DE2364951B2 - Anzeigevorrichtung mit elektrooptischen Modulationseinrichtungen - Google Patents
Anzeigevorrichtung mit elektrooptischen ModulationseinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit elektrooptischen Modulationseinrichtungen, die mit
polarisiertem Licht beleuchtet sind, mit einer Linearpolarisationseinrichtung, die beobachtungsseitig das aus
den Modulationseinrichtungen kommende Licht empfängt, und mit einer Streueinrichtung, auf die das aus der
einen Linearpolarisationseinrichtung austretende polarisierte Licht trifft.
Es ist bekannt, daß die elektrooptischen Anzeigevorrichtungen im Gegensatz zu Anzeigevorrichtungen, die
selbst Licht erzeugen, wie beispielsweise Kathodenstrahlröhren, Entladungsröhren und Elektrolumineszenzdioden,
das durchgelassene oder reflektierte Licht modulieren, das aus einer äußeren Lichtquelle kommt.
Die meisten dieser elektrooptischen Vorrichtungen arbeiten mit polarisiertem Licht. Für viele von ihnen ist
das eine zwangsläufige, an ihr Arbeitsprinzip gebundene Bedingung, wie z. B. bei Vorrichtungen, bei welchen eine
dünne Materialschicht einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, welches entweder ihre Doppelbrechung
(K.D,P7 nematische Flüssigkristalle) oder ihr Drehvermögen
(cholesterische Flüssigkristalle mit Wendelstruktur)
verändert, Bei anderen Vorrichtungen, wie bejspielsweise den Flüssigkristallen, bei welchen das
Phänomen der dynamischen Streuung ausgenutzt wird, gestattet das Arbeiten mit polarisiertem Licht, auf
einfache Weise den Konirast zu steigern. In dem einen
Fall wie in dem anderen wird die dünne elektrooptische
ίο Schicht mit linear polarisiertem Licht beleuchtet,
entweder durch einen Laser oder, allgemeiner, durch eine klassische natürliche Lichtquelle, die mit einem
Polarisator verbunden ist Das von der dünnen Platte kommende Licht erreicht das Auge des Beobachters,
nachdem es einen als Analysator dienenden Polarisator durchquert hat
Bei den meisten derartigen Vorrichtungen muß der Modulator mit parallelem Licht beleuchtet werden, was
den Winkel begrenzt, unter welchem er sichtbar ist Es ist möglich, diesen Nachteil zu beseitigen, indem
zwischen dem Beobachter und dem Ausgangspolarisator ein Streuschirm angeordnet wird. Eine solche
Anzeigevorrichtung ist aus der DE-OS 2119 339
bekannt Nun ergibt sich durch den Streuschirm jedoch ein Verlust an Kontrast der umso erheblicher ist, je
höher das Niveau der Umgebungsbeleuchtung ist Tatsächlich empfängt das Auge des Beobachters nun
einen dem aus dem Modulator kommenden Licht überlagerten erheblichen Teil des Umgebungslichtes,
welches durch den Streuschirm rückgestreut wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigeeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der
durch die Streuscheibe verursachte Kontrastverlust stark reduziert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Anzeigevorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet daß das
Licht nach Durchstrahlen der Streueinrichtung auf eine weitere Linearpolarisationseinrichtubg' rifft, die mit der
Streueinrichtung verbunden und so gerichtet ist, daß sie das austretende Licht ungehindert hindurchläßt Durch
die weitere Polarisationseinrichtung wird das auf die Streuscheibe auftreffende und durch diese Polarisationseinrichtung
wieder austretende Umgebungslicht stark gedämpft während das polarisierte Licht aus der
Modulationseinrichtiing ungehindert durchgelassen wird.
Eine weitere Schwächung des Kontrastverlustes wird durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
dadurch erreicht, daß zwei Phasenverschiebungseinrich-
hingen mit der einen bzw. der weiteren Linearpolarisatior.seinrichtung
verbunden sind, die jeweils zwischen zwei bevorrechtigten zueinander senkrechten Schwingungsrichtungen
einen optischen Gangunterschied einführen, der gleich einem ungeraden Vielfachen eines
Viertels der mittleren Wellenlänge des polarisierten Lichts ist, daß die bevorrechtigten Schwingungsrichtungen
jeweils mit der Polarisationsrichtung ihrer jeweils zugeordneten Linearpolarisationseinrichtung einen
Winkel von 45° bilden, und daß die beiden Phasenver-
6« Schiebungseinrichtungen zwischen der einen Linearpolarisationseinrichtung
und der Streueinrichtung bzw. zwischen der Streueinrichtung und der weiteren Linearpolarisationseinrichtung angeordnet sind.
