DE69433932T2 - Flüssigkristallanzeige mit strukturierten Verzögerungsschichten - Google Patents

Flüssigkristallanzeige mit strukturierten Verzögerungsschichten Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft den Entwurf einer Flüssigkristall-Anzeige mit mindestens einer darin enthaltenen Verzögerungsschicht. Genauer gesagt betrifft diese Erfindung den Entwurf einer polychromen oder mehrfarbigen Flüssigkristall-Anzeige zur Eliminierung von Farbverlusten und zur Maximierung des Bildschirmfeldes einer solchen Anzeige.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Flüssigkristall-Materialien sind für elektronische Anzeigen praktisch, da durch eine Schicht von Flüssigkristall (LC)-Material wanderndes Licht vom Anisotropie- oder Doppelbrechungsindex (ΔN) des Materials beeinflusst wird, der seinerseits durch das Anlegen einer Spannung an das Flüssigkristall-Material kontrolliert werden kann. Flüssigkrtstall-Anzeigen sind erwünscht, weil sich die Transmission oder Reflexion von Licht aus einer externen Quelle, einschließlich des Umgebungslichts und der Hintergrundbeleuchtung, mit wesentlich weniger Strom einstellen lässt, als dies in anderen vorherigen Anzeigen für Beleuchtungsmaterialien erforderlich war. Zur Zeit kommen Flüssigkristall-Anzeigen allgemein in Digitaluhren, Rechnern, tragbaren Computern, Cockpit-Anzeigen von Flugzeugen und vielen anderen Arten von elektronischen Geräten zur Anwendung, welche die Vorteile einer langen Lebens- und Arbeitsdauer bei niedrigem Spannungs- und Stromverbrauch für eine Flüssigkristall-Anzeige ausnutzen.
  • In vielen Flüssigkristall-Anzeigen wird die Information in Form eines Matrixgitters aus Zeilen und Spalten von Ziffern und Buchstaben dargeboten, die von einer Anzahl segmentierter, in einem solchen Matrixmuster angeordneten Elektroden erzeugt werden. Die Segmente sind über einzelne Bleistege mit der Steuerungselektronik verbunden, welche an die geeignete Segmentkombination eine Spannung anlegt, wobei dann über die Kontrolle des durch das Flüssigkristall-Material hindurch getretenen Lichts die gewünschten Daten und Informationen angezeigt werden. Graphische Informationen bei z. B. Anwendungen in Flugzeugcockpits oder TV-Schirmen lassen sich mit einer Matrix von Pixeln erreichen, die über ein X-Y-Koordinatenschema mit sequentieller Adressierung zwischen zwei Sätzen von senkrechten Leiterbahnen (d. h. Zeilen- und Spaltenbahnen) verbunden sind. Fortgeschrittenere Adressierungsschemata verwenden Arrays aus Dünnschichttransistoren oder Dioden, die als Schalter zur Kontrolle der Steuerungsspannung an den einzelnen Pixeln wirken. Diese Schemata werden vorwiegend für verdrillte nematische Flüssigkristallsichtschirme angewendet, sie finden aber auch in Hochleistungsversionen von superverdrillten Flüssigkristall-Anzeigen Verwendung.
  • Der Kontrast ist eines der wichtigsten Attribute zur Bestimmung der Qualität von normalweißen (NW) und normalschwarzen (NB) Flüssigkristallanzeigen. In normalschwarzen (NB) LCDs ist der Hauptfaktor, der den erzielbaren Kontrast in diesen Flüssigkristall-Anzeigen beschränkt die Lichtmenge, die im abgedunkelten oder Ausschaltzustand durch die Sichtanzeige hindurch tritt. Im NW-Modus ist der Hauptfaktor zur Beschränkung des Kontrasts die Lichtmenge, die durch die Anzeige im abgedunkelten Einschaltzustand hindurch tritt. Dieses Problem tritt bei heller Umgebung wie im Sonnenlicht nicht auf, wo es eine beträchtliche Menge an reflektiertem und gebeugtem Umgebungslicht gibt. Bei farbigen Flüssigkristall-Anzeigen verursacht der Lichtdurchtritt beträchtliche Farbverschiebungen für sowohl gesättigte als auch graue Farbschattierungen. Diese Beschränkungen fallen bei Anwendungen in Flugzeugen besonders ins Gewicht, wo die Sicht des Copiloten auf die Anzeige des Piloten wichtig ist.
  • Zusätzlich hängt die Lesbarkeit des sowohl von normalschwarzen (NB) als auch normalweißen (NW) Flüssigkristallanzeigen erzeugten Bildes vom Blickwinkel ab, insbesondere bei einer Matrix-adressierten großen Zahl von Abtastelektroden. Ohne Verzögerungsschicht liegt das Kontrastverhältnis in einer typischen NB- oder NW-Flüssigkristall-Anzeige nur bei einem engen Blick- (oder Beobachtungs-)Winkel um den senkrechten Einfall herum (0° horizontaler und 0° vertikal Blickwinkel) bei einem Maximum und fällt bei größer werdendem Blickwinkel ab.
  • Es würde eine beträchtliche Verbesserung des Standes der Technik bedeuten, eine Flüssigkristallanzeige zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, ein Bild von hoher Qualität und hohem Kontrast über ein weites Blickfeld zu bieten.
  • Verschiedene Typen von Flüssigkristall-Pixeln oder Zellen sind bei Flachbildschirmen in weitem Gebrauch. Mit einer aktiven Matrix-Adressierung können solche Bildschirme ein volles Farbbild mit hoher Auflösung liefern. Bei direkter Aufsicht unter normalem oder axialem Sichtwinkel N (0° horizontaler und 0° vertikal Sichtwinkel) liefert eine Flüssigkristall-Anzeige im Allgemeinen einen Output von hoher Qualität, besonders wenn der Zellenzwischenraum „d" mit dem ersten Transmissionsminimum übereinstimmt, aber das Bild verschlechtert sich und zeigt bei größeren Blickwinkeln einen geringen Kontrast. Dies tritt auf, weil Flüssigkristall-Zellen mit einem anisotropen oder Doppelbrechungseffekt betrieben werden, der bei einer Flüssigkristall-Schicht auftritt, die eine große Zahl anisotroper Flüssigkristall-Moleküle enthält. Ein solches Material ist positiv einachsig doppelbrechend (d. h. der außerordentliche Brechungsindex ist größer als der ordentliche Brechungsindex), wobei der außerordentliche Brechungsindex mit der Verlängerung der langen Molekülachse assoziiert ist. Der Phasenverzögerungseffekt, den solch ein Flüssigkristall-Material auf hindurch tretendes Licht ausübt, verändert sich inhärent oder nimmt mit dem Neigungswinkel des Lichts zu, was bei größeren Sichtwinkeln zu einer geringeren Bildqualität führt (siehe z. B. Penz, Viewing Characteristics of the Twisted Nematic Display, Proceeding of the S. I. D. Bd. 19, S. 43 (1978); Grinberg, et al, Transmission Characteristics of a Twisted Nematic Liquid Crystal Layer, Journal of the Optical Society of America, Bd. 66, S. 1003 (1976)). Durch Einführung eines optischen Ausgleichselements (oder Verzögerers) in den Flüssigkristall oder die Zelle ist es jedoch möglich, die unerwünschten Winkeleffekte zu korrigieren und dadurch einen größeren Kontrast sowohl unter normalen als auch größeren Blickwinkeln beizubehalten als dies sonst möglich ist.
  • Die Art und Orientierung der benötigten optischen Kompensation oder Verzögerung hängt von der Art der verwendeten Anzeige, ob normalschwarz oder normalweiß, ab.
  • In einer normalschwarzen (NB) verdrillten nematischen Anzeige ist das verdrillte nematische Flüssigkristall-Material zwischen Polarisatoren angeordnet, deren Transmissionsachsen parallel zueinander sind. Solche NB-Anzeigen können entweder vorn oder hinten X-reguliert sein. Die erste und zweite LC-Regulierungszone stehen bevorzugt senkrecht zueinander was für eine der Regulierungen dazu führt, dass sie senkrecht zu den Polarisationsachsen verlaufen muss. Ist die erste Regulierungszone senkrecht zur Transmissionsachse des ersten Polarisators, dann ist das Display „hinten reguliert". Sonst ist es „vorn reguliert".
