Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Wichtige Kriterien zur Beurteilung der optischen Eigenschaf¬ ten elektrooptischer Systeme sind die erzielten Werte für

- Kontrast

- Helligkeit - Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes

- Blickwinkelabhängigkeit der Farbwerte.

Anfangs wurden TN-Displays (twisted nematic) im s.g. Maugin- Bereich (d ^• Δn >>λ) betrieben, wie dies z.B. in IEEE-Trans- action 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 Beobach¬ tungswinkelbereich auf.

Eine entscheidende Verbesserung der Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes wird beobachtet, wenn das System für das Produkt aus Doppelbrechung Δn und Schichtdicke d des Flüssigkristalls einen Wert aus dem in DE 30 22 218 angegebe¬ nen Intervall 0,150 μm <. d • Δn 0,600 μm aufweist. Nachtei¬ lig ist, daß im Süb-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.

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 unzu¬ reichende Werte für den Kontrast und die Helligkeit auf.

Bei elektrooptischen Systemen, die auf dem ECB- (Electrically Controlled Birefrigence) oder DAP-Effekt (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 Vergröße- rung des Beobachtungswinkelsbereichs sind Kompensations¬ schichten vorgeschlagen worden, die auf Polymerfolien (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 Kompensationsschich¬ ten, bereitzustellen, die sich durch verbesserte elektroopti- sehe Eigenschaften und insbesondere hohe Werte für Kontrast und/oder Helligkeit und/oder Blickwinkelabhängigkeit von Kontrast und/oder der Farbwerte auszeichnen.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch die Bereitstellung der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme gelöst werden kann.

Gegenstand der Erfindung sind somit elektrooptische Systeme, enthaltend

- eine verdrillte nematische Flüssigkristallschicht zwi¬ schen 2 Substraten, deren Innenseiten mit Elektroden¬ schichten 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,

- eine oder mehrere Schichten zur Kompensation des opti- sehen Gangunterschiedes der Flüssigkristallschicht d ^• Δn, und

- 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 Polarisationsvor¬ richtung passiert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzie¬ lung eines hohen Kontrastes und/oder einer hohen Hellig¬ keit 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 Aus- gangsseite je eine Polarisationsvorrichtung befindet,

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 Ein¬ gangsseite und der Ausgangsseite auch vertauscht sein können,

oder den Bedingungen (3) oder (4) genügt, wenn nur eine

Polyrisationsvorrichtung auf der Eingangsseite vorhanden ist

30° < ψ < 70° für 0 < ß < 45° (3) 35° < ψ < 90° für 45° < ß < 100° (4)

Durch die in den Gleichungen (1) und (2) verwendete Schreib¬ weise soll angedeutet werden, daß Abweichungen von bis zu ± 10° von dem durch die Gleichungen

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° .

Bei Anordnungen mit je einer Polarisationsvorrichtung auf der Eingangs- und auf der Ausgangsseite ist der Polarisator auf der Ausgangsseite gegenüber dem Polarisator auf der Eingangs¬ seite um 90° ± 10° gedreht, wobei durch diese Schreibweise wieder zum Ausdruck gebracht wird, daß von dem optimalen

Winkel von 90° Abweichungen von bis zu ± 10° möglich sind. Die Abweichungen von der optimalen Verdrehung des hinteren Pola¬ risators sind jedoch vorzugsweise nicht größer als ± 7,5° und insbesondere kleiner als ± 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 Eingangs¬ seite 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 bevor¬ zugt.

Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme enthalten eine ansteuerbare Flüssigkristallschicht, die zwischen planparal- lelen, durchsichtigen Substraten angeordnet ist, deren Innen-

seiten mit Elekktrodenschichten und darüberliegenden Orien¬ tierungsschichten versehen sind. Die Elektroden bestehen z.B. aus dünnen, ebenen und transparenten Indium-Zinnoxid- (ITO) oder Indiumoxidschichten. Zur Randorientierung der Flüssig- kristalle werden im allgemeinen Polymerschichten, z.B.

Polyimid- oder Polyvinylalkohol-Schichten, verwendet, denen durch Reiben, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Druckanwen¬ dung, eine einheitliche Ausrichtung gegeben wird. Daneben können Orientierungsschichten auch durch Bedampfung mit anorganischen Materialien wie z.B. Siliciumoxid oder Magnesi- umfluorid erhalten werden. Eine Übersicht über die verschie¬ denen Ausrichtungstechniken findet sich z.B. in Thermotropic Liquid Crystals, G.W. Gray (ed.), S. 75-77. Wenn die Flüssigkristallschicht nach dem TN-Prinzip betrieben wird, weisen die Flüssigkristalle eine parallele Randorientierung, üblicherweise mit einem kleinen Pretiltwinkel in der Größenordnung von z.B. 1° bis 10° auf. Beruht die Flüssig¬ kristallschicht dagegen auf dem ECB-Prinzip, liegt eine homöotrope Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle vor, wobei die Moleküle üblicherweise mit einem kleinen Pretilt¬ winkel von z.B. 0,5-5° gegen die Senkrechte gekippt sind. In TN-Flüssigkristallschichten wird der Twistwinkel, der zwi¬ schen 0° und 100° und insbesondere zwischen 0° und 90° beträgt, üblicherweise durch die Ausrichtung der Orientie- rungsschichten definiert. Es ist aber auch möglich, daß der Twistwinkel ß durch einen cholesterischen Pitch des Flüssigkristalls gegeben ist. Auch wenn der Twistwinkel nicht über den Pitch des Flüssigkristalls eingestellt wird, wird im allgemeinen ein chiraler Dotierstoff in geringen Konzentra- tionen zur Vermeidung von Reverse-Twist und Reverse-Tilt zugegeben, wie dies z.B. in DE 25 07 524 beschrieben ist.

