is raised below the threshold voltage if the angle between the optical axes of the controllable liquid crystal layer and the compensation layer is minimal (zero crossing). This hardly affects the electro-optical properties of such systems. 19 shows the transmission I for a system according to the invention with a tilted, optically negative compensation layer for a wavelength λ =
550 nm und bei einer dem 1,1fachen der Schwellenspannung entsprechenden Spannung (U/Uo = 1.1) als Funktion des in der550 nm and at a voltage corresponding to 1.1 times the threshold voltage (U / U o = 1.1) as a function of that in the
Display-Ebene gemessenen Blickwinkels mit dem von der Normalen der Displayebene aus gemessene Beobachtungswinke1 als Parameter dargestellt. Die ansteuerbare Flüssigkristall
schicht dieses Systems weist einen Twistwinkel ß = 0° und einen Pretilt von α = 1° auf und die Schichtdicke beträgt 8 μm. Die Kompensationsschicht, deren kleinster Brechungsindex 1,500 beträgt, während die beiden anderen 1,5527 sind, besteht aus 8 optisch positiven Schichten von 1 μm mit abwechselnd homogener (α = 1°) und homöotroper (α = 89°) Orientierung. Die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende optische Achse bildet mit der Elektrodenoberfläche einen Winkel von etwa 15° u.z. so, daß sich der winkel zwischen der vorzugsrichtung der nematischen Direktoren und der dem kleinsten Brechungsindex entsprechenden Achse mit zunehmender Spannung zunächst verkleinert, um dann nach Durchlaufen eines Minimums (Nulldurchgang) wieder größer zu werden. Man erkennt auf Fig. 19 sowie Fig. 20, welche eine Fig. 19 entsprechendes Diagramm für U/Uo = 1,3 zeigt, daß die Transmission für Beobachtungswinkel bis etwa 30° nur wenig vonder Transmission bei θ = 0° abweicht, die in diesem Diagramm als Kreis um den Ursprung mit einem Radiusvon etwa 0,68 wiederzu- geben ist. Ein Vergleich mit Fig. lb zeigt, daß die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes durch die gekippte Orientierung der optisch negativen Kompensationsschicht deutlich verbessert wird. In Fig. 21 ist die elektrooptische Kennlinie für das bei Fig. 19 beschriebene System wiedergegeben; man erkennt, daß die elektrooptische Kennlinie praktisch nicht dadurch beeinträchtigt wird, daß der optimale Sperrzustand nicht mit dem spannungslosen Zustand zusammenfällt. Display level measured viewing angle with the viewing angle 1 measured from the normal of the display level as a parameter. The controllable liquid crystal layer of this system has a twist angle ß = 0 ° and a pretilt of α = 1 ° and the layer thickness is 8 μm. The compensation layer, whose smallest refractive index is 1,500 while the other two are 1.5527, consists of 8 optically positive layers of 1 μm with alternating homogeneous (α = 1 °) and homeotropic (α = 89 °) orientation. The optical axis corresponding to the smallest refractive index forms an angle with the electrode surface of approximately 15 ° so that the angle between the preferred direction of the nematic directors and the axis corresponding to the smallest refractive index initially decreases with increasing voltage, and then after passing through a minimum ( Zero crossing) to become larger again. It can be seen in FIGS. 19 and 20, which shows a diagram corresponding to FIG. 19 for U / Uo = 1.3, that the transmission for observation angles up to approximately 30 ° differs only slightly from the transmission at θ = 0 °, which is shown in FIG this diagram as a circle around the origin with a radius of about 0.68. A comparison with FIG. 1b shows that the viewing angle dependence of the contrast is significantly improved by the tilted orientation of the optically negative compensation layer. FIG. 21 shows the electro-optical characteristic curve for the system described in FIG. 19; one recognizes that the electro-optical characteristic is practically not impaired by the fact that the optimal blocking state does not coincide with the de-energized state.
Elektrooptische Systeme, welche eine ansteuerbare nematische Flüssigkristallschicht mit 0° ≤ ß ≤ 100° und insbesondere 0 ≤ ß ≤ 90° und eine optisch negative, gekippt orientierte Kompen
sationsschicht aufweisen, sind neu. Dabei sind solche Systeme bevorzugt, bei denen zusätzlich die Polarisatororientierungen durch die Gleichungen (1) uoder (2) bzw. (3) oder (4) gegeben sind. Electro-optical systems, which have a controllable nematic liquid crystal layer with 0 ° ß 100 100 ° and in particular 0 ß 90 90 ° and an optically negative, tilt-oriented component layer are new. Systems are preferred in which the polarizer orientations are additionally given by equations (1) or (2) or (3) or (4).
Diese Systeme sind durch ausgzeeichnete Eigenschaften gekennzeichnet und sie sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das bei Fig. 19 beschriebene spezielle System soll diese Erfindung lediglich erläutern, ohne sie jedoch zu begrenzen. Entsprechende Ergebnisse wurden auch für Systeme mit verdrillter nematischer ansteuerbarer Flüssigkristallschicht erhalten. Die Kompensationsschicht kann auf scheibenförmigen Molekülen wie z.B. Diskoten beruhen oder auf anderen biaxialen bzw. uniaxialen, optisch negativen Kompensationsschichten. Weiterhin ist es insbesondere auch möglich, daß die Kompensationsschicht durch einen der oben beschriebenen Stapel optisch positiver Schichten mit unterschiedlicher Orientieruung approximiert wird. Weiterhin können erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit einer TN-Flüssigkristallschicht auch eine oder mehrere, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht aufweisen, dieauf einen thermoplastischen Polymermaterial, z.B. auf der Basis von Polycarbonat, Polyvinylalkohol oder Polyethylenterephthalat basieren und axial mit der gewünschten Orientierung ausgerichtet werden; derartige Filme sind z.B. in EP 0,315,484 angegeben. These systems are characterized by excellent properties and are the subject of the present invention. The particular system described in Fig. 19 is only intended to illustrate this invention without, however, limiting it. Corresponding results have also been obtained for systems with a twisted nematic drivable liquid crystal layer. The compensation layer can be on disc-shaped molecules such as e.g. Discotes are based or on other biaxial or uniaxial, optically negative compensation layers. Furthermore, it is also possible, in particular, for the compensation layer to be approximated by one of the stacks of optically positive layers described above with different orientations. Furthermore, electro-optical systems according to the invention with a TN liquid crystal layer can also have one or more, but in particular a compensation layer, which is based on a thermoplastic polymer material, e.g. based on polycarbonate, polyvinyl alcohol or polyethylene terephthalate and aligned axially with the desired orientation; such films are e.g. in EP 0,315,484.