  • Im nicht stromführenden oder Ausschaltzustand (über das Flüssigkristall-Material ist keine Spannung unterhalb der Schwellenspannung Vth angelegt) wird vom Hintergrundlicht normal einfallendes Licht zunächst vom ersten Polarisator polarisiert und beim Durchtritt durch die Pixel oder die Zelle rotiert seine Polarisationsrichtung um den von den Orientierungszonen aufgezwungenen Verdrillungs-Winkel des Flüssigkristall-Materials. Dieser Effekt ist als Waveguiding- oder Twisting-Effekt bekannt. Der Verdrillungswinkel wird z. B. auf 90° festgesetzt, so dass das Licht vom zweiten oder Ausgangspolarisator zurückgehalten oder absorbiert wird. Wird mittels Elektroden eine Spannung über das NB-Pixel angelegt, werden die Flüssigkristallmoleküle gezwungen, sich mehr nach dem elektrischen Feld auszurichten und die verdrillte nematische Symmetrie des LC-Materials aufzuheben. In dieser Ausrichtung sind die optischen Molekülachsen der Moleküle der Flüssigkristallschicht senkrecht zu den Zellwänden ausgerichtet. Die Flüssigkristallschicht erscheint dann isotrop zu senkrecht einfallendem Licht und eliminiert den Waveguiding Effekt so, dass beim Fortschreiten durch die Flüssigkristallschicht der Polarisationszustand des Lichts unverändert bleibt, so dass Licht durch den zweiten oder Ausgangspolarisator hindurch treten kann. Durch selektives Anlegen einer variablen Spannung an die Abschnitte des Displays, die hell erscheinen sollen, lassen sich Muster in das NB-Display schreiben.
  • Bei Ansicht im Off-Zustand bei sowohl senkrechtem N als auch anderen Blickwinkeln erscheinen jedoch die dunklen nicht mit Strom versorgten Bereiche eines NB-Displays farbig, weil die Verzögerungseffekte bei solchen Winkeln von dem Winkel für das durch die Flüssigkristallschicht hindurch tretende Licht abhängig sind. Der Kontrast lässt sich wiederherstellen, indem ein Kompensations- oder Verzögerungselement verwendet wird, welches eine optische Symmetrie ähnlich der verdrillten Flüssigkristallschicht aufweist, jedoch deren Wirkung umkehrt. Ein Verfahren besteht darin, auf die aktive Flüssigkristallschicht eine andere verdrillte Kristallzelle mit gegenläufiger Drehung folgen zu lassen. Ein anderes Verfahren besteht darin, in einer NB-Zelle einen oder mehrere Plattenverzögerungskompensatoren mit jeweils konstantem Doppelbrechungsindex über den gesamten Pixel einzusetzen. Diese Kompensationsverfahren funktionieren, weil das Kompensations- oder Verzögerungselement eine optische Symmetrie mit dem verdrillten nematischen Flüssigkristallmaterial teilen, indem beide vorzugsweise einachsige doppelbrechende Materialien mit außerordentlichen Orthogonalachsen zur senkrechten Richtung der Lichtfortpflanzung aufweisen. Diese Kompensationslösungen wurden wegen der leichten Verfügbarkeit der Materialien mit der erforderlichen optischen Symmetrie weithin angewandt. Gegenläufig verdrillte Zellen verwenden Flüssigkristalle, während sich Verzögerungsplatten leicht durch Recken von Polymeren wie Polyvinylalkohol (PVA) herstellen lassen. Bezüglich der oben beschriebenen Kompensationstechnik mit verdrillten Zellen ist der Einbau einer zweiten Flüssigkristallzelle in den optischen Strahlengang erforderlich, was für das Display eine beträchtliche Kosten-, Gewichts- und Volumenzunahme bedeutet.
  • Trotz der Effektivität der Kompensationstechniken ergeben sich für diese mit dem NB-Modus verbundenen Lösungen Nachteile. Das Erscheinungsbild eines NB-Displays ist sehr empfindlich gegenüber dem Zellenzwischenraum „d". Um daher ein einheitlich schwarzes Erscheinungsbild im Off-Zustand aufrecht zu erhalten, ist es nötig, dass die Dicke „d" der Flüssigkristallschicht mit dem ersten Transmissionsminimum einer jeweiligen besonderen im Pixel verwendeten Wellenlänge oder Farbe übereinstimmt. Dies wird in der dem Stand der Technik entnommenen 1 veranschaulicht (siehe z. B. US-Patent 4,632,514), in welcher ein Mehrfarben-Pixel für eine einen blauen, grünen und roten Subpixel enthaltende Flüssigkristall-Anzeige wiedergegeben ist, in welcher die Dicke oder der Zellenzwischenraum „d" der Flüssigkristallschicht 15 je nach der Farbe oder Wellenlänge eines jedes Subpixels variiert, so dass „d" mit dem ersten Transmissionsminimum jeder Farbe übereinstimmt. Solche Displays mit vielen Zwischenräumen sind sehr schwierig und kostenaufwendig herzustellen.
  • Es wäre daher höchst wünschenswert, eine Flüssigkristall-Anzeige mit, wie in 1 gezeigt, roten, grünen und blauen Subpixeln zur Verfügung zu stellen, welche über gute Farbkontrastverhältnisse verfügt und die unterschiedlichen Farbwellenlängen kompensiert, jedoch keine Veränderung der Dicke „d" der Flüssigkristallschicht nach der jeweiligen Farbe erfordert, so dass „d" an das erste Transmissionsminimum der Wellenlänge für eine jeweilige Subpixelfarbe (rot, grün, blau) angepasst ist.
  • Für NW LCD-Zellen mit einer NW-Flüssigkristall-Display-Konfiguration ist eine verdrillte nematische Zelle mit vorzugsweise einem Verdrillungswinkel von ca. 90° zwischen Polarisatoren angebracht, welche überkreuzte oder senkrechte Transmissionsachsen aufweisen, so dass die Transmissionsachse eines jeweiligen Polarisators parallel oder senkrecht zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristall-Moleküle in der Interfaceregion des dem jeweiligen Polarisator benachbarten Flüssigkristallmaterials ist. Mit anderen Worten, NW-Zellen können entweder eine P-Regulierung aufweisen, wobei beide Polarisatorachsen parallel zu ihren jeweils angrenzenden Regulierungszonen sind, oder sie können ein X-Regulierung aufweisen, wobei beide Polarisatorachsen senkrecht zu ihren jeweils angrenzenden Regulierungszonen sind. Diese Orientierung der Polarisatoren kehrt den Sinn von hell und dunkel im Vergleich mit dem oben beschriebenen NB-Display um. Die Bereiche im Off-Zustand (keine über das Flüssigkristall-Material angelegte Spannung über Vth) erscheinen im NW-Display hell, während die mit Spannung versehenen dunkel erscheinen. Das Problem von hell und farbig erscheinenden offensichtlich dunklen Bereichen bei Ansicht unter großem Blickwinkel bleibt jedoch nach wie vor bestehen, wobei der Grund dafür unterschiedlich ist. Es lassen sich positive oder negative doppelbrechende Verzögerer verwenden, um, je nach ihrer Orientierung, NW-Displays zu korrigieren. In den mit Spannung beaufschlagten dunklen NW-Bereichen neigen die Flüssigkristallmoleküle dazu, sich nach dem angelegten elektrischen Feld auszurichten. Wäre die Ausrichtung perfekt, hätten alle Flüssigkristallmoleküle in der Zelle ihre Längsachsen senkrecht zum Glassubstrat oder der Zellwand ausgerichtet. Bei angelegter Spannung erscheint das NW-Display isotrop zu senkrecht einfallendem Licht, welches von den überkreuzten Polarisatoren geblockt wird, so dass ein dunkler Pixel oder Subpixel erscheint.
  • Der in NW-Pixeln oder Displays mit zunehmenden Blickwinkeln vorkommende Kontrastverlust tritt hauptsächlich deshalb auf, weil die homöotrope Flüssigkristallschicht zu nicht achsgerichtetem oder nicht senkrecht einfallendem Licht nicht isotrop erscheint. Nicht in senkrechtem Winkel ausgerichtetes Licht pflanzt sich wegen der Anisotropie oder Doppelbrechung (ΔN) der Flüssigkristallschicht in zwei Moden fort, mit einer Phasenverzögerung zwischen diesen Moden, die mit dem Einfallswinkel des Lichts zunimmt. Diese Phasenverzögerung des Einfallswinkels bedingt für den Zustand der Polarisation eine Elliptizität, welche dann vom zweiten Polarisator unvollständig aufgehoben wird, was den Lichtdurchlass bedingt. Wegen der NW-Symmetrie weist die Doppelbrechung keine azimuthale Abhängigkeit auf.