ERSATZBLATT

In herkömmlichen ECB-Flüssigkristallschichten liegen die Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen unverdrillt vor. 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.

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 niedermole¬ kularen Flüssigkristallen, flüssigkristallinen Polymeren oder thermoplastischen Polymeren basieren, die z.B. zweidimensio- nal verstreckt und damit optisch einachsig gemacht werden.

Die Verwendung von Kompensationsschichten basiert auf einem wohlbekannten physikalischen Prinzip, das z.B. auch im Babi- net-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 senk¬ recht stehen. Linearpolarisiertes Licht, dessen Polarisa¬ tionsrichtung nicht in Richtung der optischen Achse zeigt, wird im ersten Medium in einen ordentlichen und in einen außerordentlichen Strahl aufgespalten. Da die optischen

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 • (n _e -n ₀ ) , im zweiten Medium hingegen d ^■ (n _o -ri _e ) , so daß die Gesamtdifferenz 0 ist und daß aus den beiden optischen einachsigen Medien beste¬ hende System keine Doppelbrechung aufweist. Diese Überle¬ gungen können entsprechend auf Systeme mit mehreren Kompensa¬ tionsschichten oder andere z.B. optisch biaxiale Medien übertragen werden.

Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit TN-Flüssigkri- stallschicht können z.B. eine oder mehrere, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht enthalten, die auf niedermo¬ lekularen nematischen Flüssigkristallsehichtenn basiert. Die Indikatrix ne atischer Flüssigkristallmoleküle ist ein dreiachsiger Ellipsoid, wobei der zur Moleküllangachse gehörige Brechungsindex groß gegen die beiden anderen ist.

Auf nematischen Flüssigkristallen basierende Kompensations¬ schichten 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.

Die flüssigkristalline Kompensationsschicht ist ebenso wie die zur Informationsdarstellung dienende Flüssigkristall¬ schicht 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

ERSATZBLATT

Flüssigkristallschicht und der flüssigkristallinen Kompensa¬ tionsschicht 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 Verdrillungs- winkel ß der Flüsssigkristallschicht ist. Die Absolutbeträge der Verdrillungswinkel werden vorzugsweise im wesentlichen gleich groß gewählt; allerdings sind auch größere Abweichun¬ gen möglich. Der Winkel zwischen den Ausrichtungen der Orien¬ tierungsschichten 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 Subs¬ trat der unteren Schicht beträgt zwischen 30° und 150°, vorzugsweise jedoch zwischen 50° und 130° und insbesondere im wesentlichen 90°.

Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit einer TN-

Flüssigkristallschicht können auch eine oder mehrere, insbe¬ sondere jedoch eine Kompensationsschicht aufweisen, die auf einem flüssigkristallinen Polymer basiert. Derartige Kompen- sationsschichten sind ausführlich in DE 39 19 397 beschrie¬ ben.

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.

ERSATZBLATT

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 Elek¬ trodenoberfläche 0 < X < 2° beträgt. In einer anderen bevor¬ zugten 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 Span¬ nung an die ansteuerbare Flüssigkristallschicht ein Minimum durchläuft. Besonders bevorzugt ist für τ der Breich 5°< τ < 45° und ganz besonders der Bereich 5° < % < 25°. Die von den beiden anderen Brechungsindices des Kompensationsmediums aufgespannte Ebene bildet mit den Direktoren der Flüssig- kriStallmoleküle 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.

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 Sub- stratplatten einen Winkel zwischen 0° < τ < 60° bildet, wobei τ im Bereich 2° < τ < 60° orientiert ist wie oben angegeben.

ERSATZBLATT

Derartige Kompensationsschichten sind neu und bevorzugt und sie sind Gegenstand dieser Erfindung. Die biaxialen bzw. 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. scheibchenförmige Gestalt aufweisen, kann die Substratober- fläche z.B. mit Lecitin, quartären Ainmoniumverbindungen wie z.B. HTAB (US 3,694,053), Silanverbindungen (Appl. Phys. Lett. 22 (1973), 368), Chromkomplexen (Appl. Phys. Lett. .27 (1975), 268) oder auch mit aus anderen Materialien bestehen¬ den Orientierungsschichten versehen werden. Eine im wesentli- chen 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. weni¬ ger als 2° bildet ("aufrecht stehende Scheiben"), während diese Flächennormale bei einer gekippten Anordnung der

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 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 Aufzählung die Erfindung lediglich erläutern soll, ohne sie jedoch zu begrenzen:

(1) hexasubstituiertes Benzol

(2) 2, 3, 6, 7, 10, 11-hexasubstituierte Triphenyle

(3) 2, 3, 7, 8, 12, 13-hexasubstituierte Truxene bzw. deren oxidierte Homologe

(4) 1, 2, 3, 5, 6, 7-hexasubstituierte Anthrachinone

(5)

(6)

(7) Porphyrinderivate

worin R jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit bis zu 30 C-Atomen, worin auch eine oder mehrere CH ₂ -Gruppen durch -O-, -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -C--C-, -CH=CH-, -(Ö -, ~{Ö -COO, -O-^O^-COO- ersetzt sein können, wobei 2 O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind.