Die Erfindung und die Vorteile, die sie bietet, werden
Die Erfindung und die Vorteile, die sie bietet, werden
h> anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen
besser verständlich. Es zeigt
F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin-
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin-
F i g. 3 und 4 eine Weiterbildung der in den Fig, 1 und
2 dargestellten Vorrichtungen, und
Fig,5 eine Anordnung zur Erläuterung der Wirkungsweise
der in den Fig,3 und 4 dargestellten
Vorrichtungen.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der elektrooptischen
Anzeigevorrichtung nach der Erfindung, und zwar für den Fall, daß der Modulator der Vorrichtung direkt
betrachtet wird. .·· '
F t g. 1 zeigt eine natürliches Licht aussendende Lichtquelle 1, die im Brennpunkt einer linse 10
angeordnet ist, von der ein paralleles Lichtbündel 11 ausgeht Auf dem Weg dieses Bündels sind ein erster
Polarisator 21 und eine dünne Schicht 3 aus einem elektrooptischen Material angeordnet, die auf ihren
beiden Stirnflächen mit zwei durchsichtigen Elektroden 31 und 32 versehen ist, die mit einem Generator 30, der
eine variable Spannung erzeugt, elektrisch verbunden sind. Das parallele Bündel trifft danach auf eben
zweiten Polarisator 22, einen Streuschirm 4 and einen dritten Polarisator 23, der parallel zu dem Polarisator 22
orientiert ist
Die aus der dünnen Schicht 3, ihren Elektroden 31 und
32, dem Generator 30 und dem Polarisator 22 bestehende Anordnung bildet einen elektrooptischen
Modulator herkömmlicher Art Damit der Modulator richtig arbeitet, muß er mit linear polarisiertem Licht
beleuchtet werden. Er ist deshalb außerdem entweder mit einer Laserlichtquelle, die ein solches Licht direkt
aussendet oder, wie in F i g. 1 gezeigt mit einer Quelle natürlichen bzw. weißen oder monochromatischen
Lichts verbunden, die ihrerseits mit einem Linearpolarisator verbunden ist
Die dünne Schicht 3 kann aus einem geeigneten kristallinen, festen Material, beispielsweise aus KDP,
oder aus einer dünnen Schicht aus cholesterischem, smektischem oder nematischem Flüssigkristall gebildet
sein und einen elektrooptischen Effekt ins Spiel bringen, wie etwa die Doppelbrechung, das Drehvermögen oder
die dynamische Streuung.
Die transparenten Elektroden 31 und 32, die beispielsweise durch Zinnoxidüberzüge gebildet sind,
haben die Form des Symbols, das die Vorrichtung anzeigen soll. Durch Anlegen der von dem Generator 30
geliefeiten Spannung erscheint dieses Symbol gemäß der Art der Quelle, dem verwendeten elektrooptischen
Effekt und der gegenseitigen Orientierung der Polarisatoren 21 und 22 hell auf dunklem Hintergrund, dunkel
auf hellem Hintergrund oder andersfarbig als der Hintergrund. Die eine der Elektroden kann auch
gleichförmig sein. Andere, aufwendigere herkömmliche Vorrichtungen können den elektrooptischen Modulator
in Fig. 1 ersetzen; beispielsweise kann eine der Stirnflächen der dünnen Schicht 3 verschiedene
Elektroden aufweisen, deren Kombination das Anzeigen verschiedener Symbole gestattet Jede Stirnfläche
der dünnen Schicht kann auch einen Satz von Elektroden in Form von parallelen, in regelmäßigen
Abständen angeordneten Streifen tragen, wobei die beiden Sätze zueinander senkrecht sind. Zum Anzeigen
mehrerer Symbole mit demselben Modulator ist es auch möglich, mehrere Elektroden, von denen jede eines der
Symbole darstellt, zu überlagern, indem sie durch eine dünne Schicht eines Dielektrikums gegeneinander
isoliert werden.
