DE3788127T2 - Farbanzeigevorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vielfarbenanzeigen und insbesondere auf eine Flüssigkristallzellenkombination, welche als ein optischer Schalter zum Anzeigen von gewählten Farben von einer scheinbar monochromatischen Zelle wirkt.
• Es ist im Stand der Technik bekannt, daß eine scheinbar monochromatische Quelle wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre (CRT) eine Vielfarbenanzeige ergeben kann. Von frühesten Experimenten im Farbfernsehen, welche ein drehendes Farbrad zusammen mit einer CRT verwendeten, war es möglich, Bilder auf dem Schirm synchron mit dem Farbrad anzuordnen, so daß eine Anzahl von Farben verwirklicht werden konnte. Diese Phänomen war genauso ein Produkt des Verbleibens eines Bildes im menschlichen Auge wie die Synchronisierung bestimmter Bilder mit der gleichzeitigen Darstellung eines Filters von vorbestimmter Farbe.
• Die Entwicklung der Lochmaskenröhre und die Verwendung von Dreiergruppen von monochromatischem Phosphor war vorzugsweise für das elektromechanische Farbrad bestimmt und folglich hat die Farbfernsehindustrie den elektromechanischen Ansatz aufgegeben. Es wurde in der Vergangenheit gelehrt, daß eine polychromatische Quelle, welche monochromatisch erscheint (vom Mischen der Farben) Bilder in den Hauptfarben oder in den Farben, welche sich aus der Mischung der Hauptfarben ergeben, liefern kann.
• Ein früher Ansatz zu einem sequentiellen Elektrofeld-Farbfernsehsystem ist in US-A-3 781 465 beschrieben. Das Patent zeigt eine monochromatische CRT mit einem Dreifarbenflüssigkristallaufbau, der rote, blaue und grüne Zellen einschließt. Elektronische Schaltkreisschalter der drei Zellen ergeben sequentiell eine Reihe von Einzelfarbbildern in rascher Reihenfolge, welche für das menschliche Auge in voller Farbe erscheinen.
• Ein anderer Ansatz ist in US-A-4 003 081 beschrieben. Dieser Ansatz, welcher dem Ansatz der vorliegenden Erfindung vorangegangen ist, bestand darin, eine CRT zu wählen, die Bilder in mindestens zwei Farben in Kombination mit einem elektrisch gesteuerten Bildelement liefert. Der Filter bestand aus Flüssigkristallmaterial, das in der rage ist, verschiedene Farben in Abhängigkeit vom angelegten Aktivierungssignal zu übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform erschienen Videobilder von einer ersten Quelle, wie beispielsweise ein Radar in einer Farbe, während Videobilder von einer zweiten Quelle wie beispielsweise einem Computer in einer zweiten Farbe dargestellt wurden. Alternative Ausführungsformen umfaßten eine Feldsequenzfarbanzeige, die einen dritten Filter einschloß, so daß drei Farbkombinationen zur Verfügung standen.
• Die US-A-4 385 806 erläutert eine Flüssigkristall-Lichtschließervorrichtung in Kombination mit retardierenden Wellenplatten zur Kompensation der Verzögerung in der Vorrichtung, die unter einer Vorspannung betrieben wird. Durch Verwendung einer Vorspannung kann der Betrieb der Verschlußvorrichtungen beschleunigt werden und die Verzögerungsplatten für die normale Doppelbrechung der Zellen kompensiert werden.
• Für die Teilweiterbehandlungsanmeldung der US-A-4 436 376 wurde ein Paar von Flüssigkristallzellen in der Weise eines Gegentaktverstärkers betrieben, so daß jede Zelle so betrieben wurde, daß sie ihre eigene Phasenverschiebung einem vorbeilaufenden optischen Strahl übermittelt. Die Anwendung einer Vorspannung auf die Zellen richtet das Übergewicht der Zellen mit Ausnahme der Schichten, die unmittelbar an die Elektroden grenzen, aus. Die Anwendung von abgestuften elektrischen Signalen über die leitenden Flächen führt zu einem schnellen Ein-Aus-Zyklus der Zellen. Die somit gelehrten Zellen wurden in einer Kommunikationsverbindung eingesetzt und Information wurde auf einen Lichtstrahl mit Hilfe von an den Zellen eingelegten elektrischen Signalen moduliert. Signale, die um 180º aus der Phase waren, wurden für den Gegentaktbetrieb an die zwei Zellen angelegt.
• Die allgemeine Idee der Verwendung einer "schwarz und weiß" CRT in Verbindung mit Flüssigkristallzellen und Farbpolarisatoren ist in Brinson et al. in IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 22, Nr. 5 vom Oktober 1979 beschrieben. Da eine volle Dreifarbenfähigkeit erwünscht ist, wird eine erste Flüssigkristallzelle von einem ersten Farbpolarisator und eine zweite Flüssigkristallzelle von einem zweiten Farbpolarisator gefolgt. Im wesentlichen "weißes" Licht wird durch einen linearen Polarisator übertragen und abhängig vom Zustand der ersten Zelle geht entweder blau oder gelb hindurch. Der Nettoausgang der Kombination ist dann entweder zyan oder rot und geht zur zweiten Zelle. Abhängig vom Zustand der Zelle wird zu jedem Zeitpunkt entweder blau, rot, grün oder schwarz erzeugt. Während der Darstellung werden die Nettofarben "gemischt" dadurch, daß Bilder über mehr als eine Farbphase bestehen bleiben, um eine im wesentlichen vollständige Farbpalette zu ergeben.
