DE3587896T2

DE3587896T2 - Flüssigkristallzelle mit einer homeotropen Struktur und mit Doppelbrechungskompensation dieser Struktur.

Info

Publication number: DE3587896T2
Application number: DE3587896T
Authority: DE
Inventors: Jean-Frederic Clerc; Jean-Claude Deutsch
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2005-05-11
Also published as: JPS60256121A; EP0162775A2; FR2564605B1; DE3587896D1; FR2564605A1; JPH0766121B2; US4701028A; EP0162775A3; EP0162775B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle, geeignet eine homeotrope Struktur aufzuweisen, mit kompensierter Doppelbrechung für diese Struktur. Sie findet Anwendung vor allem bei der Herstellung von Datenanzeigevorrichtungen wie etwa Uhren oder elektronische Taschenrechner.
Man kennt verschiedene Flüssigkristallzellen oder - anzeigen, von denen Beispiele dargestellt sind in den Fig. 1A bis 2B. In den Fig. 1A und 1B hat man schematisch eine Flüssigkristallzelle des Typs "nematische Drehzelle" ("a n matique en h lice") dargestellt, die eine nematische Flüssigkristallschicht 2 umfaßt, enthalten zwischen zwei nicht dargestellten. Elektroden tragenden Glasplatten 3 und 4 und zwei geradlinigen Polarisatoren 5 und 6, auch Linearpolarisatoren genannt, angeordnet beiderseits der Einheit, die durch die Schicht und die beiden Platten gebildet wird. Die Schicht ist so angeordnet, daß die Moleküle 7, die sie bilden während die Zelle im Ruhezustand ist (Fig. 1A), d. h. wenn keine elektrische Spannung an den Elektroden liegt, eine Anordnung parallel zu den Platten und eine spiralige Struktur aufweisen, so daß die Moleküle, die dem das einfallende Licht empfangenden Polarisator gegenüberstehen, senkrecht sind zu der Achse der maximalen Absorption dieses Polarisators, und daß die Moleküle, die dem anderen Polarisator gegenüberstehen, zu dieser Achse parallel sind, wobei die Achsen maximaler Absorption der Polarisatoren außerdem entweder senkrecht sind (um einen positiven Kontrast zu erhalten, "schwarz auf weiß") oder parallel (um einen negativen Kontrast zu erhalten, "weiß auf schwarz"). Wenn die Zelle erregt wird, d. h. wenn eine geeignete elektrische Spannung an den Elektroden liegt, weist der Flüssigkristall eine homeotrope Struktur auf, bei der die Moleküle 7 alle parallel sind in ein und derselben Richtung 8, senkrecht zu den beiden Platten und "Homeotropierichtung" genannt (Fig. 1B).
In den Fig. 2A und 2B ist schematisch eine Flüssigkristallzelle des Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung dargestellt, eine nematische Flüssigkristallschicht 9 umfassend, angeordnet zwischen zwei Glasplatten 10 und 11, versehen mit nichtdargestellten Elektroden, und zwei Polarisatoren 12 und 13, angeordnet beiderseits des durch die Schicht und die Platten gebildeten Aufbaus. Die beiden Polisatoren sind vorzugsweise zirkular oder quasi-zirkular und zueinander komplementär, d. h. geeignet, zwei Lichtwellen entgegegengesetzte Polarisationsrichtungen zu geben, die sich in derselben Richtung fortpflanzen, senkrecht zu den beiden Polarisatoren und jeweils auf den einen von diesen fallend und auf den anderen, wenn die Zelle im Ruhezustand ist, weist der Kristall eine homeotrope Struktur auf, wobei alle Moleküle 14, aus denen er sich zusammensetzt dann parallel sind zu einer Richtung 15, senkrecht zu den beiden Platten 11 und 12 und wieder "Homeotropierichtung" genannt (Fig. 2A). Wenn die Zelle erregt wird, neigen sich die Moleküle alle in ein und dieselbe Richtung, die einen Winkel α mit der Homeotropierichtung bildet.