An dem Ausgang des Polarisators 22 bleibt das Lichtbündel ein parallele" Bündel. Das Beobachtungsfeld der Vorrichtung ist folglich umso begrenzter, je
besser die Parallelität des Bündels 11 ist Es ist bekannt,
zur Überwindung dieser Schwierigkeit die Vorrichtung durch einen Streuschirm 4 zu vervollständigen, auf
s welchem aufgrund der Parallelität des Bündels U die
durch den Modulator angezeigten Symbole inv Schattenbild erscheinen. Wenn jedoch der Streuschirm'4 in
Gegenwart einer Umgebungsbeleuchtung betrachtet wird, erfolgt durch ihn eine Rückstreuung eines Teils des
to Umgebungslichts auf das Auge des Betrachters, wodurch der Kontrast zwischen den angezeigten
wird.
des Umgebungslichts sehr wesentlich zu verringern, besteht darin, dem Streuschirm 4 den Polarisator 23
zuzuordnen, der parallel zu dem Polarisator 22 orientiert ist Das Umgebungslicht, welches natürliches,
nicht polarisiertes Licht ist, wird nur, ^ ar dem Erreichen
des Streuschirm:. 4 zur Hälfte gedämpft, -ind zwar unter
der Voraussetzung, daß die Absorption des Polarisators bei der Polarisation des Lichts, das er durchläßt Null ist
dichroii'schen Polarisatoren der Fall ist eine nicht
vernachlässigbare Absorption A aufweist wird das von dem Streuschirm 4 empfangene Umgebungslicht um
einen Wert 0,5 χ (1 — A) gedämpft Dagegen durchqueren
das aus dem Modulator kommende licht dessen durch den Polarisator 22 vorgegebene Richtung der
Linearpolarisation zu der Polarisationsrichtung des Polarisators 23 parallel ist sowie das durch den
Streuschirm 4 rückgestreute Umgebungslicht den Polarisator 23 ohne Dämpfung, wenn derselbe ideal ist
und mit der Dämpfung (1 — A), wenn seine Absorption von Null verschieden ist
Für das Auge des Betrachters wird durch das Vorhandensein des Polarisators 23 das am. dem
Modulator stammende Licht um einen Faktor (I — A) und das rückgestreute Umgebungslicht um einen Faktor
0^t-A)2 gedämpft.
Zur Erleichterung des Verständnisses sind die Elemente 3, 22 und 4 in F i g. 1 voneinander entfernt
angeordnet dargestellt In der Praxis sind diese verschiedenen Elemente so eng wie möglich aneinander
gefügt damit kein genau paralleles Beleuchtungsbündel verwendet zu werden braucht und sich trotzdem eine
gute Konturzeichnung der angezeigten Symbole ergibt Der Streuschirm 4 ist derart gewählt daß die
Polarisation des Lichts, welches er durchläßt so wenig wie möglich verändert wird, und er wird bei Bedarf
derart in bezug auf die Polarisatoren 22 und 23 orien';ert, daß er das Maximum des aus dem Modulator
kommenden Lichts durchläßt Um die Reflexion des Umgebungslichts auf der Stirnfläche des Poia-isators 23
in Hinblick auf den Betrachter zu vermeiden, kann dieselbe reflexmir.dernd behandelt oder mattiert sein.
Die oben beschriebene Verbindung eines Linearpolarisators und eines Streuschirms ist bei einer Zeichenanzeigevorrichtung
unter Ausnutzung der Doppelbrechungseigenschaften
von nematischen Flüssigkristallen, die einem elektrischen Feld ausgesetzt sina, angewendet
worden. Sie gestattet, bei Vorhandensein einer Umgebungsbeleuchtungsstärke von 12 000 Lux die Anzeige
mit einer nutzbaren Beleuchtungsstärke, die 1500 Lux
bj nicht überschreitet, vollständig sichtbar zu machen.
F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispie! der
Erfindung, bei welchem das aus dem Modulator kommende Licht durch eine Optik auf Jen Streuschirm
4 projiziert wird. In dieser Figur finden sich die gleichen
Elemente wieder, denen die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 entsprechen. Fig. 2 zeigt außerdem ein
Objektiv 5, welches die Schicht 3 auf den Streuschirm 4 abbildet. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist im
übrigen in jeder Hinsicht mit der der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung identisch.
