DE3416518A1

DE3416518A1 - Farbdarstellungssystem

Info

Publication number: DE3416518A1
Application number: DE19843416518
Authority: DE
Inventors: Philip J. Portland Oreg. Bos; Philip A. Beaverton Oreg. Johnson jun.
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2184860B; GB8630250D0; GB8411350D0; JPH0656462B2; JPH0534672B2; JPS60196728A; JPH0656464B2; DE3448116C2; JPH03267916A; GB2139778A; FR2545961B1; CA1219692A; JPS59208993A; GB2184860A; GB2139778B; DE3416518C2; NL8401455A; FR2545961A1; US4582396A

Description

STRASSB & STOFFRteGfE-N :

Patentanwälte · European Patent Attorneys J If | Q ζ) | Q

Dlpl.-lng. Joachim Strasee. Mönchen ■ Dipl.-Phys. Dr. Hone-Herbert Stoffregen, Hanau
ZwelbrQekontjtralie 17 ■ D-S(MK) München 2 (Gegenüber dem Patentamt) · Telefon (080) 22 28 9β · Telex β 22 0B4

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TEKTRONIX, Inc. München, 04. Mai 1984

Beaverton, Oregon 97077 str/fs - 14 535

V.St.A.

Farbdarstel1ungssystem

Die Erfindung betrifft veränderliche Farbdarstellungs-Systeme und im besonderen ein elektro-optisches feldsequentielles Farbdarstel1ungs-System, welches einen Hochgeschwindigkeits-Farbschalter mit einer veränderlichen NuI1-Haibwellen-Verzögerungsvorrichtung und pleochroisehen Verzögerungsvorrichtungen aufweist, um ein Bild mit hohem Farbkontrast und hoher Auflösung über einen breiten Bereich von Displaygrößen, beispielsweise einem Bildschirm, vorzusehen.

In feldsequentiellen Displaysystemen mit elektr-o-opti sehen Verschlüssen oder Farbschaltern werden seither die Polarisations-Schalt-Fähigkeiten einer verdrehten,. nematisehen, elektro-optisehen Flüssigkristallzelle mit anisotropisehen, optischen Eigenschaften getrennter optischer Elemente in dem Versuch vereint, ein Display mit einem annehmbaren Farbkontrastverhältnis zu versehen. Die transmissive, verdrehte, nematische Flüssigkristal1zelle ist typischerweise in einer Anordnung von optischen Komponenten, in der die Zelle zwischen zwei gekreuzten Rot- und Grünpolarisationsvorrichtungen und einer neutralen Analysier-Polarisationsvorrichtung nahe dem Betrachter oder Benutzer angeordnet ist, als ein Farbschalter enthalten. Wenn die Absorptionsachse der Analysier-Pol ari sationsvorri chtung mit der Polarisationsachse der Rot-Polarisationsvorrichtung ausgefluchtet ist, verdreht der Flüssigkristall, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist, die Ebene in welcher das polarisierte Licht schwingt, um 90°, so daß beispielsweise nur ein rotes Bild durch die

Analysier-Polarisationsvorrichtung hindurchgeht. Bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes ist die Flüssigkristallzelle "EIN"-geschaltet und läßt das polarisierte Licht ohne (Ver-)drehung hindurchgehen, so daß auf dem Analyseschirm ein grünes Bild erscheint.

Displayvorrichtungen mit verdrehten, nematischen Kristallzellen, die möglicherweise auch für derartige Farbdisplaysysteme verwendet werden können, sind in den U.S.-Patent-Schriften Nr. 4.019.808 und Nr. 4.239.349 offenbart. Farb displaysysteme mit einer verdrehten, nematischen Flüssigkristallzelle werden in den U .S.-Patentschriften Nr. 4.003.081 und Nr. 4.295.093 beschrieben.

Es ist bekannt, daß die verdrehte, nematische Zelle eine relativ langsame Abschaltzeit hat und deshalb für Verwendungen beispielsweise als Farbschalter in rahmensynchronisierten FeIdfölge-Farbfernseh-Bi1dschirmsystemen nicht verwendbar ist. Für solche Systeme müßte ein Farbschalter verfügbar sein, der auf Signale von mit relativ hohen Rahmengeschwindigkeiten arbeitenden Synchronisationsschaltungen ansprechen kann, um auf dem Bildschirm ein flackerfreies Bild zu erhalten. Um dem Nachteil der Langsamkeit der verdrehten, nematischen Zelle beizukommen, sind Zellen entwickelt worden, die Flüssigkristallmaterialien enthalten, denen eine dielektrische Anisotropie angezüchtet wurde, die als Funktion der Häufigkeit eines Schaltsignals, welches an die Zelle angelegt wird, von einem positiven zu einem negativen Wert wechseln.

Eine Zelle mit derartigem Flüssigkristallmaterial wird in der Veröffentlichung von RAYNES und SHANKS "Schnell schaltende, verdrehte, nematische, elektro-optische Shutter und Farbfilter", in "Electronic Letters", Bd. 10, Nr. 7, Seiten 114-115, v. 4. April 1974 offenbart. Die darin beschriebene

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Zelle weist ein Flüssigkristallmaterial mit einer veränderlichen dielektrischen Anisotropiemischung auf, welche in einem von einem niedrigfrequenten Signal erzeugten Feld positiv und in einem von einem relativ hochfrequenten Signal erzeugten elektrischen Feld negativ ist. Also wird durch Anlegen eines niedrigfrequenten Signals an eine derartige verdrehte, nematische Zelle die Vorrichtung "EIN"geschaltet und durch einen hochfrequenten Stromstoß die Zelle zwangsweise in ihren verdrehten "AUS"-Zustand geschaltet.

Die verdrehte, nematische Vorrichtung mit zwei Frequenzen leidet unter dem Nachteil, daß sie einen komplexen Antrieb oder eine sehr komplizierte Treiberschaltung benötigt, welche hochfrequente Signalstöße mit hohen Spannungsebenen an die von einer FlUssigkristallzelIe präsentierte, kapazitive Ladung liefern kann. Außerdem ist es schwierig, solche Zellen genügend flächengroß herzustellen, die über große Bereiche gleichmäßig schalten können und die auf einem Bildschirm überall ein brauchbares und nicht ein fleckiges Bild liefern. Zwei-Frequenz-Materialien können auch nicht außerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs arbeiten,

Ein weiterer optischer Effekt, der in Flüssigkristal1biIdschirmen Anwendung findet, ist eine abstimmbare Bifraktion.

Eine derartige Vorrichtung wird in der Veröffentlichung "Durchgangsverhalten einer verdrehten, nematischen Flüssigkristallschicht in einem elektrischen Feld" im "Journal de Physique", Bd. 36, Seiten CT-261 - CI-263 von C.F.VAN DOORN beschrieben. Die in der Veröffentlichung von VAN DOORN beschriebene Flüssigkristal1zel Ie hat Ausf1uchtungsi eiter,das sind ausfluchtbare Leitelemente, die Neigungsschnittwinkel in Abhängikeit einer Vorspannung im gleichen Drehsinn aufweisen, wenn diese Neigung von der Fläche der ZeI1 elektroden gemessen wird. Eine solche Zelle erfährt jedoch "optische Stöße" und eine daraus folgende verzögerte Erholungszeit,

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die die Zelle für einen sicheren gewerblichen Gebrauch nicht verwendbar macht, der kurze Übergänge zwischen Schaltzuständen erfordert. In der nur ein entdecktes theoretisches Verhalten beschreibenden Veröffentlichung ,von VAN DOORN wird festgestellt, daß vermutlich Flüssigkristallmaterialfluß innerhalb der sich erholenden Zelle für das Auftreten des optischen Stoß-Phänomens verantwortlich ist. Es scheint, daß die Richtung des Flüssigkristallflusses innerhalb der Zelle auf die zentral innerhalb der Zelle angeordneten örtlichen Leiter eine umgekehrte Verdrehung ausübt, wobei die Richtung der Verdrehung zur Richtung der örtlichen Leiterausf1uchtung während der Erholung der Zelle entgegengesetzt ist und dadurch optischen Stoß und längere Erholungszeit verursacht.

Eine veränderliche Verzögerungsvorrichtung mit einer Flüssigkristall zel 1 e von beträchtlicher Dicke, die optischen Stoß verhindern soll und nebenbei nur kurze Erholungszeit zwischen optischen Zuständen braucht, wird in einer Veröffentlichung "Durchführung einer Surface Mode,. die Matrix Display verwendet" in Biennial Display Research Conference Proceedings, 1980, Seiten 177-179 von James L. FERGASON beschrieben. Die von FERGASON in der Veröffentlichung beschriebene Vorrichtung ist jedoch für die meisten Verwendungen bei Bildschirmen nicht möglich, weil sie nur einen sehr begrenzten Betrachtungskegel ermöglicht, wie dieser für alle sehr dicken Flüssigkristallzellen typisch ist.