Durch das Dokument US-A-3 960 438 ist auch eine Flüssigkristallzelle des Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung bekannt, die der Präambel des Anspruchs 4 entspricht.
Die Zellen des Typs nematische Drehzelle oder des Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung weisen einen Nachteil auf: wenn sie in ihrer homeotropen Struktur sind und schräg beobachtet werden, verschlechtert sich ihr Kontrast, und dies um so mehr, je größer der Beobachtungswinkel ist, wobei dieser Kontrast sich sogar umkehren kann.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen.
Sie hat eine Flüssigkristallzelle des durchlässigen Typs zum Gegenstand, entsprechend Anspruch 1.
Bei einer Schrägbeobachtung (im Gegensatz zu einer Beobachtung entsprechend der Homeotropierichtung) ist der Flüssigkristall, in seiner homeotropen Struktur, doppelbrechend und hört auf, inaktiv zu sein gegenüber der Elliptizität einer Lichtwelle, die ihn durchquert, indem er diese Elliptizität verändert, was dann zu einer Verschlechterung des Kontrasts führt. Bei der Erfindung wirkt die Dicke der Flüssigkristallschicht zusammen mit den Polarisationseinrichtungen, um für eine bestimmte Beobachtungsebene die Kompensation der Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht herzustellen in ihrer homeotropen Struktur, und diese Kompensation ermöglicht, einen hohen Kontrast zu wahren im Falle einer Schrägbeobachtung, die in dieser Beobachtungsebene erfolgt, und dies für große Beobachtungswinkel, die bis 70 gehen können im Fall einer Zelle des Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung.
Selbstverständlich können die Elektroden einen oder mehrere Teile umfassen, je nach Art der mittels der Zelle sichtbar zu machenden Informationen.
Bei einer speziellen Ausführung werden die ersten und die zweiten Polarisationseinrichtungen jeweils gebildet durch ein erstes Paar, umfassend einen ersten Linearpolarisator und, zwischen diesem und dem genannten Aufbau, ein erstes Verzögerungsplättchen, und ein zweites Paar, umfassend einen zweiten Linearpolarisator und, zwischen diesem und dem besagten Aufbau, ein zweites Verzögerungsplättchen, wobei die jeweiligen Maximalabsorptionsachsen parallel sind zu ein und derselben Ebene, die senkrecht zur Beobachtungsebene ist und parallel zur Homeotropierichtung der Schicht, und senkrecht sind zu dieser Homeotropierichtung, und jedes Verzögerungsplättchen so angeordnet ist, daß zwei seiner neutralen Linien senkrecht sind zu der Homeotropieachse und daß eine der Winkelhalbierenden des Winkels, der gebildet wird durch diese neutralen Linien, sich parallel zur Homeotropierichtung im wesentlichen auf die Maximalabsorptionsachse des entsprechenden Linearpolarisators projiziert, und die Verzögerungsplättchen außerdem so angeordnet sind, daß ihre jeweiligen langsamen Achsen sich beiderseits der genannten gleichen Ebene befinden.
Bei einer weiteren speziellen Ausführung sind die beiden Verzögerungsplättchen vereinigt zu einem einzigen und die Winkelhalbierende des durch die neutralen Linien gebildeten Winkels dieses einzigen Plättchens sich parallel zur Homeotropierichtung projiziert, im wesentlichen auf der Maximalabsorptionsachse von einem der Linearpolarisatoren.
Die vorliegende Erfindung hat auch eine Flüssigkristallzelle des reflektierenden Typs zum Gegenstand, dem Anspruch 4 entsprechend.