Wenn der Twistwinkel der TN-Flüssigkristallschicht klein ist und insbesondere ß < 60° ist, kann bei den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen die KompensationsSchicht auch weggelassen werden. Besonders günstige elektrooptische Eigen
schaften zeigen elektrooptische Systeme ohne Kompensationsschicht, wenn der Twistwinkel der TN-Flüssigkristallschicht ß ≤ 45°, insbesondere 15° ≤ ß ≤ 30° und ganz besonders ß = 22,5° beträgt. Derartige Systeme, die als unkompensierte LTN-Systeme bezeichnet werden (low twisted nematic) sind neu, bevorzugt und Gegenstand der vorliegenden Erfindung. If the twist angle of the TN liquid crystal layer is small and in particular β <60 °, the compensation layer can also be omitted in the electro-optical systems according to the invention. Particularly favorable electro-optical properties show electro-optical systems without compensation layer if the twist angle of the TN liquid crystal layer is ß ≤ 45 °, in particular 15 ° ≤ ß ≤ 30 ° and very particularly ß = 22.5 °. Systems of this type, which are referred to as uncompensated LTN systems (low twisted nematic), are new, preferred and the subject of the present invention.
Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit einer ECBFlüssigkristallschicht weisen eine oder mehrere Kompensationsschichten, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht auf, welche auf thermoplastischen Polymeren, niedermolekularen Flüssigkristallen und/oder flüssigkristallinen Polymeren basiert. Derartige Kompensationsschichten sind in der Liteatur ausführlich beschrieben (z.B. DE 39 11 620, DE 39 19 397, EP 0,240,379 und EP 0,239,433). Electro-optical systems according to the invention with an ECB liquid crystal layer have one or more compensation layers, in particular, however, a compensation layer which is based on thermoplastic polymers, low molecular weight liquid crystals and / or liquid crystalline polymers. Such compensation layers are described in detail in the literature (e.g. DE 39 11 620, DE 39 19 397, EP 0.240.379 and EP 0.239.433).
Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme weisen weiter mindestens eine Vorrichtung zur Linearpolarisation des Lichts in einer derartigen Anordnung auf, daß das Licht vor Eintritt in die Flüssigkristallschicht und nach Austritt aus dieser mindestens einmal einen Linearpolarisator passiert. Häufig befindet sich auf beiden Seiten des Displays je ein Linearpolarisator; diese bestehen üblicherweise aus Folien, die auf die Substratplatten aufgeklebt werden. Eine derartige Anordnung kann transmissiv oder auch reflektiv bzw. transflektiv betrieben werden; bei reflektiven bzw. transflektiven Systemen ist hinter dem der Lichtquelle abgewandten Polarisator
ein Reflektor bzw. ein Reflektor und eine zusätzliche The electro-optical systems according to the invention further have at least one device for linear polarization of the light in such an arrangement that the light passes through a linear polarizer at least once before it enters the liquid crystal layer and after it exits it. There is often a linear polarizer on both sides of the display; these usually consist of foils that are glued to the substrate plates. Such an arrangement can be operated transmissively or also reflectively or transflectively; in reflective or transflective systems is behind the polarizer facing away from the light source a reflector or a reflector and an additional one
Beleuchtungseinrichtung angebracht (s. z.B. E. Kaneko, Liquid Crystal TV Display, KTK Scientific Publishers, Tokio, 1987, S. 25 und S. 30). In anderen, bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme wird dagegen nur eine Vorrichtung zur Linearpolarisation des Lichts benutzt. Ein Beispiel ist die in Fig. 2 gezeigte reflektive Vorrichtung, bei der das in die Zelle ein- bzw. aus ihr austretende Licht das als Polarisator verwendete McNeil-Prisma als eine Kombination von 2 zueinander um 90° ggedrehten Polarisatoren sieht. Eine derartige reflektive Anordnung ist z.B. insbesondere für Projektionsdisplays interessant. Lighting device attached (see e.g. E. Kaneko, Liquid Crystal TV Display, KTK Scientific Publishers, Tokyo, 1987, p. 25 and p. 30). In other preferred configurations of the electro-optical systems according to the invention, however, only one device for linear polarization of the light is used. An example is the reflective device shown in FIG. 2, in which the light entering or leaving the cell sees the McNeil prism used as the polarizer as a combination of two polarizers rotated by 90 ° with respect to one another. Such a reflective arrangement is e.g. particularly interesting for projection displays.
Der bisher beschriebene Aufbau der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme orientiert sich im wesentlichen an der für derartige Systeme üblichen Bauweise. Der Begriff übliche Bauweise ist hierbei weit gefaßt und umschließt alle hier nicht explizit genannten Abwandlungen und Modifikationen. Wo im bisher beschriebenen Aufbau der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme neue und erfinderische Elemente oder wesentliche konstruktive Abweichungen angeführ sind, sind diese explizit als zum Gegenstand der Erfindung gehörig gekennzeichnet. Ein ganz wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme besteht jedoch darin, daß zur Erreichung eines hohen Kontrastes und/oder einer hohen Helligkeit und/oder einer hohen Blickwinkelunabhängigkeit des Kontrasts und/oder der Farbwerte der Winkel ψ, den die Polarisations
vorrichtung auf der der Lichtquelle zugewandten Seite mit der Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle auf der Substratoberfläche bildet, optimiert ist. Dabei gilt für ψ, wenn sich auf der Eingangs- und Ausgangsseite je eine Polarisationsvorrichtung befindet ψ = (ß + 90°) /2 ± 10° (1) The structure of the electro-optical systems according to the invention described so far is essentially based on the design customary for such systems. The term customary construction is broadly encompassed and includes all modifications and modifications not explicitly mentioned here. Where new and inventive elements or significant design deviations are mentioned in the structure of the electro-optical systems according to the invention described so far, these are explicitly identified as belonging to the subject matter of the invention. A very significant difference of the electro-optical systems according to the invention is, however, that in order to achieve a high contrast and / or a high brightness and / or a high viewing angle independence of the contrast and / or the color values, the angle ψ that the polarization device on the side facing the light source with the preferred direction of the liquid crystal molecules on the substrate surface is optimized. The following applies to ψ if there is a polarization device on the input and output side ψ = (ß + 90 °) / 2 ± 10 ° (1)
ψ = ß/2 ± 10° (2) wobei der Polarisator auf der Ausgangsseite gegenüber dem Polarisator auf der Eingangsseite um 90° ± 10° verdreht ist und die Orientierungen der Polarisatoren auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite auch vertauscht sein können, oder, wenn nur eine Polarisationsvorrichtung auf der Eingangsseite vorhanden ist ψ = ß / 2 ± 10 ° (2) where the polarizer on the output side is rotated by 90 ° ± 10 ° compared to the polarizer on the input side and the orientations of the polarizers on the input side and the output side can also be interchanged, or if there is only one polarization device on the input side
30° ≤ ψ ≤ 70° für 0 ≤ ß 45° (3) 30 ° ≤ ψ ≤ 70 ° for 0 ≤ ß 45 ° (3)
35° ≤ ψ ≤ 90° für 45° ≤ ß ≤ 100° (4) In Fig. 3 ist für ein nicht kompensiertes elektrooptisches System mit einer TN-Flüssigkristallschicht, die einen Verdrillungswinkel ß - 22,5° und eine Schichtdicke von 8 μm aufweist, die Transmission bzw. die Helligkeit im nicht angesteuerten Zustand für eine Wellenlänge von λ = 550 nm und für Θ = 0° und 0 = 0° als Funktion der Doppelbrechung Δn der nematischen Flüssigkristallschicht mit ψ als Parameter aufgetragen. Es wird eine nicht kompensierte TN-Zelle betrachtet, da die Transmission für eine eine Kompensationsschicht aufweisende TN-Zelle bei gekreuzten Polarisatoren im nicht angesteuerten Zustand unabhängig von der optischen Anisotropie Δn minimal ist und die Transmission eines kompensierten Systems wesentlich von der Transmission der nichtangesteuer- ten Kompensationsschicht abhängt.