Bevorzugt sind die Verbindungen (1) , (2) , (3) und (4) ; insbe¬ sondere jedoch die Verbindungen (1), (2) und (3) . Besonders bevorzugt sind weiter diskotische Flüssigkristallverbin¬ dungen, bei denen in allen Resten R mindestens eine -CH ₂ -

Gruppe durch eine 1,4-Phenylengruppe ersetzt ist.

ERSATZBLATT

Diskotische Flüssigkristalle, die eine nematisch diskotische Phase N _D aufweisen, sind bevorzugt. Im Unterschied zur kolum- nardiskotischen Phase, bei der die Moleküle zu Säulen zusam¬ mengepackt sind, ist die Anordnung der Moleküle in der nema¬ tisch 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 N _D * verwendet werden.

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 Flüssigkristall mit homogener Orientierung (α = 1°) und einem Twistwinkel ß = 0° basiert, mit einer Folge von 8 optisch positiven Kompensationsschichten kombiniert ist. Diese Kom- pensationsschichten bestehen abwechselnd aus parallel (= homogen oder planar) orientierten (α =1°) nematischen Flüssigkristallschichten (ß = 0°) und homöotrop orientierten Flüssigkristallschichten (ß = 0°) , wobei die Direktoren der Flüssigkristallmoleküle an dem unteren Substrat der ansteuer- baren Schicht (bzw. an dem entsprechenden gemeinsamen Sub¬ strat) mit den Direktoren der Flüssigkristallmoleküle an dem oberen Substrat (bzw. an dem entsprechenden gemeinsamen Substrat) der benachbarten Kompensationsschicht 1 von II

(s. Fig. 17) einen Winkel von etwa 90° bildet. Die Dicke der

E

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 Flüssigkristallschicht mit d ^• Δn. Wird etwa in der angesteu¬ erten Flüssigkristallschicht und in der Kompensationsschicht der gleiche Flüssigkristall verwendet, wird die Gesamt- schichtdicke der Kompensationsschicht zu 2 d = 16 μm gewählt; es sind aber auch beliebige andere Kombinatinen der Schicht¬ dicke und der Doppelbrechung der Kompensationsschicht möglich. Die Verwendung des gleichen Flüssigkristalls hat den Vorteil, daß die angesteuerte Flüssigkristallschicht und die Kompensationsschicht dieselbe Dispersion und dieselbe Tempe¬ raturabhängigkeit von Doppelbrechung und Dispersion aufwei¬ sen. Die Anordnung der Fig. 17 befindet sich zwischen 2 Polarisatoren, wobei der Winkel ψ, den der vordere Polarisa¬ tor mit der Orientierungsrichtung der Direktoren der nemati- sehen Flüssigkristallmoleküle auf der obersten Substratplatte bildet, 45° beträgt. Der hintere Polarisator ist gegenüber dem vorderen um 90° gedreht. In Fig. 18 ist für dieses erfindungs¬ gemäße System die Transmission als Funktion der Doppelbre¬ chung Δn der angesteuerten Flüssigkristallschicht bei einem in der Ebene gemessenen Winkel (Azimutwinkel) = 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. Ebenso wurde gefunden, daß die Transmission im nicht ange¬ steuerten Zustand im sichtbaren Spektralbereich praktisch nicht von der Wellenlänge des Lichts abhängt.

ERSATZBLATT

Dieses Transmissionsverhalten entspricht dem eines erfin¬ dungsgemäßen Systems mit einer optisch negativen Kompensati¬ onsschicht 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.

Die in Fig. 17 gezeigte Kompensationsschicht besteht aus 8 Zellen mit einer Dicke von 2 μ , welche mit dem gleichen

Flüssigkristall wie die ansteuerbare Flüssigkristallschicht befüllt sind. Eine derartige Anordnung ist jedoch i.a. wegen der hohen Anzahl der benötigten Substrate und Orientierungs¬ schichten in der Praxis nicht bevorzugt, u.z. zum einen wegen des hohen konstruktiven Aufwands bei der Herstellung des

Systems und zum anderen wegen der durch die vielen Glassub¬ strate und Orientierungsschichten deutlich verminderten Gesamttransmission.

Mi Fig. 17 soll aber nur das Prinzip einer derartigen Kom¬ pensationsschicht verdeutlicht werden, und es sind 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 esogene Gruppen entsprechend orientiert sind, und/oder Filme aus isotropem Polymermate¬ rial, die entsprechend axial verstreckt sind, aufeinander gestapelt werden. Flüssigkristallin-polymere Kompensations¬ filme unddurch Verstreckung von thermoplastischen Polymeren erhaltene Kompensationsschichten sind weiter unten kurz beschrieben.

Bei der Approximierung einer optisch negativen Kompensations¬ schicht 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. Die

Kompensationsschichten weisen vorzugsweise eine gerade Anzahl von aufeinanderfolgenden Schichten auf.