Die Fig.3 und 4 zeigen Weiterbildungen der in den
Fig. 1 und 2dargestellten Vorrichtungen. Es finden sich
darin unter den gleichen Bezugszahlen die gleichen Elemente wieder. Außerdem erkennt man darin eine
Viertelwelienlänge-Platte 61, die zwischen dem Polarisator 22 und dem Streuschirm 4 angeordnet ist, und eine
weitere Viertelwellenlänge-Platte 62, die zwischen dem
Streuschirm 4 und dem Polarisator 23 angeordnet ist. im Gegensatz zu den Fi g. 1 und 2 ist die Orientierung des
Polarisators 23 mit Bezug auf den Polarisator 22 beliebig. Die Orientierungen der Viertelwellenlänge-Platten
in bezug auf die Polarisatoren sind für einen Betrachter, der die Vorrichtung von der Quelle 1 her
betrachtet, so, daß er die Polarisationsrichtung des Polarisators 22 um einen Winkel von —45° im Winkelbzw,
trigonometrischen Sinn drehen müßte, um sie mit der Achse der geringeren Lichtgeschwindigkeit der
Viertelwellenlänge-Platte 61 in Übereinstimmung bzw. Koinzidenz zu bringen, und er müßte die Polarisationsrichtung des Polarisators 23 um einen Winkel von +45°
drehen, um sie mit der Achse der geringeren Lichtgeschwindigkeit der Viertelwellenlänge-Platte 62
in Übereinstimmung bzw. Koinzidenz zu bringen.
Die Verbindung eines Linearpolarisators und einer Viertelwellenlänge-Platte, deren neutrale Linien mit der
Polarisationsrichtung des Polarisators einen Winkel von 45° einschließen, bildet einen Zirkularpolarisator, der
aus einem natürlichen oder linear polarisierten Licht ein zirkulär polarisiertes Licht herstellt. Dieses Licht ist
rechts-zirkular polarisiert oder links-zirkular polarisiert,
je nachdem, ob der Winkel von 45°, um den man die Polarisationsrichtung drehen muß, um sie mit der Achse
der geringeren Lichtgeschwindigkeit in Übereinstimmung zu bringen, negativ oder positiv ist. Ein
Zirkularpolarisator, der ein zirkulär polarisiertes Licht eines Vorzeichens liefert, läßt dieses Licht vollständig
durch. Dagegen löscht er das polarisierte Licht mit entgegengesetztem Vorzeichen vollständig aus.
Wie Fig.5 zeigt, wird das linear polarisierte Licht,
welches aus der elektrooptischen Schicht 3 kommt und von dem Linearpolarisator 22 durchgelassen wird, durch
die Viertelwellenlänge-Platte 61 in rechts-zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Dieses Licht, welches
nach dem Durchqueren des Streuschirms 4 seinen Drehsinn beibehält, ist nach dem Durchqueren der
Viertelwellenlänge-Platte 62 erneut umgeformt, und zwar in ein parallel zu der Polarisationsrichtung des
Linearpolarisators 23 linear polarisiertes Licht. Das aus dem Modulator kommende Licht wird folglich vollständig
zu dem Auge des Betrachters übertragen.
Dagegen muß das Umgebungslicht vor dem Erreichen des Streuschirms 4 ein erstes Mal den Polarisator
23 und die Viertelwellenlänge-Platte 62 durchqueren. Nach der Rückstreuung durchquert es von neuem die
Viertelwellenlänge-Platte 62 und wird durch den Polarisator 23 gesperrt. Der durch den Polarisator 23
und die Viertelwellenlänge-Platte 62 gebildete Zirkularpolarisator
erzeugt nämlich aus dem Umgebungslicht "> ein rechts-zirkular polarisiertes Licht. Nun kehrt aber
ein zirkulär polarisiertes Licht bei der Reflexion seine Fortpflanzungsrichtung um und behält dabei seinen
Drehsinn bei. Das rechts-zirkular polarisierte Licht wird deshalb nach Rückstreuung an dem Streuschirm 4 in ein
ίο links-zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, dessen
Drehsinn deshalb zu dem des aus dem Modulator stammenden gestreuten Lichts entgegengesetzt ist.
Dieses rückgestreute Licht ist nach dem Durchqueren der Viertelwellenlänge-Platte 62 in ein linear polarisier-
n tes Licht unter einem Winkel von 90° zur Linearpolarisation
des aus dem Modulator stammenden Lichts umgewandelt, d. h. unter einem Winkel von 90° zu der
Polarisationsrichtung des Linearpolarisators 23, und wird folglich vollständig aufgefangen.