Bei einer speziellen Ausführung umfassen die Polarisationseinrichtungen einen Linearpolarisator und, zwischen diesem und dem genannten Aufbau, ein Verzögerungsplättchen, wobei die Maximalabsoptionsachse des Linearpolarisators senkrecht ist zur Homeotropierichtung der Flüssigkristallschicht und senkrecht zu der Beobachtungsebene, und das Verzögerungsplättchen ist einerseits so angeordnet, daß seine neutralen Linien senkrecht sind zu der Homeotropierichtung und daß eine der Winkelhalbierenden des Winkels, der durch diese neutralen Linien gebildet wird, sich parallel zu der Homeotropierichtung projiziert.
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden, beispielhaften und keinesfalls einschränkenden Beschreibung, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
- die Fig. 1A und 1B sind schematische Ansichten einer Flüssigkristallzelle des nematischen Drehzellentyps aus dem Stand der Technik, jeweils im Ruhe- und im Erregungszustand und schon beschrieben,
- die Fig. 2A und 2B sind schematische Ansichten einer Flüssigkristallzelle mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung aus dem Stand der Technik, jeweils im Ruhe- und im Erregungszustand und schon beschrieben,
- die Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Beobachtungsebene einer erfindungsgemäßen Zelle des durchlässigen Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung zeigt,
- die Fig. 4 ist eine schematische explodierte Ansicht der in Fig. 3 dargestellten Zelle,
- die Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Wellenebene, einer ebenen Lichtwelle entsprechend, die schräg auf die in Fig. 4 dargestellte Zelle fällt, entsprechend der in Fig. 3 dargestellten Beobachtungsebene,
- die Fig. 6A ist eine schematische Ansicht, die die Polarisation einer ebenen Lichtwelle zeigt, die mit Eintrittswinkel Null auf die in Fig. 4 dargestellte Zelle fällt, am Eingang des ersten Verzögerungsplättchens, mit dem diese Zelle ausgestattet ist,
- die Fig. 6B ist eine schematische Ansicht, die die Polarisation dieser ebenen Welle zeigt, am Ausgang des ersten Verzögerungsplättchens,
- die Fig. 7A ist eine schematische Ansicht, die die Polarisation der ebenen Lichtwelle zeigt, die schräg auf die in Fig. 4 dargestellte Zelle fällt, am Eingang des ersten Verzögerungsplättchens,
- die Fig. 7B ist eine schematische Ansicht, die die Polarisation dieser Welle am Ausgang des ersten Verzögerungsplättchens zeigt,
- die Fig. 7C ist eine schematische Ansicht, die die Polarisation dieser Welle zeigt, nachdem sie eine bestimmte Dicke der Flüssigkristallschicht durchquert hat,
- die Fig. 7D ist eine schematische Ansicht, die die Polarisation dieser Welle zeigt, nachdem sie die Hälfte der Flüssigkristallschicht durchquert hat, wobei deren Dicke angepaßt ist um ihre Doppelbrechung zu kompensieren, und
- die Fig. 8 ist eine schematische explodierte Ansicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle des reflektierenden Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung.