• Ein leicht unterschiedlicher Zugang ist in US-A-4 328 493 offenbart. Eine CRT, die mindestens zwei verschiedene Farben emittiert, wird mit einem ersten und zweiten Farbwählpolarisator, einer Flüssigkristallzelle und einem neutralen Linearpolarisator kombiniert. Die Flüssigkristallzelle rotiert unter einer Bedingung die Ebene des angewendeten polarisierten Lichtes und läßt in einer zweiten Bedingung das Licht ohne Drehung durch. Die Zelle wird dann synchron mit der Darstellung der Bilder, die in Farbe zu sehen sein sollen, geschaltet. Da die Zellen nicht zwischen den Zuständen in der Zeit geschaltet werden können, die während der Fernsehübertragung zur Verfügung steht, kann nur eine Hälfte der Zelle zu einer Zeit geschaltet werden und die Elektroden werden entsprechend angetrieben.
• In der GB-2139778 A ist ein Feldsequenzfarbsystem mit einer Flüssigkristallzelle offenbart, welche als ein veränderlicher optischer Verzögerer in einem Polarisationssystem funktioniert, das einen Mehrfarbenfilter einschließt, der selektiv eine erste oder zweite Farbe je nach der Polarisation des Lichtes transmittiert. Eine farbsensitive Polarisationseinrichtung wird vor der CRT angeordnet, die in der Lage ist, Licht bei mindestens zwei Farben zu emittieren. Eine erste Absorptionsachse läßt linear polarisiertes Licht der ersten Farbe durch und eine zweite Absorptionsachse läßt linear polarisiertes Licht der zweiten Farbe durch. Die Flüssigkristallzelle wird von einem Linearpolarisator gefolgt.
• Wenn die Flüssigkristallzelle durch ein erstes Signal angetrieben wird, liefert sie eine Halbwellenverzögerung auf das angelegte Licht. Wenn sie durch ein zweites Signal angetrieben wird, erfährt das einfallende Licht im wesentlichen keinen Verzögerung. Mit im wesentlichen keiner Verzögerung des Lichtes kann nur Licht von einer Farbe durch den Linearpolarisator hindurchgehen. Mit einer Halbwellenverzögerung kann nur Licht mit der anderen Farbe durch den Polarisator passieren.
• Eine speziell ausgelegte Flüssigkristallzelle arbeitet als ein variabler Retarder. Eine nematische Flüssigkristallzelle ist so aufgebaut, daß sie disklinationsfrei ist und in einer "rückprallfreien" Weise schaltet, wenn sie zwischen zwei Zuständen umschaltet, die die Orientierung der nicht die Oberfläche kontaktierende Ausrichter des Flüssigkristallmaterials in der Zelle ändert.
• Es wurde als wünschenswert ermittelt, einen geeigneten variablen Retarder zu finden, welcher bei einer höheren Geschwindigkeit betrieben werden kann, als der in der Struktur vorgesehene, die in GB 2139778A gezeigt ist.
• Eine Vorrichtung über ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriff s von Anspruch 1 und 7 ist in der US-A-2 753 763 beschrieben.
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird bin Anzeigesystem durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gekennzeichnet.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren, das eine Farbanzeige ergibt, durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 7 gekennzeichnet.
• Entsprechend wurde eine Farbanzeigevorrichtung entwickelt mit einer Lichtquelle von mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen, mit Lichtpolarisierungseinrichtung in optischer Verbindung mit der Quelle, einschließlich eines Farbwahlpolarisatorfilters, der erste und zweite Absorptionsachsen aufweist, die im wesentlichen orthogonal zueinander orientiert sind und linear polarisiertes Licht von einer ersten Farbe durchläßt, wobei die zweite Absorptionsachse linear polarisiertes Licht einer zweiten Farbe durchläßt.
• Eine variable optische Verzögerungseinrichtung ist zwischen dem Farbwahlpolarisationsfilter und einer Viertelwellenplatteneinrichtung angeordnet zum selektiven Transmittieren von Licht einer bestimmten Farbe mit dem Betrag, mit welchem Licht, das von der Quelle emittiert wurde, optisch verzögert ist. Eine Steuereinrichtung, die mit der variablen optischen Verzögerungseinrichtung gekoppelt ist, reguliert den Betrag der optischen Verzögerung, die durch die Verzögerungseinrichtung auf das transmittierte Licht gegeben wurde. Die Verzögerungseinrichtung ist zu mindestens ersten und zweiten Verzögerung in der Lage, was zur Emission von Licht von mindestens einer ersten und zweiten Farbe führt.
• Das System umfaßt eine variable optische Verzögerungseinrichtung, die erste und zweite Flüssigkristallzellen und eine Steuereinrichtung einschließlich einer elektrischen Potentialquelle auf einem ersten und zweiten Niveau und Einrichtungen zum Anlegen der elektrischen Potentialniveaus an jede Zelle zum Bestimmen des Betrages der optischen Verzögerung, welche durch jede Zelle ausgeübt wird, umfaßt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Quelle eine Bilderzeugungseinrichtung umfassen, wobei die Bilder selektiv intensitätsmoduliert synchron mit der Steuereinrichtung sind, um Bilder zu erzeugen, die eine Vielfarbenerscheinung haben.