In der U.S.Patentschrift Nr. 2.638.816 (STOLZER) wird eine Vorrichtung offenbart, die Bifraktionseigenschaften bei anderen Materialien als Flüssigkristalle anwendet und die einen Adapter zur Erzeugung von Farbbildern von einem Schwarz-Weiß-Fernsehgerät beschreibt. Der in der U.S.Patentschrift Nr. 2.638.816 beschriebene Adapter weist eine Zelle mit dem Kerr-Effekt auf, was die Bezeichnung der Eigenschaft verschiedener isotropischer Stoffe ist, die in Anwesenheit

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eines elektrischen Feldes doppelbrechend werden.

Der bekannte (STOLZER-)Adapter polarisiert Licht, das vom Fernsehgerät ausgesendet wird. ■ Die Kerrzelle empfängt das polarisierte Licht und trennt es in zwei Komponenten mit rechtwinkliger Beziehung. Die Verzögerungsmenge von einer dieser Komponenten verändert sich in Bezug auf die andere als die Funktion der elektrischen Feldstärke, die von einer äußeren, an die Zellenelektroden angelegten Spannung erzeugt wird und welche sich synchron mit dem Rahmenfolgebetrieb des Fernsehgeräts ändert. Das Licht wird dann durch passive Doppelbrechungs-Folien hindurchgeleitet, um eine Lichtabgabe in verschiedenen Farben zu erzeugen. Ein der STOLZER-Vorrichtung anhaftender Nachteil ist der, daß Farben die von dem durch die passiven Doppelbrechungs-Folien hindurchgehenden Licht entwickelt werden, unrein sind und ihr Erscheinen als Funktion des Blickwinkels variieren. Der Adapter verwendet außerdem interdigitale Elektroden, welche eine Linienmuster über den Bildschirm erzeugen. Die STOLZER-Vorrichtung erzeugt also Farbbilder, die für die meisten Bildschirm-Verwendungen nicht hinnehmbar sind.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine feldsequentielle Farbdarstellung verfügbar zu machen, welehe ein flackerfreies Displaybild mit gutem Farbkontrast und einem hohen Grad von Helligkeit und Auflösung sowie einen breiten Betrachterblickwinkel bietet.

Zur Erzielung der Flackerfreiheit und für Hochgeschwindigkeitsanwendungen gehört ein System, das eine veränderliche Verzögerungsvorrichtung als Hochgeschwindigkeits-Farbschalter verwendet.

Diese Aufgabe wird allgemein durch die in den vorangestel1-ten Ansprüchen enthaltenen Merkmale gelöst.

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Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine veränderliche Flüssigkristal!verzögerungsvorrichtung mit kurzen Übergangszeiten zwischen optischen Zuständen aufgrund des NichtVorhandenseins von optischen Stößen der örtlichen Leiter innerhalb der Flüssigkristallzelle aufweist. Das neue System hat eine solche veränderliche FlÜssigkristall verzögerungsvorrichtung bei der die Leiterausf1uchtung nicht eine auf die zentral innerhalb der Zelle angeordneten Leiter aufgebrachte Verdrehung ausübt und dadurch ein elektrisch-optisches Ansprechen ohne optischen Stoß hervorbringt, das außerdem kurze Übergangszeiten zwischen optischen Zuständen ermöglicht.

Ganz allgemein besteht die vorliegende Erfindung in einem verbesserten feldsequentiellen Farbdisplaysystem, das einen Hochgeschwindigkeits-Farb-Schalter mit einer veränderlichen NuI1-zu-Halbwellen-Verzögerunsvorrichtung und pleochroisehen Polarisationsvorrichtungen aufweist, um entweder eine von zwei in von außen erzeugtem Licht vorhandene Farbkomponenten zur Erzeugung eines vielfarbigen Bildes auf dem Bildschirm auszuwählen. Das System umfaßt eine Lichtquelle und eine farbsensitive Polarisationsvorrichtung, welche das Licht empfängt und die eine erste Absorptionsachse für den Durchgang von linear polarisiertem Licht einer ersten Farbe und eine zweite Absorptionsachse für den Durchgang von linear polarisiertem Licht einer zweiten Farbe aufweist. Die erste und die zweite Absorptionsachse sind in einer Ebene, die das Licht empfängt, im wesentlichen rechtwinklig ausgerichtet. Eine lineare Polarisationsvorrichtung ist in im Abstand gehaltener Beziehung zu den farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen angeordnet, wobei ihre erste Absorptionsachse im wesentlichen in derselben Ausrichtung ausgefluchtet ist wie die erste Absorptionsachse der farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen. Eine veränderliche optische Haibwel1enverzö- gerungsvorrichtung ist zwischen den farbsensitiven Polarisa-

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tionsvorrichtungen und den linearen Polarisationsvorrichtungen angeordnet und optisch in sie eingeschlossen. Die veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung weist zwei mit dem Licht kommunizierende Flächen auf und zeichnet sich dadurch aus, daß sie im wesentlichen eine Haibwellenverzögerung von Licht der zweiten Farbe erzeugen kann und so ausgerichtet ist, daß die Projektion ihrer optischen Achse auf jede der beiden mit Licht kommunizierenden Flächen im wesentlichen im Winkel von 45° mit Bezug auf jede der ersten und zweiten Absorptionsachsen angeordnet ist. Außerdem weist das System Schaltvorrichtungen auf, die mit den veränderlichen optischen Verzögerungsvorrichtungen in Verbindung stehen, um erste und zweite Schaltzustände zu erzeugen. Der erste Schaltzustand erzeugt im wesentlichen verminderte Verzögerung von Licht der ersten und zweiten Farbe durch die veränderliche Verzögerungsvorrichtung, um die Übertragung von Licht in nur der zweiten Farbe durch die lineare Polarisationsvorrichtung zu gestatten. Der zweite Schaltzustand erzeugt im wesentlichen Haibwel1enverzögerung von Licht der zweiten Farbe durch die veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung, um die Übertragung von Licht in nur der ersten Farbe durch die lineare Polarisationsvorrichtung zu gestatten.

Das Farbdi spl aysystern der vorliegenden Erfindung verwendet eine veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung, die abgestimmt ist, um Haibwel1enverzögerung im zweiten Schaltzustand für die zweite der beiden von den farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen übertragenen Farben vorzusehen.

Die optische Anordnung der vorliegenden Erfindung umfaßt farbsensitive und neutrale Polarisationsvorrichtungen, deren Absorptionsachsen so ausgerichtet sind, daß die Übertragung von Licht der ersten und zweiten Farbe wahlweise von einem Schaltsignal, das an die veränderliche Verzögerungsvorrichtung angelegt wird, gesteuert wird. In jedem Schaltzustand

werden reine Farben erzeugt, obgleich es der veränderlichen Verzögerungsvorrichtung auch möglich ist, für nur eine zusätzliche Farbe Haibwellenverzögerung zu erzeugen.

Immer wenn ein Treiberspannungssignal, das an die Elektroden der Halbwellen-Verzögerungsvorrichtung angelegt wird, ein elektrisches Feld erzeugt, um seine optische Achse so anzuordnen, daß wesentlich verminderte Verzögerung des Lichts durch die Vorrichtung erzeugt wird, läßt sich Licht sowohl der ersten als auch der zweiten Farbe an eine neutrale lineare Polarisationsvorrichtung übertragen, die für die erste Farbe empfindlich ist. Diese Ausrichtung der optischen Achse der veränderlichen Verzögerungsvorrichtung bewirkt Übertragung von Licht in nur der zweiten Farbe durch die neutrale lineare Polarisationsvorrichtung. Immer wenn das Treiberspannungssignal, das an die Elektroden der veränderlichen Verzögerungsvorrichtung angelegt wird, ein elektrisches Feld erzeugt, um seine optische Achse so anzuordnen, daß Halbwellenverzögerung für die zweite Farbe erzeugt wird, läßt sich Licht in nur der ersten Farbe durch die veränderliche Verzögerungsvorrichtung entlang der Übertragungsachse-der neutralen Polarisationsvorrichtung projizieren und von ihr übertragen .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die veränderliche Verzögerungsvorrichtung aus einer nematischen Flüssigkristal1 ze!1e, die diskiinationsfrei bleibt und stoßfrei schaltet, wenn sie zwischen zwei Zuständen umgeschaltet wird, die die Ausrichtung der f1ächennichtberührenden Leiter des FlUssigkristal!materials in der Zelle ändern. Die Verwendung der Flüssigkristallzelle als eine veränderliche Verzögerungsvorrichtung schafft einen Hochgeschwindigkeitsschalter mit einer Frequenz, der für die Erzeugung eines ausgezeichneten Displaybildes, das von einem weiten Bereich von Blickwinkeln aus beobachtet werden kann, nur

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_"₂₁"_ ^: 34T6518

eine Antriebsschaltung mit geringer Leistung benötigt.

