DE69215635T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung - Google Patents
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem Kopf des Anspruchs 1.
- Anzeigevorrichtungen dieser Art werden beispielsweise bei Projektionsfernsehen verwendet. Die Differenz Δn ist die Differenz in der Brechzahl für die normale und die anormale Welle.
- Eine Anzeigevorrichtung der oben beschriebenen Art ist aus US-A- 4,443,065 bekannt und ist beschrieben in "IEEE Transactions", Heft 36, Nr.9, 1989 von A. Lien: "Optimization of the Off-States for Single-layer and Double-layer General Twisted Nematic Liquid Crystal Displays". Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung werden Interferenzeffekte in einer verdrillt nematischen Flüssigkristallanzeigevorrichtung möglichst eliminiert, und zwar mit Hilfe einer zweiten verdrillt nematischen Flüssigkristallzelle, die vorzugsweise den gleichen Drillwinkel und dieselbe optische Weglängendifferenz hat.Insbesondere die letztgenannte Bedingung bedeutet oft hohe Anforderungen an den Herstellungsprozeß, weil bei Verwendung ein und derselben Flüssigkeit in beiden Zellen (dieselbe ΔV) dann eine geringe Toleranz in den Dicken der beiden zusammenstellenden Zellen erlaubt ist. Die Interferenzeffekte treten in noch stärkerem Maße bei Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit einem großen Drillwinkel Φ. Dazu sind ähnliche Lösungen gegeben für Doppelzellen mit φ&sub1;≠φ&sub2;, wobei eine optimale Beziehung zwischen den Drillwinkeln und den zugeordneten Werten von d.Δn angegeben ist. Da es hier jedoch um passiv angesteuerte Anzeigevorrichtungen handelt, ist diese Optimierung auf Ansteuerungseigenschaften gerichtet (insbesondere auf eine steile Transmissions/Spannungskennlinie), mit der keine hohe Kontrastwerte erzielbar sind (diese beschränken sich auf etwa 10:1).
- Es ist u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anzeigevorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die sich insbesondere für Projektionsfernsehen eignet, wobei ein hoher Kontrast erreichbar ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die geringere Anforderungen an die Fertigung stellt in bezug auf Dickentoleranzen der Ausgleichsschicht. Zum Schluß ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, die verschiedene Drillwinkel Φ aufweist, für die ein einziger Ausgleichszellentyp ausreicht.
- Dazu ist eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung gekennzeichnet gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
- In diesem Zusammenhang wird unter Gooch & Tarry-Extremum ein Mindestwert (im Falle paralleler Polarisatoren) oder ein Höchstwert (im Falle senkrecht aufeinander stehender Polarisatoren) in der Transmission (F) verstanden, wie dies für eine verdrillt nematische Zelle mit einem Drillwinkel von 90º von Gooch & Tarry in "J.Phys." D8, 1575 (1975) abgeleitet ist. Die betreffende Funktion ist von E.P. Raynes in "Mol.Cryst.Liq.Cryst.Lett." 4, 69 (1987) allgemein als Funktion der Polarisatorlagen, des Drillwinkels und der d.Δn abgeleitet.
- Es wurde gefunden, daß bei dieser Wahl der Dicke und der Doppelbrechung für jede der Zellen derartige Werte gewählt werden können, daß ein optimaler Kontrast erzielt wird, namentlich wenn in dem spannungslosen Zustand der Direktors halbwegs der Flüssigkristallzelle einen nahezu rechten Winkel mit dem Direktor halbwegs der Ausgleichsschicht einschließt.
- Der Winkel zwischen den zwei Polarisatoren beträgt vorzugsweise 90º. Dabei wird erreicht, daß etwaige defekte Bildelemente infolge von offenen Verbindungen als Dunkelpunkte sichtbar sind, was weniger störend wirkt als wenn sie als helle Punkte (bei einer einzigen Zelle zwischen gekreuzten Polarisatoren) sichtbar sind.
- Da der Wert d.Δn, zugeordnet zu einem Extremum höherer ordnung, bei Verwendung derselben Flüssigkeit (also bei derselben Δn) viel größer sein kann, kann bei gleich bleibender Δn eine größere Dicke gewählt werden, so daß viel weniger strenge Anforderungen an die Fertigung der Ausgleichsschicht (Dickenschwankung, Fertigungsumwelt) gestellt werden. Andererseits ist ein Universalkompensator verwendbar, beispielsweise ein 90º-Twistor mit einer derartigen Dicke, daß dieser in einem zweiten oder dritten Gooch & Tarry-Extremum liegt. Dieser und andere Aspekte der Erfindung werden nun anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
- Fig. 2 eine schematische Darstellung der Transmission als Funktion des d.Δn-Wertes der Ausgleichsschicht für unterschiedliche Winkel Φ und d.Δn der ersten Zelle,
- Fig. 3 eine schematische Darstellung der Transmission einer derartigen Vorrichtung als Funktion der Wellenlänge für zwei verschiedene Einstellwerte.