  • Dementsprechend ist für NW-Flüssigkristallzellen ein optisches Kompensations- oder Verzögerungselement erwünscht, welches eine Phasenverzögerung mit umgekehrtem Vorzeichen wie das der Flüssigkristallschicht hervorruft, wodurch der ursprüngliche Polarisationzustand wieder hergestellt wird und das Licht vom Ausgangspolarisator blockiert werden kann. Optische Kompensations- oder Verzögerungselemente mit einer solchen NW- Symmetrie und oft negativer Doppelbrechung sind im Stand der Technik bekannt und z. B. in den US-Patenten 5,196,953; 5,138,474 und 5,071,997 beschrieben. Es ist bekannt, dass im obigen US-Patent 5,071,997 offenbarten Polyimide und Co-Polyimide als Verzögerungselemente in NW-Flüssigkristall-Anzeigen verwendet werden können und ohne gereckt zu werden, für die erwünschten Doppelbrechungsindizes als maßgeschneidert gelten.
  • In 1 ist ein NB-Flüssigkristall-Anzeigepixel mit drei gefärbten Subpixeln nach dem Stand der Technik dargestellt. Eine optische Strahlung aus einer Strahlungsquelle wird auf den Flüssigkristall-Anzeigepixel der 1 gerichtet. Der verwendete schematisch als 2A, 2B und 2C wiedergegebene optische Strahl stammt typischerweise aus einer einzigen Quelle, wird in 1 jedoch das Subpixeleinheiten des Anzeigepixels gemäß komponentenweise wiedergegeben. Der optische Strahl tritt zuerst durch den ersten Linearpolarisator 14 hindurch. Der optische Strahl fällt sodann auf die Flüssigkristallzelle 10. Die Flüssigkristallzelle 10 wird von zwei transparenten Glassubstraten 11 und 12 eingerahmt. Auf der Innenfläche des Glassubstrats 12 befinden sich drei transparente Leitungsbereiche 18A, 18B und 18C. Diese leitenden Bereiche sind Elektroden, um ein elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht 15 einer jeweiligen Subpixel-Farbkomponenten-Einheit des Anzeigepixels anzulegen. Der blaue Subpixel weist einen optischen Blaufilter 16A auf; der grüne Subpixel weist einen optischen Grünfilter 16B und der rote Subpixel einen optischen Rotfilter 16C auf. Diese optischen Filter sind mit dem zweiten Glassubstrat 11 verbunden.
  • Auf den optischen Filtern ist transparentes Leitermaterial 17 abgeschieden, das für einen jeweiligen Subpixel des Flüssigkristallpixels als zweite Elektrode wirkt. Es ist eine Stromquelle 4 vorgesehen, um zu veranschaulichen, dass an das Flüssigkristall-Material 15, das den Bereich zwischen den Elektroden 18A, 18B und 18C und der zweiten Elektrode einnimmt, eine Spannung angelegt werden kann. Wie dem Fachmann für Flüssigkristall-Anzeigen klar ist, wird die Stromversorgung 4 typischerweise durch eine Adressierschaltung ersetzt, um jeweils eine vorbestimmte Spannung an jede das Subpixelelektroden anzulegen. Auf diese Weise kann dem Betrachter (oder Beobachter) ein Bild angezeigt werden.
  • Der optische Strahl 19a, der vom ersten Polarisator 14 linear polarisiert wurde, wird während des Durchtritts durch das Flüssigkristall-Material 15 zwischen der ersten Elektrode 18A und der zweiten Elektrode 17 um 90° gedreht. Ähnlich werden die linear polarisierten Strahlen 19B und 19C in den verschiedenen Farbsubpixeln des Pixels um 90° gedreht. Nach Durchtritt durch das Flüssigkristall-Material 15 durchquert der optische Strahl einen der Farbfilter 16A, 16B und 16C. Die optischen Farbfilter selektieren die Farbkomponenten für ihre jeweiligen Subpixel für den Durchtritt durch die Farbsubpixel der Flüssigkristall-Anzeige. Die unterschiedlichen Wellenlängen (z. B. rot, grün und blau) werden jedoch unterschiedlicht von der Doppelbrechung des LC-Materials beeinflusst, was die in 1 gezeigte Konfiguration in mehreren Abständen notwendig macht und bei unterschiedlichen Blickwinkeln für unterschiedliche relative Farbverluste sorgt.
  • Nach Durchtritt durch das Flüssigkristall-Material tritt der optische Strahl durch die Verzögerungsplatten 21 und 22 hindurch. Mit größer werdendem Blickwinkel wird, wie oben beschrieben, als Ergebnis der Doppelbrechung des Flüssigkristall-Materials die Transmission außerhalb der Achse zunehmend elliptisch polarisiert. Das Ergebnis der elliptischen Polarisation ist eine Verminderung des Strahlungskontrasts als eine Funktion des Winkels um die senkrechte Achse N nach Transmission des Strahls durch die zweite Llinearpolarisationsplatte 13. Um die winkelabhängige Kontrastverminderung zu kompensieren, werden, wie in 1 gezeigt, zwischen das Substrat 11 und den Polarisator 13 die Verzögerungsplatten 21 und 22 mit konstantem Verzögerungswert plaziert. Die Gegenwart der Verzögerungsplatten 21 und 22 hat eine Abnahme der elliptischen Polarisation des auf die Linearpolarisationsplatte 13 auftreffenden Strahls zur Folge. Folglich ist die winkelabhängige Änderung des Kontrastverhältnisses des durch die zweite Linearpolarisationsplatte hindurch tretenden Strahls verbessert.
  • Wie in 1 ferner gezeigt wird, ist es bei Pixeln mit mehreren Abständen notwendig, die Dicke „d" eines jeweiligen Subpixels so auszuwählen, dass die Differenz im optischen Weg (d × ΔN) + λ der Flüssigkristallzelle 15 jeweils mit dem ersten Transmissionsminimum der jeweiligen Farbe der drei Subpixel übereinstimmt. Weil jede Farbe (rot, grün und blau) eine unterschiedliche Wellelänge aufweist und der Doppelbrechungsindex ΔN des Flüssigkristall-Materials konstant bleibt, muss daher die Dicke „d" eines jeweiligen Subpixels entsprechend eingestellt werden, so dass die unterschiedlichen Wellenlängen für jede Farbe kompensiert werden und die Zelle dadurch für den senkrechten Blickwinkel N optimiert wird. Der senkrechte Blickwinkel wird hier durch das Bezugselement „N" angedeutet und bedeutet einen horizontalen und vertikalen Blickwinkel von ungefähr 0°.
  • Als nächstes wird auf 2 nach dem Stand der Technik Bezug genommen, welche schematisch veranschaulicht, wie sich das Licht in dem LCD der 1 fortpflanzt. Wie gezeigt, tritt der ankommende Strahl 2 zunächst durch den Linearpolarisator 14 hindurch. Der nächste optisch ausgerichtete Bereich, durch den der optische Strahl hindurch tritt ist die erste Orientierungsschicht oder Fläche 18S der Leiterplatten, mit welchen das Flüssigkristall-Material 15 in Kontakt steht. Die Fläche 18S hat eine Ausrichtung oder Regulierung parallel zum ersten Linearpolarisator 14. Ungeachtet der Zwecke dieser Beschreibung der kontrollierbaren Orientierung des aktuellen Flüssigkristall-Materials ist der nächste optisch orientierte Bereich, durch welche der optische Strahl hindurch tritt, die zweite Orientierungsschicht oder regulierte Fläche 17S der zweiten Leiterelektrode 17, die zweite Fläche, welcher das Flüssigkristall-Material 15 ausgesetzt wird. Die Fläche 17S ist in senkrechter Richtung zur Fläche 18S ausgerichtet, welcher der Flüssigkristall ausgesetzt ist, wodurch im LC-Material eine Verdrillung von ca. 90° erfolgt. Die Verzögerungsplatte 21 mit sowohl einem konstanten aniosotropen oder Doppelbrechungsindex (ΔN) als auch einem konstanten Verzögerungsindex durch alle drei Subpixel, weist eine optische Achse auf, die parallel zur Ausrichtung der Fläche 17S ausgerichtet ist, während die Verzögerungsplatte 22 mit ebenfalls einem konstanten Doppelbrechungsindex durch alle drei Subpixel eine optische Achse hat, die im rechten Winkel zu der Achsausrichtung der Verzögerungsplatte 21 verläuft. Der Verzögerungswert einer Verzögerungsplatte oder -schicht wird bestimmt nach der Formel „d × ΔN", wobei „d" die Dicke der Platte oder Schicht und „ΔN" der Doppelbrechungsindex der Platte ist. Wenn sich das Pixel schließlich im On- oder eingeschalteten Zustand befindet, tritt der optische Strahl durch den zweiten linearen Polarisator 13 hindurch, der parallel zur Verzögerungsplatte 22 und dem linearen Polarisator 14 ausgerichtet ist.