• Die Reinheit der dargestellten Farben kann durch die Verwendung einer ersten Filtereinrichtung im optischen Weg zwischen der Quelle und dem Lichtpolarisierungssystem und einem zweiten Filter am Ausgang der Viertelwellenlängeplatteneinrichtung erhöht werden, um das emittierte Licht auf die erste und zweite Farbe bei der Farbwahlpolarisationseinrichtung zu begrenzen, welche unerwünschte Farben vom Ausgang des Systems eliminiert.
• Der Kontrast der dargestellten Szene kann ebenso erhöht werden durch die Verwendung der Filtereinrichtung, indem das eintreffende umgebende Licht in spektralen Bereichen, wo der CRT Phosphor kein Licht emittiert, absorbiert wird. Für die maximale Ausnutzung der Kontrastverbesserung können die Filter an der "Ausgangseite" der Kombination vorgesehen werden, eine Anordnung, die nicht kritisch für die Verbesserung der Farbreinheit ist, wo nur diese beabsichtigt ist.
• Um die Geschwindigkeit des Betriebes der variablen optischen Verzögerungseinrichtung zu erhöhen, kann jede Flüssigkristallzelle in die Lage versetzt werden, Licht optisch um einem Viertel einer Welle zu verzögern bei der Anlegung eines Potentials des ersten Niveaus und keine Verzögerung ausüben beim Anlegen eines Potentials des zweiten Niveaus. Um besser zu verstehen, warum die Anordnung der bevorzugten Ausführungsform einen bedeutenden Vorteil sowohl in der Geschwindigkeit wie auch in der Unabhängigkeit von Temperatureffekten bedeutet, ist zu beachten, daß alle Flüssigkristallvorrichtungen einen "bevorzugten" oder entspannten Zustand aufweisen, welcher als der "Aus" Zustand in Abwesenheit einer angelegten Spannung angesehen werden kann. Die Zellen können "Ein" geschaltet werden durch die Anlegung einer Spannung und die Geschwindigkeit der Einschaltantwort kann auf die Größe der angelegten Spannung bezogen werden. Die Einschaltzeit einer Zelle ist weitgehend unabhängig von der Temperatur.
• Wenn die Spannung von einer Zelle weggenommen wird, dann "entspannt" sich die Zelle in einen "Aus"-Zustand. Jedoch ist die erforderliche Abschaltzeit von der Temperatur abhängig und wenn die Temperaturen unter 20ºC sinken, wird diese erforderliche Zeit deutlich erhöht. Wenn eine Zelle nur von einem vollen "Ein" zu einem teilweise "Ein" mit einer Viertelwellenverzögerung entspannen muß, dann ist die erforderliche Zeit natürlich viel kleiner, als wenn sie auf die Halbwellenverzögerungsbedingungen entspannen muß.
• Da die bevorzugte Ausführungsform zwei Zellen in einer Gegentaktkonfiguration verwendet, entspannt sich beim Antreiben der einen Zelle auf "ein" die andere Zelle von "Ein" auf eine Viertelwellenverzögerungsbedingung. Die Antwort der einen Zelle hängt daher von der Temperatur ab und die andere Zelle wird nur leicht von der Temperatur berührt. Im Ergebnis kann die Betriebsgeschwindigkeit der Kombination gemäß der Erfindung deutlich höher sein als die von System nach dem Stand der Technik.
• Die ersten und zweiten Flüssigkristallzellen sind vorzugsweise mit ihren optischen Achse im rechten Winkel zueinander orientiert und mit 45º in Bezug auf die Polarisationsachsen, so daß beim Anlegen eines Potentials des ersten Niveaus eine der Zellen linear polarisiertes Licht zu rechtshändig zirkular polarisiertem Licht konvertiert, welches durch den zirkularen Polarisator mit einer Nettoverzögerung von einer halben Welle (90º-Drehung) passiert, und die andere der Zellen im wesentlichen keine Verzögerung auf das einfallende Licht gibt. Bei der Anlegung eines Potentials des zweiten Niveaus kann die erste der Zellen im wesentlichen keine Verzögerung auferlegen und die zweite der Zellen kann linear polarisiertes Licht zu linkshändig zirkular polarisiertem Licht konvertieren, welches durch den zirkularen Polarisator mit einer Nettoverzögerung vom im wesentlichen Null oder keine Drehung passiert.
• In der bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Flüssigkristallzellen "Rücken an Rücken" mit dem angrenzenden Elektroden angeordnet, die gemeinsam an eine Quelle einer Signalspannung angeschlossen sind. Die verbleibenden Elektroden sind zwischen einer potentialquelle und einer Quelle eines gemeinsamen Bezugspotentials oder Erde verbunden. Die Signalspannungsquelle schwingt dann zwischen zwei Zwischenspannungen hin und her, von denen eine einen wesentlichen Spannungsabfall über die erste Zelle, aber nicht der zweiten herbeiführt und die andere einen wesentlichen Spannungsabfall über die zweite Zelle, aber nicht über die erste, herbeiführt. Dies kann ergänzt werden durch die Einstellung des Bezugsniveaus gleich der Summe der Signalniveaus.
