DE69530953T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ - Google Patents

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ, bei der ein elektrisches Feld hauptsächlich parallel zu den Substraten angelegt wird und bei der das breite Gesichtsfeld und die hohe numerische Apertur miteinander kompatibel sind.
  • Bei herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sind die Elektroden für die Ansteuerung der Flüssigkristallschicht auf der Oberfläche von zwei Substraten ausgebildet, wobei transparente Elektroden verwendet werden, die einander gegenüberliegen. Dies beruht darauf, dass ein Anzeigeverfahren angewandt wird, das als verdrillt-nematisches Anzeigeverfahren (TN-Verfahren) bezeichnet wird, bei dem die Flüssigkristallschicht durch Anlegen eines elektrischen Feldes in senkrechter Richtung zur Oberfläche des Substrats angesteuert wird. Andererseits ist bezüglich eines Anzeigeverfahrens, bei dem ein elektrisches Feld in einer Richtung nahezu parallel zur Oberfläche des Substrats angelegt wird, ein Anzeigeverfahren, bei dem kammartige Elektroden verwendet werden, in JP 63-21907 (1988) und US 4 345 249 offenbart. In diesem Fall werden nicht notwendig transparente Elektroden gewählt, sondern es werden nichttransparente und metallische Elektroden mit höherer Leitfähigkeit verwendet. Im obigen Stand der Technik sind allerdings hinsichtlich des Anzeigeverfahrens, bei dem das elektrische Feld in der Richtung parallel zur Oberfläche der Elektrode angelegt wird (das als "Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld" bezeichnet wird), das speziell bei der Aktivmatrix-Ansteuerung Verwendung findet, die zur Realisierung einer hohen numerischen Apertur geforderten Materialeigenschaften nicht im einzelnen beschrieben.
  • Bei den herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Aktivmatrix-Typ, typischerweise gemäß dem verdrillt-nematischen Verfahren, werden transparente Elektroden verwendet. Es ist deshalb möglich, die numerische Apertur relativ größer zu machen, also die Fläche, durch welche das Licht pro Einheitspixel hindurchtritt. Bei dem System mit horizontalem elektrischem Feld wird allerdings eine opake Metallelektrode verwendet. Es ist daher unmöglich, eine hohe numerische Apertur zu realisieren. Dabei liegt ein wesentliches Problem darin, dass der Bereich der opaken Elektrode nicht als Fläche verwendet werden kann, durch die das Licht hindurchtritt. Die Helligkeit der Anzeigevorrichtung hängt von der Größe der numerischen Apertur ab. Selbst wenn die Intensität des Hintergrundlichts vergrößert wird, resultiert das Problem, dass der Stromverbrauch extrem erhöht wird.
  • Zur Erzielung einer hohen numerischen Apertur bei dem Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld ist es entsprechend erforderlich, den Abstand zwischen den Elektroden zu vergrößern. Dabei entsteht allerdings aufgrund der Vergrößerung des Elektrodenabstands ein neues Problem. Zunächst tritt eine Störung der Orientierung durch statische Elektrizität auf, da das Volumen des Flüssigkristalls weiter verringert wird. Allgemein unterscheiden sich die Elektroden beim Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld in ihrer Anordnung von denen nach dem Stand der Technik. Daher ist das entsprechende Volumen des Flüssigkristalls nicht so groß. Wenn das Volumen durch Vergrößerung des Abstands zwischen den Elektroden kleiner wird, kann der Flüssigkristall durch die Wirkung statischer Elektrizität beeinträchtigt werden. Im Ergebnis wird die Störung der Orientierung aufgrund der statischen Elektrizität erhöht. Zum zweiten entsteht bei großem Abstand zwischen den Elektroden beim Verfahren mi horizontalem elektrischem Feld das Problem, dass eine hohe Ansteuerspannung erforderlich ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Aktivmatrix-Typ unter Anwendung des Verfahrens mit horizontalem elektrischem Feld anzugeben, bei denen ein weites Gesichtsfeld und eine hohe numerische Apertur realisiert werden.
  • Die obige Aufgabe wird gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Ausführungsform 1:
  • Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis 1/d des Abstands 1 zwischen den Elektroden und dem Zellenspalt d zwischen den einander gegenüberliegenden Substraten größer als oder gleich 2,0, und das Verhältnis der Elastizitätskonstante K2 zu der dielektrischen Anisotropie Δε genügt der folgenden Gleichung (1) K2/Δε < 9,0·10–13 N (< 9,0·10–8 dyn).
  • Ausführungsform 2:
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Zellenspalt d kleiner als oder gleich 6 mm, der Abstand 1 zwischen den Elektroden größer als oder gleich 10 mm und die Ansteuerspannung kleiner als oder gleich 5 V.
  • Ausführungsform 3:
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Flüssigkristallzusammensetzung eine oder mehrere
  • Flüssigkristall-Verbindungen der allgemeinen Formel I
    Figure 00040001
    in der bedeuten:
    X1, X2 und X3 Fluor, Cyano, Trifluormethyl, Trifluormethoxy, Nitro oder ein Wasserstoffatom,
    R C1-10-Alkyl oder C1-10-Alkoxy, die substituiert sein können,
    A einen Cyclohexanring, einen Benzolring, einen Dioxanring, einen Pyrimidinring oder einen Bicyclo[2.2.2]-octan-Ring,
    Z eine Einfachbindung, eine Esterbindung, eine Etherbindung, Methylen oder Ethylen
    und
    n 1 oder 2.
  • Ausführungsform 4:
  • Gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform enthält die Flüssigkristallzusammensetzung eine oder mehrere Flüssigkristall-Verbindungen der allgemeinen Formel II,
    Figure 00040002
    in der bedeuten:
    X1 und X2 Fluor, Cyano, Trifluormethyl, Trifluormethoxy, Nitro oder ein Wasserstoffatom,
    R C1-10-Alkyl oder C1-10-Alkoxy, die substituiert sein können,
    A einen Cyclohexanring, einen Benzolring, einen Dioxanring, einen Pyrimidinring oder einen Bicyclo[2.2.2]-octan-Ring,
    Z eine Einfachbindung, eine Esterbindung, eine Etherbindung, Methylen oder Ethylen
    und
    n 1 oder 2.
  • Ausführungsform 5:
  • Gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn die dielektrische Anisotropie Δε des Flüssigkristalls positiv ist, der Reibwinkel so eingestellt, dass er in Bezug auf die Vertikalrichtung des elektrischen Feldes gleich oder größer als 1 Grad und kleiner als oder gleich 20 Grad ist, und dann, wenn die dielektrische Anisotropie Δε des Flüssigkristalls negativ ist, so eingestellt, dass der Reibwinkel in Bezug auf die Vertikalrichtung des elektrischen Feldes gleich oder größer als 1 Grad und kleiner als oder gleich 10 Grad ist.
  • Ausführungsform 6:
  • Gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die gemeinsame Elektrode aus einem Teil der Anzeigepixel aufgebaut, und ein Wechselstrom wird an die gemeinsame Elektrode angelegt.