Die in den einzelnen Schichten der Kompensationsschicht enthaltenen Flüssigkristallmoleküle bzw. mesogenen Gruppen bei flüssigkristallinen Polymeren können unverdrillt oder verdrillt sein, wobei die Verdrillung vorzugsweise entspre¬ chend der der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht gewählt wird.

Die optische Dicke der Kompensationsschicht beträgt vorzugs¬ weise mindestens das l,5fache und insbesondere mindestens das l,8fache der optischen Dicke der ansteuerbaren Flüssig¬ kristallschicht.

ERSATZBLATT

Die Orientierung der auf die ansteuerbare Flüssigkri¬ stallschicht folgenden ersten Schicht der Kompensations¬ schicht 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 Flüssigkri¬ stallschicht und der benachbarten Schicht der Kompensations¬ schicht in zu Fig. 17 analogen Anordnungen in der Substrat- ebene miteinander bilden, beträgt vorzugsweise zwischen 30° und 150°, insbesondere zwischen 50° und 130° und ganz beson¬ ders im wesentlichen 90° (Fig. 17); bei anderen Anordnungen kann der Fachmann geeignete Orientierungen der parallel orientierten nematischen Moleküle in ansteuerbarer Flüssigkristallschicht und Kompensationsschicht leicht ange¬ ben.

Es hat sich gezeigt, daß optisch negative Kompensations¬ schichten 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 Kompensati¬ onsschicht 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 Schich¬ ten bestehende, insgesamt optisch negative Kompensations¬ schichten 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 ausge¬ setzt wird. Die solcherart induzierte Orientierung läßt sich einfrieren, indem das Polymer bei eingeschaltetem Feld bzw. unter Beibehaltung der mechanischen Spannung unter die Gla¬ stemperatur 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 elektroop¬ tische 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 Flüssigkri¬ stallschicht und für das System aus Fig. lb wird eine optisch negative Kompensationsschicht mit homöotroper Orientierung verwendet, wobei der kleinste Brechungsindex n _min = 1,5000 beträgt und die beiden anderen gleich groß sind und einen Wert von 1,5356 aufweisen. Die Flüssigkristallschicht weist

ERSATZBLATT

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 Ausgangs¬ seite 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. la und lb 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.

Durch Vergleich von Fig. la und lb ergibt sich, daß das System mit der neuen, erfindungsgemäßen Kompensationsschicht eine gute Blickwinkelabhängigkeitdes Kontrastes zeigt. Die Transmissionsprofile sind zwar etwas stärker elliptisch deformiert als die in Fig. la, zeigen jedoch andererseits häufig eine geringere Ausdehnung als die in Fig. la.

Bei der in Fig. lb beschriebenen Anordnung ist die dem klein¬ sten Brechungsindex entsprechende Achse im wesentlichen parallel zu der Elektrodenoberfläche ausgerichtet. Bei dieser Kompensationsmethode erhält man neben der in Fig. lb gezeig¬ ten, guten Blickwinkelabhängigkeit der Transmission ein optimales Sperrverhalten im nichtangesteuerten Zustand.

ERSATZBLATT

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Blickwinkel¬ abhängigkeit des Kontrastes verbessert werden kann, wenn die optisch negative Kompensationsschicht eine gekippte Orientie¬ rung aufweist, d.h. wenn die dem kleinsten Brechungsindex entsprechende Achse einen Winkel τ mit der Elektrodenober¬ fläche 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 Flüssigkristallmoleküle der ansteuerbaren Flüssigkristall¬ schicht, d.h. der optischen Achse der ansteuerbaren Flüssigkristallschicht, und der dem kleinsten Brechungsindes entsprechenden Achse mit zunehmender Spannung zunächst ver¬ ringert, um dann nach Durchlaufen eines Minimums (Nulldurch- gang) wieder größer zu werden.

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 = 550 nm und bei einer dem l,lfachen der Schwellenspannung entsprechenden Spannung (U/U ₀ = 1.1) als Funktion des in der

Display-Ebene gemessenen Blickwinkels mit dem von der Norma- len 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 Brechungsin¬ dex 1,500 beträgt, während die beiden anderen 1,5527 sind, besteht aus 8 optisch positiven Schichten von 1 μ 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 klein¬ sten 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 Trans¬ mission 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 Blickwin¬ kelabhängigkeit des Kontrastes durch die gekippte Orientie¬ rung 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.

Elektrooptische Systeme, welche eine ansteuerbare nematische Flüssigkristallschicht mit 0° ≤ ß < 100° und insbesondere 0 < ß < 90° und eine optisch negative, gekippt orientierte Ko pen-

ERSATZBLATT

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.

Diese Systeme sind durch ausgzeeichnete Eigenschaften gekenn¬ zeichnet 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 ver¬ drillter nematischer ansteuerbarer Flüssigkristallschicht erhalten. Die Kompensationsschicht kann auf scheibenförmigen Molekülen wie z.B. Diskoten beruhen oder auf anderen biaxia¬ len bzw. uniaxialen, optisch negativen Kompensationsschich- ten. 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 Polyethylente- rephthalat basieren und axial mit der gewünschten Orientie¬ rung ausgerichtet werden; derartige Filme sind z.B. in EP 0,315,484 angegeben.