Ein Farbdisplaysystem mit der optischen Anordnung in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sorgt für ein flackerfreies, mehrfarbiges Bild mit scharfem Kontrast und in Einzelheiten erkennbar, wenn sie mit der Rahmenfolge synchronisiert wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale Lösungswege und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich im allgemeinen und im besonderen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:
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Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Systems mit Farbfelddarstellungsröhre mit eingebauter veränderlicher Verzögerungsvorrichtung, weiche in eine optische Anordnung als optischer Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung aufgenommen ist;

Fig. 2 eine schematische Perspektive, in welcher die Ausrichtung der Absorptionsachse der Polarisationsfilter in Beziehung zu den optischen Achsen der veränderlichen Verzögerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;

Fig. 3 einen schematischen Aufriß einer Flüssigkristal1zel-

Ie der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 4A,4B, 4C und 4 schematische Aufrisse verschiedener Zustände dieser FlüssigkristallzelIe, wie sie nachstehend näher erläutert werden und

Fig. 5 in einem Diagramm eine optische Ansprechung auf eine

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Flüssigkristall zelle, wenn sie durch Wegnehmen eines 20 Vrms Signalstoßes von ihrem "EIN"-Zustand in ihren "AUS"-Zustand geschaltet wird.

Zunächst wird die allgemeine Anordnung und Wirkungsweise der Farbfeldanzeige beschrieben.

Gemäß Fig. 1 hat eine bevorzugte Ausführung eines Farbdarstellungsröhre 10 einen entsprechend-der vorliegenden Erfin- dung veränderlichen optischen Flüssigkristal1 verzögerer oder eine Verzögerungsvorrichtung 12 auf, welche zwischen einem rechtwinkligen Satz von ersten und zweiten farbsensitiven, pleochroisehen, linearen Polarisationsebenen 14 bzw. 16 und einer neutralen Polarisationsvorrichtung 18 optisch ange ordnet ist. Die farbsensitive Polarisationsvorrichtung 14 hat eine Absorptionsachse, welche nur Licht der ersten Farbe und die farbsensitive Polarisationsebene 16 hat eine Absorptionsachse, welche nur Licht der zweiten Farbe durchgehen läßt. Es ist selbstverständlich, daß die hier näher beschriebene Flüssigkristall-Verzögerungsvorrichtung 12 durch jegliche veränderliche NuI1-bis-Halbwellen-Verzögerung mit annehmbarer Schaltgeschwindigkeit ersetzt werden kann.

Die Bezeichnung "optische Verzögerung" insoweit sie hier eine Birefraktion oder eine Zweifachbrechung betrifft und auf sie bezogen ist wird durch die folgende Erklärung definiert. Ein auf eine Bi refraktionsvorrichtung (nachstehend kurz "Bifraktion" genannt) fallender Lichtstrahl wird be kanntermaßen in zwei Komponenten zerlegt, die als gewöhnli che und außergewöhnliche Lichtstrahlen bezeichnet werden. Diese Lichtkomponenten passieren die Bifraktionsvorrichtung mit verschiedenen Geschwindigkeiten und wenn sie aus der Vorrichtung wieder austreten, ist der eine Strahl in Bezug auf den anderen verzögert. Aus der Verzögerung ergibt sich

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eine relative Phasenverschiebung zwischen den beiden austretenden Strahlen, wobei sich die Verzögerung ebenfalls auf die Wellenlänge des austretenden Lichtstrahls bezieht. Beispielsweise wird eine Vorrichtung mit einer wirksamen Bifraktion wie beispielsweise

And 1

als Hai bwell enverzögerungs-Vorrichtung bezeichnet, wobei Δη die wirksame Bifraktion, "d" die Dicke der Vorrichtung und Λ die Wellenlänge des austretenden Lichtstrahls ist.

Die von der Verzögerungsvorrichtung 12 und den Polarisationsvorrichtungen 14, 16 und 18 gebildete optische Anordnung wird vor einer Lichtbildquelle oder einem Lichtbild- oder einem Lichtstrahlerzeuger 20 angeordnet, die beispielsweise ein Phosphorbildschirm 22 sein kann und Licht zur Erzeugung eines Bildes in Rot- und Grünfarben aussendet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des offenbarten Systems besteht der Bilderzeuger 20 aus einer Kathodenstrahlröhre oder einer Projektionsvorrichtung, welche mittels Fernsehrasterabtastung eines von einem Rastergenerator 23 in Erwiderung auf die Abgabe einer Rahmensynchronisationsschaltung 24 erzeugten Signals aufeinanderfolgende Bildinformationsrahmen in abwechselnden ersten und zweiten Zeitintervallen abgibt.

Beim ersten Zeitintervall wird sowohl Information, die die Form des in einer ersten Farbe , bei pi elsweise rot, zu erscheinenden Bildes als auch die Form des in einer Kombination der Farbe "rot" und einer zweiten Farbe, wie beispielsweise "grün" erscheinenden Bildes betrifft auf den Phosphorschirm 22 geschrieben. Im zweiten Zeitintervall wird sowohl Information, die die Form des in der Farbe "grün" zu erscheinenden Bildes als auch die Form des in einer Kombina-

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tion der Farben "rot" und "grün" zu erscheinenden Bildes auf den Phosphorschirm 22 geschrieben. Die Farbpolarisationsvorrichtungen 14 und 16 empfangen das vom Phosphorschirm 22 übertragene Licht und polarisieren es rechtwinklig und.linear in die Farben "rot" und "grün". Das polarisierte Licht wird dann auf die Fläche der veränderlichen Verzögerungsvorrichtung 12 in der Nähe der Farbpolarisationsvorrichtung 16 übertragen.

Ein veränderlicher Verzögerungstreiber 26 empfängt an seinem Eingang ein Signal vom Ausgang einer Sequenzsynchronisation oder Rahmensynchronisationsschaltung 24,, um die veränderliche Verzögerungsvorrichtung 12 synchron mit der Folge-Rahmen-Geschwindigkeit (Sequenz-Rahmen-Rate) der von der BiId- erzeugungsvorrichtung 20 erzeugten Bildinformation anzutreiben.Während des ersten Zeitintervalls steuert daher der Treiber 26 die veränderliche Verzögerungsvorrichtung 12 in ihren "AUS"-Zustand, was eine Ausrichtung ihrer optischen Achse bewirkt, in der eine Haibwel1enverzögerung des Lichtes der Farbe "grün" vollzogen wird. In diesem Zeitabschnitt wird kein Licht der Farbe "grün" durch die lirveare Polarisationsvorrichtung 18 übertragen und dadurch werden die nicht erwünschten Bildkomponenten in der Farbe "grün", die während des ersten Zeitintervalls auf dem Phosphorschirm erschienen, eliminiert. Während des zweiten Zeitabschnitts steuert der Treiber 26 die veränderliche Verzögerungsvorrichtung 12 in ihren "EIN"-geschalteten Zustand, was eine Ausrichtung ihrer optischen Achse bewirkt, in der eine verringerte Verzögerung von allem durch die Pol arisationsvor- richtungen 14 und 16 hindurchgehenden Lichtes bewirkt wird. Die Ausrichtung der Absorptionsachse der linearen Polarisationsvorrichtung 18 absorbiert nur Licht der Farbe "rot", wie nachfölgend beschrieben werden wird.

Die abwechselnden Bildinformationsfelder, die sich im er-

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sten und zweiten Zeitabschnitt erzeugen lassen, werden durch « die ersten und zweiten farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen 14 und 16 übertragen und werden synchron durch die Verzögerungsvorrichtung 12 und die 1ineare Pol arisationsvorrichtung 18 übertragen. Durch das Netzhautbeharrungsvermögen im Auge des Betrachters wird die von der Polarisationsvorrichtung 18 dargebotene Information während der beiden Zeit-• abschnitte, die abwechselnden Rahmen von Fernsehrastersignalen entsprechen, integriert, und so wird der Eindruck eines einzigen mehrfarbigen Bildes erzeugt. Eine Intensitätsmodulation der Lichtbildquelle erzeugt einen Farbumfang innerhalb eines Spektralbereiches zwischen den roten und grünen Farben.

Nachstehend wird die Orientierung der optischen Komponenten unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Zunächst sorgt die geschilderte Ausrichtung der Absorptionsachsen der Polarisationsvorrichtungen 14, 16 und 18 für das erwünschte Schalten zwischen zwei Farben. Ein Schutz 36 der optischen Achse der veränderlichen Verzögerungsvorrichtung 12 auf einer jeden ihrer mit dem Licht kommunizierenden Flächen 3? ist im wesentlichen in einem Winkel von 45° mit Bezug auf die Absorptionsachsen der Polarisationsvorrichtungen 14 und 16 angeordnet .