  • Ausführungsform 7:
  • Gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Durchlässigkeitsachse des Polarisators so eingestellt, dass sie 1 Grad oder mehr als 1 Grad von der anfänglichen Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls zur Drehrichtung der Achse der Flüssigkristallmoleküle aufgrund eines angelegten elektrischen Feldes abweicht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Die 1(a) bis (d) erläutern die Betriebsweise des Flüssigkristalls unter Anwendung des Verfahrens mit horizontalem elektrischem Feld.
  • 2 ist eine erläuternde Definition der Reibrichtung und der Achsenrichtung des Polarisators.
  • Die 3(a) bis (c) zeigen ein Beispiel der Elektrodenanordnung im Einheitspixel der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
  • 4 ist eine Ansicht, aus der ein weiteres Beispiel der Elektrodenanordnung im Einheitspixel der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hervorgeht.
  • 5 ist ein typisches Beispiel für die Anordnung eines Farbfiltersubstrats.
  • 6 ist eine schematische Darstellung, die eine TFT-Schaltung in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die 7(a) bis (e) zeigen Beispiele für die Signalform des an die gemeinsame Elektrode angelegten Wechselstroms.
  • 8 ist ein Diagramm, aus dem Ergebnisse von Versuchen zum Spannungshalteverhältnis in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hervorgehen.
  • 9 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Reibrichtung auf die Ansteuerspannung zeigt.
  • 10 ist ein Diagramm, aus dem die Änderung der Spannungs-/Transmissions-Kennlinie hervorgeht, die durch Änderung der Achsenrichtung des Polarisators hervorgerufen wird.
  • 11 ist ein Diagramm, das eine Spannungs-/Transmissions-Kennlinie zeigt.
  • 12 ist ein Diagramm, das eine Spannungs-/Transmissions-Kennlinie zeigt.
  • In 2 ist der Winkel ΦP durch die Transmissionsachse 11 des Polarisators definiert; der Winkel ΦLC ist durch die Längsachse (optische Achse) 10 des Flüssigkristallmoleküls in der Nähe der Grenzfläche definiert, während der Winkel ΦR durch die Kondensorachse einer Phasenschieberplatte definiert ist, die zwischen zwei Polarisatoren eingesetzt ist. Die Winkel ΦP und ΦLC werden in Bezug auf zwei Polarisatoren und zwei Flüssigkristall-Grenzflächen selektiv als ΦP1, ΦP2, ΦLC1 und ΦLC2 ausgedrückt.
  • Die 1(a) und (b) sind Seitenquerschnittsansichten, aus denen die Betriebsweise des Flüssigkristalls in der Flüssigkristallanzeige der vorliegenden Erfindung hervorgeht; die 1(c) und (d) zeigen Vorderansichten davon. In 1 sind die aktiven Vorrichtungen nicht dargestellt. Ferner ist in 1, obgleich bei der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Pixeln mit streifenförmigen Elektroden erzeugt werden, lediglich ein einziges Pixel in einer Teilansicht dargestellt. Die Seitenquerschnittsansicht ohne angelegte Spannung ist in 1(a) dargestellt; die entspre chende Vorderansicht zeigt 1(c). Der Abstand 1 zwischen den Elektroden ist in 1(c) angegeben. Die geradlinigen Elektroden 3 und 4 sind auf der Innenseite von zwei transparenten Substraten 7 ausgebildet; auf den Substraten 7 sind Orientierungsschichten 5 so aufbeschichtet, dass sie einander gegenüberliegen. Ein zusammengesetztes Flüssigkristallmaterial 6' ist zwischen den Schichten eingeschaltet; der Spalt d ist in
  • 1(a) angegeben. Die Flüssigkristallmoleküle 6, die gestreckte Form besitzen, sind so orientiert, dass der Winkel ΦLC zwischen der Längsachse der Moleküle und der Längsrichtung der streifenförmigen Elektrode unter einem geeigneten Winkel gehalten werden kann, wobei z. B. gilt: 45° < |ΦLC| < 90°.
  • Für die folgende Erläuterung wird angenommen, dass die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der oberen Grenzfläche und die an der unteren Grenzfläche parallel zueinander sind, d. h., dass ΦLC1 – ΦLC2 ist.
  • Die dielektrische Anisotropie Δε des zusammengesetzten Flüssigkristallmaterials wird als positiv angenommen. Wenn nun ein elektrisches Feld 9 angelegt wird, wird, wie in den 1(b) und 2 gezeigt ist, die Längsachse 10 der Flüssigkristallmoleküle 6 in Richtung des elektrischen Feldes 9 orientiert. Durch geeignete Anordnung des Polarisators 8 mit seiner Polarisationsachse kann der Index der optischen Transmission durch Anlegen und Ändern des angelegten elektrischen Feldes 9 moduliert werden. Daher ist ein Anzeigebetrieb zur Erzielung von Kontrast ohne transparente Elektroden möglich. Obgleich die dielektrische Anisotropie des zusammengesetzten Flüssigkristallmaterials als positiv angenommen ist, kann auch ein Material mit negativer dielektrischer Anisotropie gewählt werden Im Fall negativer dielektrischer Anisotropie Δε wird in Bezug auf die anfängliche Orientierung der Flüssigkristallmoleküle der Winkel ΦLC so bei behalten, dass er einen geeigneten Winkel zur senkrechten Richtung auf die Längsachse der streifenförmigen Elektrode bildet, so dass z. B. gilt: 0° < |ΦLC| < 45°.
  • Durch Vorsehen der Elektrode zwischen mindestens zwei dielektrischen Schichten, die oberhalb und unterhalb der Elektrode angeordnet sind, und durch Einstellung des spezifischen Widerstands p des Flüssigkristalls auf einen Wert kleiner als oder gleich 1·1013Ω·cm gemäß der Lösung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die numerische Apertur zu erhöhen. Der Grund hierfür wird im folgenden erläutert. Bei der Betriebsweise mit horizontalem elektrischem Feld wird eine opake Metallelektrode verwendet. Daher ist es unmöglich, numerische Aperturen zu realisierten, die größer sind als die des Standes der Technik. Das grundlegende Verfahren zur Lösung dieses Problems besteht darin, den Abstand zwischen den Elektroden zu vergrößern. Durch die Vergrößerung des Abstands kann jedoch ein neues Problem auftreten. Es tritt eine Störung der Orientierung durch statische Elektrizität ein, da das Volumen des Flüssigkristalls weiter verringert wird. Das Vorsehen einer Hilfskapazität an jedem der Pixel führt zu einer Verschlechterung der numerischen Apertur. Wenn allerdings der Widerstand des Flüssigkristalls klein ist, ist die Störung der Orientierung aufgrund der statischen Elektrizität klein. Daher sind diese Maßnahmen sehr wirkungsvoll. Hierdurch werden auch die Domänen um die Abstandshalterkügelchen herum verbessert. Bei herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Aktivmatrix-Typ ist es erforderlich, Flüssigkristalle mit einem hohen spezifischen Widerstand p von mindestens 1·1013Ω·cm und vorzugsweise mindestens 1·1014Ω·cm zu verwenden, um auch während nicht ausgewählter Zeitperioden eine ausreichende Spannung anlegen zu können. Bei dem Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld wirkt das Dielektrikum mit Ausnahme des Flüssigkristalls, wie z. B. ein Glas oder eine Isolierschicht, als Haltekapazität, wo durch ein für den Betrieb erforderliches Spannungshalteverhältnis erzielt wird. In Versuchen wurde festgestellt, dass sogar ein Flüssigkristall mit einem spezifischen Widerstand p von 1·1010Ω·cm ein hohes Spannungshalteverhältnis (Bildwiederholfrequenz 60 Hz) von mehr als 90% erzielt. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren wie etwa dem TN-Verfahren ist allerdings der Wert der Gesamtkapazität einschließlich der Kapazität des Flüssigkristalls und der Haltekapazität beim Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld kleiner, so dass die Möglichkeit besteht, dass sich statische Elektrizität nachteilig auswirkt. Es ist jedoch nicht die statische Elektrizität, sondern die Erhöhung der Ansteuerspannung, die durch die Vergrößerung des Abstands zwischen den Elektroden hervorgerufen wird.