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 Kompensations¬ schicht, 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-Sy- ste e bezeichnet werden (low twisted ne atic) sind neu, bevorzugt und Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme mit einer ECB- Flüssigkristallschicht weisen eine oder mehrere Kompensa- tionsschichten, insbesondere jedoch eine Kompensationsschicht auf, welche auf thermoplastischen Polymeren, niedermolekula¬ ren Flüssigkristallen und/oder flüssigkristallinen Polymeren basiert. Derartige Kompensationsschichten sind in der Litea- tur ausführlich beschrieben (z.B. DE 39 11 620, DE 39 19 397, EP 0,240,379 und 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 i die Flüssigkristallschicht und nach Austritt aus dieser mindestens einmal einen Linearpolarisator passiert. Häufig befindet sich auf beiden Seiten des Displays je ein Linearpo¬ larisator; diese bestehen üblicherweise aus Folien, die auf die Substratplatten aufgeklebt werden. Eine derartige Anord- nung kann transmissiv oder auch reflektiv bzw. transflektiv betrieben werden; bei reflektiven bzw. transflektiven Syste¬ men ist hinter dem der Lichtquelle abgewandten Polarisator

ERSATZBLATT

ein Reflektor bzw. ein Reflektor und eine zusätzliche 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 Vorrich¬ tung, 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. insbeson¬ dere für Projektionsdisplays interessant.

Der bisher beschriebene Aufbau der erfindungsgemäßen elektro- optischen 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 elektro- optischen 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 Errei¬ chung 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-

ERSATZBLATT

vorrichtung auf der der Lichtquelle zugewandten Seite mit der Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle auf der Substra¬ toberfläche bildet, optimiert ist. Dabei gilt für ψ, wenn sich auf der Eingangs- und Ausgangsseite je eine Polarisa- tionsvorrichtung befindet

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 Eingangs¬ seite und der Ausgangsseite auch vertauscht sein können, oder, wenn nur eine Polarisationsvorrichtung auf der Ein- gangsseite vorhanden ist

30° < ψ < 70° für 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 Ver¬ drillungswinkel ß - 22,5° und eine Schichtdicke von 8 μ 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 aufge¬ tragen. Es wird eine nicht kompensierte TN-Zelle betrachtet, da die Transmission für eine eine Kompensationsschicht auf¬ weisende TN-Zelle bei gekreuzten Polarisatoren im nicht angesteuerten Zustand unabhängig von der optischen Anisotro¬ pie Δn minimal ist und die Transmission eines kompensierten Systems wesentlich von der Transmission der nichtangesteuer- ten Kompensationsschicht abhängt.

ERSATZBLATT

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

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 optima¬ len Wert ψo _p t. etwa um 2 % verringerte Transmission.

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.

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 elektro¬ optische Systeme mit den folgenden Parameterkombinationen:

Parameter- ß d/μin Δn ψ kombination

1 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 < 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 μ , 0,045 < Δn < 0,055 und ß = 22,5°, 45° < ψ < 60° oder ß = 45°, 50° < ψ < 60 oder ß = 80°, 60° < ψ < 85°.

Im folgenden werden erfindungsgemäße Systeme mit 2 Polarisa¬ tionsvorrichtungen für die ψ durch die Gleichungen (1) bzw. (2) gegeben ist, detailliert beschrieben.

In Fig. 4a wird die Transmission I für eine Wellenlänge λ = 550 nm als Funktion des in der Displayebene gemessenen Blick¬ winkels 0 mit dem von der Normalen der Displayebene aus gemessenen Beobachtungs inke1 Θ als Parameter für ein herkömmliches TN-Display und ein elektrooptisches System gemäß der vorliegenden ERfindung mit optisch positiver Kom¬ pensationsschicht 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 μ und der Pretiltwinkel ist 1°.

Es werden 2 parallel angeordnete Polarisationsfolien verwen- det, so daß das Display im nicht angesteuerten Zustand trans¬ parent 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 Ko pensations- Schicht wird eine weitere TN-Schicht mit einem Twistwinkel

ERSATZBLATT

von ß' = -22,5° benutzt. Der Winkel ψ, den der vordere Pola¬ risator 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 zur

Informationsdarstellung benutzten TN-Schicht beträgt 8 μm und der Pretiltwinkel ist 1°.

Die an die herkömmlichen TN-Zelle bzw. das erfindungsgemäße System angelegten Spannungen sind mit U/U ₀ = 1,1 bzw. U/U _D =

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 Beobachtungs¬ winkeln 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 Abweichun¬ gen ein Maß für die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes ist, kann aus Fig. 4a abgelesen werden, daß die erfindungs¬ gemäßen elektrooptischen Systeme eine gegenüber herkömmlichen TN-Zellen verbesserte Winkelabhängigkeit des Kontrastes aufweisen.

In Fig. 4b ist die Abhängigkeit der Transmission vom Blick¬ winkel 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 Span- nungen mit U/Uo = 1,18 bzw. 1,3 so gewählt sind, daß bei senkrechter Beobachtung (θ = 0°) für alle Beobachtungswinkel

0 eine Transmission von 0,45 resultiert. Auch hier zeigt sieht, daß die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme eine geringer Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes aufwei¬ sen als herkömmliche TN-Zellen.