Die pleochroisehe, lineare Polarisationsvorrichtung 14 übermittelt Licht, das entlang einer vertikal angeordneten Absorptionsachse 28 polarisiert ist und die Farben des sichtbaren Spektrums, die der Farbe "rot" benachbart sind, enthält und überträgt entlang einer horizontal angeordneten Transmissionsachse 30 alle Farben des sichtbaren Spektrums. Die pleochroisehe, lineare Polarisationsvorrichtung 16 übermittelt Licht, das entl ang .einer horizontal angeordneten Absorptionsachse 32 polarisiert ist und die Farben des sichtbaren Spektrums, die der Farbe "grün" benachbart sind,

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enthält und überträgt entlang einer vertikal angeordneten Transmissionsachse 34 alle Farben des sichtbaren Spektrums. Die Kombination der beiden pleochroisehen Polarisationsvorrichtungen stellt so eine farbsensitive Polarisationsvorrichtung dar, die vom Phosphorschirm 22 übertragenes Licht der roten und grünen Farben rechtwinklig polarisiert.

Immer wenn sich die veränderliche Verzögerungsvorrichtung 12 im abgeschalteten ("AUS")- Zustand befindet, ist ihre optisehe Achse 36 so ausgerichtet, daß das Licht der Farbe "grün" in Licht umgewandelt wird, das senkrecht zu einer Transmissionsachse 38 der neutralen Polarisationsvorrichtung 18 linear polarisiert wird und von ihr absorbiert wird. Die horizontal angeordnete Transmissionsachse -38 der linearen Polarisationsvorrichtung 18 überträgt Licht der Farbe "rot". Die Transmissionsachse 38 ist im rechten Winkel zur Absorptionsachse 28 der rotfarbsensitiven Polarisationsvorrichtung 14 angeordnet, um eine Übertragung von Licht in roter Farbe zu ermöglichen, das entlang der Richtung der Transmissionsachse 38 durch die Verzögerungsvorrichtung 12 projiziert wird.

Immer wenn sich die veränderliche Verzögerungsvorrichtung 12 im eingeschalteten ("EIN")- Zustand befindet, ist ihre optische Achse so angeordnet, daß sich daraus eine wesentliche Reduzierung der optischen Verzögerung des durch die Polarisationsvorrichtungen 14 und 16 hindurchgehenden Lichtes sowohl in roter als auch in grüner Farbe ergibt. Eine vertikal angeordnete Absorptionsachse 40 der linearen PoIarisationsvorrichtung 18 ist in der gleichen Richtung angeordnet wie die Absorptionsachse 28 der rotfarbsensitiven Polarisationsvorrichtung 14 und absorbiert daher Licht in der Farbe "rot", da die Verzögerungsvorrichtung 12 in ihrem "EIN"-Zustand kein einfallendes Licht gleich welcher Farbe

35verzögert. Da die lineare Polarisationsvorrichtung entlang

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ihrer Transmissionsachse 38 Licht in allen Farben durchgehen läßt, wird Licht in der Farbe "grün" durch sie übertragen.

Anschließend wird der variable Verzögerer für die FlüssigkriStelleinrichtung näher beschrieben. Wie bereits zuvor dargelegt, weist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Flüssigkristallzelle auf, die als eine veränderliche NuIlzu-Halbwellen-Verzögerungsvorrichtung arbeitet, welche die Verzögerung des Lichtdurchgangs in Erwiderung auf die Intensität eines elektrischen Feldes steuert, das durch eine an die ZeI1 elektrodenanordnung angelegte Erregerspannung erzeugt wird.

Mit Bezug auf Fig. 3 weist eine Flüssigkristal1zel1e 100 ein Paar im allgemeinen paralleler, seitlich zueinander im Abstand gehaltener Flächenelektroden 102 und 104 mit dazwischen befindlichem nematischem Flüssigkristallmaterial 106 auf. Die Elektrode 102 hat eine dielektrische Glasunterlage 108, auf deren Innenfläche sich eine Schicht 110 von elektrisch leitendem, jedoch optisch transparentem Material wie beispielsweise Indiumzinnoxid befindet. Eine lerikende Ausrichtungsfilmschicht 112 ist auf der leitenden Schicht 110 aufgebracht und bildet eine Grenze zwischen der gesamten Elektrode 102 und dem Flüssigkristallmaterial 106. Die Oberfläche des Films 112, die in Berührung mit dem Flüssigkristal lmateri al steht, wird in Übereinstimmung mit einem oder zwei bevorzugten Verfahren in die Lage versetzt, eine bevorzugte Ausrichtung der Leiter des damit in Berührung stehenden Flüssigkristallmaterials ■ zu fördern. Die Materialien, aus denen der Leiterausrichtungsfilm 112 besteht und die entsprechenden Verfahren seiner Konditionierung werden nachfolgend im Detail beschrieben. Der Aufbau der gegenüberliegenden Elektrodenanordnung 104 ist gleich dem der Elektrodenanordnung 102 und die der Elektrodenanordnung 102 entsprechenden Elemente sind mit identischen mit "'" versehenen

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Bezugszeichen bezeichnet.

Die Kanten der kurzen Seiten der Elektrodenanordnungen 102 und 104 sind in Bezug aufeinander abgesetzt, um den Zugang zu den leitenden Schichten 110 und HO¹ zum Anschließen der Ausgangsleiter des Verzögerungstreibers 26 an Anschlußklemmen 113 zu ermöglichen. Es können Abstandshalter 114 aus jeglichem geeigneten Material wie beispielsweise Glasfasern benutzt werden, um die parallele Ausrichtung zwischen den Elektrodenanordnungen 102 und 104 zu gewährleisten.

Anhand der Fig. 4A - 4D wird nachfolgend die nematische Leiterausrichtungskonfiguration der Schichten 112 und 112* in der Flüssigkristallzel1e 100 beschrieben. Hierbei wird auf das Bezug genommen, was in Spalte 7, Zeilen 48-55 der U.S.-Patentschrift Nr. 4.333.708 offenbart ist. Hierbei ist sogleich darauf zu verweisen, daß sich die vorliegende Erfindung in Bezug auf die Flüssigkristallzelle von derjenigen aus der U .S.-Patentschrift Nr. 4.333.708 dadurch unterscheidet, daß die Leiterausrichtung der Zelle 100 von der abwechselnd geneigten geometrischen Konfiguration nu-r zum Teil Gebrauch macht. Die Zelle nach der U.S.-Patentschrift Nr. 4.333.708 ist so aufgebaut, daß sie lediglich eine "diseiinations"-Bewegung innerhalb der Zelle bei einem Versuch, eine bistabile Schaltvorrichtung zu schaffen, fördert.

Demgegenüber ist die Filmschicht 112 der Elektrode 102 in einen solchen Zustand gebracht, daß die Elektrodenanordnungsfläche, die mit den Leitern 116 in Berührung steht mit ihr parallel in einem Neigungsvorspannungs- oder Schnittwinkel +Θ ausgefluchtet ist, gemessen gegen den Uhrzeigersinn mit Bezug auf die Fläche der Filmschicht 112. Die Filmschicht 112' der Elektrode 104 ist in einen solchen Zustand gebracht, daß die Elektrodenanordnungsfläche, die mit den Leitern 118 in Berührung steht, mit ihr parallel in einem

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Neigungsvorspannungswinkel -θ ausgefluchtet ist, gemessen im Uhrzeigersinn mit Bezug auf die Fläche der Filmschicht 112'. Daher ist die Flüssigkristal 1 zel Ie 100 so hergestellt, daß die flächenberührenden Leiter 516 und 118 der gegenüberliegenden Flächen von Leiterausfluchtungsschichten 112 und 112' der Elektrodenanordnung 102 bzw, 104 in entgegengesetzten Richtungen neigungsvorgespannt sind.

Nach einem ersten bevorzugten Verfahren zum Erreichen der gewünschten Ausfluchtung der flächenberührenden leiterrichtenden Elemente wird die Verwendung von Polyimid als das Material ausgewählt, aus dem die AusfluchtungsfiImschichten 112 und 112' der Elektrodenanordnungen 102 bzw. 104 bestehen. Jede Ausfluchtungsfilmschicht wird gerieben oder reibend behandelt, um einen Neigungsvorspannungswinkel 1 θ1 zu erhalten, wobei 2° bis 5° im bevorzugten Bereich liegen. Ein zweites bevorzugtes Verfahren zum Erreichen der gewünschten Ausfluchtung der flächenberührenden Leiter beinhaltet die Verwendung von Si 1izium-("Si 1 icon")-Monoxid als dem Material für die Ausfluchtungsfilmschichten 112 und 112' der Elektrodenanordnungen 102 bzw. 104. Die Si 1izium-Monoxidschicht wird ver- und aufgedampft und vorzugsweise in einem Winkel von 5°, gemessen von der Elektrodenanordnungsfläche, aus dem Dampf in einer Menge niedergeschlagen, die ausreichend ist, um einen Neigungsschnittwinkel |θΙ von 10° bis 30° zu erhalten, wobei 15° bis 25° im bevorzugten Bereich liegen.

Es ist anzumerken, daß Verfahren zum Niederschlagen von Si 1iziummonoxid oder anderer Ausfluchtungsmaterialien zur Ausfluchtung von Flüssigkristallmolekülen in einer vorbestimmten Richtung seit kurzem an sich und für sich selbst genommen bekannt geworden sind und gewöhnlichen Fachleuten bekannt sind. Hierzu kann oeispielsweise auf die U.S.-Patentschrift Nr. 4.165.923 verwiesen werden.