  • 3 ist eine graphische Darstellung der unterschiedlichen Transmissionsminima von roten, blauen und grünen Wellenlängen in einer NB-Flüssigkristallzelle; die prozentuale optische Transmission durch eine Flüssigkristallzelle in Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes als Funktion des Abstands „d" im Flüssigkristall-Material, durch welche sich der optische Strahl fortpflanzt ist für die typischen Farbkomponenten dargestellt. Für im Wesentlichen keine Transmission des optischen Strahls im Off-Zustand erscheint das Transmissionsminimum für den blauen Strahl ungefähr bei der Dicke des Flüssigkristall-Materials „d (blau)", das Transmissionsminimum für den grünen Strahl erscheint bei der Dicke des Flüssigkristall-Materials „d (grün)", welche größer als „d (blau)" ist und das Transmissionsminimum für den roten Strahl erscheint bei der Dicke des Flüssigkristall-Materials „d (rot)", welche größer als „d(grün)" ist. Diese Differenz im Minimum des transmittierten Strahls einer jeweiligen Farbe ist, wie oben beschrieben, der Grund dafür dass die Dicke „d" für jedes Subpixel in der Konfiguration der 1 in mehreren Abständen unterschiedlich ist.
  • Ein Nachteil der oben beschriebenen Flüssigkristall-Anzeige des Standes der Technik, wie er unter Bezugnahme auf die 1 und 2 dargestellt und beschrieben wurde, ist darin zu sehen, dass die Dicke „d" des LC-Materials genau eingestellt werden muss, damit sie mit dem ersten Transmissionsminimum einer jeweiligen Farbe übereinstimmt, und ferner weisen die Verzögerungsschichten) 21 und 22 einen einzigen Verzögerungswert auf, der auf alle farbigen Subpixel angewendet wird und die unterschiedlichen Wellenlängen nicht in Betracht zieht. Wegen der konstanten Verzögerungswerte der Verzögerungsschichten für alle Subpixel ergibt sich, dass unter verschiedenen Blickwinkeln unterschiedliche Betrachtungsfehler für die unterschiedlichen Farben (rot, grün und blau) auftreten. Bei Betrachtung der in 1 gezeigten NB-Pixel im Off-Zustand erfährt z. B. ein senkrechter Blickwinkel N einen Blaufehler, da der einzige konstante Wert der Verzögerungsplatten oder -schichten im Wesentlichen an die grüne Wellenlänge unter senkrechtem Blickwinkel angepasst ist. Bei zunehmend horizontalen Blickwinkeln jedoch erfährt das Pixel von 1 Grün- und Rotfehler, während die blaue Farbe richtig transmittiert wird.
  • Für den Fall, dass sich das Licht durch den in 1 gezeigten Pixel im schiefen Winkel fortpflanzt, wird durch das Flüssigkristall-Material die senkrechte Komponente oder der Vektor um 90° verdrillt, die horizontale Komponente jedoch um einen anderen winkelabhängigen Wert. Der Zweck der in 1 gezeigten Verzögerungsplatten 21 und 22 ist es, die horizontale Komponente zu korrigieren, die vom Flüssigkristall-Material nachteilig beeinflusst wurde. Die in 1 gezeigten Verzögerer weisen jedoch einen einzigen Verzögerungswert auf, der die unterschiedlichen Wellenlängen einer jeweiligen Farbe (z. B. rot, grün und blau) nicht berücksichtigt, die von der Doppelbrechung des LC-Materials unterschiedlich beeinflusst worden sind. Mn anderen Worten lässt sich bei Verwendung eines Verzögerers mit konstantem Verzögerungswert der Gesamtblickwinkel des in 1 gezeigten Pixels mit mehreren Abständen verbessern, bei unterschiedlichen Blickwinkeln jedoch zeigen sich bei jeder Farbe unterschiedliche Betrachtungsfehler.
  • 4 nach dem Stand der Technik zeigt einen zweiten Typ eines bekannten NB-Pixels mit roten, grünen und blauen Subpixeln. Senkrecht einfallendes Licht 101 tritt zuerst durch einen ersten Linearpolarisator 103. Der erste Linearpolarisator 103 weist eine Transmissionsachse parallel zur Transmissionsachse eines zweiten Linearpolarisators 112 auf, wodurch ein NB-Flüssigkristall-Displaypixel definiert wird. Nach Polarisation durch den Linearpolarisator 103 pflanzt sich das Licht 101 dann durch ein erstes transparentes Substrat 104 und die transparenten Subpixelelektroden 105 fort. Jedes Farbsubpixel hat seine eigene Elektrode 105, mit der eine selektiv aktivierte Spannung an das jeweilige Subpixel angelegt werden kann. Nach Durchtritt durch die Elektroden 105 pflanzt sich das senkrecht einfallende Licht 101 in und durch eine Flüssigkristallschicht 109 der Dicke „d" fort. Die Flüssigkristallschicht 109 mit konstanter Dicke über das gesamte Pixel weist an ihrer Schnittstelle mit den Elektroden 105 eine (nicht gezeigte) erste Orientierungsschicht auf, die in eine im Wesentlichen senkrechte Richtung zur Transmissionsachse des ersten Polarisators 103 ausgerichtet ist. Gegenüber der (nicht gezeigten) ersten Orientierungsschicht befindet sich eine (nicht gezeigte) zweite Orientierungsschicht an der Schnittstelle des Flüssigkristall-Materials 109 mit den Farbfiltern 106–108. Diese (nicht gezeigte) zweite Orientierungsschicht ist in eine im Wesentlichen parallele Richtung zu den Transmissionsachsen von sowohl erstem als auch zweitem Polarisator ausgerichtet. Die sich im Wesentlichen überkreuzenden Ausrichtungen der (nicht gezeigten) ersten und zweiten Orientierungsschicht bewirken in der Flüssigkristallschicht 109 eine Verdrillung um 82–100°. Mit anderen Worten wird beim Durchtritt von senkrecht einfallendem Licht durch das Flüssigkristall-Material 109 von der an die Elektroden 105 angrenzenden ersten Orientierungsschicht bis zu der an die Farbfilter angrenzenden zweiten Orientierungsschicht das Licht um 82–100° verdrillt. Nach Durchtritt durch die Flüssigkristallschicht 109 tritt das Licht dann durch die oben beschriebene zweite Orientierungsschicht und die Farbfilter 106–108 der jeweiligen Subpixel hindurch. Das blaue Subpixel enthält eine blauen Farbfilter 106, das rote Subpixel enthält eine roten Farbfilter 107 und das grüne Subpixel enthält eine grünen Farbfilter 108. Nach Durchtritt durch einen der Farbfilter setzt das senkrecht einfallende Licht dann seinen Weg durch ein zweites transparentes Substrat 110, eine Verzögerungsschicht 111 und einen zweiten Ausgangspolarisator 112 fort. Die Verzögerungsschicht 111 weist einen konstanten Verzögerungswert über das gesamte Pixel auf. Nach Durchtritt durch den zweiten Polarisator 112 der eine parallel zur Transmissionsachse des ersten Polarisators 103 ausgerichtete Transmissionsachse aufweist, setzt das Licht seinen Weg zu einem Betrachter fort, der das aufgenommene Licht vorzugsweise auf einer On-Achse oder unter senkrechtem Blickwinkel betrachtet. Die Achse des senkrechten Blickwinkels N verläuft senkrecht zu einer Ebene, die z. B. durch die Polarisatoren 103 und 115 der Flüssigkristallzelle definiert ist. Der Zellenzwischenraum oder die Dicke „d" dieses besonderen Pixels beträgt ca. 5,70 Mikrometer und passt zu dem ersten Transmissionsminimum für die Farbe Grün, die eine Wellenlänge von 550 μm hat. Die Verzögerungsschicht 111 weist einen konstanten Doppelbrechungswert (ΔN) auf, der positiv ist. Die optische Achse der Verzögerungsschicht 111 verläuft parallel zu der Ausrichtungszone der ersten Orientierungsschicht und senkrecht zu den Transmissionsachsen des ersten und zweiten Polarisators 103 und 112. Wie weiter unten beschrieben, besteht der prinzipielle Nachteil dieses in 4 gezeigten Pixels nach dem Stand der Technik darin, dass die für die unterschiedlichen Farben repräsentativen unterschiedlichen Wellenlängen nicht kompensiert sind, was eine Kontrastveränderung zwischen den Farben bei unterschiedlichen Blickwinkeln zur Folge hat.