Das System weist 2 Polarisationsvorrichtungen auf, wobei der hintere Polarisator gegenüber dem vorderen um 90° gedreht ist. Die Transmission oder die Helligkeit hängt sehr stark von der Polarisatorstellung ab und ist für 35 ° ≤ ψ ≤ 90 ° for 45 ° ≤ ß ≤ 100 ° (4) In Fig. 3 is for a non-compensated electro-optical system with a TN liquid crystal layer, the twist angle ß - 22.5 ° and a layer thickness of 8 microns has the transmission or the brightness in the uncontrolled state for a wavelength of λ = 550 nm and for Θ = 0 ° and 0 = 0 ° as a function of the birefringence Δn of the nematic liquid crystal layer with ψ as a parameter. A non-compensated TN cell is considered, since the transmission for a TN cell with a compensation layer is minimal with crossed polarizers in the non-activated state regardless of the optical anisotropy Δn and the transmission of a compensated system is essentially different from the transmission of the non-activated ones Compensation layer depends. The system has two polarization devices, the rear polarizer being rotated by 90 ° with respect to the front. The transmission or the brightness depends very much on the polarizer position and is for
Ψopt. = (ß + 90°)/2 = (22,5° + 90°)/2 = 56,25° optimal. Geringere Abweichung des tatsächlich eingestellten Winkels ψ von dem optimalen Wert können toleriert werden. So beobachtet man z.B. für ψ = 52,5° eine gegenüber dem optimalen Wert ψopt. etwa um 2 % verringerte Transmission. Ψ opt. = (ß + 90 °) / 2 = (22.5 ° + 90 °) / 2 = 56.25 ° optimal. Less deviation of the actually set angle ψ from the optimal value can be tolerated. For example, one observes for ψ = 52.5 ° compared to the optimal value ψ opt. transmission reduced by approximately 2%.
Demgegenüber wird für ψ = 45° eine Transmission gefunden, die um mehr als 13 % kleiner ist als die optimale. Die Abweichung des tatsächlich eingestellten Winkels ψ von dem durch die obige Gleichung gegebenen optimalen Wert sollte i.a. ± 10° und vorzugsweise 10 % nicht überschreiten und insbesondere < 7,5 % und ganz besonders < 5 % sein. In contrast, a transmission is found for ψ = 45 °, which is more than 13% smaller than the optimal one. The deviation of the actually set angle ψ from the optimal value given by the above equation should generally Do not exceed ± 10 ° and preferably 10% and in particular <7.5% and very particularly <5%.
Wenn nur eine Polarisationsvorrichtung vorhanden ist, ist die optimale Polarisatoins-Konfiguration durch die Bedingungen (3) und (4) gegeben. Diese elektrooptischen Systeme enthalten vorzugsweise Flüssigkristalle mit einer Doppelbrechung 0,035 ≤ Δn ≤ 0,010 und die Schichtdicke der Flüssigkristallschicht und der Kompensationsschicht beträgt vorzugsweise 3 μm ≤ d ≤ 7 μm. Ganz besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit den folgenden Parameterkombinationen: If there is only one polarization device, the optimal polarization configuration is given by conditions (3) and (4). These electro-optical systems preferably contain liquid crystals with a birefringence 0.035 Δ Δn 0,0 0.010 and the layer thickness of the liquid crystal layer and the compensation layer is preferably 3 μm d d 7 7 μm. Electro-optical systems with the following parameter combinations are very particularly preferred:
Parameter- ß d/μm Δn ψ Parameter ß d / μm Δn ψ
kombination combination
1 15 ≤ ß ≤ 30 3,5 ≤ d ≤ 5 0,035 ≤ Δn ≤ 0,065 40 ≤ ψ≤ 651 15 ≤ ß ≤ 30 3.5 ≤ d ≤ 5 0.035 ≤ Δn ≤ 0.065 40 ≤ ψ≤ 65
2 40 ≤ ß ≤ 45 3,5 ≤ d≤ 5 0,035 ≤ Δn ≤ 0,065 45 ≤ ψ≤ 652 40 ≤ ß ≤ 45 3.5 ≤ d≤ 5 0.035 ≤ Δn ≤ 0.065 45 ≤ ψ≤ 65
3 80 ≤ ß ≤ 90 3,5 ≤ d ≤ 5 0,035 ≤ Δn ≤ 0,065 55 ≤ ψ≤ 90
Die Flüssigkristallschicht und die Kompensationsschicht weisen vorzugsweise im wesentlichen die gleichen Werte für die Doppelbrechung und die Schichtdicke auf. Ganz besonders bevorzugt sind elektrooptische Systeme mit d = 4 μm, 0,045 ≤ Δn ≤ 0,055 und ß = 22,5°, 45° ≤ ψ≤ 60° oder ß = 45°, 50° ≤ ψ≤ 60 oder ß = 80°, 60° ≤ ψ≤ 85°. 3 80 ≤ ß ≤ 90 3.5 ≤ d ≤ 5 0.035 ≤ Δn ≤ 0.065 55 ≤ ψ≤ 90 The liquid crystal layer and the compensation layer preferably have essentially the same values for the birefringence and the layer thickness. Electro-optical systems with d = 4 μm, 0.045 ≤ Δn ≤ 0.055 and ß = 22.5 °, 45 ° ≤ ψ≤ 60 ° or ß = 45 °, 50 ° ≤ ψ≤ 60 or ß = 80 ° are very particularly preferred. 60 ° ≤ ψ≤ 85 °.
Im folgenden werden erfindungsgemäße Systeme mit 2 Polarisationsvorrichtungen für die ψ durch die Gleichungen (1) bzw. (2) gegeben ist, detailliert beschrieben. Systems according to the invention with 2 polarization devices for which ψ is given by equations (1) and (2) are described in detail below.
In Fig. 4a wird die Transmission I für eine Wellenlänge λ = 550 nm als Funktion des in der Displayebene gemessenen Blickwinkels 0 mit dem von der Normalen der Displayebene aus gemessenen Beobachtungswinke1 Θ als Parameter für ein herkömmliches TN-Display und ein elektrooptisches System gemäß der vorliegenden ERfindung mit optisch positiver Kompensationsschicht vergleichend dargestellt. Das herkömmliche TN-System weist einen Twistwinkel von 90° auf und wird im 1. Transmissionsminimum betrieben; die Schichtdicke der TN-Flüssigkristallschicht beträgt 8 μm und der Pretiltwinkel ist 1°. 4a shows the transmission I for a wavelength λ = 550 nm as a function of the viewing angle 0 measured in the display plane with the observation angle 1 gemess measured from the normal of the display plane as a parameter for a conventional TN display and an electro-optical system according to the present Invention with optically positive compensation layer shown in comparison. The conventional TN system has a twist angle of 90 ° and is operated at the 1st transmission minimum; the layer thickness of the TN liquid crystal layer is 8 μm and the pretilt angle is 1 °.