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In Fig. 4A wird die Ausrichtung von f1ächennichtberührenden Leitern 120 verdeutlicht, wenn ein Wechselstromsignal V, von annähernd 2 kHz und 20 Vrms an die leitenden Schichten 110 und 110' der Elektrodenanordnungen 102 bzw. 104 angelegt ist. Das Signal V, auf der leitenden Schicht 110' stellt einen ersten Schaltzustand dar, der am Ausgang des Treibers 26 hervorgebracht wird und erzeugt ein wechselndes elektrisches Feld E zwischen den Elektroden 102 und 104 innerhalb der Flüssigkristallzel Ie 100, um die Zelle in ihren "EIN"- Zustand zu bringen. Eine wesentliche Anzahl der flächen- nichtberührenden Leiter 120 eines Flüssigkristallmaterials 106, das einen positiven Anisotropiewert aufweist, fluchten im wesentlichen in ihrer End-zu-End-Ausrichtung in einer Richtung 121 der Flußlinien des elektrischen Feldes inner halb der Zelle, wobei diese Richtung zu den konditionierten Flächen der Elektrodenanordnungen senkrecht verläuft. Wenn also die Zelle 100 sich in ihrem "EIN"-Zusstand befindet, sind die f1ächennichtberührenden Leiter 120 senkrecht zu den Flächen der Zelle ausgefluchtet. Es ist zu bemerken, daß die flächenberührenden Leiter 116 und 118 ihre Neigungsvorspannungswinkel Jθ| im wesentlichen in den beiden topologisehen Zuständen der Zelle beibehalten, wobei der erste dieser Zustände in den Fig. 4A bis 4C und der zweite in Fig. 4D dargestellt ist.

In Fig. 4B wird die Ausrichtung der flächennichtberührenden Leiter 120 nach Wegnahme des Signals V·, dargestellt, wenn die Ausfluchtung der flächennichtberührenden Leiter 120 nicht von einem elektrischen Feld, das zwischen beiden Elek trodenanordnungen 102 und 104 innerhalb der Zelle erzeugt wird, nicht beeinflußt ist, sondern von den intermolekularen elastischen Kräften (in Richtung 124), welche ein Zurückweichen der flächennichtberührenden Leiter aus der End-zu-End-Ausfluchtung des "E IN"-Zustandes verursachen. Die Wegnahme des Signals V, stellt einen zweiten Schaltzustand her, der

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am Ausgang des Treibers 26 erzeugt wird. Die Leiterausrichtung in Fig. 4B entspricht dem "AUS"-Zustand der Zelle.

Ein Umschalten der Zelle in den "AUS"-Zustand kann ebenfalls

durch Anlegen eines Wechselstromsignals V„ bewirkt werden, das am Ausgang des Antreibers 26 mit einer Spannungshöhe erzeugt wird, die geringer ist als die des Signals V, und im allgemeinen in die Nähe von 0 Volt kommt. Die Frequenz des

Signals V„ ist im allgemeinen die gleiche wie die des

Signals V₁.

Während des Übergangs von dem "EIN"- in den "AUS"-Zustand der Flüssigkristall zelle weichen die f1ächennichtberührenden Leiter aus der zu den Elektrodenanordnungsflächen senkrecht verlaufenden End-zu End-Ausfluchtung zurück und richten sich dann in einer allgemein parallelen Beziehung zu den benachbarten Leitern aus. Also drehen sich die flächennichtberUhrenden Leiter 120a und 120b im von Richtungspfeilen 122a angezeigten Uhrzeigersinn, um eine nahezu parallele Anord nung in Bezug auf die Leiter 116 bzw. 120a einzunehmen, und die flächennichtberUhrenden Leiter 120c und 120d-drehen sich gegen den Uhrzeigersinn, wie von Richtungspfeilen 122b angezeigt wird, um eine nahezu parallele Anordnung in Bezug auf die Leiter 118 bzw. 120c einzunehmen. Wenn also die Zelle 100 in ihren "AUS"-Zustand gebracht wird, ist ein jeder von einer beträchtlichen Anzahl von flächennichtberUhrenden Leitern ausgefluchtet, so daß sie eine Leitkomponente auf die Flächen der Zelle projizieren. Die flächennichtberUhrenden Leiter jedoch liegen annähernd in einer Ebene, die senk- recht zu den Flächen der Zelle verläuft.

Es ist anzumerken, daß die Flächengeometrie der Zelle 100

sich von der herkömmlichen veränderlichen Flüssigkristall verzögerungszel 1 e, wie sie beispielsweise in der Veröffent^- lichung von VAN DOORN beschrieben ist deshalb unterscheiden,

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weil bei der herkömmlichen Zelle alle Neigungsspannungswinkel denselben Drehsinn aufweisen, wenn er an den Innnenflächen der Elektrodenanordnung gemessen wird. Hier werden erfindungsgemäß gegeneinandergerichtete Neigungen benutzt. Die flächenberührende Leiterkonfiguration der Zelle 100 induziert daher eine schnelle, nichtberührende Leiterentspannung vom "EIN"- in den "AUS"-Zustand ohne einen optischen Rückprall oder einen Stoß. Es wird angenommen, daß die schnelle, optische, stoßfreie Leiterentspannung durch den Fluß von Flüssigkristallmaterial in der gleichen Richtung 124 entlang der beiden konditionierten Flächen der Zelle verursacht wird. Ein solcher gleichgerichteter Fluß ist in der in der Veröffentl icheung von VAN DOORN beschriebenen Zelle nicht anzutreffen. In dieser.Zelle tritt ein entlang den konditionierten Flächen in entgegengesetzter Richtung fließender Fluß auf. Die günstige Auswirkung des gleichgerichteten Materialf1usses in der Zelle 100 ist die, daß auf die zentral angeordenten flächennichtberührenden Leiter 12Oe durch einen solchen Fluß in der sich entspannenden Zelle keine "umgekehrte" Verdrehung ausgeübt wird. Im Ergebnis wird eine stoßfreie, schnelle, elektrisch-optische Schaltung erhalten.

In Fig. 4C ist die Ausrichtung der Leiter nach einer Zeit T, dargestellt, in der die Flüssigkristal1 ze!1e 100 weiter über den in Fig. 4B dargestellten "AUS"-Zustand hinaus entspannen kann. Dies wird im allgemeinen auftreten, wenn nach 50 Millisekunden, nachdem das elektrische Feld weggenommen worden ist, nicht wieder ein elektrisches Feld in die Zelle eingeführt wird. Die in Fig. 4C dargestellte Leiterkonfiguration weist als Beosnderheit auf, daß die flächennichtberührenden Leiter ihre planare Konfiguration aufgeben und diejenige einnehmen, die als eine if-radiane Verdrehung oder als schraubenförmiger Konfiguration bezeichnet wird. Bei der weiteren Entspannung der Zelle in der Tf-radianen Verdreh-

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Konfiguration wird eine Di skiinations-Bewegung erteilt und sie degeneriert für eine Zeitdauer T„ von etwa mehreren Minuten in den in Fig. 4D dargestellten breiten, gespreizten oder querliegenden Zustand. Es ist zu bemerken, daß das periodische Anlegen eines Wechselstromsignal V- von annähernd IV an die Zelle eine weitere Entspannung der flächennichtberührenden Leiter in den tr-radianen Verdrehungszustand verhindern kann.

Das Verfahren des Betriebs der Flüssigkeitszel 1 e 100 als eine veränderliche NuI1-bis-Halbwel1en-Verzögerungsvorrichtung ist auf eine disklinationsfreie, flächennichtberUhrende Leiterspannung vom in Fig. 4A dargestellten, ausgefluchteten oder "EIN"-Zustand in den in Fig. -4B dargestellten "AUS"-Zustand oder Zustand mit planarer Konfiguration gerichtet.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Flüssigkristal1zel1e 100 als eine veränderliche NuI1-bis-Halbwellen-Verzögerungsvorrichtung betrieben, deren optische Achse der Ausfluchtungsrichtung der flächennichtberührenden Leiter 120 entspricht .