  • Hinsichtlich der Mittel zur Veningerung der Ansteuerspannung wurde festgestellt, dass es wirkungsvoll ist, wenn, wie in den bevorzugten Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben ist, das Verhältnis der Elastizitätskonstante (K2) der Verdrillung zur dielektrischen Anisotropie (Δε) des zusammengesetzten Flüssigkristallmaterials der Gleichung K2/Δε < 9,0·10–13 N (< 9,0·10–8 dyn) genügt. Da beim üblichen Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld die Dicke der Elektrode kleiner ist als die Dicke der Schicht des zusammengesetzten Flüssigkristallmaterials, ist es unmöglich, das elektrische Feld vollständig parallel zu der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und der Schicht aus dem zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial anzulegen. Dieses ungenügende horizontale elektrische Feld verursacht eine Veningerung der Effizienz beim Schaltvorgang des Flüssigkristalls an der Grenzfläche. Dadurch, dass die Dielektrizitätskonstante εLC der Flüssigkristallschicht größer gemacht wird als die Dielektrizitätskonstante εAF der Orientierungsschicht, wobei εLC vorzugsweise zweimal so groß gemacht wird wie εAF, kann ein horizontales elektrisches Feld an den Flüssigkristall angelegt werden, das mehr parallel zur Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und der Orientierungsschicht ist. Durch genauere Untersuchungen, bei denen die Elastizitätskonstante Ka der Verdrillung so modifiziert wurde, dass sie kleiner war, oder die dielektrische Anisotropie Δε des Flüssigkristalls so modifiziert wurde, dass sie größer war, wobei das Verhältnis K2/Δε der Elastizitätskonstante K2 zur dielektrischen Anisotropie Δε auf 9,0·10–13 N (9,0·10–8 dyn) eingestellt wurde, und noch bevorzugter, wenn dieses Verhältnis auf 7,0·10–13 N (7,0·10–8 dyn) eingestellt wird, wurde festgestellt, dass eine Ansteuerspannung von 5 V oder weniger erzielt werden kann. Eine Ansteuerspannung von 5 V bedeutet, dass es möglich ist, eine Anzeige unter Verwendung eines 5 V-Signalspannungstreibers zu erzielen.
  • Wie in Ausführungsform 3 beschrieben ist, können durch Einbringen von chemischen Flüssigkristall-Verbindungen der allgemeinen Formel (I), in der Cyanogruppen, Trifluormethylgruppen, Trifluormethoxygruppen oder Nitrogruppen als Endgruppen vorliegen, wirksame Flüssigkristall-Vorrichtungen erzielt werden, die eine große numerische Apertur aufweisen. Durch Verringerung des spezifischen Widerstands kann nämlich der Einfluss der statischen Elektrizität verhindert werden, wobei zugleich die Ansteuerspannung verringert werden kann. Die Verringerung des spezifischen Widerstands ist ferner bei kleiner Viskosität wirkungsvoll, die für ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit erforderlich ist.
  • Flüssigkristalle, die keinen erhöhten spezifischen Widerstand aufweisen, etwa durch Cyanogruppen, können für Anzeigevorrichtungen verwendet werden, da Flüssigkristalle mit niedrigerem spezifischem Widerstand ein hohes Spannungshalteverhältnis beim Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld zeigen. Daher ist die Anwendbarkeit dieser Art von Flüssigkristallen in bemerkenswertem Maße verbessert.
  • Noch konkreter sind Beispiele für Verbindungen der Formel (I): 1,2-Dicyano-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-Benzol; trans-4-Propyl-(3,4-dicyanobiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(3,4-dicyanophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 3,4-Dicyanophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; 4-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-propylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(3,5-difluor-4-nitrophenyl)-cyclohexan; 2,6-Difluor-l-cyano-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-Benzol; trans-4-Propyl-(3,4,5-trifluorbiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(3,5-difluor-4-nitrophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 3,5-Difluor-4-nitrophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(3-fluor-4-cyanophenyl)-cyclohexan; 2-Fluor-l-nitro-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-Benzol; trans-4-Propyl-(3-fluor-4-cyanobiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(3-fluor-4-nitrophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 3-Fluor-4-cyanophenyltrans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(4-cyanophenyl)cyclohexan; 4-Cyanophenyl-5-pentyl-1,3-pyrimidin; 4-Cyano-3-fluorphenyl-5-propyl-1,3-pyrimidin; 4-Cyanophenyl-4-pentyl-1,3-dioxan; 4-Cyanophenyl-4-pentyl-bicyclo[2.2.2]octan. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Verbindungen beschränkt. Die Flüssigkristall-Verbindungen mit einer fluorhaltigen Gruppe in Ortho-Stellung zu einer Cyanogruppe, beispielweise in 4-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-propylcyclohexylcarboxylat, stellen bekanntermaßen Materialien dar, die nicht zur Bildung von Dimeren neigen, was zu einem Verlust des Dipolmoments führt. Da derartige Flüssigkristall-Verbindungen höhere Dielektrizitätskonstanten und kleinere Viskositäten aufweisen, ist es wirkungsvoll, diese Art von Verbindungen für einen Ansteuerbetrieb mit hoher Geschwindigkeit beim Verfahren mit horizontalem elektrischem Feld einzusetzen.
  • Bei Verwendung von Flüssigkristallen mit negativer dielektrischer Anisotropie durch Einbringen von chemischen Flüssigkristall-Verbindungen der allgemeinen Formel (II), bei der Cyanogruppen, Trifluormethylgruppen, Trifluormethoxygruppen oder Nitrogruppen als Endgruppen vorliegen, wie in Ausführungsform 4 beschrieben ist, wurden wirksame Flüssigkristalle erzielt, die zu einer hohen numerischen Apertur führen. Dies bedeutet, dass durch Verringerung des spezifischen Widerstands der Einfluss der statischen Elektrizität verhindert werden kann, wobei zugleich die Ansteuerspannung verringert werden kann. Die Verringerung des spezifischen Widerstands wirkt sich besonders bei geringer Viskosität aus, die für ein Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit erforderlich ist.