Es werden 2 parallel angeordnete Polarisationsfolien verwen- det, so daß das Display im nicht angesteuerten Zustand transparent ist. Die Konfiguration des elektrooptischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Der Twistwinkel der zur Informationsdarstellung benutzten TN-Flüssigkristallschicht beträgt ß = 22,5°. Als Kompensationsschicht wird eine weitere TN-Schicht mit einem Twistwinkel
von ß' = -22,5° benutzt. Der Winkel ψ, den der vordere Polarisator mit der Orientierungsrichtung der Direktoren der Flüssigkristallmoleküle auf der obersten Substratplatte (≙ Y-Achse) bildet, beträgt 56,25°. Der hintere Polarisator ist gegenüber dem vorderen um 90° gedreht. Die Dicke der zurTwo polarizing foils arranged in parallel are used so that the display is transparent when not activated. The configuration of the electro-optical system according to the present invention is shown in FIG. 5. The twist angle of the TN liquid crystal layer used for information display is β = 22.5 °. Another TN layer with a twist angle is used as the compensation layer of ß '= -22.5 ° used. The angle ψ, which the front polarizer forms with the direction of orientation of the directors of the liquid crystal molecules on the uppermost substrate plate (-Y axis), is 56.25 °. The rear polarizer is rotated by 90 ° compared to the front. The thickness of the
Informationsdarstellung benutzten TN-Schicht beträgt 8 μm und der Pretiltwinkel ist 1°. Information display used TN layer is 8 μm and the pretilt angle is 1 °.
Die an die herkömmlichen TN-Zelle bzw. das erfindungsgemäße System angelegten Spannungen sind mit U/Uo = 1,1 bzw. U/Uo =The voltages applied to the conventional TN cell or the system according to the invention are U / U o = 1.1 and U / U o =
1,15 so gewählt, daß bei senkrechter Beobachtung (Θ = 0), für alle Blickwinkel 0 eine Transmission von 0,23 beobachtet wird. In Fig. 4a sind für beide Zellen, die bei Beobachtungswinkeln von Θ = 10° bzw. 45° ermittelten Transmissionen als Funktion von 0 gezeigt. Es werden Abweichungen von der für Θ = 0 ermittelten Transmission, die ja in diesem Diagramm durch einen Kreis um den Ursprung mit einem Radius von 0,23 dargestellt wird, beobachtet. Da die Stärke dieser Abweichungen ein Maß für die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes ist, kann aus Fig. 4a abgelesen werden, daß die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme eine gegenüber herkömmlichen TN-Zellen verbesserte Winkelabhängigkeit des Kontrastes aufweisen. In Fig. 4b ist die Abhängigkeit der Transmission vom Blickwinkel 0 für die bei Fig. 4a beschriebenen Zellen für 2 verschiedene Beobachtungswinkel Θ = 10° und 45° als Parameter wiedergegeben, wobei die an die herkömmliche TN-Zelle bzw. an das erfindungsgemäße elektrooptische System angelegten Spannungen mit U/Uo = 1,18 bzw. 1,3 so gewählt sind, daß bei senkrechter Beobachtung (θ = 0°) für alle Beobachtungswinkel
∅ eine Transmission von 0,45 resultiert. Auch hier zeigt sieht, daß die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme eine geringer Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes aufweisen als herkömmliche TN-Zellen. 1.15 chosen so that when viewed vertically (Θ = 0), a transmission of 0.23 is observed for all viewing angles 0. 4a shows the transmissions as a function of 0 for both cells, which were determined at observation angles of Θ = 10 ° or 45 °. Deviations from the transmission determined for Θ = 0, which is represented in this diagram by a circle around the origin with a radius of 0.23, are observed. Since the magnitude of these deviations is a measure of the viewing angle dependence of the contrast, it can be seen from FIG. 4a that the electro-optical systems according to the invention have an improved angular dependence of the contrast compared to conventional TN cells. FIG. 4b shows the dependence of the transmission on the viewing angle 0 for the cells described in FIG. 4a for 2 different observation angles Θ = 10 ° and 45 ° as parameters, with that of the conventional TN cell or of the electro-optical system according to the invention applied voltages with U / Uo = 1.18 or 1.3 are selected so that with vertical observation (θ = 0 °) for all observation angles ∅ a transmission of 0.45 results. Here, too, shows that the electro-optical systems according to the invention have a lower viewing angle dependence of the contrast than conventional TN cells.
In Fig. 6 und 7 ist die Transmission als Funktion des Blickwinkels 0 mit Θ als Parameter für die bei Fig. 4a beschriebenen Zellen für 2 verschiedene Wellenlängen λ = 450 nm und λ = 650 nm gezeigt, wobei die an den beiden Zellen anliegenden Spannungen mit U/U0 = 1,18 1,3 so gewählt sind, daß bei senkrechter Beobachtung (Θ = 0°) für alle Beobachtungswinkel 0 für Licht von λ = 550 nm eine Transmission von 0,45 resultiert. Ein Vergleich der für die beiden Zellen erhaltenen Transmissionslinien zeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung für λ = 650 nm eine deutlich geringere Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes zeigt, während für λ = 450 nm für Θ = 10° eine schlechtere und für Θ = 45° eine bessere Transmissionslinie beobachtet wird. Insgesamt sind die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme somit auch durch eine bessere Blickwinkelabhängigkeit der Farbwerte gekennzeichnet. 6 and 7 show the transmission as a function of the viewing angle 0 with Θ as a parameter for the cells described in FIG. 4a for 2 different wavelengths λ = 450 nm and λ = 650 nm, the voltages applied to the two cells also being shown in FIG U / U0 = 1.18 1.3 are selected so that with vertical observation (Θ = 0 °), a transmission of 0.45 results for all observation angles 0 for light of λ = 550 nm. A comparison of the transmission lines obtained for the two cells shows that the arrangement according to the invention for λ = 650 nm shows a significantly lower viewing angle dependence of the contrast, while for λ = 450 nm for Θ = 10 ° a poorer and for Θ = 45 ° a better transmission line is observed. Overall, the electro-optical systems according to the invention are therefore also characterized by a better viewing angle dependence of the color values.
Die Abhängigkeit der Transmission I und/oder Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes von der Wellenlänge des Lichtes kann dadurch vermindert oder sogar weitgehend kompensiert werden, daß zur Beleuchtung des Systems eine Lampe mit geeigneter Spektralverteilung verwendet wird. Die Spektralverteilung des von der Lampe emitierten Lichts kann z.B. durch geeignete Wahl der Phosphore beeinflußt und an die Wellenlängenabhängigkeit der Transmission angepaßt werden, wobei die . Intensität des Lampenlichts etwa in Wellenlängenbereichen, in denen das System eine hohe Transmission zeigt.
geschwächt wird und umgekehrt. Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme, für die die Lampe eine solche SpektralVerteilung aufweist, daß die Abhängigkeit der Transmission und/oder der Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes möglichst gering ist, sind bevorzugt und Gegenstand dieser Erfindung. The dependence of the transmission I and / or the dependence of the contrast on the wavelength of the light can be reduced or even largely compensated for by using a lamp with a suitable spectral distribution for illuminating the system. The spectral distribution of the light emitted by the lamp can be influenced, for example, by a suitable choice of the phosphors and adapted to the wavelength dependence of the transmission, the. Intensity of the lamp light, for example, in wavelength ranges in which the system shows a high transmission. is weakened and vice versa. Electro-optical systems according to the invention, for which the lamp has such a spectral distribution that the dependence of the transmission and / or the viewing angle dependence of the contrast is as small as possible, are preferred and the subject of this invention.