In Fig. 3 ist schematisch die Beobachtungsebene oder Hauptableseebene P dargestellt, wobei in dieser Ebene die Ablesung des Anzeigeschirms 16 einer Zelle 17 des durchlässigen Typs mit erfindungsgemäß elektrisch gesteuerter Doppelbrechung erfolgt. Die Homeotropierichtung H der Zelle ist senkrecht zur Anzeigeschirmebene. Die Beobachtungsebene P entspricht der wahrscheinlichsten Position des Anzeigeschirm-Ablesers, wobei dieser Ableser den Anzeigeschirm unter einem variablen Einfallwinkel betrachtet. Dieser Plan P ist senkrecht zum Anzeigeschirm und folglich parallel zur Homeotropierichtung H. Man hat in Fig. 3 ebenfalls die Fortpflanzungsrichtung D einer ebenen Lichtwelle dargestellt, die in die Beobachtungsebene P auf der Zelle 17 fällt, mit einem Einfallwinkel i. Dieser Einfallwinkel i ist in Wirklichkeit der Einfallwinkel in das aktiven Material, dessen optischer Index bzw. Brechzahl im generell bei 1,5 liegt, im allgemeinen den Linearpolarisatoren, den Verzögerungsplättchen und der Flüsssigkristallschicht entsprechend, die die Zelle 16 umfaßt und die in der Folge beschrieben werden. Der Einfallwinkel in Luft, dem Winkel i entsprechend, ist größer als er. Die Fortpflanzungsrichtung D ist ebenfalls die "theoretische" Fortpflanzungsrichtung für einen Beobachter, der sich in dem besagten aktiven Material befinden würde.
In Fig. 4 ist schematisch, in explodierter Ansicht, die erfindungsgemäße Zelle dargestellt, auf die Bezug genommen wurde in der Beschreibung der Fig. 3. Diese Zelle umfaßt eine nematische Flüssigkristallschicht 18, die sich zwischen zwei Glasplatten 19 und 20 erstreckt, deren Brechzahl in der Größenordnung von 1,5 ist. Diese Glasplatten 19, 20 umfassen auf bekannte Weise auf ihren direkt der Flüssigkristallschicht gegenüberstehenden Seiten transparente Elektroden 19a, 20a, die unter der Wirkung einer angemessenen anliegenden Spannung Zeichen (Zahlen, Buchstaben, Punkte . . . ) auf dem Anzeigeschirm der Zelle erscheinen lassen. Die beiden Platten sind außerdem parallel zueinander und die Flüssigkristallschicht ist zwischen diesen Platten so angeordnet, daß sie, wenn keine Spannung angelegt ist zwischen den Elektroden, eine homeotrope Struktur aufweist, deren Homeotropierichtung senkrecht ist zu den beiden Platten 19 und 20, wobei die Moleküle der Flüssigkristallschicht alle die gleiche Orientierung einnehmen bezüglich der Homeotropierichtung, wenn eine entsprechende elektrische Spannung zwischen den Elektroden anliegt. Deswegen wird die erfindungsgemäße Zelle, beschrieben mit Bezug auf die Fig. 4, in die Kategorie der Zellen mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung eingeordnet. Dasselbe gilt übrigens für die mit Bezug auf die Fig. 8 beschriebene erfindungsgemäße Zelle.
Die Zelle der Fig. 4 umfaßt ebenfalls beiderseits und nahe des Aufbaus aus der Flüssigkristallschicht und den Glasplatten einen ersten Linearpolarisator 21 und einen zweiten Linearpolarisator 22, beide plattenförmig, wobei der erste Polarisator 21 sich auf der Seite der Glasplatte 19 befindet, die das einfallende Licht empfängt. Die Zelle umfaßt ebenfalls ein erstes Verzögerungsplättchen 23, angeordnet zwischen der Platte 19 und dem ersten Polarisator 21, sowie ein zweites Verzögerungsplättchen 24, angeordnet zwischen der Glasplatte 20 und dem zweiten Polarisator 22. Die Polarisatoren 21, 22 und die Verzögerungsplättchen 23, 24 sind parallel zu den Platten 19 und 20.