  • Konkrete Beispiele für Verbindungen der Formel (II) sind: trans-4-Heptyl-(2-cyano-3-fluorphenyl)-cyclohexan; 2-Cyano-3-fluor-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-benzol; trans-4-Propyl-(2-cyano-3-fluorbiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(2-cyano-3-fluorphenyl)-cyclohexyl]-ethan; 2-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(2-fluor-3-nitrophenyl)-cyclohexan; 2-Fluor-3-cyano-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-benzol; trans-4-Propyl-(2-fluor-3-nitrobiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(2-fluor-3-nitrophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 2-Fluor-3-cyanophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; 2,3-Dicyanophenyl-5-pentyl-1,3-pyrimidin; 2-Cyano-3-fluorphenyl-5-propyl-1,3-pyrimidin; 2,3-Dicyanophenyl-4-pentyl-1,3-dioxan; 2-Cyano-3-fluorphenyl-4-pentylbicyclo[2.2.2]octan. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Verbindungen beschränkt.
  • Wie zu Ausführungsform 5 beschrieben ist, wird der Reibwinkel dann, wenn die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls positiv ist, so eingestellt, dass er in Bezug auf die Vertikalrichtung des elektrischen Feldes gleich oder größer als 1 Grad und kleiner als oder gleich 20 Grad ist, und dann, wenn die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls negativ ist, so eingestellt, dass er in Bezug auf die Richtung des elektrischen Feldes gleich oder größer als 1 Grad und kleiner als oder gleich 10 Grad ist. Dies stellt eine weitere wichtige Maßnahme zur Verringerung der Ansteuerspannung dar. Da der Winkel zwischen der Achse der Flüssigkristallmoleküle und der Richtung des elektrischen Feldes nahe an 90 Grad herankommt, verschiebt sich die Spannung beim maximalen Transmissionsfaktor auf die Seite niederer Spannungen. Ferner kann eine Nichtauswahl-Spannung auf der Seite höherer Spannungen festgelegt werden, da sich die Schwellenspannung für das Ansprechen auf das elektrische Feld auf die Seite höherer Spannungen verschiebt. Daher ist es möglich, den Ansteuerspannungshub zu verringern. 9 zeigt ein dafür typisches Beispiel. Es ist daher wünschenswert, wenn der Reibwinkel so klein wie möglich ist, solange keinerlei Domänen auftreten.
  • Es ist ferner möglich, die Ansteuerspannung durch Anlegen eines Wechselstroms an die gemeinsame Elektrode weiter zu verringern, wie in Ausführungsform 6 beschrieben ist, nachdem diese Maßnahmen durchgeführt wurden.
  • Es wurde ferner festgestellt, dass auch die Ausführungsform 7 wirkungsvoll ist, um den Ansteuerspannungshub zu verringern, wie in 10 dargestellt ist, wo die Durchlässigkeitsachse einer Polarisatorplatte um mehr als 1 Grad von der anfänglichen Orientierungsrichtung abweicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜH-RUNGSFORMEN VON VORRICHTUNGEN
  • Im folgenden werden bevorzugte Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung im einzelnen erläutert.
  • Vorrichtung 1:
  • Es werden zwei transparente Glassubstrate verwendet, deren Dicke 1,1 mm beträgt und deren Oberfläche poliert ist. Nach Erzeugung von Dünnschichttransistoren auf einem der Substrate wird die Orientierungsschicht darauf erzeugt, die auch als Isolierschicht wirkt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Polyimid für die Orientierungsschicht verwendet. Die Polyimidschicht wird einer Bearbeitung durch Reiben unterzogen, um den Flüssigkristall zu orientieren. Die Erzeugung einer Polyimidschicht und die Reibbehandlung werden auch beim anderen Substrat vorgenommen. Die individuellen Reibrichtungen der beiden Substrate sind parallel zueinander und bilden einen Winkel von 75° (ΦLC1 = ΦLC2 = 75°) mit der Richtung des angelegten elektrischen Feldes. Zwischen diesen Substraten wird eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung eingeschlossen, die eine dielektrische Anisotropie Δε von +7,3 und eine Anisotropie des Brechungsindex Δn von 0,074 (589 nm, 20°C) aufweist. Ein Spalt d wird durch Verteilen von Polymerkügelchen zwischen den Substraten erzielt, der 4,0 μm beträgt. Dementsprechend ist d·Δn = 0,296 μm. Das Panel wird zwischen zwei Polarisatoren (G1220DU, Hersteller Nitto Electric Co.) eingesetzt, und die Durchlässigkeitsachse des einen Polarisators wird auf ΦP1 = 75 ° eingestellt, während die Durchlässigkeitsachse des anderen Polarisators so eingestellt wird, dass sie die erstere Durchlässigkeitsachse senkrecht schneidet, was ΦP2 = –15 ° bedeutet. Mit dieser geometrischen Anordnung kann eine dem im Ruhezustand geschlossenen Zustand entsprechende Charakteristik des Anzeigepixels erzielt werden, was bedeutet, dass das Anzeigepixel bei einer niederen Spannung (VOFF) im Dunkelzustand ist und sich bei einer hohen Spannung (VON) im Hellzustand befindet.