In Fig. 6 und 7 ist die Transmission als Funktion des Blick¬ winkels 0 mit Θ als Parameter für die bei Fig. 4a beschriebe¬ nen Zellen für 2 verschiedene Wellenlängen λ = 450 nm und λ = 650 nm gezeigt, wobei die an den beiden Zellen anliegenden Spannungen mit U/U ₀ = 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 resul¬ tiert. Ein Vergleich der für die beiden Zellen erhaltenen Transmissionslinien zeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung für λ = 650 nm eine deutlich geringere Blickwinkel¬ abhängigkeit des Kontrastes zeigt, während für λ = 450 nm für Θ = 10° eine schlechtere und für Θ = 45° eine bessere Trans¬ missionslinie beobachtet wird. Insgesamt sind die erfindungs¬ gemäßen elektrooptischen Systeme somit auch durch eine bes- sere Blickwinkelabhängigkeit der Farbwerte gekennzeichnet.

Die Abhängigkeit der Transmission I und/oder Blickwinkel¬ abhängigkeit des Kontrastes von der Wellenlänge des Lichtes kann dadurch vermindert oder sogar weitgehend kompensiert werden, daß zur Beleuchtung des Systems eine Lampe mit geeig¬ neter Spektralverteilung verwendet wird. Die SpektralVertei¬ lung des von der Lampe emitierten Lichts kann z.B. durch geeignete Wahl der Phosphore beeinflußt und an die Wel¬ lenlängenabhängigkeit der Transmission angepaßt werden, wobei die .Intensität des Lampenlichts etwa in Wellenlängenberei¬ chen, in denen das System eine hohe Transmission zeigt.

geschwächt wird und umgekehrt. Erfindungsgemäße elektroopti¬ sche Systeme, für die die Lampe eine solche SpektralVertei¬ lung aufweist, daß die Abhängigkeit der Transmission und/oder der Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes möglichst gering ist, sind bevorzugt und Gegenstand dieser Erfindung.

In den Fig. 8a und 8b ist die Blickwinkelabhängigkeit der Transmission bei einer Wellenlänge λ = 550 nm für 2 verschie¬ dene Zellen gezeigt, die im wesentlichen den bei Fig. 4a beschriebenen Zellen entsprechen; die herkömmliche Zelle ist jedoch zusätzlich mit einer auf einem nematischen Flüssigkristall basierenden Kompensationsschicht mit ß' = -90° versehen.

In Fig. 8a sind die an die herkömmliche Zele bzw. die erfin¬ dungsgemäße Zelle gelegten Spannungen mit U/U ₀ = 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/U _D =

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.

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 ECB-Flüssigkristallschieht gezeigt. Die ECB-Flüssigkri- stallschicht 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 al-a4 bezeichnet. Herkömmliche, unverdrillte ECB-Dis- plays 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 Polarisatorkonfi¬ gurationen gezeigt. Daraus ergibt sich, daß die erfindungs¬ gemäßen elektrooptischen Systeme mit einer optimierten Pola¬ risatorkonfiguration eine deutlich höhere Transmisson aufwei- sen als Systeme mit herkömmlicher Orientierung der Polarisa¬ toren. Dagegen spielt eine Vertrauschung der Orientierung von Analysator und Polarisator kaum eine Rolle, wie ein Vergleich der elektrooptischen Kennlinien al und a3 bzw. a2 und a4 zeigt.

Ein noch wesentlicher stärkerer Unterschied in der Transmis¬ sion 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 zusammenpas¬ send dargestellt und mit bl-b4 bezeichnet; bl bzw. b3 sind die herkömmlichen und b2 und b4 die gemäß der vorliegenden Erfindung optimierten Polarisatorkonfigurationen, wobei

ERSATZBLATT

jeweils die Anordnung von Polarisator und Analysator ver¬ tauscht ist. Während bei herkömmlicher Anordnung ein dunkles Display resultiert, findet man bei optimierter Polarisator¬ konfiguration günstige Werte für die Transmission.

Die erfindungsgemäßen ECB-Systeme sind weiter durch günstige Werte für die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes gekenn¬ zeichnet, wobei i.a. die Blickwinkelabhängigkeit des Kontra¬ stes nur unwesentlich von der Polarisatorstellung beeinflußt wird.

Die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes kann jedoch sowohl für herkömmliche als auch für erfindungsgemäße ECB-Systeme wesetnlich verbessert werden, wenn der optische Gangunter- schied sowohl der zur Informationsdarstellung benutzten

Flüssigkristallschicht als auch der Kompensationsschicht d ^• Δn < 0,4 μm und insbesondere d • Δn < 0,3 μ gewählt wird. Herkömmliche und erfindungsgemäße ECB-Systeme mit derartigen optischen Gangunterschieden sind bevorzugt und Gegenstand dieser Erfindung.

In Fig. 13 sind Isokontrastkurven für ein herkömmliches kompensiertes ECB-System aufgeführt. Die zur Informationsdar¬ stellung benutzte Flüssigkristallschicht ist unverdrillt und weist ebenso wie die Kompensationsschicht einen optischen Gangunterschied von d • Δn = 0,28 μ auf. Die Schichtdicke der zur Informationsdarstellung benutzten Flüssig¬ kristallschicht 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,

ERSATZBLATT

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 Kon- trasts für das beschriebene herkömmliche System mit d • Δn = 0,28 excellent ist. Die Blickwinkelabhängigkeit ist deutlich besser als die herkömmlicher Systemen mit höherem Gangunter¬ schied von z.B. 0,6 μm < d ^• Δn < 1,0 μm.