Die Linearpolarisatoren 21 und 22 sind außerdem so angeordnet, daß ihre jeweiligen Maximalabsorptionsachsen P1 und P2 parallel zueinander sind und parallel zu einer Ebene M, die senkrecht ist zur Beobachtungsebene P und parallel zur Homeotropierichtung, wobei die Ebene M somit die Beobachtungsebene P in einer Geraden Δ schneidet, parallel zur Homeotropierichtung. Das Verzögerungsplättchen 23 (bzw. 24) ist so angeordnet, daß zwei seiner neutralen Linien, die jeweils seiner langsamen Achse L&sub1; (bzw. L&sub2;) und einer seiner schnellen Achsen R&sub1; (bzw. R&sub2;) entsprechen, senkrecht sind zu der Geraden Δ , und das eine ihrer schnellen Achsen R&sub1; (bzw. R&sub2;) senkrecht ist zu der Geraden Δ, und daß eine der Winkelhalbierenden, gebildet durch diese neutralen Linien, sich parallel zu der Geraden Δ im wesentlichen auf die Maximalabsorptionsachse P1 (bzw. P&sub2;) des entsprechenden Linearpolarisators 21 (bzw. 22) projiziert. Die andere, schnelle Achse R'&sub1; (bzw. R'&sub2;) ist dann parallel zu der Geraden Δ. Die Verzögerungsplättchen sind außerdem so angeordnet, daß ihre jeweiligen langsamen Achsen L&sub1; und L&sub2; sich beiderseits der Ebene M befinden. Außerdem werden die Verzögerungsplättchen 23 und 24 so gewählt, daß die Paare erster Linearpolarisator erstes Verzögerungsplättchen und zweiter Linearpolarisator-zweites Verzögerungsplättchen sich gegenüber einer einfallenden ebenen Lichtwelle, die sich der Geraden Δ entsprechend fortpflanzt, verhalten wie quasi-zirkulare, zueinander komplementäre Polarisatoren.
Nun wird die Dicke der Flüssigkristallschicht 18 definiert, die, zusammen mit den Polarisatoren 21, 22 und den Verzögerungsplättchen 23,24 zu einer Kompensation der Doppelbrechung der Flüssigkristallschicht führt, bei schrägem und der Beobachtungsebene P entsprechendem Einfall. Dazu betrachtet man die ebene Lichtwelle der Richtung D in der Ebene P (Fig. 3), sowie das bewegliche Bezugssystem, gebildet durch die beiden rechtwinkligen Achsen X und Y (Fig. 5), der Schnittpunkt (beweglich) 0 zu der Geraden J gehört und die beide senkrecht sind zu dieser Geraden J, wobei die Achse X außerdem senkrecht ist zur Ebene P. Das Bezugssystem XY definiert somit eine Ebene N, senkrecht zu der Geraden Δ . Man betrachtet ebenfalls ein weiteres bewegliches Bezugssystem, gebildet durch die X-Achse und eine Achse Y', die sich aus der Y-Achse herleitet durch eine Drehung der X-Achse um den Winkel i. Das andere Bezugssystem XY' ist folglich enthalten in einer Wellenebene π, senkrecht zu der Richtung D.
Nun verfolgt man die Entwicklung der Polarisierung der Lichtwelle der Richtung D, in dem Bezugssystem XY'. Zunächst betrachtet man den Sonderfall eines Null-Einfalls, einem Winkel i gleich Null entsprechend, d. h. einer ebenen Lichtwelle, die sich In Homeotropierichtung fortpflanzt. Nachdem sie den ersten Linearpolarisator 21 durchquert hat, direkt am Eingang des ersten Verzögerungsplättchens 23, weist die ebene Lichtwelle eine lineare Polarisation in Richtung Y-Achse auf, wie die Fig. 6A zeigt, in der ebenfalls strichpunktiert die Achsen l&sub1; und r&sub1; dargestellt sind, die die Projektionen auf die Ebene N, parallel zu der Geraden A, der langsamen und der schnellen Achse L&sub1; und R&sub1; sind. Am Ausgang des ersten Plättchens 23 weist die Welle eine quasizirkulare Polarisation auf und ihre Polarisationsellipse, die einem Kreis sehr nahe kommt, ist enthalten in einem Rechteck Rp, dessen Seiten im wesentlichen gleich sind und bei dem zwei benachbarte Seiten jeweils die Achsen X und Y als Mittelsenkrechte haben (Fig. 6B).