In den Fig. 8a und 8b ist die Blickwinkelabhängigkeit der Transmission bei einer Wellenlänge λ = 550 nm für 2 verschiedene Zellen gezeigt, die im wesentlichen den bei Fig. 4a beschriebenen Zellen entsprechen; die herkömmliche Zelle ist jedoch zusätzlich mit einer auf einem nematischen 8a and 8b show the viewing angle dependence of the transmission at a wavelength λ = 550 nm for 2 different cells, which essentially correspond to the cells described in FIG. 4a; however, the conventional cell is additionally with one on a nematic
Flüssigkristall basierenden Kompensationsschicht mit ß' = -90° versehen. In Fig. 8a sind die an die herkömmliche Zele bzw. die erfindungsgemäße Zelle gelegten Spannungen mit U/Uo = 1,1 bzw. 1,15 so gewählt, daß für Θ = 0° eine Transmission von 0,23 für alle 0 resultiert; in Fig. 8b sind die Spannungen zu U/Uo =Provide liquid crystal based compensation layer with ß '= -90 °. In Fig. 8a the voltages applied to the conventional cell or the cell according to the invention with U / U o = 1.1 and 1.15 are selected such that a transmission of 0.23 for all 0 results for Θ = 0 ° ; in Fig. 8b the voltages are U / U o =
1,2 und 1,3 gewählt, wodurch für Θ = 0° eine Transmission von 0,45 erhalten wird. Ein Vergleich der Transmissionslinien in den Fig. 8a und 8b zeigt, daß die erfindungsgemäßen Systeme auch gegenüber kompensierten herkömmlichen Sytemen eine deutlich bessere Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes aufweisen. 1,2 and 1,3 are chosen, whereby a transmission of 0,45 is obtained for Θ = 0 °. A comparison of the transmission lines in FIGS. 8a and 8b shows that the systems according to the invention also have a significantly better viewing angle dependency of the contrast compared to compensated conventional systems.
In Fig. 9 ist die Abhängigkeit der Transmission bei einer Wellenlänge von λ = 589 nm von der Polarisatorstellung für ein erfindungsgemäßes elektrooptisches System mit einer 9 shows the dependence of the transmission at a wavelength of λ = 589 nm on the polarizer position for an electro-optical system according to the invention with a
ECB-Flüssigkristallschieht gezeigt. Die ECB-Flüssigkristallschicht ist der Lichtquelle zugewendet und weist einen
Twistwinkel von 22,5° und einen optischen Gangunterschied von d · Δn = 1,0 μm auf. Als Kompensationsschicht wird z.B. eine nach dem in EP 0,240,379 beschriebenen Verfahren hergestellte einachsige, optisch negative Polymerfolie verwendet. Die untersuchten Polarisatorstellungen sind in Fig. 10 gezeigt und mit a1-a4 bezeichnet. Herkömmliche, unverdrillte ECB-Displays weisen üblicherweise die Polarisatorkonfiguration al bzw. a3 auf, während die Konfigurationen a2 bzw. a4 durch Gleichung (2) gegeben sind und bei den erfindungsgemäßen Systemen verwendet werden. In Fig. 9 ist die Transmission als Funktion der Spannung für die verschiedenen Polarisatorkonfigurationen gezeigt. Daraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme mit einer optimierten Polarisatorkonfiguration eine deutlich höhere Transmisson aufweisen als Systeme mit herkömmlicher Orientierung der Polarisatoren. Dagegen spielt eine Vertrauschung der Orientierung von Analysator und Polarisator kaum eine Rolle, wie ein Vergleich der elektrooptischen Kennlinien a1 und a3 bzw. a2 und a4 zeigt. ECB liquid crystal is shown. The ECB liquid crystal layer faces the light source and has one Twist angle of 22.5 ° and an optical path difference of d · Δn = 1.0 μm. For example, a uniaxial, optically negative polymer film produced by the process described in EP 0,240,379 is used as the compensation layer. The examined polarizer positions are shown in FIG. 10 and labeled a1-a4. Conventional, untwisted ECB displays usually have the polarizer configuration al or a3, while the configurations a2 or a4 are given by equation (2) and are used in the systems according to the invention. FIG. 9 shows the transmission as a function of the voltage for the different polarizer configurations. It follows from this that the electro-optical systems according to the invention with an optimized polarizer configuration have a significantly higher transmission than systems with conventional orientation of the polarizers. In contrast, the confusion of the orientation of the analyzer and polarizer hardly plays a role, as a comparison of the electro-optical characteristics a1 and a3 or a2 and a4 shows.
Ein noch wesentlicher stärkerer Unterschied in der Transmission wird beobachtet, wenn ein elektrooptisches System mit einer einen Verdrillungswinkel von 90° aufweisenden ECB-Flüssigkristallschicht und einer Kompensationsschicht zum einen mit herkömmlicher und zum anderen mit verbesserter Polarisatorkonfiguration betrieben wirrd (Fig. 11). Die verwendete Polarisatoranordnung sind in Fig. 12 zusammenpassend dargestellt und mit b1-b4 bezeichnet; bl bzw. b3 sind die herkömmlichen und b2 und b4 die gemäß der vorliegenden Erfindung optimierten Polarisatorkonfigurationen, wobei
jeweils die Anordnung von Polarisator und Analysator vertauscht ist. Während bei herkömmlicher Anordnung ein dunkles Display resultiert, findet man bei optimierter Polarisatorkonfiguration günstige Werte für die Transmission. An even more significant difference in the transmission is observed when an electro-optical system with an ECB liquid crystal layer with a twist angle of 90 ° and a compensation layer is operated on the one hand with a conventional and on the other hand with an improved polarizer configuration (FIG. 11). The polarizer arrangement used is shown in a matching manner in FIG. 12 and is designated b1-b4; bl and b3 are the conventional and b2 and b4 are the polarizer configurations optimized according to the present invention, wherein the arrangement of polarizer and analyzer is interchanged. While a dark display results from a conventional arrangement, favorable values for the transmission can be found with an optimized polarizer configuration.
Die erfindungsgemäßen ECB-Systeme sind weiter durch günstige Werte für die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes gekennzeichnet, wobei i.a. die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes nur unwesentlich von der Polarisatorstellung beeinflußt wird. The ECB systems according to the invention are further characterized by favorable values for the viewing angle dependence of the contrast, i.a. the viewing angle dependency of the contrast is only slightly influenced by the polarizer position.