Linear polarisiertes Licht, das sich in der Richtung 126 senkrecht zu den Flächen der Elektrodenanordnungen 102 und 104 fortpflanzt, fällt mit der Richtung der f1ächennichtberührenden Leiter 120 zusammen, wenn sich die Flüssigkristallzelle im "EIN"-Zustand befindet. Die Leiter 120 sind in einem solchen "EIN"-Zustand ausgerichtet, so daß es nur eine vernachlässigbare Projektion der optischen Achse auf die Elektrodenanordnungsflächen der Zelle gibt. Unter diesen Bedingungen erzeugt die Flüssigkristal1zelIe 100 eine wesentlich reduzierte optische Verzögerung für sich in der Richtung 126 fortpflanzendes, einfallendes Licht.
35

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Linear polarisiertes Licht, das sich in der Richtung 126 senkrecht zu den Flächen der Elektrodenanordn.ungen 102 und 104 fortpflanzt, fällt nicht mit der Ausfluchtungsrichtung der flächennichtberührenden Leiter 120 zusammen, wenn sich die Flüssigkristallzelle im "AUS"-Zustand befindet. Die Leiter 120 sind in einem solchen "AUS"-Zustand so ausgerichtet, daß eine jede einer beträchtlichen Anzahl von ihnen eine Komponente auf die Elektrodenanordnungsflächen der Zelle projiziert. Unter diesen Umständen hat die Flüssigkristallzelle 100 eine wirksame Bifraktion im allgemeinen senkrecht einfallendes Licht. Die Ausrichtung der flächennichtberührenden Leiter 120 sieht im wesentlichen eine optische Haibwel1enverzögerung für Licht der Wellenlänge, die dem mathematischen Ausdruck

And 1

entspricht, wobei d die Dicke 128 und Δη die wirksame Bifraktion der Zelle darstellt.

Im Diagramm von Fig. 5 wird die optische Ansprechung einer Flüssigkristallzelle, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung betrieben wird, dargestellt, wobei die Übergangszeit zwischen dem "EIN"- und dem "AUS"-Zustand der Zelle annähernd 1,0 Millisekunden beträgt. Diese Ansprechzeit wurde mit einer Zelle erzielt, die von BDH CHEMICALS Ltd., Poole, England, aus Flüssigkristal!material vom Typ E-44 mit einer Dicke von 3 Mikron und für eine +20Vrms 2 kHz-Impuls hergestellt wurde. Diese relativ schnelle optische Ansprechung wird dem Wegfall des optischen Stoßes zugeschrieben, der durch die Förderung des gleichgerichteten Flußes von Flüssigkristallmaterial innerhalb der Zelle während der Wiederausfluchtung der flächennichtberührenden

Leiter, welche beim Übergang vom "EIN"- in den "AUS"-Zustand

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bewirkt wird.

Es ist zu bemerken, daß die Fl üssigkristall zel Ie 100 eine FlUssigkristalImaterialmischung aufweisen kann, welche durch eine dielektrische Anisotropie gekennzeichnet wird, die das Vorzeichen als eine Funktion der Frequenz eines Wechselstromsignals, das an die Zelle angelegt wird, ändert. Wenn also an die Elektrodenanordnungen 102 und 104 der Flüssigkristal1zelIe ein Signal mit niedriger Frequenz von beispielsweise 200-500Hz angelegt wird, besteht bei den flächennichtberUhrenden Leitern 120 die Tendenz, parallel zur Richtung des elektrischen Feldes und senkrecht zu den Zellenflächen auszufluchten und dabei den "EIN"-Zustand einzunehmen. Wenn andererseits ein hochfrequenter Signalstoß mit beispielsweise 80-100 kHz an die Zelle angelegt wird, besteht bei den flächennichtberUhrenden Leitern 120 die Tendenz, senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes und parallel, zu den Zellenflächen auszufluchten. Wenn ein hochfrequenter Signalstoß lange genug angelegt wird, wird die Zelle veranlaßt, eine Gesamtleiterkonfiguration einzunehmen, die eine Haibwellenverzögerung erzeugt. Es ist jedoch vorzuziehen, die Flüssigkristallzelle als Einzelfrequenz-Halbwellen-Verzögerungsvorrichtung arbeiten zu lassen, um nicht ein komplexe Hoch!eistungsantriebs-Signalquel1e verwenden zu m U ssen.

Die Flüssigkristallzel Ie 100 kann ebenfalls als veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung verwendet werden, welche fortwährend veränderliche Maße von Verzögerung durch die Zelle von auf ihre Fläche einfallendem Licht bereitstellt. Im Falle einer Einzelfrequenz-FlUssigkristal1zel1e würde dies durch Einstellen der Spannung des an die Zelle 100 in einer solchen Höhe angelegten Wechselstromsignals bewerkstelligt werden, daß die flächennichtberUhrenden Leiter in einer Konfiguration ausgerichtet werden, die das gewünschte

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erste Maß an optischer Verzögerung verfügbar macht.. Ein Ansteigen der an die Zelle angelegten Signal spannung erzeugt eine entsprechende Verringerung des Maßes von Leiterkomponentenprojektion auf die Fläche der Zelle und dadurch ein zweites, abgeschwächtes Maß von optischer Verzögerung von auf die Zelle auftreffendem Licht. Im Falle einer zweifrequenzigen Flüssigkristallzelle würden fortwährend sich verändernde Verzögerungsmaße durch Anlegen eines niedrigfrequenten Signals einer ersten Spannung erzeugt, die aus- reicht, um die f1ächennichtberührenden Leiter in einer Konfiguration auszurichten, die das erste erwünschte Maß von optischer Verzögerung bereitstellt. Wenn ein solches niedrigfrequentes Signal fortwährend an die Zelle angelegt wird, wird sie an einer weiteren Entspannung gehindert und dadurch eine im wesentlichen konstante optische Verzögerung im gewünschten ersten Maß aufrecht erhalten. Um von dem ersten Verzögerungsmaß zu einem zweiten, höheren Verzögerungsmaß überzuwechseln, wird ein Hochfrequenzstoß so lange angelegt bis die flächennichtberührenden Leiter wieder in einer Kon figuration ausgerichtet sind, die dem zweiten Verzögerungs zustand entspricht. Fortwährendes Anlegen eines niedrigfrequenten Signals einer zweiten Spannung, die niedriger als die erste Spannung ist, hindert die Zelle an einer weiteren Entspannung und dadurch wird eine im wesentlichen konstante optische Verzögerung im gewünschten zweiten Maß aufrechterhalten.

Die Zelle 100 kann auch in eine optische Anordnung eingebaut werden, die vom schwarzen Zustand in einen transparenten Zustand schaltet. Da es der Fl üssi gkri stal 1 zel 1 e 100 im "AUS"-Zustand nicht möglich ist, alle Wellenlängen von linear polarisiertem Licht in solches Licht umzuwandeln, das in einem Winkel von 90° aus der einfallenden Polarisationsrichtung wiederhergestellt wird, wird schwarz als der "EIN"-Zustand gewählt.

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Mit Bezug auf Fig. 2 weisen die optischen Komponenten, die in diesem Beispiel zur Bewerkstelligung der erwünschten Lichtschaltung erforderlich sind, lediglich die Polarisationsvorrichtungen 16 und 18 und die Verzögerungsvorrichtung 12 auf,in welcher die Zelle 100 enthalten ist. Die Polarisationsvorrichtung 16 ist von neutraler Art und absorbiert alles Licht, das entlang der Absorptionsachse 32 polarisiert wird. Im "EIN"-Zustand der Verzögerungsvorrichtung 12 würde alles von der Polarisationsvorrichtung 16 übertragene Licht vollständig entlang der Absorptionsachse 40 der Polarisationsvorrichtung 18 absorbiert werden. Im "AUS"-Zustand der Verzögerungsvorrichtung 12, würde das meiste von der Polarisationsvorrichtung 16 übertragene Licht von der Polarisationsvorrichtung 18 übertragen werden, wenn die Zelle 100 abgestimmt wäre (d.h. durch Auswahl der geeigneten Zellendicke für die besondere Art des verwendeten Flüssigkristallmaterials) zur Erzeugung einer Haibwel1enverzögerung für eine Wellenlänge, die annähernd in der Mitte des sichtbaren Spektrums liegt.

Für Fachleute liegt es auf der Hand, daß an den zuvorbeschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung viele Abänderungen möglich sind.

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Claims

STRASSEl & BTÖFFREGSN "

Patentanwälte · European Patent Attorneys J u j η J IU

Dlpl.-Ing\ Joachim Strasae, München · Dlpl.-Phye. Dr. Hans-Herbert Stoffregen, Hanau ZwelbrQckonstralSe 17 · D-80O0 Manchen 2 (Gegenüber dem Patentamt) · Telefon (088) 22 28 0β · Telex β 22 0B4

TEKTRONIX, Inc. München, 04. Mai 1984

Beaverton, Oregon 97077 str/fs - 14 535

V.St.A.