;o Im Rahmen der Erfindung kann selbstverständlich in
den F i g. 3,4 und 5 die Orientierung der Viertelwellenlänge-Platten
61 und 62 mit Bezug auf die Polarisationsrichtungen der Polarisatoren 22 und 23 geändert
werden, indem diese beiden Platten gleichzeitig um 90°
2> gedreht werden. Die durch das Zusammenfügen des
Linearanalysators und der Viertelwellenlänge-Platte gebildeten Zirkularpolarisatoren liefern nun jeweils ein
links-zirkular polarisiertes Licht anstelle eines rechtszirkular polarisierten Lichts.
to Außerdem ist klar, daß in der in den F i g. 3 und 4
dargestellten Vorrichtungen die eine der Viertelwellenlänge-Platten oder beide gleichzeitig durch Dreiviertelwellenlänge-Platten,
Fünfviertelwellenlänge-Platten, usw. ersetzt werden können, sofern die neutralen Linien
J5 in bezug auf die durch den Linearanalysator vorgegebene
Polarisationsrichtung passend orientiert sind. Es sei diesbezüglich daran erinnert, daß der Drehsinn des von
einem Zirkularpolarisator gelieferten zirkulär polarisierten Lichts unverändert bleibt, wenn man die
Viertelwellenlänge-Platte durch eine (I + 4 k)Viertelwellenlänge-Platte ersetzt, die dieselbe Orientierung
der neutralen Linien hat, oder durch eine (3 + 4 k)Viertelwellenlänge-Platte, deren neutrale Linien unter
einem Winkel von 90° zu der vorhergehenden
Für ein gutes Arbeiten der oben beschriebenen Weiterbildung der Erfindung ist es wesentlich, daß nicht
nur der Streuschirm 4 das Licht, das er zerstreut, nicht depolarisiert, sondern daß er auch gegenüber r'-jm
polarisierten Licht vollständig isotrop ist, damit er nicht das zirkular polarisierte Licht, das er zerstreut oder
rückstreut, in elliptisch polarisiertes Licht umwandelt Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines
solchen Streuschirms beschränkt
Im Rahmen der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung kann ein sehr kompakter Aufbau verwirklicht werden,
indem auf beiden Seiten eines Streublattes rechts-zirkulare
oder links-zirkulare Polarisatoren angebracht
werden, die aus demselben Zirkularpolarisatorbiatt
w) herausgeschnitten sind.
Claims (5)
1. Anzeigevorrichtung mit elektrooptischen Modulationseinrichtungen,
die mit polarisiertem Licht beleuchtet sind, mit einer Linearpolarisationseinrichtung,
die beobachtungsseitig das aus den Modulationseinrichtungen kommende Licht empfängt,
und mit einer^treueinrichtung, auf die das aus
der einen Linearpolarisationseinrichtung austretende po^fisierte Licht trifft, dadurch gekennzeichnet,
daß das Licht nach Durchstrahlen der Streueinrichtung auf eine weitere Linearpolarisationseinrichtung
trifft, die mit der Streueinrichtung verbunden und so gerichtet ist, daß sie das
austretende Licht ungehindert hindurchläßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Polarisationsrichtungen der einen und weiteren Linearpolarisationseinrichtung zueinander
paraUe'cSind.
3. Vorrichtung nach Ansprach ί oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die von der Streueinrichtung abgewandte Stirnfläche der weiteren Linearpolarisationseinrichtung
mit einer reflexmindernden Schicht versehen ist
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Phasenverschiebungseinrichtungen
mit der einen bzw. der weiteren Linearpolarisationseinrichtung verbunden sind, die
jeweils zwischen zwei bevorrechtigten zueinander senkrechten "chwingungsrichtungen einen optischen
Gangunterschied einführen, der gleich einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der mittleren
Wellenlänge des polarisierten Lichts ist, daß die bevorrechtigten Schwingungsricruungen jeweils mit
der Polarisationsrichtung ihrer jeweils zugeordneten Linearpolarisationseinrichtung einen Winkel von
45° bilden, und daß die beiden Phasenverschiebungseinrichtungen zwischen der einen Linearpolarisationseinrichtung
und der Streueinrichtung bzw. zwischen der Streueinrichtung und der weiteren Linearpolarisationseinrichtung angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, gekennzeichnet durch eine optische Projektionseinrichtung,
die das Bild der Modulationseinrichtungen auf die Streueinrichtung projiziert
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