  • Die 5–7 stellen Computer-simulierte Graphen dar, welche die Wirkung des Pixels der 4 ohne Verzögerungsschicht auf jeweils rote, grüne und blaue Wellenlängen wiedergeben.
  • Die 5 ist ein Computer-simulierter Graph, der die Wirkung des Pixels der 4 ohne dessen Verzögerungsschicht 111 auf die rote Wellenlänge von 630 nm darstellt. Die für die Simulation dieses in 5 gezeigten Effekts verwendeten Parameter sind ein Zellenzwischenraum „d" von 5,70 Mikrometer, eine Steuerungs-On-Spannung von 4,0 Volt, eine Off-Spannung von 0,9 Volt sowie die Linearpolaristoren 103 und 112 mit Transmissionsachsen, die parallel zueinander und senkrecht zur ersten an die Elektroden 105 angrenzenden Rergulationszone angeordnet sind. Wie aus 5 zu ersehen, ist das Kontrastverhältnis in der Normalen (0° vertikaler und 0° horizontaler Blickwinkel) nur ca. 30 : 1 und fällt bei vertikalen Blickwinkeln von ca. 7° und –15° rasch unter 30 : 1. Dieser Graph zeigt einen Doppelpeak-Effekt, was bedeutet, dass das Kontrastverhältnis horizontal auf beiden Seiten der Normalen besser ist, während es in der Normalen klein ist. Mit anderen Worten ist das Kontrastverhältnis bei 0° vertikal und 30° horizontal ca. 130; und das Kontrastverhältnis bei 0° vertikal und –30° horizontal ist ca. 110 : 1. Wie aus diesem in 5 gezeigten Graph hervorgeht, wird die auf das Pixel der 4 ohne dessen Verzögerer einfallende rote Wellenlänge von 630 nm unter im Wesentlichen senkrechten Blickwinkeln und unter allen vertikalen Blickwinkeln, wo der horizontale Blickwinkel ca. 0° ist, stark beeinträchtigt.
  • 6 ist eine Computersimulation der Wirkung, die das Pixel der 4 ohne seine Verzögerungsschicht auf grünes Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm ausübt. Diese Simulation verwendet als Parameter einen Zellenzwischenraum von 5,70 μm, eine On-Spannung von 4,0 Volt, eine Off-Spannung von 0,9 Volt und parallele Polarisatorachsen, die senkrecht zu der an die Elektroden 105 anschließenden ersten Regulierungszone verlaufen. Weil der Zellenzwischenraum „d" des Pixels der 4 nach dem Stand der Technik zum ersten Transmissionsminimum der in dieser Simulation verwendeten grünen Wellenlänge von 550 nm passt, ist das Kontrastverhältnis in der Normalen (0° senkrecht, 0° horizontal) sehr gut bei ca. 210 : 1. Die 30 : 1 Kontrastverhältniskurve verläuft längs der 0°-Horizontalachse von vertikalen Winkeln von ca. –27° bis ca. +30°, wodurch ein Bereich längs der 0°-Horizontalachse von ca. 57° überspannt wird. Ferner verläuft die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve längs de 0°-Vertikalachse von horizontalen Winkeln von ca. –37° bis ca. +37°, wodurch ein Horizontalbereich längs der 0°-Vertikalachse von ca. 74° definiert wird. Die Kontrastverhältniskurven der 6 für die Farbe Grün sind denen der 5 merklich überlegen, weil der Zellenzwischenraum „d" des Pixels der 4 zum ersten Transmissionsminimum für die Farbe Grün passt, während er kleiner ist als das erste Transmissionsminimum der Farbe Rot. Weil der Zellenzwischenraum des Pixels der 4 zum ersten Transmissionsminimum der Farbe Grün passt und größer ist als der für die Farbe Blau benötigte, liegt der unten mit Bezugnahme auf 7 beschriebene Graph des Kontrastverhältnisses für die Farbe Blau unter dem in 6 für die Farbe Grün gezeigten.
  • 7 ist die Computersimulation eines Graphen, der die Wirkung des in 4 gezeigten Pixels ohne dessen Verzögerungsschicht auf die blaue Wellenlänge bei 480 nm wiedergibt. Dieser Graph verwendet die Parameter mit einem Zellenzwischenraum von 5,70 μm, einer On-Spannung von 4,0 Volt, einer Off-Spannung von 0,9 Volt und Polarisatoren mit parallelen Transmissionsachsen senkrecht zur ersten Ausrichtungszone.
  • Weil der Zellenzwischenraum „d" des Pixels der 4 zum ersten Transmissionsminimum der Farbe Blau passt, ist das Kontrastverhältnis der blauen Wellenlänge, wie aus 7 ersichtlich, in der Normalen gering und ist ca. 40 : 1. Ferner verläuft die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve längs der 0°-Horizontalachse nur bis zu einer Grenze von ca. –8° senkrecht. Die gleiche 30 : 1-Kontrastverhältniskurve verläuft auch längs der vertikalen 0°-Achse bis zur horizontalen Achse von nur ca. –13° und +13°. Wie der Fachmann auf dem Gebiet der Flüssigkristallanzeigen erkennen kann, ist dies eine relativ bescheidene Kontrastverhältniskurve, welche die Probleme das Pixel des Standes der Technik gemäß 4 aufzeigt.
  • Die 8–10 sind Computersimulationsgraphen, welche die Kontrastverhältniskurven das Pixel des Standes der Technik gemäß 4 wiedergeben, die für die Farben Rot bzw. Grün bzw. Blau eine Verzögerungsschicht mit einem konstanten Verzögerungswert von 275 nm enthalten. Für diese drei Graphen wurden Spannungsparameter mit 4,8 V On-Spannung und 0,2 V Off-Spannung verwendet. Die Verwendung einer 275 nm Verzögerungsschicht in dem Pixel des Standes der Technik gemäß 4 wird nicht als Stand der Technik angesehen, sondern wird in diesen Simulationsgraphen zum Zwecke eines später diskutierten Vergleichs mit bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen verwendet.
  • 8 zeigt das Kontrastverhältnis von dem in 4 gezeigten Pixel im Stand der Technik mit einer 275 nm Verzögerungsschicht für die Farbe Rot bei einer Wellenlänge von 630 nm. Das Kontrastverhältnis in der Normalen ist nur ca. 30 : 1. Die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve verläuft längs der horizontalen 0°-Achse zu vertikalen Blickwinkeln von ca. –35° und +12°. Die in 8 gezeigten Kontrastverhältniskurven für die Farbe Rot sind wieder sehr bescheiden, weil das Pixel der 4 mit seiner Verzögerungsschicht einen konstanten Verzögerungswert von 275 nm aufweist und die unterschiedlichen, für die Farben Rot, Grün und Blau repräsentativen Wellenlängen nicht kompensiert. Weil der Zellenzwischenraum des Pixels der 4 zu dem ersten Transmissionsminimum der Farbe Grün passt und dabei unterhalb des ersten Transmissionsminimums für die Farbe Rot liegt, sind daher die erhaltenen Kontrastverhältnisse für dir Farbe Rot für die Normale und die meisten anderen Blickwinkel sehr bescheiden, wie dies in 8 gezeigt wird.