• Wenn ein Signal des ersten oder "unteren" Niveaus angelegt wird, dann wird die Zelle, über welche das niedrigere Potential existiert, ein Viertelwellenverzögerer sein, während die andere Zelle, über welche das höhere Potential existiert, ein "Null" Verzögerer ist. Wenn ein Signal eines zweiten oder "höheren" Niveaus angelegt wird, dann wird die Zelle, welche zuvor das untere Potential erfahren hat, nun dem höheren Potential ausgesetzt und wird nun ein "Null" Verzögerer sein, während die andere Zelle, die zuvor der "Null" Verzögerer war, das niedrigere Potential erfahren wird und zu einem Viertelwellenverzögerer wird. In einem experimentellen Aufbau wurde ein Spannungsschwingen zwischen 8 und 32 Volt und ein Bezugsspannungsniveau von 40 Volt eingestellt. Mit der Signalspannung von 8 Volt hat eine Zelle eine 8 Volt Potentialdifferenz über seine Elektroden, während die andere Zelle eine 32 Volt Differenz aufweist. Wenn die Signalspannung auf 32 Volt umschaltet, dann schaltet auch die Signaldifferenz über die Zellen um. Da die Zellen im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, und mit Bezug auf die obige Beschreibung des Betriebes mit einem Signal konvertiert die Kombination linear polarisiertes Licht zu rechtshändig zirkular polarisiertem Licht, welches durch die Viertelwellenplattenvorrichtung Platten Vorrichtung mit einer Nettoverzögerung von einer halben Welle oder einer Drehung seiner Polarisationsebene um 90º hindurch geht. Das andere Signal führt zu einer Umwandlung von linear polarisiertem Licht zu linkshändig zirkular polarisiertem Licht, welches die Viertelwellenplattenvorrichtung Platten Vorrichtung mit im wesentlichen keiner Verzögerung passiert. Als Ergebnis ist eine halbe Welle Unterschied in der Verzögerung je nach dem welche Signalspannungen an die Kombination angelegt werden.
• Die Erfindung erstreckt sich ebenso auf ein Verfahren, welches unter den Bedingungen von hohem umgebenden Licht verwendet werden kann. Die Erfindung kann in der Praxis auf eine Anzahl von Arten ausgeführt werden und eine bestimmte Ausführungsform wird nun als ein Beispiel in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen, und in welchen:
• Fig. 1 eine Seitenansicht einer Dreifarbenfernsehanzeige zeigt;
• Fig. 2 mit den Fig. 2a und 2b auch gefächerte diagrammatische Ansichten der Elemente des Anzeigenaufbaus darstellt, die die Polarisationen zeigen, die für rote und grüne Bilder jeweils notwendig sind;
• Fig. 3 einschließlich der Fig. 3a bis 3f eine graphische Darstellung der Wellenform der Lichttransmission vs. Wellenlänge zeigt, um die Komponenten des erzeugten Lichtes, das an den Betrachter übertragen wird, zu erläutern.
• Fig. 4 eine Schnittansicht einer Flüssigkristallzellenkombination zur Verwendung in der Kombination von Fig. 1 darstellt.
• In Bezug auf Fig. 1 sind in einer idealisierten Seitenansicht die Elemente gezeigt, die in der Anzeige gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Eine CRT 12 zeigt die Information in Form eines Musters von illuminiertem Phosphor an. Vorzugsweise wird eine spezielle Röhre verwendet, welche beim Betrieb Licht in einem ersten und einem zweiten schmalen Wellenlängenbereich emittiert. Bei Abwesenheit eines bestimmten "Farbschalters" würde die Anzeige als monochromatisch erscheinen.
• In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung spricht ein Farbpolarisator oder Mehrfarbenfilter 16, der an die CRT 12 angrenzt, auf das Licht an, um entweder rotes oder grünes polarisiertes Licht durchzulassen. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Filter 16 so orientiert, daß rotes Licht in der vertikalen Richtung und grünes Licht in der horizontalen Richtung polarisiert wird.
• Ein Paar von Flüssigkristallzellen 18, 20 sind nebeneinander vorgesehen. Die inneren oder Signalelektroden 22, 24 der Zellen 18, 20 sind gemeinsam zu einer ersten Quelle 26 der Signalspannung angeschlossen. Die äußeren oder Vorspannungselektroden 28, 30 von jeder Zelle 18, 20 sind jeweils mit einer Quelle 32 des Vorspannungspotentials und einer Quelle 34 des gemeinsamen Bezugspotentials oder Erde verbunden.
• Eine Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 wird von einem Linearpolarisator 38 gefolgt. Ein Didymiumfilter 40 reduziert die Transmission von umgebenden Licht. Dadurch wird verhindert, daß umgebendes Licht die CRT durch die Kombination der Elemente erreicht, insofern, daß eindringendes umgebendes Licht, wenn es von der CRT Fläche reflektiert wird, weiter durch den Filter abgeschwächt wird. Ein Ultraviolettfilter 42 vervollständigt die Kombination und blockiert zusätzliches unerwünschtes Licht.