  • 3 zeigt die Anordnung eines Dünnschichttransistors 14 sowie alle Arten der Elektroden. 3(a) ist eine Vorderansicht aus der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats. Die 3(b) und (c) sind Seitenquerschnittsansichten. Der Dünnschichttransistor 14, der die aktive Vorrichtung darstellt, umfasst eine Pixelelektrode (Source-Elektrode) 4, eine Signalelektrode (Drain-Elektrode) 3, eine Abtastelektrode (Gate-Elektrode) 12 und amorphes Silicium 13. Die gemeinsamen Elektroden 1 und die Abtastelektrode 12 bzw. die Signalelektrode 3 und die Pixelelektrode 4 sind ein Teil des Bildmusters, das durch die gleiche Metallschicht gebildet wird. Durch Zwischenschalten einer Gate-Isolierschicht 2 zwischen der Pixelelektrode 4 und den gemeinsamen Elektroden 1 in einem Bereich zwischen den beiden gemeinsamen Elektroden (durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt) wird ein Kondensator 16 erzeugt. In
  • 3(a) ist die Pixelelektrode 4 zwischen zwei gemeinsamen Elektroden 1 angeordnet. Die Teilung der Pixelelektrode beträgt 69 μm in der Horizontalrichtung, d. h., zwischen den Signalelektroden, und 207 μm in der Vertikalrichtung, d. h., zwischen den Abtastelektroden. Die Breite der Elektrode ist groß vorgesehen, um Verdrahtungsdefekte bei der Verdrahtungselektrode zu vermeiden, die sich über eine Vielzahl von Elektroden erstreckt, also die Abtastelektrode, die Signalelektrode oder den Verdrahtungsabschnitt der gemeinsamen Elektrode (den Abschnitt, der sich in der Richtung parallel zur Abtastelektrode (Horizontalrichtung in 3) erstreckt). Noch konkreter beträgt die Breite der Elektrode 10 μm. Die Breite der Elektrode ist ein wenig schmaler gewählt, um die numerische Apertur zu erhöhen, wobei die Pixelelektrode für jedes Pixel unabhängig von dem sich in Längsrichtung erstreckenden Teil der Signalelektrode der gemeinsamen Elektrode ausgebildet ist. Noch konkreter beträgt die Breite der Elektrode 5 μm bzw. 8 μm. Die Möglichkeit eines Leitungsbruchs wird größer, da die Breite der Elektrode verringert wird. Der Bruch einer Verdrahtung endet allerdings in einem partiellen Defekt und führt nicht zu einem Leitungsdefekt. Hinzu kommt, dass zu einer größtmöglichen Erhöhung der numerischen Apertur ein Teil der gemeinsamen Elektrode und ein Teil der Signalelektrode übereinander vorgesehen sind, wobei eine Isolierschicht zwischen diesen Elektroden eingeschaltet ist und die Breite des übereinander angeordneten Teils 1 μm beträgt. Dadurch ist es nicht erforderlich, die Schwarzmatrix 22 parallel zur Signalverdrahtung vorzusehen. Als Ergebnis wird durch die vorliegende Erfindung die in 3(c) dargestellte Anordnung der Schwarzmatrix realisiert, bei der lediglich das Licht in Richtung der Abtastverdrahtungselektrode unterbrochen wird. Im Ergebnis wird eine hohe numerische Apertur von 44,0% erzielt, wobei der Abstand zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode 20 μm beträgt, die Länge der Öffnung in Längsrichtung 157 μm beträgt und die Anzahl der durch 300 Signalverdrahtungselektroden und 160 Verdrahtungselektroden gebildeten Pixel 320 × 160 beträgt.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 7,6·1012Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ ergibt sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei keine Inversion der Gradation von mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach links bzw. nach rechts auftritt.
  • Vorrichtung 2:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 2 ist mit dem von Vorrichtung 1 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 5 Gew.-% 4-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-propylcyclohexyl-carboxylat zu dem Flüssigkristall von Vorrichtung 1 hergestellt. Die im folgenden angegebenen Gew.-%-Werte sind auf das Gesamtgewicht bezogen.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 7,6·1012Ω·cm, und unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ ergibt sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 3:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 3 ist mit dem von Vorrichtung 1 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 7 Gew.-% 3,4-Dicyanophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat zu der Flüssigkristallzusammensetzung von Vorrichtung 1 hergestellt.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 3,3·1011Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ ein breites Gesichtsfeld und eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 4:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 4 ist mit dem von Vorrichtung 1 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 10 Gew.-% 4-Trifluormethoxy-3,5-difluorphenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat zu der Flüssigkristallzusammensetzung hergestellt, die 4-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-ethylphenylcarboxylat, 1-[4-(3,4,5-Trifluorphenyl)-cyclohexyl)-2-(4-methylcyclohexyl)-ethan, 4-Cyano-3-fluorphenyl-4-(4-propylcyclohexyl)-phenylcarboxylat etc. als repräsentative Verbindungen enthält.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 2,4·1010Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Das Verhältnis K2/Δε wird auf 8,5·10–13 N (8,5·10–8 dyn) eingestellt. Ferner kann eine Ansteuerspannung von 5 V oder weniger erzielt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach links und nach rechts keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 5:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 5 ist mit dem von Vorrichtung 1 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 20 Gew.-% 4-Cyano-3,5-difluorphenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat zu der Flüssigkristallzusammensetzung hergestellt, die 4-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-ethylphenylcarboxylat, 1-[4-(3,4,5-Trifluorphenyl)-cyclohexyl]-2-(4-methylcyclohexyl)-ethan, 4-Cyano-3-trifluormethyl-5-fluorphenyl-4-(4-propylcyclohexyl)-phenylcarboxylat etc. als repräsentative Verbindungen enthält.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 9,3·109 Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Das Verhältnis K2/Δε wird auf 5,4·10–13 N (5,4·10–8 dyn) eingestellt. Ferner kann eine Ansteuerspannung von 5 V oder weniger erzielt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach links und nach rechts keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 6:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 6 ist mit dem von Vorrichtung 1 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • 4 zeigt die Anordnung von Dünnschichttransistoren 14 und allen Arten von Elektroden mit mehr Details; sie stellt eine Vorderansicht von der Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats von 4 und Seitenquerschnittsdarstellungen längs der Linien A-A' bzw. B-B' dar. Der Dünnschichttransistor 14 umfasst eine Pixelelektrode (Source-Elektrode) 4, eine Signalelektrode (Drain-Elektrode) 3, eine Abtastelektrode (Gate-Elektrode) 12 und amorphes Silicum 13 (vgl. 3(a)). Die gemeinsamen Elektroden 1 und die Abtastelektrode 12 bzw. die Signalelektrode 3 und die Pixelelektrode 4 sind ein Teil des aus der gleichen Metallschicht erzeugten Bildmusters. Durch Einschalten einer Gateisolierschicht 2 zwischen der Pixelelektrode 4 und den gemeinsamen Elektroden 1 in einem Bereich zwischen den beiden gemeinsamen Elektroden (durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt) wird ein Kondensator 16 erzeugt. In der Vorderansicht ist die Pixelelektrode unter drei gemeinsamen Elektroden 1 angeordnet. Die Teilung der Pixelelektrode beträgt in Horizontalrichtung, d. h., zwischen den Signalverdrahtungselektroden, 100 μm und in Vertikalrichtung, d. h., zwischen den Abtastverdrahtungselektroden, 300 μm. Die Breite der Elektrode ist groß ausgelegt, um Verdrahtungsdefekte bei der Verdrahtungselektrode zu vermeiden, die sich über eine Vielzahl von Elektroden erstreckt, die Abtastelektrode 12, die Signalelektrode 13 oder den Verdrahtungsabschnitt der gemeinsamen Elektrode, der parallel zur Abtastverdrahtungselektrode verläuft (der Abschnitt, der sich in 3 in horizontaler Richtung erstreckt). Noch konkreter beträgt die Breite der Elektroden 10 μm, 8 μm bzw. 8 μm. Die Breite der Pixelelektrode wird für jedes Pixel unabhängig erzeugt, wobei der sich in Längsrichtung erstreckende Teil der Signalverdrahtungselektrode der gemeinsamen Elektrode etwas schmäler vorgesehen ist. Noch konkreter beträgt diese Breite 5 μm bzw. 6 μm. Da die Breite der Elektrode verringert ist, wird die Möglichkeit des Bruchs einer Leitung größer. Da jedoch der Bruch einer Leitung in einem partiellen Defekt endet, führt dies nicht zu einem Leitungsdefekt. Hinzu kommt, dass die gemeinsame Elektrode und die Signalelektrode durch Verwendung der Isolierschicht voneinander beabstandet sind, wobei der Abstand in Dickenrichtung 2 μm beträgt. Die Schwarzmatrix-Anordnung sowie ein Farbfilter sind auf der gegenüberliegenden Substratseite vorgesehen, wie in 5 gezeigt ist. Der Abstand zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Pixelelektrode beträgt 20 μm, die Länge in Längsrichtung der Öffnung beträgt 157 μm. Im Ergebnis beträgt die Anzahl der Pixel, die durch 640 Signalverdrahtungselektroden und 480 Verdrahtungselektroden gebildet werden, 320 × 160.