  • 9 stellt eine Computersimulation von Kontrastverhältnissen für die Wellenlänge der Farbe Grün bei 550 nm dar, die von dem in 4 gezeigten Pixel mit einer Verzögerungsschicht und einem Verzögerungswert von 275 nm erhalten wurde. Weil der Zellenzwischenraum von 5,70 μm zu dem ersten Transmissionsminimum für die Farbe Grün passt, sind die erhaltenen in 9 gezeigten Kontrastverhältniskurven relativ gut. Das Kontrastverhältnis in der Normalen beträgt ca. 270 : 1, während die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve sowohl an der vertikalen als auch horizontalen 0°-Achse aus dem Graphen hinaus verläuft. Wie zuvor erörtert, besteht der Grund für die besseren Kontrastverhältnisse für die Farbe Grün im Pixel der 4 darin, dass der Zellenzwischenraum im Pixel zum ersten Transmissionsminimum der Farbe Grün passt und ferner die Verzögerungsschicht einen Verzögerungswert von 275 aufweist, der ebenfalls der Farbe Grün entgegenkommt.
  • 10 zeigt einen Computersimulationsgraphen von Kontrastverhältnissen für die Farbe Blau bei einer Wellenlänge von 480 nm, welche durch das Pixel der 4 gemäß Stand der Technik hindurch tritt. Weil der Zellenzwischenraum „d" nicht zum Transmissionsminimum der blauen Wellenlänge passt, sind die Kontrastverhältnisse bescheiden, wie dies aus 10 ersichtlich ist. In der Normalen ist das Kontrastverhältnis z. B. nur ca. 30 : 1. Die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve verläuft horizontal längs der 0°-Vertikalachse von ca. –26° bis +26°. Ferner verläuft die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve abwärts längs der 0°-Horizontalachse nur bis ca. –9° senkrecht. Demgemäß ist klar, dass das in 4 gezeigte Pixel des Standes der Technik für die blaue Wellenlänge horizontal und vertikal ein bescheidenes Kontrastverhältnis liefert.
  • Es würde im Stand der Technik zweifellos einen Schritt nach vorn bedeuten, wenn ein Flüssigkristall-Anzeigepixel zur Verfügung gestellt werden könnte, der gute Kontrastverhältnisse für alle Farben zeigte und die Notwendigkeit für eine in 1 gezeigte Konfiguration mit mehreren Zwischenräumen erübrigte.
  • Im US-Patent 5,179,457 wird eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer zwischen einer Flüssigkristallschicht und einer unteren Elektrode angeordneten Phasenplatte offenbart, wobei die Phasenplatte an verschiedenen Positionen unterschiedliche Doppelbrechungswerte aufweist, wodurch eine Farbanzeige ohne Verwendung von (einem) Farbfilter(n) resultiert. Im Patent 5,179,457 wird nichts über die Verwendung einer solchen Phasenplatte mit Farbfiltern berichtet und es ist auf andere LCD-Typen als in der vorliegenden Erfindung gerichtet.
  • Im US-Patent 5,150,237 wird ein LCD-Typ mit elektrisch kontrollierter Doppelbrechung (ECB) offenbart, in welchem ein zwischen der Flüssigkristallschicht und dem Polarisator angeordnetes einachsiges Medium mit positiver Anisotropie verwendet wird, wobei sich in Übereinstimmung mit dem Unterschied zwischen den angezeigten Farben die Produkte aus Anisotropie des Brechungsindex und Dicke des einachsigen Mediums voneinander unterscheiden. Das ECB-Display des Patents 5,150,237 ist nicht auf einen verdrillten nematischen LCD-Typ gerichtet, in welchem, wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, Farbfilter verwendet werden.
  • Im US-Patent wird eine Kombination aus einer Phasenplatte und einer optischen Farbfilterschicht offenbart, wobei die Phasenplatte eine Schicht aus einer LC-Polymerzusammensetzung mit Polyester als Hauptkomponente enthält.
  • In dem US-Patent 5,229,039 wird ein Farbfilter auf Basis von Polyimid offenbart, der auch als Orientierungsschicht dient.
  • Im gesamtem oben beschriebenen Stand der Technik, in welchem sowohl Verzögerer als auch Farbfilter eingesetzt werden, wird ein Bauteil verwendet, das als Farbfilter dient und ein anderes getrenntes Element, das als Verzögerer dient. Es würde ein lange bestehender Bedarf im Stand der Technik gelöst sein, wenn diese beiden Funktionen von einem einzigen Bauteil erbracht werden könnten, das sowohl als Farbfilter als auch als Verzögerungselement diente.
  • Der hier zur Beschreibung der Fläche oder Seite eines Bauteils verwendete Ausdruck „Innen-" bedeutet die dem Flüssigkristall-Material am nächsten liegende Seite oder Fläche.
  • Der hier verwendete Ausdruck „Verzögerungswert" bedeutet „d × ΔN" der Verzögerungsschicht oder -platte, wobei „d" die Schichtdicke und „ΔN" die Doppelbrechung der Schicht angeben. Je nach der Doppelbrechung der Schicht können definierte Werte entweder positiv oder negativ sein.
  • Die Begriffe „im Uhrzeigersinn" und „entgegen dem Uhrzeigersinn" sind von der Seite des Betrachters der Flüssigkristallanzeige aus zu verstehen.
  • Wird der Begriff „erste(r)(s)" in Verbindung mit der Beschreibung von Substraten, Polarisatoren, Elektroden, Ausrichtungszonen und Orientierungsschichten gebraucht, bedeutet er, dass das beschriebene Bauteil sich auf der Seite des Flüssigkristall-Materials befindet, wo das Licht einfällt, oder mit anderen Worten auf der Seite des Flüssigkristall-Materials, die dem Betrachter abgewandt ist.
  • Wird der Begriff „zweite(r)(s)" in Verbindung mit der Beschreibung von Substraten, Polarisatoren, Elektroden, Ausrichtungszonen und Orientierungsschichten gebraucht, bedeutet er, dass das beschriebene Bauteil auf der Seite des Betrachters der Flüssigkristall-Materialschicht angeordnet ist.
  • Die hier wiedergegebenen und beschriebenen (siehe 24) „horizontalen Blickwinkel" (oder XANG) und die „vertikalen Blickwinkel" (oder YANG) lassen sich nach den folgenden Gleichungen in konventionelle LCD-Winkel umrechnen: TAN(YANG) = COS(Φ) × TAN(θ) SIN(YANG) = SIN(θ) × SIN(Φ) COS(θ) = COS(YANG) × COS(XANG) TAN(Φ) = TAN(YANG) + SIN(XANG)
  • 24 zeigt den Zusammenhang zwischen den vier unterschiedlichen Winkeln.
  • Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, dass im Stand der Technik ein Bedarf nach mehrfarbigen Flüssigkristall-Displaypixeln besteht, wobei die Notwendigkeit von mehreren Zwischenräumen zur Einstellung des Zellenzwischenraums „d" für eine jeweilige Farbe eliminiert und die jeweilige Farbwellenlänge kompensiert wird, wodurch der Blickwinkel und die damit zusammenhängenden Kontrastverhältnisse für jede besondere Farbe verbessert und und die verschiedenen Betrachtungsfehler für verschiedene Farben unter verschiedenen Blickwinkeln eliminiert werden. Im Stand der Technik besteht auch ein Bedarf nach einem einzigen Bauelement, das sowohl als optischer Verzögerer als auch als Farbfilter wirkt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Allgemein gesprochen erfüllt diese Erfindung die oben beschriebenen Nachfragen im Stand der Technik, indem ein verdrilltes nematisches Pixel zur Verwendung in einer Flüssigkristall-Anzeige zur Verfügung gestellt wird, wobei das Pixel ein erstes Subpixel mit einem ersten Farbfilter und einer ersten Verzögerungsschicht und ein zweites Subpixel mit einem zweiten Farbfilter und einer zweiten Verzögerungsschicht umfasst; wobei die ersten und zweiten Verzögerungsschichten voneinander verschiedene Verzögerungswerte und optische Achsen aufweisen, die im Wesentlichen nicht parallel zueinander sind und die ersten und zweiten Farbfilter voneinander verschieden sind. In bestimmten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden die ersten und zweiten Verzögerungsschichten und deren betreffende Verzögerungswerte in Übereinstimmung mit der Farbe eines jedes Subpixels ausgewählt und die Pixel enthalten ferner ein drittes Subpixel, das einen dritten Farbfilter und eine dritte Verzögerungsschicht aufweist, die einen von den Verzögerungswerten der ersten und zweiten Verzögerungsschichten verschiedenen Verzögerungswert hat.