Die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes kann jedoch sowohl für herkömmliche als auch für erfindungsgemäße ECB-Systeme wesetnlich verbessert werden, wenn der optische Gangunterschied sowohl der zur Informationsdarstellung benutztenThe viewing angle dependency of the contrast can, however, be improved substantially both for conventional and for ECB systems according to the invention if the optical path difference is used both for the information display
Flüssigkristallschicht als auch der Kompensationsschicht d · Δn ≤ 0,4 μm und insbesondere d · Δn ≤ 0,3 μm gewählt wird. Herkömmliche und erfindungsgemäße ECB-Systeme mit derartigen optischen Gangunterschieden sind bevorzugt und Gegenstand dieser Erfindung. Liquid crystal layer and the compensation layer d · Δn ≤ 0.4 μm and in particular d · Δn ≤ 0.3 μm is selected. Conventional and inventive ECB systems with such optical path differences are preferred and the subject of this invention.
In Fig. 13 sind Isokontrastkurven für ein herkömmliches kompensiertes ECB-System aufgeführt. Die zur Informationsdarstellung benutzte Flüssigkristallschicht ist unverdrillt und weist ebenso wie die Kompensationsschicht einen optischen Gangunterschied von d · Δn = 0,28 μm auf. Die Schichtdicke der zur Informationsdarstellung benutzten Flüssigkristallschicht beträgt 5 μm und der Brechungsindex ist Δn = 0,056. Als Kompensationsschicht kann z.B. eine nach dem in EP 0,240,379 beschriebenen Verfahren hergestellte einachsige, optisch negative Polymerfolie verwendet werden. Auf der Eingangs- und Ausgangsseite befindet sich je ein Polarisator,
wobei ψ = 45° ist und der hintere Polarisator gegenüber dem vorderen um 90° gedreht ist. Es sind Isokontrastlinien für Werte des Kontrasts von 5, 10, 20, 30 und 40 gezeigt. Man entnimmt Fig. 13, daß die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts für das beschriebene herkömmliche System mit d · Δn = 0,28 excellent ist. Die Blickwinkelabhängigkeit ist deutlich besser als die herkömmlicher Systemen mit höherem Gangunterschied von z.B. 0,6 μm ≤ d · Δn ≤ 1,0 μm. In Fig. 14 sind elektrooptische Kennlinien fürein erfindungsgemäßes ECB-System gezeigt, bei dem die ECB-Flüssigkristallschieht einen Twistwinkel von 22,5° und einen optischen Gangunterschied von d · Δn = 0,28 μm aufweist. Als Kompensationsschicht wird z.B. eine einachsige, optisch negative Poymerfolie verwendet. Die in Fig. 14 mit a2 bezeichnete elektrooptische Kennlinie wird bei einer optimierten Polarisatorstellung mit ψ = 56,25° erhalten, während die Kurve al der herkömmlihen Polarisatoranordnung entspricht. Die Isokontrastlinien für das optimierte System sind in Fig. 15 gezeigt. Ein Vergleich mit den in Fig. 16 wiedergegebenenFigure 13 shows isocontrast curves for a conventional compensated ECB system. The liquid crystal layer used for information display is untwisted and, like the compensation layer, has an optical path difference of d · Δn = 0.28 μm. The layer thickness of the liquid crystal layer used for information display is 5 μm and the refractive index is Δn = 0.056. For example, a uniaxial, optically negative polymer film produced by the process described in EP 0,240,379 can be used as the compensation layer. There is a polarizer on the input and output side, where ψ = 45 ° and the rear polarizer is rotated by 90 ° compared to the front one. Isocontrast lines for contrast values of 5, 10, 20, 30 and 40 are shown. It can be seen from Fig. 13 that the viewing angle dependence of the contrast is excellent for the described conventional system with d · Δn = 0.28. The viewing angle dependency is significantly better than that of conventional systems with a higher path difference of e.g. 0.6 μm ≤ d · Δn ≤ 1.0 μm. 14 shows electro-optical characteristic curves for an ECB system according to the invention, in which the ECB liquid crystal layer has a twist angle of 22.5 ° and an optical path difference of d · Δn = 0.28 μm. For example, a uniaxial, optically negative polymer film is used as the compensation layer. The electro-optical characteristic curve designated a2 in FIG. 14 is obtained with an optimized polarizer position with ψ = 56.25 °, while the curve al corresponds to the conventional polarizer arrangement. The isocontrast lines for the optimized system are shown in FIG. 15. A comparison with those shown in FIG. 16
Isokontrastlinien für das bei Fig. 9 beschriebene System mit der Polarisaotrkonfiguration a2 zeigt, daß die Blickwinkelabängigkeit des Kontrasts durch Verringerung des optischen Gangunterschieds d · Δn deutlich verbessert werden kann. Isocontrast lines for the system described in FIG. 9 with the polarisaotr configuration a2 shows that the viewing angle dependence of the contrast can be significantly improved by reducing the optical path difference d · Δn.
Betrachtet man die elektrooptischen Kennlinienaus Fig. 9 und Fig. 14, so wird deutlich, daß Systeme mit kleinerem d · Δn eine geringere Steilheit der elektrooptischen Kennlinie aufweisen, was jedoch insbesondere bei einer Aktiv-Matrix-An-steuerung vorteilhaft ist, da die Darstellbarkeit von If one looks at the electro-optical characteristic curves from FIGS. 9 and 14, it becomes clear that systems with a smaller d · Δn have a lower slope of the electro-optical characteristic curve, but this is particularly advantageous in the case of an active matrix control, since the displayability of
Grautönen erleichtert ist.
Auch bei erfindungsgemäßen ECB-Systemen mit höherem Verdrillungswinkel von z.B. ß = 90° wird eine deutliche Verbesserung der Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts beobachtet, wenn der optische Gangunterschied der ECB-Schicht klein ist. Shades of gray is relieved. Even in the case of the ECB systems according to the invention with a higher twist angle of, for example, β = 90 °, a marked improvement in the viewing angle dependence of the contrast is observed if the optical path difference of the ECB layer is small.
Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme zeichnen sich gegenüber herkömmlichen durch verbesserte elektrooptische Eigenschaften und insbesondere einen hohen Kontrast und/oder eine hohe Transmission und/oder eine hohe Blickwinkelunabhängigkeit des Kontrast und/oder der Farbwerte aus, so daß ihnen eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zukommt.
The electro-optical systems according to the invention are distinguished from conventional ones by improved electro-optical properties and in particular high contrast and / or high transmission and / or high viewing angle independence of the contrast and / or the color values, so that they are of considerable economic importance.