  • Die nematische Flüssigkristallzusammensetzung wird zwischen die Substrate eingeschlossen und enthält 10 Gew.-% 3-Cyano-4-trifluormethoxy-5-fluorphenyl-trans-4-ethylcyclohexylcarboxylat; die dielektrische Anisotropie Δε beträgt +8,9, und die Anisotropie Δn des Brechungsindex beträgt 0,08 (589 nm, 20 °C).
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 8,1·1012 Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 7:
  • Der Aufbau der Vorrichtung 7 ist mit dem von Vorrichtung 6 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 10 Gew.-% 4-Cyano-3,5-difluorphenyl-trans-4-propylcyclohexylcarboxylat zu dem Flüssigkristall von Vorrichtung 6 hergestellt.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 2,2·1010Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Das Verhältnis K2/Δε wird auf 4,6·10–13 N (4,6·10–8 dyn) eingestellt. Ferner kann eine Ansteuerspannung von 5 V oder weniger erzielt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 8:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 8 ist identisch mit dem von Vorrichtung 6 mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 20 Gew.-% 4-Cyano-3,5-difluorphenyl-trans-4-propylcyclohexylcarboxylat zu der Flüssigkristallzusammensetzung von Vorrichtung 6 hergestellt.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 6,2·101Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Das Verhältnis K2/Δε wird auf 2,9·10–13 N (2,9·10–8 dyn) eingestellt. Ferner kann eine Ansteuerspannung von 5 V oder weniger erzielt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 9:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 9 ist mit dem von Vorrichtung 6 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Das für die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete Material wird durch Zusatz von 10 Gew.-% 3-Cyano-4-trifluormethoxy-5-fluorphenyltrans-4-ethylcyclohexylcarboxylat zu der Flüssigkristallzusammensetzung von Vorrichtung 6 hergestellt.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 8,8·109Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Das Verhältnis K2/Δε wird auf 2,3·10–13 N (2,3·10–8 dyn) eingestellt. Ferner kann eine Ansteuerspannung von 5 V oder weniger erzielt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 10:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 10 ist mit dem von Vorrichtung 1 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Die individuellen Reibrichtungen der Orientierungsschicht der beiden Substrate sind parallel zueinander und bilden einen Winkel von 15 ° (ΦLC1 = ΦLC2 = 15 °) mit der Richtung, in der sich das angelegte elektrische Feld erstreckt. Zwischen diesen Substraten wird eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung eingebracht, bei der die dielektrische Anisotropie Δε –3,3 und die Anisotropie Δn des Brechungsindex 0,074 (589 nm, 20 °C) betragen. Das in diesem Fall verwendete Material ist eine Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Zusatz von 4 Gew.-% 3-Cyano-2-fluorphenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat zu der nematischen Flüssigkristallzusammensetzung enthält.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 8,6·1011Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach rechts und nach links keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 11:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 11 ist mit dem von Vorrichtung 6 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • 10 Gew.-% 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(2,3-dicyanophenyl)cyclohexyl]-ethan werden zu einer nematischen Flüssigkristallzusammensetzung zugegeben, deren dielektrische Anisotropie Δε –3,3 und deren Anisotropie Δn des Brechungsindex 0,074 (589 nm, 20 °C) betragen.
  • Der spezifische Widerstand p des Flüssigkristalls beträgt 7,2∙1010Ω·cm; unerwünschte Orientierungsverhältnisse aufgrund von statischer Elektrizität treten nicht auf. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach links und nach rechts keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 12:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 12 ist mit dem von Vorrichtung 6 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Die individuellen Reibrichtungen der beiden Substrate sind parallel zueinander und bilden einen Winkel von 85 ° (ΦLC1 = ΦLC2 = 85 °) mit der Richtung, in der sich das elektrische Feld erstreckt. Die Durchlässigkeitsachse eines Polarisators wird auf ΦP1 = 85 ° festgelegt; die Durchlässigkeitsachse des anderen Polarisators wird so festgelegt, dass sie die erstere Durchlässigkeitsachse senkrecht schneidet, was ΦP2 = –5 ° bedeutet. Mit dieser geometrischen Anordnung kann eine im Ruhezustand geschlossene Charakteristik der Anzeigepixel erzielt werden, was bedeutet, dass sich die Anzeigepixel bei einer niederen Spannung (VOFF) im Dunkelzustand und bei einer hohen Spannung (VON) im Hellzustand befinden.
  • Die Spannungs-/Transmissions-Kennlinie dieser Flüssgkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ ist in 11 dargestellt, woraus hervorgeht, dass VOFF auf 2,1 V und VON auf 6,8 V festgelegt werden können. Daher kann der Ansteuerspannungshub auf 4,7 V festgesetzt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach links und nach rechts keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 13
  • Der Aufbau von Vorrichtung 13 ist mit dem von Vorrichtung 11 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Die individuellen Reibrichtungen der beiden Substrate sind parallel zueinander und bilden einen Winkel von 5 ° (ΦLC1 = ΦLC2 = 5 °) mit der Richtung, in der sich das angelegte elektrische Feld erstreckt. Die Durchlässigkeitsachse des einen Polarisators wird auf ΦP1 = 5 ° eingestellt, während die Durchlässigkeitsachse des anderen Polarisators so eingestellt wird, dass sie sich mit der ersteren Durchlässigkeitsachse senkrecht schneidet, was ΦP2 = –85 ° bedeutet. Mit dieser geometrischen Anordnung kann eine im Ruhezustand geschlossene Charakteristik der Anzeigepixel erzielt werden, was bedeutet, dass sich die Anzeigepixel bei einer niederen Spannung (VOFF) im Dunkelzustand und bei einer hohen Spannung (VON) im Hellzustand befinden.
  • Die Spannungs-/Transmissions-Kennlinie dieser Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ entspricht der von 11, wobei VOFF auf 4,0 V und VON auf 8,8 V eingestellt werden können. Daher kann der Ansteuerspannungshub auf 4,8 V eingestellt werden. Im Ergebnis ergibt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ sowohl ein breites Gesichtsfeld als auch eine hohe numerische Apertur, wobei über mehr als 60 Grad in Auwärts- und Abwärtsrichtung und mehr als 60 Grad in Richtung nach links und nach rechts keine Inversion der Gradation auftritt.