  • In noch weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Verzögerungsschichten unmittelbar auf dem ersten bzw. zweiten Farbfilter abgeschieden und die Farbfilter auf einem Substrat angeordnet, wobei das Substrat zwischen den Farbfiltern und einem Polarisator liegt. In bestimmten anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist das Pixel ferner eine Verzögerungsschicht zwischen dem Substrat und dem Polarisator auf, wobei die Verzögerungsschicht über einen im Wesentlichen konstanten Verzögerungswert verfügt.
  • In zusätzlichen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält das Pixel ferner eine Flüssigkristallschicht mit einer Dicke von weniger als 10 μm.
  • In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die erste und zweite Verzögerungsschicht aus demselben Material gefertigt und weisen im Wesentlichen unterschiedliche Dicken auf, wobei die erste und zweite Verzögerungsschicht mittels Rotationsbeschichtung jeweils auf die erste und zweite Farbschicht aufgetragen wurden.
  • In bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind der erste Farbfilter und die erste Verzögerungsschicht in einem einzigen, integral geformten, auf Polymer basierenden Element kombiniert, welches sowohl als Farbfilter als auch Verzögerer fungiert, wobei das einzelne, integral geformte, auf Polymer basierende Element dadurch gebildet wird, dass man einen Farbfilterfarbstoff in einem löslichen Polymer löst oder eintaucht und somit ein einziges integral gebildetes Element schafft, das sowohl als Farbfilter als auch Verzögerer fungiert.
  • In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung haben die erste und zweite Verzögerungsschicht eine optische Achse, die nach der Farbwellenlänge des jeweiligen Subpixels ausgewählt ist. In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der erste Farbfilter ein Rotfarbfilter und der zweite Farbfilter ein Grünfarbfilter und der Verzögerungswert der ersten Verzögerungsschicht beträgt etwa 250–350 nm und der Verzögerungswert der zweiten Verzögerungsschicht etwa 225–325 nm, wobei das Pixel ferner eine Flüssigkristall-Schicht mit einer im Wesentlichen an das erste Transmissionsminimum der Farbwellenlänge des zweiten Subpixels angepassten Dicke umfasst.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen umfassen der erste Farbfilter und die erste Verzögerungsschicht ein erstes auf Polyimid basierendes Element mit einem ersten darin eingetauchten oder gelösten Farbstoff, und der zweite Farbfilter und die zweite Verzögerungsschicht umfassen ein zweites auf Polyimid basierendes Element mit einem zweiten darin eingetauchten oder gelösten Farbstoff.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Polyimide in organischen Lösungsmitteln lösliche Polyimide oder Co-Polyimide.
  • In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Polyimid ein in organischen Lösungsmitteln lösliches Homopolyimid.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Homopolyimid ausgewählt aus der Gruppe: Pyromellithsäuredianhydrid (PMDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (ii) 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (iii) 4,4'Oxydiphthalsäureanhydrid (ODPA) und 2,2'Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (iv) 3,3',4,4'Diphenylsutetracarbonsäuredianhydrid (DSDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (v) 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); und (vi) 2,2'Bis(dicarbonylphenyl)hexafluorpropandianhydrid (6FDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB).
  • Diese Erfindung erfüllt ferner die oben beschriebenen Bedürfnisse im Stand der Technik indem ein Pixel zur Verwendung in einem Flüssigkristall-Display zur Verfügung gestellt wird, der ein erstes Subpixel mit einem eine erste optische Achse aufweisenden ersten Verzögerungsmittel und ein zweites Subpixel mit einem eine zweite optische Achse aufweisenden zweiten Verzögerungsmittel umfasst, wobei die erste optische Achse und die zweite optische Achse nach verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthalten das erste und zweite Verzögerungsmittel eine Verzögerungsschicht.
  • In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind das erste und zweite Verzögerungsmittel zumindest im Wesentlichen teilweise coplanar, wobei die unterschiedlichen Richtungen in Übereinstimmung mit der Farbe eines jeweiligen Subpixels ausgewählt werden.
  • In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Pixel ferner ein erstes und zweites transparentes Substrat sowie ein drittes Subpixel, wobei das erste und zweite Verzögerungsmittel zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet sind.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die erste optische Achse und das erste Verzögerungsmittel in eine Richtung ausgerichtet, die sich um mindestens 2° von der Ausrichtung der zweiten optischen Achse und des zweiten Verzögerungsmittels unterscheidet.
  • In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Richtung der zweiten optischen Achs im Wesentlichen parallel zur Ausrichtungsrichtung eines ersten auf der ersten Seite einer Flüssigkristallschicht angeordneten Ausrichtungsmittels, wobei das Licht zuerst die Flüssigkristallschicht an der Schnittstelle zwischen dem Flüssigkristall-Material und dem ersten Orientierungsmittel betritt.
  • Diese Erfindung erfüllt ferner die oben beschriebenen Bedürfnisse im Stand der Technik, indem es einen Mehrfarbenpixel für die Verwendung in einem Flüssigkristall-Display zur Verfügung stellt, mit einen ersten Polarisator auf einem ersten Substrat; einem zweiten Polarisator auf der Betrachterseite des Pixels und auf einem zweiten Substrat; einer zwischen dem ersten und zweiten Polarisator angeordneten Flüssigkristallschicht; ersten und zweiten Subpixeln mit jeweils unterschiedlichem optischem Farbfilter zum Durchlassen einer unterschiedlich regulierten Farbe oder Wellenlänge des optischen Strahls; wobei das erste Subpixel ein erstes Verzögerungsmittel mit einem ersten vorbestimmten Verzögerungswert aufweist und das zweite Subpixel ein zweites Verzögerungsmittel mit einem zweiten sich vom ersten vorbestimmten Verzögerungswert unterscheidenden Verzögerungswert enthält, wobei ferner das erste und zweite Verzögerungsmittel optische Achsen aufweisen, die im Wesentlichen nicht parallel zueinander sind, und wobei das erste und zweite Verzögerungsmittel zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet sind.
  • In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden der erste und zweite Verzögerungswert nach den unterschiedlichen Farben des ersten und zweiten Subpixels ausgesucht, wobei das erste Subpixel einen roten Farbfilter und das zweite Subpixel einen grünen Farbfilter haben.
  • In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Flüssigkristallschicht verdrillt, nematisch und zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet ist und die Farbfilter sitzen auf dem zweiten Substrat, während die Flüssigkristallschicht zwischen den Farbfiltern und dem ersten Substrat angeordnet ist.
  • In bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält das Pixel ferner eine auf dem ersten und zweiten Verzögerungsmittel angeordnete Elektrodenschicht, während die Farbfilter und die Verzögerungsschicht zwischen der Elektrode und dem zweiten Substrat angeordnet sind, sowie eine auf die transparente Elektrode laminierte Orientierungsschicht, wodurch die Flüssigkristallschicht zwischen die Orientierungsschicht und das erste Substrat zu liegen kommt.
  • In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Verzögerungswerte der Verzögerungsmittel negativ und der erste und zweite Polarisator überkreuzen sich, wodurch ein NW-Pixel entsteht. In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Verzögerungswerte der Verzögerungsschichten positiv und der erste und zweite Polarisator sind parallel, wodurch ein NB-Pixel entsteht.
  • In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist das Flüssigkristall-Material im Off-Zustand eine Verdrillung von ca. 90° auf. In bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Pixel ferner ein zwischen das zweite Substrat und den zweiten Polarisator laminiertes drittes Verzögerungsmittel auf.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Pixel ein NB-Pixel. In bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Pixel ein NW-Pixel.
  • In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weisen die erste und zweite Verzögerungsschicht einen positiven Doppelbrechungsindex auf. In noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weisen die erste und zweite Verzögerungsschicht einen negativen Doppelbrechungsindex auf.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen in Verbindung mit den entsprechenden Figuren beschrieben.
  • ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Querschnitt eines herkömmlichen normalschwarzen Flüssigkristall-Anzeigepixels vom Typ mit mehreren Zwischenräumen nach dem Stand der Technik mit zwei jeweils mit konstantem Doppelbrechungs- und Verzögerungswert über das gesamte Pixel ausgestatteten Verzögerungsplatten, wobei der Zellenzwischenraum „d" des LC-Materials für jedes Subpixel an das erste Transmissionsminimum der Farbwellenlänge dieses Pixels angepasst ist.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das die optischen Ausrichtungen der Komponenten des Standes der Technik für verdrillte nematische NB-Flüssigkristall-Displaypixel der 1 veranschaulicht.