Man betrachtet nun den Fall, bei dem der Winkel i nicht Null ist (Fall der Welle mit der Richtung D der Fig. 3 und 5). Nach dem Durchqueren des ersten Polarisators 21 und direkt am Eingang des Verzögerungsplättchens 23 weist die Welle eine Linearpolarisierung auf und die ihr entsprechende Lichtschwingung ist parallel zu Y' und enthalten in einem Rechteck R' p' einer der Diagonalen von diesem entsprechend, wobei die Achsen l&sub1; und r&sub1; jeweils die Mittelsenkrechten der kleinen und großen Seiten dieses Rechtecks R'p bilden und die Achse l&sub1; einen Winkel u bildet mit der Y'-Achse (Fig. 7A).
Am Ausgang des ersten Verzögerungsplättchens 23 fällt wird die schräg einfallende Welle elliptisch polarisiert und ihre Polarisationsellipse ist enthalten in dem Rechteck R'p, wobei die Hauptachse der Ellipse sich längs der Achse r&sub1; erstreckt (Fig. 7B).
Wenn die Welle sich in eine bestimmte Dicke der Flüssigkristallschicht 18 fortgepflanzt hat, nähern sich die Nebenachse und die Hauptachse der Polarisationsellipse jeweils der X-Achse und der Y'-Achse, wobei der Winkel zwischen der Hauptachse der Ellipse und der Y'-Achse einen Wert u', kleiner als u, annimmt Fig. 7C).
Es gibt folglich eine spezielle Dicke e&sub0; der Flüssigkristallschicht, für die Hauptachse und die Nebenachse der Polarisationsellipse sich jeweils auf der Y'-Achse und auf der X- Achse befinden, wobei der Winkel zwischen der Hauptachse der Ellipse und der Y'-Achse somit Null ist (Fig. 7D).
Erfindungsgemäß nimmt man infolgedessen als Dicke der Flüssigkristallschicht 18 das Doppelte dieser speziellen Dicke e&sub0;, die der Fachmann festlegen kann (mittels einer Informatik- oder Experimentalsimulation). Man beobachtet dann eine totale Extinktion der Welle am Ausgang des zweiten Linearpolarisators 22, egal ob der Einfallwinkel i null ist oder nicht. Folglich ist der Kontrast gewahrt bei Schrägbeobachtungen.
Um Verzögerungsplättchen herzustellen verwendet man vorzugsweise zweiachsige Materialien. Dies ist gerechtfertigt, um große optische Dicken der Flüssigkristallschicht zu kompensieren. Die schnellen Achsen R'&sub1; und R'&sub2; werden dann jeweils schneller gewählt als die Achsen R&sub1; und R&sub2;.
Beispielhaft und keinesfalls einschränkend werden die Verzögerungsplättchen 23 und 24 hergestellt mittels Zellulose- Diacetat bzw. neutralem Zelluloseacetat von 200 um Dicke, gestreckt, um eine optische Wegverzögerung in der Größenordnung von 150 nm zu erhalten bei einem Null-Einfall. Man kann den Flüssigkristall wählen aus der Gruppe der Schiffschen Basen und eine Flüssigkristallschicht herstellen, deren Dicke in der Größenordnung von 5 um ist und deren optische Anisotropie gleich 0,2 ist. Man kann den Flüssigkristall ebenfalls aus der Gruppe der Phenyl-Cyclohexane wählen und eine Flüssigkristallschicht herstellen, deren Dicke in der Größenordnung von 10 um ist und deren optische Anisotropie gleich 0,1 ist.
In Fig. 8 ist schematisch in explodierter Ansicht eine erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle des reflektierenden Typs mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung dargestellt. Diese Zelle umfaßt eine nematische Flüssigkristallschicht 25, enthalten zwischen zwei parallelen Glasplatten 26 und 27. Die Glasplatte 26 ist auf ihrer der Flüssigkristallschicht direkt gegenüberstehenden Seite versehen mit transparenten Elektroden 26a. Die andere Glasplatte 27 ist auf ihrer der Flüssigkristallschicht direkt gegenüberstehenden Seite versehen mit einer metallischen und folglich optisch reflektierenden Elektrode 27a. Die Flüssigkristallschicht ist so angeordnet, daß sie, wenn keine elektrische Spannung anliegt zwischen den Elektroden, eine homeotrope Struktur aufweist, deren Homeotropierichtung senkrecht ist zu den beiden Platten.