  • Vorrichtung 14:
  • sDer Aufbau der Vorrichtung 14 ist mit dem von Vorrichtung 12 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Die gemeinsame Elektrode ist wie in 6 dargestellt ausgebildet, um einen Wechselstrom anzulegen. Jede Abtastelektrode 12 und jede Signalelektrode 3 ist mit einer Abtastelektroden-Treiberschaltung 18 bzw. einer Signalelektroden-Treiberschaltung 19 verbunden. Die gemeinsame Elektrode 1 ist ferner an eine Treiberschaltung 20 für die gemeinsame Elektrode angeschlossen. Ein Signal mit einer eine Information enthaltenden Signalform wird an die Signalelektrode 3 angelegt. An die Abtastelektrode 12 wird ein Abtastsignal mit einer Abtastsignalform in Synchronisation mit der Signalform dieses Signals angelegt. Das Informationssignal wird durch einen Dünnschichttransistor 14 von der Signalelektrode 3 zur Pixelelektrode 4 übertragen, wodurch die zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode 1 erzeugte Spannung an einem Teil des Flüssigkristalls angelegt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Spannungssignalform auch an die gemeinsame Elektrode 1 angelegt. Daher Liegt an dem Teil des Flüssigkristalls eine Spannung an, bei der die Spannung der gemeinsamen Elektrode 1 aufaddiert ist. 7 zeigt diese Spannungssignalformen, die an jeder der Elektroden anliegen, wobei die Amplituden der Spannungssignalformen in 7 wie folgt festgelegt sind:
    VD-MITTE = 14,0 V, VGH = 28,0 V, VGL = 0 V,
    VDH = 16,4 V, VDL = 11,4 V, VCH = 15,1 V, VCL = 9,1 V.
  • VON und VOFF gemäß 11 sind gleich 2,1 V bzw. 6,8 V. Im Ergebnis wird ein höheres Kontrastverhältnis erzielt, dessen Wert 150 beträgt. In 11 bezeichnen VDP-P, VSP-P und VDP-P die Spitze-Spitze-Werte der Signalspannung, der Quellenspannung bzw. der gemeinsamen Spannung.
  • Bei der vorliegenden Vorrichtung besitzt die Amplitude der Ansteuerspannungssignalform VDP-P (= VDH – VDL) einen sehr niederen Wert von 4,7 V; diese Spannung wird an die Signalelektrode angelegt. Dementsprechend kann ein relativ preiswerter Treiber verwendet werden, wodurch es möglich wird, die Produktionskosten zu senken.
  • Vorrichtung 15:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 15 ist mit dem von Vorrichtung 13 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • In gleicher Weise wie bei Vorrichtung 14 wird der Wechselstrom an die gemeinsame Elektrode angelegt und so die Anzeigevorrichtung angesteuert. Demgemäß kann ein relativ preiswerter Treiber verwendet werden, wodurch es möglich wird, die Produktionskosten zu senken.
  • Vorrichtung 16:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 16 ist mit dem von Vorrichtung 14 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Die Durchlässigkeitsachse des Polarisators wird so eingestellt, dass sie einen Winkel von 10 ° mit der Reibrichtung bildet, d. h.
  • ΦP1 = 75 ° und ΦP2 = –15°. 12 zeigt die Beziehung zwischen der Spannungs-/Transmissions-Kennlinie und der Treibersignalform, die bei dem obigen Aufbau erzielt wird. In 12 stellen VDP-P, VSP-P und VCP-P die Spitze-Spitze-Werte der Signalspannung, der Quellenspannung bzw. der gemeinsamen Spannung dar.
  • Die gemeinsame Elektrode ist wie bei der Vorrichtung 9 ausgebildet, um einen Wechselstrom anzulegen. Jede Abtastelektrode 12 und jede Signalelektrode 3 ist mit einer Abtastelektroden-Treiberschaltung 18 bzw. einer Signalelektroden-Treiberschaltung 19 verbunden. Die gemeinsame Elektrode 1 ist ferner an eine Treiberschaltung 20 für die gemeinsame Elektrode angeschlossen. Ein Signal mit einer eine Information enthaltenden Signalform wird an die Signalelektrode 3 angelegt. An die Abtastelektrode 12 wird ein Abtastsignal mit einer Abtastsignalform in Synchronisation mit der Signalform dieses Signals angelegt. Das Informationssignal wird durch einen Dünnschichttransistor 14 von der Signalelektrode 3 zur Pixelelektrode 4 übertragen, wodurch die zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode 1 erzeugte Spannung an einem Teil des Flüssigkristalls angelegt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Spannungssignalform an die gemeinsame Elektrode 1 angelegt. Daher liegt an dem Teil des Flüssigkristalls eine Spannung an, bei der die Spannung der gemeinsamen Elektrode 1 aufaddiert ist.
  • 7 zeigt diese Signalformen, die an jeder der Verdrahtungselektroden anliegen, wobei die Amplituden der Spannungssignalformen in 7 wie folgt festgelegt sind:
    VD-MITTE = 14,0 V, VGH = 28,0 V, VGL = 0 V,
    VDH = 15,1 V, VDL = 12,9 V, VCH = 20,4 V, VCL = 4,39 V.
  • Hinsichtlich der Ergebnisse sind die Hubspannungen ΔVGS (+) und ΔVGS (–), die durch die parasitäre Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode hervorgerufen werden, die Spannung Vs, die an der Pixelelektrode anliegt, und die Spannung VLC, die am Flüssigkristall anliegt, in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. Die Spannungseinheit ist im folgenden als 1 V angenommen.
  • Figure 00310001
  • VON und VOFF von 12 sind 9,16 V bzw. 6,85 V. Als Ergebnis wird ein ausreichend hohes Kontrastverhältnis von 100 erzielt.
  • Bei der vorliegenden Vorrichtung besitzt die Amplitude der Ansteuerspannungssignalform VDP-P (= VDH – VDL) einen sehr niederen Wert von 2,2 V; diese Spannung wird an die Signalelektrode geliefert.
  • Vorrichtung 17:
  • Der Aufbau von Vorrichtung 17 ist mit dem von Vorrichtung 15 identisch mit Ausnahme folgender Merkmale:
  • Die Durchlässigkeitsachse des Polarisators wird so eingestellt, dass sie einen Winkel von 10 ° mit der Reibrichtung bildet, d. h. ΦP1 = 15° und ΦP2 = –75 °. Als Ergebnis sind VON und VOFF gleich 17,4 V bzw. 14,2 V. Demgemäß wird ein ausreichend hohes Kontrastverhältnis von 100 erzielt.
  • Bei der vorliegenden Vorrichtung besitzt die Amplitude de: Ansteuerspannungssignalform VDP-P (= VDH – VDL) einen sehr kleinen Wert von 3,2 V; diese Spannung wird an die Signalelektrode angelegt.
  • Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden spezielle Flüssigkristallzusammensetzungen und Verbindungen eingesetzt; selbstverständlich können jedoch auch andere Flüssigkristallzusammensetzungen und Flüssigkristallverbindungen Verwendung finden. Der Aufbau der Pixel ist ebenfalls nicht auf den der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschränkt.