Zu Figur 1 To Figure 1
a) Twistwinkel ß = 22,5 a) Twist angle ß = 22.5
Pretilt-Winkel -4 = 1° Pretilt angle -4 = 1 °
Dicke der Flüssigkristallschicht und Kompensationsschicht jeweils 8 μm Thickness of the liquid crystal layer and compensation layer each 8 μm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
o 10 Grad x 45 Grad o 10 degrees x 45 degrees
Δ 20 Grad ◊ 60 Grad Δ 20 degrees ◊ 60 degrees
+ 30 Grad ∇ 80 Grad b) Twistwinkel ß = 22,5 + 30 degrees ∇ 80 degrees b) Twist angle ß = 22.5
Pretilt-Winkel αo = 1° Pretilt angle α o = 1 °
Dicke der Flüssigkristallschicht und Kompensationsschicht jeweils 8 pm Thickness of the liquid crystal layer and compensation layer each 8 pm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
o 10 Grad x 45 Grad o 10 degrees x 45 degrees
Δ 20 Grad ♢ 60 Grad Δ 20 degrees ♢ 60 degrees
+ 30 Grad ∇ 80 Grad
+ 30 degrees ∇ 80 degrees
Zu Figur 2 To Figure 2
1 Lichtquelle 1 light source
2 Spiegel 2 mirrors
3 McNeil Prisma 3 McNeil prism
4 Flüssigkristall-Zelle 5 Projektionslinsen
4 liquid crystal cell 5 projection lenses
Zu Figur 3 Regarding Figure 3
Twistwinkel ß = 22,5 Twist angle ß = 22.5
Pretilt-Winkelα = 1° Pretilt angle α = 1 °
θ = 0º0 = 0° θ = 0º0 = 0 °
Wellenlänge λ= 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Winkel angle
+ 15,0 Grad + 15.0 degrees
X 22,5 Grad X 22.5 degrees
♢ 30,0 Grad ♢ 30.0 degrees
∇ 37,5 Grad ∇ 37.5 degrees
⊠ 45,0 Grad ⊠ 45.0 degrees
X 52,5 Grad X 52.5 degrees
♦ 56,5 Grad (interne Kennzeichnung: 04.10.89; STAT 157 DAT; TOKI 01.PL)
♦ 56.5 degrees (internal marking: 04.10.89; STAT 157 DAT; TOKI 01.PL)
Zu Figur 4 Regarding Figure 4
TRANSMISSION=f (θ,ɸ) TRANSMISSION = f (θ, ɸ)
Twist-90°, αo= 1º, d/p = 0.25 Twist-90 °, α o = 1 °, d / p = 0.25
Twist-22,5°, αo= 1°, d/p = 0.0625 a) 1 herkömmliches TN-Display Twist-22.5 °, α o = 1 °, d / p = 0.0625 a) 1 conventional TN display
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 90° Twist angle ß = 90 °
Winkel Ψ = 0°, Polarisator und Analysator sind paralell Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.1 Angle Ψ = 0 °, polarizer and analyzer are parallel liquid crystal layer: U / U o = 1.1
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
2 erfindungsgemäßes Display 2 display according to the invention
Schichtdicke 8 um Layer thickness 8 µm
Twistwinkel ß = 22,5° Twist angle ß = 22.5 °
Winkel Ψ = 56,25° Angle Ψ = 56.25 °
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.15 Liquid crystal layer: U / U o = 1.15
Kompensationsschicht U/Uo = 0 Compensation layer U / U o = 0
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
o = 10 Grad o = 10 degrees
x = 45 Grad x = 45 degrees
b) 1 herkömmliches TN-Display b) 1 conventional TN display
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 90° Twist angle ß = 90 °
Winkel Ψ = 0°, Polarisator und Analysator sind paralell Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.18 Angle Ψ = 0 °, polarizer and analyzer are parallel liquid crystal layer: U / U o = 1.18
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
2 erfindungsgemäßes Display 2 display according to the invention
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 22,5° Twist angle ß = 22.5 °
Winkel Υ = 56,25° Angle Υ = 56.25 °
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.3 Liquid crystal layer: U / U o = 1.3
Kompensationsschicht U/Uo = 0 Compensation layer U / U o = 0
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
o = 10 Grad o = 10 degrees
x = 45 Grad
Zu Figur 5 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der TN-Flüssigkristallschicht Obere Polarisationsvorrichtung x = 45 degrees Regarding FIG. 5 preferred direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate plate of the TN liquid crystal layer upper polarization device
Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der TN-Flüssigkristallschicht benachbarten Substratplatte der Kompensationsschicht Preferred direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate plate of the TN liquid crystal layer adjacent substrate plate of the compensation layer
Untere Polarisationsvorrichtung
Lower polarizer
Zu Figur 6 a) 1 herkömmliches TN-Display 6 a) 1 conventional TN display
Schichtdicke 8 um Layer thickness 8 µm
Twistwinkel ß = 90 Twist angle ß = 90
Winkel Ψ = 0, Polarisator und Analysator sind paralell Angle Ψ = 0, polarizer and analyzer are parallel
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.18 Liquid crystal layer: U / U o = 1.18
Wellenlänge λ = 450 nm Wavelength λ = 450 nm
2 erfindungsgemäßes Display 2 display according to the invention
Schichtdicke 8 um Layer thickness 8 µm
Twistwinkel ß = 22,5 Twist angle ß = 22.5
Winkel Ψ = 56,25 Angle Ψ = 56.25
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.3 Liquid crystal layer: U / U o = 1.3
Kompensationsschicht: U/Uo = 0 Compensation layer: U / U o = 0
Wellenlänge λ = 450 nm
Wavelength λ = 450 nm
Zu Figur 7 To figure 7
1 herkömmliches TN-Display 1 conventional TN display
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 90° Twist angle ß = 90 °
Winkel ψ = 0°, Polarisator und Analysator sind paralell Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1,18 Angle ψ = 0 °, polarizer and analyzer are parallel liquid crystal layer: U / U o = 1.18
Wellenlänge λ = 650 nm Wavelength λ = 650 nm
2 erfindungsgemäßes Display 2 display according to the invention
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 22,5° Twist angle ß = 22.5 °
WinkelΨ = 56,25° AngleΨ = 56.25 °
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.3 Liquid crystal layer: U / U o = 1.3
Kompensationsschicht: U/Uo = 0 Compensation layer: U / U o = 0
Wellenlänge λ = 650 nm Beobachtunqswinkel θ Wavelength λ = 650 nm observation angle θ
o = 10 Grad o = 10 degrees
Δ = 45 Grad
Δ = 45 degrees
a ) 1 herkömmliches TN-Display a) 1 conventional TN display
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 90° Twist angle ß = 90 °
Winkel ψ = 0°, Polarisator und Analysator sind gekreuzt Angle ψ = 0 °, polarizer and analyzer are crossed
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.1 Liquid crystal layer: U / U o = 1.1
Kompensationsschicht: U/Uo = 0 Compensation layer: U / U o = 0
Wellenlänge λ= 550 nm Wavelength λ = 550 nm
2 erfindungsgemäßes Display 2 display according to the invention
Schichtdicke 8 um Layer thickness 8 µm
Twistwinkel ß = 22,5° Twist angle ß = 22.5 °
Winkelt = 56,25° Angle = 56.25 °
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.15 Liquid crystal layer: U / U o = 1.15