- Wie Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 weist eine erste Anzeigezelle 10 auf wobei sich zwischen zwei transparenten Trägerplatten 2, 3 eine Schicht 11 aus Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie befindet. Auch die Trägerplatten 2, 3 befindet sich an der Seite der Flüssigkristallmaterialelektroden 12, 13 , die beispielsweise eine Matrix von Bildelementen definieren. Die Bildelemente können ggf. über Schaltelemente und Steuerelektroden angesteuert werden (aktive Ansteuerung); auch können die Bildelemente durch einander überlappende Teile bahnförmiger Elektroden bestimmt und dann unmittelbar mit Selektionssignalen und Datensignalen versehen werden (passive Ansteuerung). Diese Ansteuerungsspannungen werden beispielsweise mit Hilfe einer Steuerschaltung 7 erhalten, die eintreffende Information 8 (Fernsehsignale, Information über datengraphische Symbole usw.) in die genannten Ansteuerungsspannungen umwandelt, die über Anschlußleitungen 15 den Elektroden 12, 13 zugeführt werden. Auf den Schichten 12, 13 befinden sich Schichten 14 aus isolierendem Material, die in diesem beispiel zugleich als Orientierungsschichten wirksam sind. Die Schichten 14 erteilen den Flüssigkristallmolekülen einen Drillwinkel Φ&sub1; (beispielsweise 90º) bei einer Spannung von 0 Volt an den Elektroden 12, 13.
- Die Vorrichtung enthält weiterhin eine Ausgleichsschicht, in diesem Beispiel eine zweite Zelle 20, wobei sich zwischen zwei transparenten Trägerplatten 3, 4 eine zweite Flüssigkristallmaterialschicht 21 befindet, wobei dieses Material in diesem Beispiel ebenfalls eine positive dielektrische Anisotropie aufweist. Die Trägerplatte 3 ist dabei gemeinsam für die beiden Zellen 10, 20 gewählt worden. Auf den Trägerplatten 3, 4 befinden sich wieder Schichten 24 zur Isolierung sowie zur Orientierung. Das Flüssigkristallmaterial 21 und die orientierende Wirkung der Schichten 24 sind derart gewählt worden, daß die Flüssigkristallmoleküle einen Drillwinkel Φ&sub2; erhalten, entgegengesetzt zu Φ&sub1;. Die Zellen 10 und 20 befinden sich zwischen senkrecht gekreuzten Polarisatoren 5 und 6. Die Wandorientierung der Schichten 24 ist derart gewählt worden, daß der Direktor in der Mitte der Zelle 10 senkrecht auf dem Direktor in der Mitte der Zelle 20 steht.
- Nach der Erfindung sind die Dicken d&sub1; und d&sub2; und auch die Werte Δn&sub1; und Δn&sub2; derart gewählt worden, daß die zugeordneten Werte von d.Δn/λ&sub0; unterschiedlichen Gooch & Tarry-Extremen zugehören. Diese Werte sind auch von dem gewählten Drillwinkel Φ abhängig und liegen in dem Gebiet von etwa 70º bis etwa 110º:
- Fig. 2 zeigt, wie für verschiedene Werte von Φ (70º, 90º bzw. 110º) und d&sub1;.Δn/λ&sub0; (0.70, 0.873 bzw. 1.04 entsprechend dem ersten Gooch & Tarry-Extremum) die Transmission als Funktion von d&sub2;.Δn&sub2;/d&sub1;.Δn&sub1; sich ändert. Dabei stellt es sich heraus, daß auch bei höheren Gooch & Tarry-Extremen der zweiten Zelle oder bei einer Ausgleichsschicht derart niedrige Transmissionswerte auftreten, daß ein guter Kontrast verwirklichbar ist. Dies wird dann bei höheren Werten von d&sub2; erreicht, so daß eine weniger genaue Prozeßbeherrschung in bezug auf die zweite Zelle ausreicht.
- Der hohe Kontrast wird anhand der Fig. 3 näher erläutert, in der die Wellenlängenabhängigkeit der Transmission für zwei Ansteuerungsspannungen (1,0 und 5,0 Volt) für eine Doppelzelle der oben beschriebenen Art mit φ&sub1; ≠ -φ&sub2; und d.Δn- Werten in dem ersten und zweiten Extremum für die erste bzw. zweite Zelle. Aus der Figur geht hervor, daß für ein großes Wellenlängengebiet ein hoher Kontrast (> 100 : 1) erreicht wird.
- Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele, sonder sind im Rahmen der Erfindung mehrere Abwandlungen möglich. So können höhere Extremen auch auf der Seite der ersten Zelle gewählt werden, wobei dann beispielsweise der d.Δn-Wert der Ausgleichsschicht in dem ersten Extremum gewählt wird. Es stellt sich heraus, daß auch in diesem Fall mit einer einheitlichen Ausgleichsschicht gearbeitet werden kann mit beispielsweise φ&sub2; = 90º und d.Δn/λ&sub0; = 0.70 unabhängig von φ&sub1;.
- Statt einer Flüssigkristallzelle kann als Ausgleichsschicht auch eine Folie mit den erforderlichen Eigenschaften verwendet wereden, beispielweise dadurch erhalten, daß flüssigkristallinen Polymeren bei Temperaturen, bei denen diese Werk- stoffe nematisch sind, die erforderlichen Φ und d.Δ.n zu erteilen und diese danach zu fixieren, beispielsweise durch eine Gefrie- oder UV-Behandlung.
- Die zweite Schicht 21 kann statt einer positiven dielektrischen Anisotropie auch eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen.
- Eine Projektionsanzeigevorrichtung kann eine oder mehrere solcher Anzeigevorrichtungen aufweisen, wobei die d.Δn-Werte für nur eine zentrale Wellenlänge λ (beispielsweise 550 nm) oder für beispielsweise drei verschiedene Wellenlängen optimiert sind.
Claims (10)
1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer ersten Flüssigkristallzelle
zwischen zwei Polarisatoren und mit einer verdrillt nematischen Schicht aus
Flüssigkristalimaterial mit einem ersten Drillwinkel Φ&sub1;, einer Dicke d&sub1; und einer optischen
Streckenlängendifferenz d&sub1;.Δn&sub1; für eintreffendes Licht mit einer zentralen Wellenlänge
λ&sub0;, wobei die genannte Vorrichtung weiterhin eine Ausgleichsschicht aus optisch
anisotropem Material mit einem zweiten, entgegengesetzten Drillwinkel Φ&sub2;, einer Dicke
d&sub2; und einer optischen Weglängendifferenz d&sub2;.Δn2 für eintreffendes Licht mit einer
zentralen Wellenlänge λ&sub0;, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drillwinkel in einem
Gebiet zwischen 65º und 115º liegen und der Wert von d.Δn/λ&sub0; für die erste
Flüssigkristallzelle durch ein Gooch & Tarry-Extremum bestimmt werden, während der Wert
von d.Δn/λ&sub0; für die Ausgleichsschicht durch ein Gooch & Tarry-Extremum einer
anderen Größenordnung als die der ersten Zelle bestimmt wird.
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polarisatoren einander senkrecht kreuzen.
3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht ein Gooch & Tarry-
Extremum einer höheren Größenordnung aufweist als die erste Flüssigkristallzelle.
4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht ein flüssigkristallines Material aufweist
und in dem spannungslosen Zustand der Direktor halbwegs der Flüssigkristallzelle einen
nahezu rechten Winkel mit dem Direktor halbwegs der Ausgleichsschicht einschließt.
5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkristallzelle oder die Ausgleichsschicht einen
Drillwinkel zwischen 65º und 75º und einen d.Δn/λ&sub0;-Wert von 0.65-0.75 oder von
1.60-1.70 oder von 2.55-2.65 oder von 3.45-3.65 aufweist.
6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkristallzelle oder die Ausgleichsschicht einen
Drillwinkel zwischen 75º und 85º und einen d.Δn/λ&sub0;-Wert von 0.75-0.85 oder von
1.70-1.80 oder von 2.65-2.75 oder von 3.60-3.80 aufweist.
7. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkristallzelle oder die Ausgleichsschicht einen
Drillwinkel zwischen 85º und 95º und einen d.Δn/λ&sub0;-Wert von 0.85-0.95 oder von
1.90-2.00 oder von 2.95-3.05 oder von 3.90-4.10 aufweist.
8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkristallzelle oder die Ausgleichsschicht einen
Drillwinkel zwischen 95º und 105º und einen d.Δn/λ&sub0;-Wert von 0.90-1.00 oder von
2.10-2.20 oder von 3.15-3.25 oder von 4.15-4.35 aufweist.
9. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkristallzelle oder die Ausgleichsschicht einen
Drillwinkel zwischen 105º und 115º und einen d.Δn/λ&sub0;-Wert von 1.00-1.10 oder von
2.15-2.25 oder von 3.25-3.35 oder von 4.25-4.45 aufweist.
10. Projektionswiedergabeanordnung mit einer oder mehreren
Anzeigevorrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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