Die in Fig. 8 dargestellt Zelle umfaßt ebenfalls einen Linearpolarisator 28, plattenförmig, parallel zu den Platten 26 und 27 und außerhalb des Aufbaus befindlich, der gebildet wird durch die Platten und die Schicht, in der Nähe der Platte 26, die das einfallende Licht aufnimmt, sowie ein Verzögerungsplättchen 29, das eingefügt ist zwischen den Linearpolarisator und die Platte 26 und das ebenfalls parallel ist zu den Platten. Der Linearpolarisator 28 ist so angeordnet, daß seine Maximalabsorptionsachse P&sub0; nicht nur senkrecht ist zu der Homeotropierichtung sondern auch zur Beobachtungsebene P, die eine Position einnimmt, die vergleichbar ist mit der, die definiert wurde mit Bezug auf die Fig. 3. Man kann dann eine Ebene M&sub1; in Betracht ziehen, parallel zu dieser Achse, senkrecht zur Beobachtungsebene P und parallel zur Homeotropierichtung H. Diese Ebene M&sub1; schneidet die Beobachtungsebene P entsprechend einer Gerade Δ, parallel zur Homeotropierichtung. Das Verzögerungsplättchen ist so angeordnet, daß zwei seiner neutralen Linien, nämlich die, die jeweils der langsamen Achse L&sub0; und einer schnellen Achse des Plättchens entsprechen, senkrecht sind zur Geraden Δ, und daß eine der Winkelhalbierenden des Winkels den sie bilden sich parallel zu der Geraden Δ auf den Linearpolarisator 28 projiziert, entsprechend der Maximalabsorptionsachse P&sub0; von diesem. Außerdem wählt man das Verzögerungsplättchen 29 so, daß es mit dem Linearpolarisator 28 einen Zirkularpolarisator bildet gegenüber einer ebenen Lichtwelle, die der Geraden Δ entsprechend auf den Linearpolarisator fällt.
Die Dicke der Flüssigkristallschicht 25 wird gewählt gleich der weiter oben definierten speziellen Dicke e&sub0;. Die optisch reflektierende Elektrode 27a spielt dann, in der in Figur dargestellten Zelle, nämlich die Rolle der Symetrieebene π&sub1;, die parallel ist zu den beiden Glasplatten 19 und 20, dargestellt in Fig. 4, die die Schicht 18 dieser Zelle in zwei Hälften der Dicke E&sub0; teilt.
Man kompensiert somit die Doppelbrechung der Flüssig- Kristallschicht 25. Um das Verzögerungsplättchen herzustellen verwendet man vorzugsweise ein Viertelwellenlängenplättchen. Wenn eine ebene Lichtwelle auf den Linearpolarisator 28 fällt, dann reflektiert wird von der metallischen Elektrode 27a um anschließend aus dem Linearpolarisator 28 auszutreten, stellt man fest, daß die Kompensation der Doppelbrechung der Schicht, d. h. die Extinktion der betreffenden Welle bei ihrem Austritt aus dem Linearpolarisator, nur rigoros erreicht wird für eine bestimmte Wellenlänge, die gleich viermal der optischen Verzögerung entspricht, die durch das verwendete Plättchen verursacht wird.
Die Verzögerungsplättchen (oder das Verzögerungsplättchen) können hergestellt werden mit Hilfe von zusätzlichen Flüssigkristallzellen (oder einer zusätzlichen Flüssigkeitskristallzelle), die eine homogene planare Orientierung der Moleküle aufweist.
Man kann sagen, daß die Kompensation der Doppelbrechung der Flüssigkristallschichten entsprechend der mit Bezug auf die Fig. 4 und 8 beschriebenen Zellen "extern" ist, denn sie wird erzielt durch Anbringung von geeigneten Einrichtungen an den Schichten, die sich beiderseits dieser Schichten befinden, ohne auf diese "einzuwirken" (außer auf ihre Dicke).