Kompensationsschicht U/Uo = 0 Compensation layer U / U o = 0
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
o = 10 Grad o = 10 degrees
Δ = 45 Grad Δ = 45 degrees
b) 1 herkömmliches TN-Display b) 1 conventional TN display
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 90° Twist angle ß = 90 °
Winkel Ψ = 0°, Polarisator und Analysator sind gekreuzt Angle Ψ = 0 °, polarizer and analyzer are crossed
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.2 Liquid crystal layer: U / U o = 1.2
Kompensationsschicht: U/Uo = 0 Compensation layer: U / U o = 0
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
2 erfindungsgemäßes Display 2 display according to the invention
Schichtdicke 8 μm Layer thickness 8 μm
Twistwinkel ß = 22,5° Twist angle ß = 22.5 °
Winkelf = 56,25° Angle = 56.25 °
Flüssigkristallschicht: U/Uo = 1.3 Liquid crystal layer: U / U o = 1.3
Kompensationsschicht U/Uo = 0 Compensation layer U / U o = 0
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
o = 10 Grad o = 10 degrees
Δ= 45 Grad
Zu Figur 10 Δ = 45 degrees Regarding Figure 10
oben: Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an den Above: Preferred direction of the liquid crystal molecules on the
Substratplatten der ECB-Schicht Substrate plates of the ECB layer
1 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht 1 Preferred direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate plate of the ECB liquid crystal
2 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der oberen 2 Preferred direction of the liquid crystal molecules on the upper one
Substratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht ECB liquid crystal substrate plate
a1, a2, a3 , a4: Polarisatorkonfiguration Winkel Ψ a1, a2, a3, a4: polarizer configuration angle Ψ
Zu Figur 12 To figure 12
oben: Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an den Above: Preferred direction of the liquid crystal molecules on the
Substratplatten der ECB-Schicht Substrate plates of the ECB layer
1 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht 1 Preferred direction of the liquid crystal molecules on the lower substrate plate of the ECB liquid crystal
2 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der oberen Substratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht 2 Preferred direction of the liquid crystal molecules on the upper substrate plate of the ECB liquid crystal
b1, b2, b3, b4: Polarisatorkonfiguration Winkel ψ
b1, b2, b3, b4: polarizer configuration angle ψ
Zu Fig. 13 To Fig. 13
Kontrast (589 nm) Contrast (589 nm)
5.000 5,000
10.000 10,000
20.000 20,000
30.000 30,000
Zu Fig. 15 To Fig. 15
Kontrast (589 nm) Contrast (589 nm)
5.000 5,000
10.000 10,000
20.000 20,000
30.000 30,000
40.000 Min. ( o) = 0.04690 40,000 min (o) = 0.04690
Max. ( x) = 2603.25561 Max. (X) = 2603.25561
Zu Fig. 16 To Fig. 16
Kontrast (589 nm) Contrast (589 nm)
5.000 5,000
10.000 10,000
20.000 20,000
30.000 30,000
40.000
Zu Fig. 17 40,000 To Fig. 17
Approximierung einer optisch negativen Kompensationsschicht durch einen Stapel optisch positiver, unterschiedlich orientierter Flüssigkristallschichten I ansteuerbare Flüssigkristallschicht Approximation of an optically negative compensation layer by a stack of optically positive, differently oriented liquid crystal layers I controllable liquid crystal layer
Twistwinkel ß = 0° Twist angle ß = 0 °
homogene Orientierung (α= 1º) homogeneous orientation (α = 1º)
Dicke α= 8 μm Thickness α = 8 μm
II Kompensationsschicht II compensation layer
1,3,5,7: Twistwinkel ß = 0º 1,3,5,7: Twist angle ß = 0º
homogene Orientierung ( = 1º) Dicke α= 2 μm homogeneous orientation (= 1º) thickness α = 2 μm
2,4,6,8: homöotrope Orientierung (α= 89º) 2,4,6,8: homeotropic orientation (α = 89º)
Twistwinkel ß = 0º Twist angle ß = 0º
Dicke α= 2 μm Thickness α = 2 μm
Zu Fig.18 To Fig. 18
Transmi ssion I als Funktion der Doppelbrechung n der angesteuerten Schicht für ein erfindungsgemäßes System mit einer optisch negativen Kompensationsschi cht entsprechend der Fig. 17
Transmission I as a function of the birefringence n of the activated layer for a system according to the invention with an optically negative compensation layer according to FIG. 17
ansteuerbare Flüssigkristallschicht: Twistwinkel ß = 0º controllable liquid crystal layer: twist angle ß = 0º
Pretiltwinkelα = 1º Dicke α= 8 μm Pretilt angle α = 1º thickness α = 8 μm
Kompensationsschicht: Aufbau wie bei Fig. 17 Compensation layer: construction as in FIG. 17
Dicke der einzelnen Schichten α= 1 μm Winkel Ψ = 45º Thickness of the individual layers α = 1 μm angle Ψ = 45º
Winkel ɸ = 135º Angle ɸ = 135º
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Beobachtungswinkel θ Observation angle θ
0 = 0 Grad 0 = 0 degrees
▲ = 10 Grad ▲ = 10 degrees
+ = 20 Grad + = 20 degrees
X = 30 Grad X = 30 degrees
♢ = 45 Grad ♢ = 45 degrees
∇ = 60 Grad ∇ = 60 degrees
■ = 80 Grad ■ = 80 degrees
Zu Fig. 19 To Fig. 19
Erfindungsgemäßes System mit gekippt orientierter, optisch negativer Kompensationsschicht System according to the invention with a tilted, optically negative compensation layer
ansteuerbare Flüssigkristallschicht: Twistwinkel ß = 0º homogene Orientierung (α= 1º) (α= 8 μm controllable liquid crystal layer: twist angle ß = 0º homogeneous orientation (α = 1º) (α = 8 μm
U/Uo = 1,1
Kompensationsschicht: Winkel γ = 15º U / Uo = 1.1 Compensation layer: angle γ = 15º
Dicke α = 8 μm Thickness α = 8 μm
Twistwinkel ß = 180º Twist angle ß = 180º
ηmin = 1,5000, die beiden anderen Brechungsindices jeweils 1,5527 η min = 1.5000, the other two refractive indices each 1.5527
Winkel Ψ = 45º Angle Ψ = 45º
Wellenlänge λ = 550 nm Wavelength λ = 550 nm
Beobachtungswinkel 6 Viewing angle 6
O = 10 Grad O = 10 degrees
Δ = 20 Grad Δ = 20 degrees
+ = 30 Grad + = 30 degrees
X = 45 Grad X = 45 degrees
♢ = 60 Grad ♢ = 60 degrees
∇ = 80 Grad ∇ = 80 degrees
Zu Fig. 20 wie bei Fig. 19, wobei jedoch für die ansteuerbare Flüssigkristallschicht U/Uo = 1.3 gewählt ist. 20 as in FIG. 19, however U / Uo = 1.3 is selected for the controllable liquid crystal layer.
Beobachtungswinkel 9 Viewing angle 9
O = 10 Grad O = 10 degrees
Δ = 20 Grad Δ = 20 degrees
+ = 30 Grad + = 30 degrees
X = 45 Grad X = 45 degrees
♢ = 60 Grad ♢ = 60 degrees
∇ = 80 Grad ∇ = 80 degrees
Zu Fig. 21 To Fig. 21
Elektrooptische Kennlinie für das bei Fig. 19 beschriebene elektrooptische System.
Electro-optical characteristic curve for the electro-optical system described in FIG. 19.