Farbdarstel lungssystem Patentansprüche 1. Feldsequentielle Farbdarstellung mit einer Lichtquelle,

einer farbsensitiven Polarisationsvorrichtung,die Licht aufnimmt und eine erste Absorptionsachse für den Durchgang von linear polarisiertem Licht einer ersten Farbe und eine zweite Absorptionsachse für den Durchgang von linear polarisiertem Licht einer zweiten Farbe aufweist, wobei die erste und die zweite Absorptionsachse im wesentlichen rechtwinklig in einer Ebene ausgerichtet sind, die das Licht empfängt,

mit einer linearen Polarisationsvorrichtung, die zu den farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen im Abstand gehalten angeordnet sind, wobei die Absorptionsachse der linearen Polarisationsvorrichtungen im wesentlichen in derselben Ausrichtung wie die erste Absorptionsachse der farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen ausgerichtet ist und

mit einer veränderlichen optischen Verzögerungsvorrichtung, die zwischen den farbsensitiven Polarisationsvor richtungen angeordnet ist und optisch mit ihnen in Verbindung steht, wobei die optische veränderliche Verzögerungsvorrichtung zwei mit Licht kommunizierende Flächen aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verzögerungsvorrichtung (12) im wesentlichen eine Haibwellenverzögerung von Licht der zweiten Farbe erzeugt und so ausgerichtet ist, daß die Projektion ihrer optischen Achse (36) auf jede der beiden mit Licht kommunizierenden Flächen (37) im wesentlichen im Winkel von 45° mit Bezug auf jede der ersten und zweiten Absorptionsachsen angeordnet ist und

daß Schaltvorrichtungen (24,26), die mit der veränderlichen optischen Verzögerungsvorrichtung in Verbindung steht, um erste und zweite Schaltzustände zu erzeugen, wobei der erste Schaltzustand im wesentlichen verminderte Verzögerung von Licht der ersten und zweiten Farbe durch die veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung erzeugt, um die Übertragung von Licht in nur der zweiten Farbe durch die lineare Polarisationsvorrichtung zu gestatten und der zweite Schaltzustand im wesentlichen Haibwellenverzögerung von Licht der zweiten Farbe durch die veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung erzeugt, um die Übertragung von Licht in nur der ersten Farbe durch die lineare Polarisationsvorrichtung zu gestatten.
2. Farbdarstel1ungssystem gemäß Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,

daß die farbsensitiven Polarisationsvorrichtungen (14,16,18) erste und zweite pleochroisehe, lineare Polarisationsvorrichtungen (14,16) aufweisen, wobei die Absorptionsachse der ersten pleochroisehen Polarisationsvorrichtung (14) mit der ersten Absorptionsachse der farbsensitiven Polarisationsvorrichtung (18) zusammenfällt und die Absorptionsachse der zweiten pleochroisehen Polarisationsvorrichtung (14) mit der zweiten Absorptionsachse der farbsensitiven Polarisationsvorrichtung (18) zusammenfällt.
3. Farbdarstellungssystem gemäß Anspruch 1 oder Ansprüchen 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet,
daß das von der Lichtquelle (22) ausgesandte Licht synchron mit den Schaltvorrichtungen (24,26) moduliert wird, um ein Bild vielfarbiger Erscheinung zu erzeugen.
4. Farbdarstel1ungssystem gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die veränderliche optische Verzögerungsvorrichtung (12) eine Flüssigkristal1 ze!Ie (100) mit Flüssigkristal Imateri al-Ausrichtungslei tern (120) aufweist, wobei die Flüssigkristallzelle (100) auf in.die Zelle durch die ersten und zweiten Schaltzustände der Schaltvorrichtungen (24,26) eingeführte elektrische Felder von verschiedenen Intensitäten anspricht, wobei der erste Schaltzustand ein elektrisches Feld mit höherer Intensität erzeugt, das die Leiter (120) sich im wesentlichen End-zu-End in einer Richtung, die parallel zu den Flußlinien (121) des elektrischen Feldes läuft,- ausrichten läßt und der zweite Schaltzustand ein elektrisches Feld mit geringerer Intensität erzeugt, das die Leiter (120) aus der End-zu-End-Ausf1uchtung entweichen läßt, in welcher eine Komponente eines jeden von einer beträchtlichen Anzahl der Leiter (120) auf die Flächen der Zelle projiziert wird.
5. Farbdarstel1ungssystem ähnlich einem oder mehreren der Ansprüche 5,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkristallzelle (100) an ihren inneren sich gegenüberliegenden elektrisch leitenden Schichten (110 bzw. 110') je eine die berührenden Leitelemente (116

bzw. 118) im Neigungswinkel (- Θ) gegensinnig vorspannende Schicht (112,112') aufweist.
6. Farbdarstellung gemäß Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster vorspannender Neigungswinkel (+Θ) für die berührenden Leitelemente (116) zwischen 2° bis 5° und ein zweiter entgegengerichteter, vorspannender Neigungswinkel (-Θ) für die berührenden Leitelemente (118) zwi schen 10° und 30° erzielbar ist.
7. Farbdarstellung nach Anspruch 5 oder Ansprüchen 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die einen Neigungswinkel vorspannende Schicht (112 bzw. 112') aus aufgedampftem Si 1izium-Monoxid besteht und aufgerieben i st.
8. Farbdarstel1ungssystem gemäß Anspruch 1 oder einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlichen optischen Verzögerungsvorrichtungen (12) eine Flüssigkri stal 1 zel Ie (100) aus einer Mi schung aus Flüssigkristallmaterial mit Ausfluchtungsleitern (120) und einer veränderlichen dielektrischen frequenzabhängigen Anisotropie aufweisen, wobei die Flüssigkri stal 1 ze! Ie (100) auf Signale verschiedener Frequenzen anspricht, die an die Zelle (100) durch die ersten und zweiten Schaltzustände der Schaltvorrichtungen (24,26) angelegt werden, wobei der erste Schaltzustand ein Signal mit einer niedrigeren Frequenz erzeugt, welches ein erstes sich änderndes elektrisches Feld innerhalb der Zelle (100) erzeugt, das die Leiter (120)

sich in einer Richtung ausfluchten läßt, die parallel zu den Flußlinien (121) des ersten elektrischen Feldes verläuft und der zweite Schaltzustand ein Signal mit einer höheren Frequenz erzeugt, welches ein zweites sich änderndes elektrisches Feld innerhalb der Zelle (100) erzeugt, das die Leiter (120) sich in einer Richtung ausfluchten läßt, die nicht parallel zu den Flußlinien (121) des zweiten elektrischen Feldes verläuft.
9. Verfahren für die Verwendung einer Flüssigkristallzel1e gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche als eine veränderliche Verzögerungsvorrichtung (12) mit relativ hoher Geschwindigkeit zum Verändern der Verzögerung von Licht (126), das durch sie von einer äußeren Quelle (22) übertragen wird, wobei die Flüssigkristallzelle (100) aus einem Flüssigkristallmaterial besteht, das Leiter (120) aufweist und zwischen einem Paar sich gegenüberliegender, im Abstand gehaltener optisch transparenter Elektrodenanordnungen (110,HO¹) enthalten ist, von denen jede Elektrodenanordnung eine -Schicht von optisch transparentem und elektrisch leitendem Material aufweist und die Innenfläche (112,112') einer jeden Elektrodenanordnung so konditioniert ist, daß die Leiter (116,118) des Flüssigkristallmaterials, die sich damit in Berührung befinden, im wesentlichen gleichförmig ausgefluchtet werden, um mit den konditionierten Flächen Neigungsvorspannungswinkel (Θ) zu bilden, wobei die Neigungsvorspannungswinkel (Θ) der Leiter (116), die in Berührung mit den konditionierten Flächen (112,112') stehen in einem Drehsinn begrenzt sind, der den Neigungsvorspannungswinkelη der Leiter (118), die sich in Berührung mit den anderen konditionierten Flächen befinden, entgegengesetzt ist, mit den folgenden Stufen:

Anlegen eines ersten Signals an die leitenden Schichten (110,110') der Zelle (100) zum Erzeugen eines elektri* sehen Feldes, um zumindest einige der f1ächennichtberührenden Leiter (120) zu einer ersten Konfiguration zu bringen, die ein erstes Maß von optischer Verzögerung durch die Zelle (100) von auf eine der. Flächen der Elektrodenanordnung fallendem Licht (126) erzeugt, und
Anlegen eines zweiten Signals an die leitenden Schichten (110,110') der Zelle (100) zur Veränderung des elektrisehen Feldes, um zumindest einige der f1ächennichtberührenden Leiter (120) in eine zweite Konfiguration zu bringen, die in einer relativ kurzen Zeit ein zweites Maß von optischer Verzögerung von auf eine der Flächen der Elektrodenanordnung einfallendem Licht (126) zu erzeugen.
10. Verfahren für die Verwendung ei ner . F-I üssigkri stall zel Ie gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche als eine veränderliche Verzögerungsvorrichtung (12) mit relativ hoher Geschwindigkeit zum Verändern von durch sie von einer äußeren Quelle (22) übertragenem Licht (126), wobei die Flüssigkristallzelle (100) Flüssigkristallmaterial (106) mit Leitern (120) aufweist und zwi sehen einem Paar von sich gegenüberliegenden, im Abstand gehaltenen, optisch transparenten Elektrodenanordnungen (110,110') enthalten ist, wobei jede Elektrodenanordnung (110,110') eine Schicht von optisch transparentem und leitendem Material aufweist und die Innenfläche einer jeden Elektrodenanordnung so konditioniert ist, daß die Leiter (116,118) des Flüssigkristallmaterials , die sich damit in Berührung befinden, im wesentlichen gleichmäßig ausgerichtet werden, um mit den konditionierten Flächen Neigungsvorspannungswinkel (Θ) zu bilden, wobei die Neigungsvorspannungswinkel (Θ) der Leiter (116), die