• Der Vielfarbenfilter 16 ist so orientiert, daß die roten und grünen Polarisationen orthogonal zueinander sind. Die Flüssigkristallzellen 18, 20 sind mit ihren Richtungsgebern oder langsamen Achsen in einem 45º Winkel zu der vertikalen Polarisationsachse des Vielfarbenfilters 16 ausgerichtet. Zur Erleichterung der Erklärung wird angenommen, daß die langsame Achse der ersten Flüssigkristallzelle 18 um -45º zu der vertikalen oder "roten" Polarisationsachse des Mehrfarbenfilters 16 ausgerichtet ist und daß die langsame Achse der zweiten Flüssigkristallzelle 20 um +45º zu der roten" Achse ausgerichtet ist. Die Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 ist mit ihrer langsamen Achse parallel zu der langsamen Achse der zweiten Flüssigkristallzelle 20 ausgerichtet. Der lineare Polarisator 38 ist parallel zu der roten Polarisationsachse des Mehrfarbenfilters 16 orientiert.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist die Spannung, die für die Vorspannungspotentialquelle gewählt wurde, gleich 40 Volt mit der gemeinsamen Quelle bei 0 Volt. In dieser Ausführungsform war die erste Signalspannung dann 8 Volt und die zweite Signalspannung 32 Volt. Für ein gelbes Ausgangssignal in der bevorzugten Ausführungsform wurde ein Zwischensignal von 20 Volt verwendet. Ein alternatives Verfahren zum Erreichen von gelb erfordert, daß ein Signal äquivalent zu einer Vorspannung von 40 Volt an die Signalelektroden 22, 24 angelegt wird, während beide Vorspannungselektroden 28, 30 mit der gemeinsamen Quelle 34 verbunden sind. Das alternative Verfahren erfordert eine etwas höhere Komplexität in der Vorsehung der elektrischen Potentiale und Signale und erfordert, daß die Vorspannung, die an eine oder zwei Vorspannungselektroden angelegt wird, eine Einstellung notwendig macht, aber der Sichtwinkel würde dadurch verbessert werden.
• Mit Bezug auf Fig. 2a wird ein Teil der Anzeige erläutert, um die Erzeugung eines "roten" Bildes zu erklären. Wie zu sehen ist, polarisiert der Mehrfarbenfilter 16 "rotes" Licht in vertikaler Richtung. Um das "rote" Bild zu liefern, wird ein 8 Volt Signal an die Signalelektroden 22, 24 angelegt. Wie gezeigt ist, besteht die Wirkung darin, die Transmissionscharakteristiken der ersten Flüssigkristallzelle 18 so zu ändern, daß eine Verzögerung von einer Viertelwelle auf das polarisierte Licht von dem Mehrfarbenfilter 16 gegeben wird. Die Viertelwellenverzögerung polarisiert das Licht, das zu der zweiten Flüssigkristallzelle 20 transmittiert wird, zirkular. Da ein viel größeres Potential über der zweiten Zelle 20 existiert, ist die Zelle voll "ein" und bewirkt daher keine Verzögerung auf das einfallende Licht.
• Das zirkular polarisierte Licht von den Flüssigkristallzellen 18, 20 erreicht die Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 und wird linear polarisiert. Da die langsame Achse der ersten Flüssigkristallzelle 18 orthogonal auf der langsamen Achse der Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 steht, hebt sich die Verzögerung auf und die Nettoverzögerung des transmittierten Strahls ist effektiv gleich null. Daher verbleibt die "rote" Lichtkomponente vertikal polarisiert und läuft durch den linearen Polarisator 38, dessen Polarisationsachse vertikal steht. Die "grüne" horizontal polarisierte Komponente wird blockiert und das Bild wird als rot übertragen.
• In Fig. 2b ist die Erzeugung von "grünen" Bildern erläutert. Wie zu sehen ist, polarisiert der Mehrfarbenfilter 16 das "grüne" Licht in horizontaler Richtung. Um "grüne" Bilder zu erzeugen, wird ein 32 Volt Signal an die Signalelektroden 22, 24 angelegt. Da ein viel größeres Potential über die erste Zelle 18 existiert, ist die Zelle voll "ein" und übt daher keine Verzögerung auf das einfallende Licht aus. Jedoch ändert ein Spannungsabfall von 8 Volt über die zweite Zelle 20 die Transmissionscharakteristiken der zweiten Flüssigkristallzelle 20, wodurch eine Verzögerung von einer Viertelwelle auf das polarisierte Licht vom Mehrfarbenfilter 16 ausgeübt wird. Die Viertelwellenverzögerung polarisiert das Licht, das zu der Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 übertragen wird, zirkular.
• An der Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 wird das Licht wieder linear polarisiert. Da die langsame Achse der zweiten Flüssigkristallzelle 20 parallel zur langsamen Achse der Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 steht, addieren sich die Verzögerungen und die Nettoverzögerung des transmittierten Strahls ist effektiv eine halbe Welle. Daher wird die vertikal polarisierte "rote" Lichtkomponente um 90º "gedreht" wie die "grüne" horizontal polarisierte Komponente. Die "grüne" Komponente, die nun vertikal polarisiert ist, passiert den linearen Polarisator 38, dessen Polarisationsachse vertikal steht. Jedoch wird die "rote" Komponente, die horizontal polarisiert, blockiert und das "grüne" Bild übertragen.
• Wenn beide Flüssigkristallzellen 18, 20 das transmittierte Licht um den gleichen Betrag verzögern, was unter der Bedingung der Fall ist, daß das gleiche Potential über beide Zellen existiert, hebt sich ihre Wirkung auf, da sie in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, und nur die Viertelwellenplattenvorrichtung Platte 36 übt eine Verzögerung aus, wodurch der transmittierte Strahl zirkular polarisiert wird.
• Der Linearpolarisator 38 kann dann weder die "rote" noch die "grüne" Komponente blockieren und das resultierende Bild wird dann in den Farben erscheinen, die sich aus einer Kombination der Farben ergibt, das heißt in diesem Beispiel "gelb".