In Fig. 14 sind elektrooptische Kennlinien fürein erfindungs¬ gemäßes ECB-System gezeigt, bei dem die ECB-Flüssigkri¬ stallschieht einen Twistwinkel von 22,5° und einen optischen Gangunterschied von d ^• Δn = 0,28 μm aufweist. Als Kompensa¬ tionsschicht wird z.B. eine einachsige, optisch negative Poymerfolie verwendet. Die in Fig. 14 mit a2 bezeichnete elektrooptische Kennlinie wird bei einer optimierten Polari¬ satorstellung mit ψ = 56,25° erhalten, während die Kurve al der herkömmlihen Polarisatoranordnung entspricht. Die Isokon¬ trastlinien für das optimierte System sind in Fig. 15 gezeigt. Ein Vergleich mit den in Fig. 16 wiedergegebenen

Isokontrastlinien für das bei Fig. 9 beschriebene System mit der Polarisaotrkonfiguration a2 zeigt, daß die Blickwin- kelabängigkeit des Kontrasts durch Verringerung des optischen Gangunterschieds d ^• Δn deutlich verbessert werden kann. 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 Grautönen erleichtert ist.

ERSATZBLÄTT

Auch bei erfindungsgemäßen ECB-Systemen mit höherem Verdril¬ lungswinkel von z.B. ß = 90° wird eine deutliche Verbesserung der Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts beobachtet, wenn der optische Gangunterschied der ECB-Schicht klein ist.

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 Blickwinkelun- abhängigkeit des Kontrast und/oder der Farbwerte aus, so daß ihnen eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zukommt.

ERSATZBLAT

Zu Figur 1 a) Twistwinkel ß = 22,5 Pretilt- inkel - = 1 °

Dicke der Flüssigkristallschicht und Kompensationsschicht jeweils 8 μm

Beobachtungswinkel θ 10 Grad x 45 Grad

Δ. 20 Grad ° 60 Grad

+ 30 Grad 80 Grad

b) Twistwinkel ß = 22,5 Pretilt-Winkel < ₀ = 1°

Dicke der Flüssigkristallschicht und Kompensationsschicht jeweils 8 pm

Beobachtungswinkel θ o 10 Grad x 45 Grad

Δ 20 Grad O 60 Grad

+ 30 Grad V 80 Grad

ERSATZBLATT

Zu Figur 2

1 Lichtquelle

2 Spiegel

3 McNeil Prisma 4 Flüssigkristall-Zelle 5 Projektionslinsen

ERSATZBLATT ISA/EP

Zu Figur 3

Twistwinkel ß = 22,5 Pretilt-Winkel *> = 1° θ = 0*0 = 0° Wellenlänge Λ= 550 nm

Winkel

(interne Kennzeichnung: 04.10.89; STAT 157 DAT; TOKI 01.PL)

ERSATZBLATT ISA/EP

Zu Figur 4

TRANSMISSION=f (Θ,φ) Twist-90°, oL ₀ = r, d/p = 0.25 Twist-22,5°, ,) = 1°, d/p = 0.0625

a) 1 herkömmliches TN-Display Schichtdicke 8 μm Twistwinkel ß = 90°

Winkel Ψ = 0°, Polarisator und Analysator sind paralell Flüssigkristallschicht: U/U = 1.1 Wellenlänge λ = 550 nm

2 erfindungsgemäßes Display Schichtdicke 8 um Twistwinkel ß = 22,5° Winkel Y = 56,25° Flüssigkristallschicht: U/U = 1.15 Kompensationsschicht U/U = 0 Wellenlänge Λ = 550 nm

Beobachtungswinkel θ o = 10 Grad x = 45 Grad b) 1 herkömmliches TN-Display Schichtdicke 8 μm Twistwinkel ß = 90°

Winkel f = 0°, Polarisator und Analysator sind paralell Flüssigkristallschicht: U/U = 1.18 Wellenlänge λ = 550 nm 2 erfindungsgemäßes Display Schichtdicke 8 μm Twistwinkel ß = 22,5° Winkel = 56,25°

Flüssigkristallschicht: U/U = 1.3 Kompensationsschicht U/U = 0

Wellenlänge Λ = 550 nm

Beobachtungswinkel θ o = 10 Grad x = 45 Grad

ERSATZBLATT ISA/EP

igur 5

Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der TN-Flüssigkristallschicht Obere Polarisationsvorrichtung Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der TN-Flüssigkristallschicht benachbarten Substratplatte der Kompensationsschicht Untere Polarisationsvorrichtung

ERSATZBLATT

Zu Figur 6

a) 1 herkömmliches TN-Display Schichtdicke 8 um Twistwinkel ß = 90 Winkel V = 0, Polarisator und Analysator sind paralell

Flüssigkristallschicht: U/U = 1.18 Wellenlänge λ = 450 nm

2 erfindungsgemäßes Display Schichtdicke 8 um Twistwinkel ß = 22,5 Winkel Υ = 56,25

Flüssigkristallschicht: U/U = 1.3 Kompensationsschicht: U/U = 0

Wellenlänge Λ = 450 nm

ERSATZB ATT

Zu Figur 7

1 herkömmliches TN-Display Schichtdicke 8 μm Twistwinkel ß = 90° Winkel = 0°, Polarisator und Analysator sind paralell Flüssigkristallschicht: U/U _Q = 1,18 Wellenlänge λ = 650 nm