Claims (8)

  1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (21) vom Aktivmatrix-Typ, die aufweist: zwei Substrate (7), von denen mindestens eines transparent ist, eine Flüssigkristallschicht (6'), die zwischen den Substraten (7) eingeschaltet ist, eine Orientierungsschicht (5), die zwischen der Flüssigkristallschicht (6') und mindestens einem der Substrate (7) auf dessen Innenseite vorgesehen ist, eine Abtastsignalelektrode (3), eine Bildsignalelektrode, eine Pixelelektrode (4) und eine aktive Vorrichtung (14), die jeweils zwischen der Flüssigkristallschicht (6') und der Orientierungsschicht (5) bzw. dem Substrat (7) vorgesehen sind, und Polarisationsmittel (8), die auf der Außenseite der Substrate (7) vorgesehen sind und zur Änderung einer optischen Eigenschaft je nach dem Orientierungszustand des Flüssigkristalls dienen, wobei jede der Elektroden so ausgebildet ist, daß ein im wesentlichen zu den Substraten (7) paralleles elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht (6') angelegt werden kann, und mit einer externen Steuereinrichtung (17, 18, 19, 20) verbunden ist, um wahlweise je nach dem Anzeigebildmuster das angelegte elektrische Feld zu steuern, und wobei die Elektroden zwischen mindestens zwei dielektrischen Schichten liegen, die oberhalb und unterhalb der Elektroden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß gilt: – für den spezifischen Widerstand p des Flüssigkristalls: p ≤ 1·1014Ω·cm und vorzugsweise 1·109 ≤ p ≤ 1·1013Ω·cm,– für das Verhältnis 1/ d des Abstands 1 zwischen den Elektroden und dem Zellenspalt d: 1/d ≥ 2,0und – für das Verhältnis der Elastizitätskonstante Ka zur dielektrischen Anisotropie Δε: K2/Δε < 9,0·10–13 N (<9,0·10–8 dyn).
  2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach Anspruch 1, wobei der Zellenspalt d kleiner als oder gleich 6 mm, der Abstand 1 zwischen den Elektroden größer als oder gleich 10 mm und die Ansteuerungsspannung kleiner als oder gleich 5 Volt sind.
  3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach Anspruch 1 oder 2, die aufweist: – eine oder mehrere Flüssigkristall-Verbindungen der allgemeinen Formel I,
    Figure 00340001
    in der bedeuten: X1, X2 und X4 Fluor, Cyano, Trifluormethyl, Trifluormethoxy, Nitro oder ein Wasserstoffatom, R C1-10-Alkyl oder C1-10-Alkoxy, die substituiert sein können, A einen Cyclohexanring, einen Benzolring, einen Dioxanring, einen Pyrimidinring oder einen Bicyclo[2.2.2]-octan-Ring, Z eine Einfachbindung, eine Esterbindung, eine Etherbindung, Methylen oder Ethylen und n 1 oder 2, und/ oder – eine oder mehrere Flüssigkristall-Verbindungen der allgemeinen Formel II,
    Figure 00350001
    in der bedeuten: X1 und X2 Fluor, Cyano, Trifluormethyl, Trifluormethoxy, Nitro oder ein Wasserstoffatom, R C1-10-Alkyl oder C1-10-Alkoxy, die substituiert sein können, A einen Cyclohexanring, einen Benzolring, einen Dioxanring, einen Pyrimidinring oder einen Bicyclo[2.2.2]-octan-Ring, Z eine Einfachbindung, eine Esterbindung, eine Etherbindung, Methylen oder Ethylen und n 1 oder 2.
  4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach Anspruch 3, die eine oder mehrere Flüssigkristall-Verbindungen der Formel I aufweist, die ausgewählt sind unter 1,2-Dicyano-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]benzol; trans-4-Propyl-(3,4-dicyanobiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-(trans-4-(3,4-dicyanophenyl)cyclohexyl]-ethan; 3,4-Dicyanophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; 4-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-propylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(3,5-difluor-4-nitrophenyl)-cyclohexan; 2,6-Difluor-l-cyano-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)cyclohexyl]-benzol; trans-4-Propyl-(3,4,5-trifluorbiphenyl-4'-yl)cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-(trans-4-(3,5-difluor-4-nitrophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 3,5-Difluor-4-nitrophenyltrans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(3-fluor-4-cyanophenyl)-cyclohexan; 2-Fluor-l-nitro-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-benzol; trans-4-Propyl-(3-fluor-4-cyanobiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(3-fluor-4-nitrophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 3-Fluor-4-cyanophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl(4-cyanophenyl)-cyclohexan; 4-Cyanophenyl-5-pentyl-1,3-pyrimidin; 4-Cyano-3-fluorphenyl-5-propyl-1,3-pyrimidin; 4-Cyanophenyl-4-pentyl-1,3-dioxan; 4-Cyanophenyl-4-pentyl-bicyclo[2.2.2]octan.
  5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach Anspruch 3 oder 4, die eine oder mehrere Flüssigkristall-Ver bindungen der Formel I aufweist, die ausgewählt sind unter trans-4-Heptyl-(2-cyano-3-fluorphenyl)-cyclohexan; 2-Cyano-3-fluor-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)-cyclohexyl]-benzol; trans-4-Propyl-(2-cyano-3-fluorbiphenyl-4'-yl)-cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(2-cyano-3-fluorphenyl)cyclohexyl]-ethan; 2-Cyano-3-fluorphenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; trans-4-Heptyl-(2-fluor-3-nitrophenyl)-cyclohexan; 2-Fluor-3-cyano-4-[trans-4-(trans-4-propylcyclohexyl)cyclohexyl]-benzol; trans-4-Propyl-(2-fluor-3-nitrobiphenyl-4'-yl)cyclohexan; 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-1-[trans-4-(2-fluor-3-nitrophenyl)-cyclohexyl]-ethan; 2-Fluor-3-cyanophenyl-trans-4-pentylcyclohexylcarboxylat; 2,3-Dicyanophenyl-5-pentyl-1,3-pyrimidin, 2-Cyano-3-fluorphenyl-5-propyl-1,3-pyrimidin; 2,3-Dicyanophenyl-4-pentyl-1,3-dioxan; 2-Cyano-3-fluorphenyl-4-pentyl-bicyclo[2.2.2]octan.
  6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Reibwinkel dann, wenn die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls positiv ist, so eingestellt ist, daß er in Bezug auf die Vertikalrichtung des elektrischen Feldes gleich oder größer als 1 Grad und kleiner als oder gleich 20 Grad ist, und dann, wenn die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristalls negativ ist, so eingestellt ist, daß er in Bezug auf die Vertikalrichtung des elektrischen Feldes gleich oder größer als 1 Grad und kleiner als oder gleich 10 Grad ist.
  7. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei die gemeinsame Elektrode (1) aus einem Teil der Anzeigepixel aufgebaut ist und die Vorrichtung zum Anlegen eines Wechselstroms an die gemeinsame Elektrode (1) ausgelegt ist.
  8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrix-Typ nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Durchlässigkeitsachse des Polarisators (8) so eingestellt ist, daß sie 1 Grad oder mehr als 1 Grad von der anfänglichen Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls zur Drehrichtung der Achse (10) der Flüssigkristallmoleküle aufgrund eines angelegten elektrischen Feldes (9) abweicht.
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