• In den Fig. 2a und 2b bezieht sich das Bezugszeichen 14 auf eine optionale Glasplatte.
• Fig. 3 kann erklären helfen, warum das System in dieser Weise funktioniert. Fig. 3a zeigt einen Graph der Lichtintensität aufgetragen gegen die Wellenlänge. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine CRT 12 gewählt, die Licht in zwei ziemlich schmalen und wohldefinierten Bereichen im "grünen" und "roten" Teil des Spektrums emittiert. Eines der Phosphore liefert "grünes" Licht um ungefähr 550 nm, während der andere Phosphor "rotes" Licht um ungefähr 630 nm liefert. Etwas Strahlung kann im "blauen" Bereich bei ungefähr 480 nm und im gelben Bereich bei ungefähr 580 nm auftreten.
• In der Fig. 3b ist die Transmissionscharakteristik des Mehrfarbenfilters 16 in einem Graph gezeigt, der die Transmission des Lichtes gegen die Wellenlänge darstellt. Wie gezeigt ist, zeigt der "grüne" Polarisator ein ziemlich breites Trans-missionsband mit einem Maximum bei ungefähr 515 nm. Der "rote" Polarisation blockiert das meiste Licht zwischen 500 und 560 nm und transmittiert alles Licht von 600 nm.
• Die Fig. 3c erläutert die Transmissionscharakteristik der Filter, die für die bevorzugte Ausführungsform gewählt wurden. Der Didymiumfilter 40 läßt das meiste Licht durch mit Ausnahme eines relativ schmalen Bandes zwischen 560 und 610 nm. Der Ultraviolettfilter 42 blockiert Licht unterhalb von 540 nm und übertragt im wesentlichen alles oberhalb dieser Wellenlänge. Diese sehr selektiven Charakteristiken sind sehr sorgfältig auf die gewählten Phosphore mit Schmalbandemission abgestimmt. Die Filter sind auf die CRT abgestimmt, um den Kontrast und die Reinheit der Bilder, die durch das System erzeugt werden, zu optimieren.
• In den Fig. 3d und 3e erläutern die Graphen wie die sich ergebenden Transmissionscharakteristiken der Filter mit den Emissionscharakteristiken der Phosphore abgestimmt sind. Wie zu sehen ist, gibt es ein "Fenster" mit einer maximalen Transmission bei 550 nm, welche mit der Spitze des "grünen" Phosphorausgangs übereinstimmt. Für die "rote" Emission liefert die Filterkombination für alles Licht länger als 600 nm, während der "rote" Phosphor einen Spitzenwert bei 630 nm hat, der im Bereich der maximalen Transmission liegt.
• Da die Lieferung von "gelben" Bildern sich aus der Transmission sowohl der "roten" wie auch der "grünen" Komponenten ergibt, ist Fig. 3f eine Komposition der Fig. 3d und 3e. Wie zu sehen ist, wird die "grüne" und "rote" Emission gleichzeitig durch das Filterpaßband transmittiert und das sich ergebende Bild erscheint gelb, welches die monochromatische Ausgangsfarbe der CRT 12 vor jeder Modifikation des Systems 10 der vorliegenden Erfindung ist.
• Mit Bezug auf die Fig. 4 wird die Struktur einer einzelnen Flüssigkristallzelle 18 illustriert. Die Zelle ist symmetrisch in ihrem Aufbau und identische Elemente werden durch Bezugszeichen mit einem Strich unterschieden. Eine Glasplatte 50, 50' ist außerhalb der Zelle angeordnet. Die innere Fläche der Glasplatte 50, 50' hat eine Schicht von Indium-Zinn-Oxyd 52 und eine Schicht von Silikonoxid 54, daran anschließend. Die Indium-Zinn-Oxidschichten 52, 52' wirken als Elektroden, um ein elektrisches Feld über die Zelle anzulegen. Das Silikonoxid 54, 54' wirkt als Isolator.
• Eine Polyimidschicht 56 ist auf der Silikonoxid 54 gebildet und stellt die Fläche da, die das Flüssigkristallmaterial 58 berührt. Eine umgebende Dichtung 60 ist vorgesehen, um das Flüssigkristallmaterial 58 abzudichten. Abstandshalter 62 können eingesetzt werden, um die Trennung der zwei Glasplatten 50, 50' gleichmäßig zu halten. Um die gewünschten Flüssigkristallanzeigewirkungen zu erreichen, muß die Polyimidschicht 56 in einer vorbestimmten Richtung geschliffen werden, wodurch die Zelle orientiert wird und ihre Ausrichtung oder langsame Achse festgelegt wird.
• In alternativen Ausführungsformen kann eine duale Zelle aus zwei Zellen aufgebaut sein, die eine zentrale Glasplatte sich teilen. In dieser Anordnung hat die zentrale Platte an ihren beiden Flächen die Indium-Zinn-Oxyd, Silikonoxid und Polyimid-Schichten. Eine solche Konstruktion eliminiert eine Glasplatte in der Kombination und vermindert die interne Abschwächung des Lichtes, die durch die Glasplatte ausgeübt werden kann, leicht.
• Der Betrieb der Flüssigkristallzellen ist im Stand der Technik wohl dokumentiert. In der vorliegenden Erfindung ist es sowohl der Betrieb der Zellen auf dem Viertelwellenverzögerungsniveau wie auch die "Gegentakt"-Anordnung der Zellen, die die Vorteile des schnellen Schaltens und des verbesserten Sichtwinkels ergeben.