Claims

1. Flüssigkristallzelle vom Durchsichttyp mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung, umfassend:

- eine erste und eine zweite Platte (19, 20), die parallel zueinander und einander gegenüberliegend sind;

- transparente Elektroden (19a, 20a), die auf die Innenseiten der genannten Platten (19, 20) aufgebracht sind;

- eine nematische Flüssigkristallschicht (18) mit negativer, dielektrischer Anisotropie, die zwischen den genannten Platten (19, 20) eingeschlossen ist;

- eine erste und eine zweite Polarisationseinrichtung (21, 23; 22, 24), die quasi-zirkularen, zueinander komplementären Polarisatoren äquivalent sind und sich auf den Außenseiten der genannten Platten (19, 20) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Dicke der Flüssigkristallschicht gleich der doppelten bestimmten Dicke (e&sub0;) ist, die, wenn eine ebene Lichtwelle, die schräg auf die Zelle entlang einer Beobachtungsebene parallel zu der Richtung der Homeotropie der Zelle fällt, diese ganze bestimmte Dicke durchlaufen hat, den Winkel aufheben kann, der zwischen der Beobachtungsebene und der großen Achse der Polarisationsellipse dieser Welle gebildet ist.

2. Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (21; 23) und die zweite (22; 24) Polarisationseinrichtung jeweils aus einem ersten Paar, das einen ersten, geradlinigen Polarisator (21) und zwischen diesem und der genannten Einheit ein erstes Verzögerungsplättchen (23) umfaßt, und einem zweiten Paar besteht, das einen zweiten geradlinigen Polarisator (22) und zwischen diesem und der Einheit ein zweites Verzögerungsplättchen (24) umfaßt, daß die jeweiligen maximalen Absorptionsachsen (P&sub1;; P&sub2;) der geradlinigen Polarisatoren zu einer gleichen Ebene (M) parallel sind, die senkrecht zu der Beobachtungsebene (P) und parallel zu der Richtung der Homeotropie der Schicht (18) ist, und senkrecht zu dieser Richtung der Homeotropie sind, daß jedes Verzögerungsplättchen (23; 24) derart angeordnet ist, daß seine neutralen Linien (L&sub1;, R&sub1;; L&sub2;, R&sub2;) senkrecht zu der Richtung der Homeotropie sind und daß eine der Winkelhalbierenden des Winkels, der von diesen neutralen Linien gebildet ist, sich parallel zu der Richtung der Homeotropie im wesentlichen auf die Achse der maximalen Absorption (P&sub1;, P&sub2;) des entsprechenden, geradlinigen Polarisators projiziert, daß die Verzögerungsplättchen ferner derart angeordnet sind, daß sich ihre jeweiligen langsamen Achsen auf beiden Seiten der genannten gleichen Ebene (M) befinden.

3. Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verzögerungsplättchen zu einem einzigen vereint sind, sich die Winkelhalbierende des Winkels, der durch die neutralen Linien dieses einzigen Plättchens gebildet ist, parallel auf die Richtung der Hometropie im wesentlichen auf die Achse der maximalen Absorption von einem der geradlinigen Polarisatoren projiziert.

4. Flüssigkristallzelle vom reflektierenden Typ mit elektrisch gesteuerter Doppelbrechung, umfassend:

- eine erste und eine zweite Platte (26, 27), die zueinander parallel und einander gegenüberliegend sind;

- eine erste, transparente Elektrode (26a), die auf die Innenseite der genannten ersten Platte (26) aufgebracht ist;

- eine zweite, reflektierende Elektrode (27a), die auf die Innenseite der genannten zweiten Platte (27) aufgebracht ist;

- eine nematische Flüssigkristallschicht (25) mit negativer, dielektrischer Anisotropie, die zwischen den genannten Platten (26, 27) eingeschlossen ist;

- eine Zirkularpolarisationseinrichtung (28, 29), die sich auf der Außenseite der genannten ersten Platte (26) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (e&sub0;) der Flüssigkristallschicht derart ist, daß sie, wenn eine ebene Lichtwelle, die schräg auf die Zelle entlang einer zu der Richtung der Homeotropie parallelen Beobachtungsebene auffällt, diese ganze Dicke durchlaufen hat, den zwischen der Beobachtungsebene und der großen Achse der Polarisationsellipse dieser Welle gebildeten Winkel aufhebt.

5. Zelle gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationseinrichtung einen geradlinigen Polarisator (28) und zwischen diesem und der Einheit ein Verzögerungsplättchen (29) umfaßt, daß die Achse der maximalen Absorption (P&sub0;) des geradlinigen Polarisators senkrecht zu der Richtung der Hometropie der Flüssigkristallschicht (25) und senkrecht zu der Beobachtungsebene ist, und daß das Verzögerungsplättchen einerseits so angeordnet ist, daß seine neutralen Linien (L&sub0;, R&sub0;) senkrecht zu der Richtung der Homeotropie sind und daß eine der Winkelhalbierenden des Winkels, der durch diese neutralen Linien gebildet wird, sich parallel zu der Richtung der Homeotropie auf die Achse der maximalen Absorption des geradlinigen Polarisators projiziert.

6. Zelle nach irgendeinem der Ansprüche 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verzögerungsplättchen aus einem zweiachsigen Material so hergestellt ist, daß seine schnellste neutrale Achse zu der Richtung der Homeotropie ausgerichtet ist.

7. Zelle gemäß irgendeinem der Ansprüche 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verzögerungsplättchen von einer zusätzlichen Flüssigkristallzelle gebildet ist, deren Ausrichtung der Moleküle in bezug auf die Wände der genannten zusätzlichen Zelle homogen plan ist.