2 erfindungsgemäßes Display Schichtdicke 8 μm Twistwinkel ß = 22,5° Winkel T ^* = 56,25°

Flüssigkristallschicht: U/U = 1.3 Kompensationsschicht: U/U = 0

Wellenlänge λ = 650 nm

Beobachtunqswinkel θ o = 10 Grad Δ = 45 Grad

ERSÄΓZBLÄΓT

a ) 1 herkömmliches TN-Display

Schichtdicke 8 μm

Twistwinkel ß = 90° Winkel = 0°, Polarisator und Analysator sind gekreuzt

Flüssigkristallschicht: U/U = 1.1

Kompensationsschicht: U/U = 0

Wellenlänge Λ= 550 nm 2 erfindungsgemäßes Display Schichtdicke 8 um

Twistwinkel ß = 22,5°

Winkelt = 56,25°

Flüssigkristallschicht: U/U _Q = 1.15

Kompensationsschicht U/U = 0 Wellenlänge = 550 nm

Beobachtungswinkel e ~ o = 10 Grad Δ = 45 Grad b) 1 herkömmliches TN-Display Schichtdicke 8 μm

Twistwinkel ß = 90°

Winkel T = 0°, Polarisator und Analysator sind gekreuzt

Flüssigkristallschicht: U/U = 1.2

Kompensationsschicht: U/U = 0 Wellenlänge Λ = 550 nm

2 erfindungsgemäßes Display

Schichtdicke 8 μm

Twistwinkel ß = 22,5°

Winkelf = 56,25° Flüssigkristallschicht: U/U = 1.3

Kompensationsschicht U/U = 0

Wellenlänge = 550 nm

Beobachtungswinkel θ o = 10 Grad Δ= 45 Grad

ERSATZBLÄΓT

Zu Figur 10 oben: Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an den Substratplatten der ECB-Schicht

1 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Substratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht

2 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der oberen Substratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht a1 , a2, a3, a4: Polarisatorkonfiquration Winkel V

Zu Figur 12 oben: Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an den Substratplatten der ECB-Schicht

1 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der unteren Sub¬ stratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht

2 Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der oberen Sub- stratplatte der ECB-Flüssigkristallschieht b1 , b2, b3, b4: Polarisatorkonfiquration Winkel ψ

ERSATZBLATT

Zu Fig. 13

Kontrast (589 nm) 5.000

--- 10.000 -A- 20.000

-*- 30.000 40.000

Zu Fig. 15

Kontrast (589 nm) 5.000

-©- 10.000 - r 20.000 - - 30.000 40.000

Min. ( ₀ ) - 0.04690

Max. ( _x ) = 2603.25561

Zu Fig. 16

Kontrast (589 nm) 5.000 -θ- 10.000

-£r 20.000 40.000

ER6ÄTZBLATT

Zu Fig. 17

Approximierung einer optisch negativen Kompensations¬ schicht durch einen Stapel optisch positiver, unterschied¬ lich orientierter Flüssigkristallschichten

I ansteuerbare Flüssigkristallschicht T istwinkel ß = 0° homogene Orientierung ( > - 1") Dicke < - 8 μm

II Kompensationsschicht 1,3,5,7: Twistwinkel ß = 0' homogene Orientierung ( = 1") Dicke ol= 2 μm

2,4,6,8: homöotrope Orientierung (« = 89") Twistwinkel ß = 0' Dicke <t= μm

Zu 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

ERSATZBLATT

21 NOV 19

ansteuerbare Flüssigkristallschicht: Twistwinkel ß = 0"

Pretiltwinkel <*-- = 1 ^* Dicke d - 8 μm

Kompensationsschicht: Aufbau wie bei Fig. 17

Dicke der einzelnen Schichten c_.= 1 μm Winkel Υ = 45" Winkel ψ = 135 ^* Wellenlänge Λ = 550 nm

Beobachtungswinkel θ 0 = 0 Grad A = 10 Grad + •- 20 Grad - 30 Grad O = 45 Grad V - 60 Grad ■ « 80 Grad

Zu Fig. 19

Erfindungsgemäßes System mit gekippt orientierter, optisch negativer Kompensationsschicht ansteuerbare Flüssigkristallschicht: Twistwinkel ß = 0' homogene Orien¬ tierung («6= 1 ^* ) (L - 8 μm U/Uo = 1,1

ERSATZB ATT

Kompensationsschicht: Winkel ^ = 15'

Dicke 4, = 8 μm

Twistwinkel ß = 180" ^min = 1,5000, die beiden anderen Brechungsindices jeweils 1,5527 Winkel Υ = 45 ^* Wellenlänge Λ = 550 nm

Beobachtungswinkel 6 O = 10 Grad Δ -- 20 Grad -f = 30 Grad X = 45 Grad O - 60 Grad = 80 Grad

Zu Fig. 20

wie bei Fig. 19, wobei jedoch für die ansteuerbare Flüssig¬ kristallschicht U/Uo = 1.3 gewählt ist.

Beobachtungswinkel 9 O = 10 Grad Δ = 20 Grad + = 30 Grad X = 45 Grad O = 60 Grad V = 80 Grad

Zu Fig. 21

Elektrooptische Kennlinie für das bei Fig. 19 beschriebene elektrooptische System.

ERSATZBLATT