• Durch Verwendung der Viertelwellenverzögerung in Kombination mit einer Viertelwellenplatte kann die Bedingung der Zelle schnell geschaltet werden, ohne ein "Anstoßen" oder Lücke. Da die Zelle nur zwischen voll "ein" ohne Verzögerung und teilweise "ein" mit einer Viertelwellenverzögerung geschaltet wird, müssen nur die Flüssigkristallschichten, die unmittelbar an die Elektroden angrenzen, neu orientiert werden. Das System der vorliegenden Erfindung arbeitet nicht mit einer Zelle "aus" oder voll entspannt, oder in dem Halbwellenverzögerungsmodus, wobei die Zelle größtenteils "aus" ist.
• Andere Ausführungsformen und Abänderungen werden dem Fachmann gegenwärtig sein.

Claims (12)

1. Farbanzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle (12) von mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen; Lichtpolarisiereinrichtung in optischer Verbindung mit der Quelle, das einen Farbauswahlpolarisierfilter (16) einschließt, der erste und zweite im wesentlichen orthogonal orientierte Absorptionsachsen aufweist, wobei die erste Absorptionsachse linear-polarisiertes Licht einer ersten Farbe durchläßt und die zweite Absorptionsachse linear- polarisiertes Licht einer zweiten Farbe durchläßt; einer Viertelwellenplatteneinrichtung (36) in optischer Verbindung mit der Lichtpolarisiereinrichtung zum selektiven Transmittieren von Licht einer Farbe, die bestimmt wird durch den Betrag, um welchen das von der Quelle (12) emittierte Licht optisch verzögert wird; einer variablen optischen Verzögerungseinrichtung (18, 20); und einer Steuereinrichtung (26, 28, 32), die mit der variablen optischen Verzögerungseinrichtung (18, 20) gekoppelt ist zur Steuerung des Betrages der optischen Verzögerung, die durch die Verzögerungseinrichtung auf das hierdurch transmittierte Licht gegeben wird, wodurch die Verzögerungseinrichtung zu mindestens einer ersten und zweiten Verzögerung in der Lage ist, was in der Transmission von Licht durch die Anzeigevorrichtung von mindestens einer ersten und zweiten Farbe führt, dadurch gekennzeichnet, daß die variable optische Verzögerungseinrichtung (18, 20) zwischen dem Farbwahlpolarisierfilter (16) und der Viertelwellenplatteneinrichtung (36) vorgesehen ist zum Verzögern des Lichtes, das auf die Viertelwellenplatteneinrichtung gegeben wird; und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die variable optische Verzögerungseinrichtung erste (18) und zweite (20) Flüssigkristallzellen umfaßt, und daß die Steuereinrichtung (26, 28, 32) eine elektrische Potentialquelle mit ersten und zweiten Niveaus und Vorrichtungen zum Anlegen dieser elektrischen Potentialniveaus an die Zellen umfaßt, wodurch der Betrag der optischen Verzögerung, die durch jede Zelle ausgeübt wird, festgelegt wird.

2. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Quelle (12) eine Bilderzeugungseinrichtung umfaßt, wobei die Bilder wahlweise intensitätsmoduliert synchron mit der Steuereinrichtung (26, 32) werden, um Bilder mit einer Mehrfachfarbenerscheinung zu erzeugen.

3. Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem ersten Filter (14) im optischen Weg zwischen der Quelle (12) und der Lichtpolarisiereinrichtung (36), und mit einem zweiten Filter (40) am Ausgang der Viertelwellenplatteneinrichtung (36) zum Begrenzen des transmittierten Lichts auf die ersten und zweiten Farben, um unerwünschte Farben am Ausgang des Systems zu eliminieren und um den Anzeigekontrast durch Verminderung von reflektierten umgebenden Licht zu verbessern, ohne daß die Anzeigenhelligkeit wesentlich berührt wird.

4. Farbanzeigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in welcher die ersten (18) und zweiten (20) Flüssigkristallzellen in Reihe zwischen einer Bezugspotentialquelle und einer Quelle eines gemeinsamen Bezugspotentials verbunden sind, wobei das Bezugspotential gleich der Summe des ersten und zweiten Niveaus gesetzt ist, und wobei die Einrichtung zum Anlegen der Potentialniveaus mit der Zwischenverbindung der ersten und zweiten Zellen gekoppelt ist.

5. Farbanzeigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in welcher eine Flüssigkristallzelle (18, 10) in der Lage ist, Licht um bis zu einer Viertelwelle optisch zu verzögern beim Anlegen eines Potentials des ersten Niveaus und im wesentlichen keine Verzögerung auszuüben beim Anlegen eines Potential des zweiten Niveaus.

6. Farbanzeigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in welcher die ersten (18) und zweiten (20) Flüssigkristallzellen so orientiert sind, daß ihre optischen Achsen in rechtem Winkel zueinander stehen, und um 45º in Bezug auf die Polarisationsachsen, so daß beim Anlegen eines Potentials des ersten Niveaus eine der Zellen linear-polarisiertes Licht in rechtshändig zirkular-polarisiertes Licht konvertiert und die andere Zelle das -Licht im wesentlichen ohne Verzögerung hindurch läßt, was dazu führt, daß Licht durch die Viertelwellenplatteneinrichtung (36) mit einer Nettoverzögerung von einer halben Welle (90º-Drehung) hindurch geht und beim Anlegen eines Potentials des zweiten Niveaus die eine Zelle im wesentlichen keine Verzögerung auf das einfallende Licht gibt und die andere Zelle linear-polarisiertes Licht zu linkshändig zirkular-polarisiertem Licht konvertiert, welches durch die Viertelwellenplatteneinrichtung (36) im wesentlichen ohne Verzögerung hindurch geht.

7. Verfahren zum Liefern einer Farbanzeige umfassend die Vorsehung einer Lichtquelle (12), die bei mindestens zwei verschiedenen Wellenlängenkomponenten emittiert; Polarisieren des so erzeugten Lichtes in einem optischen Weg der Anzeige unter Verwendung eines Farbwahlpolarisierfilters (16) mit einer ersten und zweiten im wesentlichen orthogonal orientierten Absorptionsachse, wobei die erste Absorptionsachse linear-polarisiertes Licht einer ersten Farbe hindurchläßt und die zweite Absorptionsachse linear-polarisiertes Licht einer zweiten Farbe hindurchläßt; Verwendung einer Viertelwellenplatteneinrichtung (36) zum Verzögern des polarisierten Lichtes zur selektiven Transmission des Lichtes einer Farbe, die durch den Betrag, um welchen das Licht optisch verzögert wurde, bestimmt ist; selektive Verzögerung von Licht in dem optischen Weg durch Verwendung einer variablen optischen Verzögerungseinrichtung (18, 20) und Steuerung des Betrages der optischen Verzögerung durch Auswahl von mindestens einer ersten und zweiten Verzögerung, um die selektive Transmission von Licht bei mindestens einer ersten und zweiten Farbe zu erreichen; dadurch gekennzeichnet, daß das Licht in dem optischen Weg selektiv verzögert wird bevor es durch die Viertelwellenplatteneinrichtung hindurchgeht und weiterhin gekennzeichnet durch die Steuerung des Betrages der optischen Verzögerung einschließlich der Anwendung eines ersten und zweiten Steuersignals auf die ersten und zweiten Flüssigkristallzellen (18, 20), welche nebeneinanderliegen und zwischen dem Polarisationsfilter (16) und der Viertelwellenplatteneinrichtung (36) angeordnet sind, wodurch der Betrag der optischen Verzögerung, die jede Zelle ausübt, festgelegt wird.

8. Verfahren zum Liefern einer optischen Farbanzeige nach Anspruch 7, in welchem die Quelle (12) so angeordnet ist, daß Bilder erzeugt werden, wobei die Bilder selektiv intensitätsmoduliert synchron mit einem vorbestimmten Steuersystem werden, um Bilder zu erzeugen, die in mehreren Farben erscheinen.

9. Verfahren zum Liefern einer Farbanzeige nach Anspruch 7 oder 8 mit Filterung des Lichtes am Ende des Lichtweges nach der Viertelwellenplatteneinrichtung, wodurch das transmittierte Licht auf im wesentlichen die ersten und zweiten Farben beschränkt wird, Eliminierung von ungewünschten Farben vom Ausgang des Systems und Verbesserung des Anzeigekontrastes durch Verminderung von reflektierten umgebenden Licht ohne daß die Anzeigenhelligkeit wesentlich beeinträchtigt wird.

10. Verfahren zum Liefern einer Farbanzeige nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit der Verbindung der ersten (18) und zweiten (20) Flüssigkristallzellen in Reihe zwischen einer Bezugspotentialquelle und einer Quelle eines gemeinsamen Bezugspotentials, wobei das Bezugs-potential gleich der Summe des ersten und zweiten Niveaus gesetzt ist, und Anlegen der Potentialniveaus auf die Zwischenverbindungen der ersten und zweiten Zellen.

11. Verfahren zum Liefern einer Farbanzeige nach einem der Ansprüche 7 bis 10 mit der optischen Verzögerung des Lichtes um bis zu einer Viertelwellenlänge in einer der Flüssigkristallzellen (18, 20) beim Anlegen eines Potentials des ersten Niveaus und des Ausübens von im wesentlichen keiner Verzögerung in einer der Flüssigkristallzellen beim Anlegen eines Potentials des zweiten Niveaus.

12. Verfahren zum Liefern einer Farbanzeige nach einem der Ansprüche 7 bis 11 mit der Orientierung der ersten (18) und zweiten (20) Flüssigkristallzellen in Bezug auf die optische Achse des Systems so, daß beim Anlegen eines Potentials des ersten Niveaus eine der Zellen linear polarisiertes Licht zu rechtshändig zirkular polarisiertem Licht konvertiert und die andere der Zellen das Licht im wesentlichen ohne Verzögerung hindurchläßt, was dazu führt, daß die Viertelwellenplatteneinrichtung (36) eine Nettoverzögerung von einer halben Welle (90º- Drehung) ausübt und beim Anlegen eines Potentials des zweiten Niveaus die eine der Zellen im wesentlichen keine Verzögerung auf das einfallende Licht ausübt und die andere Zelle linear polarisiertes Licht zu linkshändig zirkular-polarisiertem Licht konvertiert, welches durch die Viertelwellenplatteneinrichtung (36) mit im wesentlichen keiner Verzögerung hindurch geht.