7 -

sich in Berührung mit einer konditionieren Fläche befinden, in einem Drehsinn begrenzt sind, · der den Neigungsvorspannungswinkelη (θ) der Leiter (118), die sich in Berührung mit der anderen Fläche befinden, entgegengesetzt ist, mit den folgenden Stufen:

Anlegen eines ersten Signals an die leitenden Schichten (110,110') der Zelle (100) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, das eine beträchtliche Anzahl der flächen- nichtberührenden Leiter (120) veranlaßt, sich im wesentlichen End-zu-End in einer Richtung auszufluchten, die senkrecht zu den konditionierten Flächen verläuft, um eine wesentlich verminderte optische Verzögerung durch die Zelle (100) für auf eine der Flächen der Elektroden anordnungen einfallendes Licht (126) vorzusehen; und

Anlegen eines zweiten Signals an die leitenden Schichten (110,110') der Zelle (100) zum Verändern des elektrischen Feldes, um zumindest einige der f1ächennichtberührenden Leiter (120) im Innern der Zelle zum Zurückwei- chen aus der End-zu-End-Ausfluchtung zu veranlassen, um in einer relativ kurzen Zeit eine wesentliche optische Halbwellenverzögerung von auf eine der Flächen der Elektrodenanordnungen einfallendem Licht (126) vorzusehen.
11. Verfahren zur Verwendung einer Flüssigkristal1 zelle gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche als eine veränderliche Verzögerungsvorrichtung mit relativ hoher Geschwindigkeit zum Modulieren von durch sie von einer äußeren Quelle übertragenem Licht, wobei die Flüssigkristal1zel1e Flüssigkristallmaterial mit Leitern aufweist und zwischen einem Paar von sich gegenüberliegenden, im Abstand gehaltenen, optisch transparenten Elektrodenanordnungen enthalten ist, wobei jede Elektro denanordnung eine Schicht von optisch transparentem und

elektrisch leitendem Material aufweist und die Innenfläche einer jeden Elektrodenanordnung so konditioniert ist, daß die Leiter des Flüssigkristallmaterials_s die sich damit in Berührung befinden im wesentlichen gleichmäßig ausgerichtet werden, um mit den konditionierten Flächen Neigungsvorspannungswinkel zu bilden, wobei die Neigungsvorspannunswinkel der Leiter, die sich in Berührung mit einer konditionierten Fläche befinden, in einem Drehsinn begrenzt sind, der den Neigungsvorspannungswinkein der Leiter, die sich in Berührung mit der anderen Fläche befinden, entgegengesetzt ist, mit den folgenden Stufen:

Anlegen eines ersten Signals an die leitenden Schichten der Zelle zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, das eine beträchtliche Anzahl der f 1 ächennichtberührenden Leiter veranlaßt, sich im wesentlichen End-zu-End in einer Richtung auszufluchten, die senkrecht zu den konditionierten Flächen verläuft, um eine wesentlich ver-. minderte Verzögerung für durch die Zelle auf eine der Elektrodenflächen einfallendes Licht vorzuse-hen; und

Anlegen eines zweiten Signals an die leitenden Schichten der Zelle zum Verändern des elektrischen Feldes und zum Veranlassen einer Wiederausfluchtung im Drehsinn der flächennichtberührenden Leiter, um im wesentlichen optische Haibwel1enverzögerung für auf eine der Elektrodenflächen einfallendes Licht vorzusehen, wobei die Wiederausfluchtung im Drehsinn der f1ächennichtberührenden Leiter stattfindet,

dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung einen gleichgerichteten Fluß von Flüssigkristal lmateri al (106) innerhalb der Zelle (100) veranlaßt, um einen optischen Verzögerungsstoß bei der Wiederausf1uchtung zu vermeiden und dadurch die optische

Ansprechzeit der Zelle zu verkürzen.
12.Veränderliche optische Flüssigkristallverzögerungsvorrichtung mit relativ kurzer Erholungszeit,

dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Fl Ussigkristallzel Te (100) aus FlUssigkristallmaterial (106) mit Leitern (116,118,120), das zwischen einem Paar sich gegenüberliegender, im Abstand gehaltener, optisch transparenter Elektrodenanordnungen (102,104) eine leitende Schicht (110,110') aufgebracht ist und ihre Innenfläche (112,112') so konditioniert ist, daß die Leiter (116,118) des Flüssigkristallmaterials, die sich damit in Berührung befinden, im wesent- liehen gleichförmig ausgerichtet werden, um Neigungsvorspannungswinkel (Θ) mit den konditionieren Fläc.hen (112,112') zu bilden, wobei die Neigungsvorspannungswinkel der Leiter (116), die sich in Berührung mit den konditionierten Flächen (112) einer Elektrodenanordnung

(102) befinden, in einem Drehsinn begrenzt sind, der den Neigungsvorspannungswinkeln der Leiter (118), die sich in Berührung mit den konditionieren Flächen (112* ) der anderen Elektrodenanordnung (104) befinden, entgegengesetzt i st; und

mit Feldvorrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Zelle (100), um eine beträchtliche Anzahl der f1ächennichtberührenden Leiter (120) zum Ausfluchten in einer im wesentlichen End-zu-End-Beziehung in einer Richtung, die senkrecht zu den konditionierten Flächen (112,112') verläuft, zu veranlassen, um eine wesentlich verringerte optische Verzögerung durch die Zelle (100) von auf eine der Flächen der Elektrodenanordnung (102) einfallendem Licht (126) vorzusehen, und zum Verändern des elektrischen Feldes, um zumindest einige der flä-

-ίο- 3A16518

chennichtberührenden Leiter (120) im Innern der Zelle zum Zurückweichen aus der End-zu-End-Ausfluchtung zu veranlassen, um in einer relativ kurzen Zeit wesentliche Haibwel1enverzögerung von auf eine der Flächen (108) der Elektrodenanordnung einfallendem Licht (126) vorzusehen.
13. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche mit ungleichmäßiger Leiterausrichtung, die als veränderliche Verzögerungsvorrichtung verwendet werden kann, um mit relativ kurzer Erholungszeit die Modulation von durch sie von einer äußeren Quelle übertragenem Licht zu bewi rken,

gekennzeichnet durch folgende Stufen:

Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht (110,110') auf eine Fläche (102) einer jeden von zwei optisch transparenten dielektrischen Elementen zur Bildung eines Paares transparenter Elektrodenanordnungen (102,104);

Konditionieren einer Fläche (1.12) von jeder des Paares von Elektrodenanordnungen (102), so daß die Leiter (116) eines darauf aufgebrachten Flüssigkristallmaterials (106) sich in einer vorbestimmten Richtung ausfluchten;

Einstellen einer jeden Elektrodenanordnung (102,104) des Paares, so daß seine konditionierten Flächen (112,112') sich in im Abstand gehaltener und sich gegenüberliegenden Beziehung befinden,

Einbringen eines Flüssigkristallmaterials (106) zwischen die Elektrodenanordnungen zur Bildung einer anisotropischen Zelle (100); 35

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Ausrichten der Elektrodenanordnungen, so daß die Leiter (116) des FlUssigkristal!materials (106), die sich in Berührung mit den konditionierten Flächen (112) befinden, sich im wesentlichen gleichmäßig ausrichten, um mit den konditionierten Flächen Neigungsvorspannungswinkel (Θ) zu bilden, wobei die Neigungsvorspannungswinkel (Θ) der Leiter (116), die sich in Berührung mit einer konditionierten Fläche (112) befinden, in einem Drehsinn begrenzt sind, der dem Neigungsvorspannungswinkel der Leiter (118), die sich in Berührung mit der anderen konditionierten Fläche (112) befinden, entgegengesetzt ist, und

abwechselndes Anlegen eines ersten Signals an die Zelle (100), um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das eine beträchtliche Anzahl der f 1 ächennichtberührenden Leiter (120) zum Ausfluchten in einer im wesentlichen End-zu-End-Beziehung in einer Richtung, die senkrecht zu den konditionierten Flächen (112,112') verläuft, veranlaßt, um durch die Zelle (100) auf eine der Flächen (102) der Elektrodenanordnung einfallendem Licht (126)· wesentlich verringerte optische Verzögerung zu erteilen und eines zweiten Signals zum Verändern des elektrischen Feldes, um zumindest einige der f 1 ächennichtberührenden Leiter

(120) im Innern der Zelle (100) zum Zurückweichen aus der End-zu-End-Ausfluchtung zu veranlassen, um in einer relativ kurzen Zeit auf eine der Flächen (102) der Elektrodenanordnungen einfallendem Licht (126) wesentliche optische Halbwellenverzögerung zu erteilen.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die Stufe der Einführung von Flüssigkristallmaterial verschiedener Dicke in die Zelle aufweist,

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um Licht verschiedener Wellenlänge wesentliche Halbwellenverzögerung zu erteilen.

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