  • 3 zeigt die prozentuale Transmission von rotem, grünem und blauem Licht durch ein Flüssigkristallpixel als Funktion des Zellenzwischenraums „d" für die drei Wellenlängen für Rot, Grün und Blau.
  • 4 ist ein Querschnitt eines NB-Flüssigkristall-Displaypixels mit roten, grünen und blauen Subpixeln. Dieses Pixel enthält eine einzige Verzögerungsschicht mit konstantem Doppelbrechungs- und Verzögerungswert über das gesamte Pixel, wobei der Zellenzwischenraum „d" des Pixels für alle drei Subpixel konstant ist.
  • 5 ist ein Computer-simulierter Graph, welcher die Kontrastverhältnisse für die Farbe Rot aus dem in 4 gezeigten Pixel nach dem Stand der Technik ohne eine Verzögerungsschicht veranschaulicht.
  • 6 ist ein Computer-simulierter Graph, welcher die Kontrastverhältnisse für die Farbe Grün aus dem in 4 gezeigten Pixel nach dem Stand der Technik ohne eine Verzögerungsschicht veranschaulicht.
  • 7 ist ein Computer-simulierter Graph, welcher die Kontrastverhältnisse für die Farbe Blau aus dem in 4 gezeigten Pixel nach dem Stand der Technik ohne eine Verzögerungsschicht veranschaulicht.
  • 8 ist ein Computer-simulierter Graph, welcher die Kontrastverhältnisse für die Farbe Rot aus dem in 4 gezeigten Pixel nach dem Stand der Technik, wobei die Verzögerungsschicht einen Verzögerungswert von 275 nm aufweist.
  • 9 ist ein Computer-simulierter Graph, welcher die Kontrastverhältnisse für die Farbe Grün aus dem in 4 gezeigten Pixel nach dem Stand der Technik wiedergibt, wobei die Verzögerungsschicht einen Verzögerungswert von 275 nm aufweist.
  • 10 ist ein Computer-simulierter Graph, welcher die Kontrastverhältnisse für die Farbe Blau aus dem in 4 gezeigten Pixel nach dem Stand der Technik wiedergibt, wobei die Verzögerungsschicht einen Verzögerungswert von 275 nm aufweist.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm für die optischen Komponenten einer ersten Ausführungsform für ein erfindungsgemäßes, verdrilltes, nematisches NB-Flüssigkristall-Displaypixel. Der erste und zweite Linearpolarisator weisen parallel zueinander in Richtung A0 verlaufende Transmissionsachsen auf. Das Flüssigkristall-Pixel weist eine erste Regulierungszone mit einer im Wesentlichen senkrecht zu den Transmissionsachsen der Polarisatoren verlaufenden Richtung B1 auf. Die Richtung A0 der zweiten Regulierungszone verläuft im Wesentlichen parallel zur Transmissionsachse des Polarisators. Die Farbfilter und die mit Farbe ausgestatteten oder regulierten Verzögerungsschichten sind zwischen der zweiten Regulierungszone und dem zweiten oder Ausgangspolarisator angeordnet.
  • 12 ist einoptisches Diagramm des blauen Verzögerers 208 nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei die optische Achse der blauen Verzögerungsschicht 208 von Richtung B0 an im Uhrzeigersinn rotiert und die Richtung B0 im Wesentlichen parallel zur Richtung B1 verläuft.
  • 13 ist ein Computer-simulierter Graph der Kontrastverhältniskurven der aus dem Pixel der ersten in den 11 und 12 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform stammenden Farbe Rot, wobei die Verzögerungsschicht für die vermittelte Farbe Rot einen Verzögerungswert von 315 nm aufweist.
  • 14 ist ein Computer-simulierter Graph der Kontrastverhältniskurven der aus dem Pixel der ersten in den 11 und 12 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform stammenden Farbe Grün, wobei die Verzögerungsschicht für die vermittelte Farbe Grün einen Verzögerungswert von 275 nm aufweist.
  • 15 ist ein Computer-simulierter Graph der Kontrastverhältniskurven der aus dem Pixel der ersten in den 11 und 12 wiedergegebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform stammenden Farbe Blau, wobei die Verzögerungsschicht für die vermittelte Farbe Blau einen Verzögerungswert von 240 nm aufweist.
  • 16 ist ein Querschnitt eines Vergleichsbeispiels für ein verdrilltes nematisches Flüssigkristall-Displaypixel. In diesem Pixel wird eine Verzögerungsschicht für jedes Farbsubpixel verwendet, wobei jede Schicht einen gemäß der Farbe oder Wellenlänge seines Subpixels vorgewählten Verzögerungswert und optische Ausrichtung aufweist. Jedes Subpixel (d. h. rot, grün und blau) dieser zweiten Ausführungsform weist eine aus dem gleichen Material aber mit verschiedener Dicke hergestellte regulierte Verzögerungsschicht auf, wodurch unterschiedliche Verzögerungswerte geschaffen werden, die an die jeweilige Wellelänge eines Subpixels angepasst sind. Die charakteristischen Verzögerungsschichten diese Ausführungsform sind auf den Innenflächen der Farbfilter angeordnet.
  • 17 ist ein Querschnitt eines weiteren Vergleichsbeispiels für ein verdrilltes nematisches Flüssigkristall-Pixel. In diesem Beispiel werden gefärbte oder regulierte Verzögerungsschichten nur in den roten und grünen Subpixeln verwendet, während die blauen Subpixel frei von jeder Schicht sind. Ferner ist dieses Vergleichsbeispiel mit einer Verzögerungsfolie oder -schicht mit konstantem Doppelbrechungs- und Verzögerungswert zwischen dem zweiten Substrat und dem zweiten Polarisator versehen.
  • 18 ist ein Querschnitt eines weiteren Vergleichsbeispiels für ein verdrilltes nematisches Flüssigkristall-Displaypixel. Die regulierte Verzögerungsschicht der vierten Ausführungsform weist oben eine terassenförmige Fläche auf, wodurch verschiedene Dicken und verschiedene Verzögerungswerte für die Verzögerungsschicht eines jeweiligen Subpixels definiert werden.
  • 19 ist ein Querschnitt eines weiteren Vergleichsbeispiels für ein Flüssigkristall-Displaypixel. Jedes Subpixel hat eine regulierte Verzögerungsschicht, wobei die Schicht eines jeweiligen Subpixels aus unterschiedlichem Material, vorzugsweise mit unterschiedlicher Doppelbrechung und somit auch unterschiedlichem Verzögerungswert gefertigt ist. Die Dicke der Verzögerungsschicht in diesem Vergleichsbeispiel kann im Wesentlichen gleich oder alternativ im Wesentlichen unterschiedlich sein, je nach den Doppelbrechungswerten und der erforderlichen Dicke für jedes Subpixel.
  • 20 ist ein Querschnitt eines verdrillten nematischen Flüssigkristall-Displaypixels. Die regulierten Verzögerungsschichten sind auf der Innenfläche des ersten Substrats angeordnet und ein optischer Farbfilter für jedes Subpixel ist auf der Innenfläche des zweiten Substrats angeordnet, wodurch die Farbfilter und die Verzögerungsschichten auf entgegengesetzten Seiten der Flüssigkristallschicht angeordnet sind.
  • 21 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen verdrillten nematischen Flüssigkristall-Displaypixels. Die gefärbten regulierten Verzögerungsschichten dieser Ausführungsform sind auf den Außenflächen der Farbfilter angebracht, wodurch sie zwischen dem Farbfilter eines jeweiligen Subpixels und seinem zweiten Substrat angeordnet sind.
  • 22 ist ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei in jedem Subpixel eine Schicht auf Basis eines Polymers oder Polyimids sowohl als Farbfilter als auch als Verzögerer wirkt.
  • 23 ist ein Teilschnittbild eines LCD mit einer Vielzahl von Pixeln.
  • 24 ist ein Graph, der den Zusammenhang der Winkel zwischen den hier diskutierten horizontalen und vertikalen Winkeln und den herkömmlichen LCD-Winkeln Φ und θ wiedergibt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • 11 ist das Schema für eine Anordnung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displaypixels. Das in 11 gezeigte NB-Pixel mit rückseitiger „X-Ausrichtung" enthält einen ersten Polarisator 202, eine erste Ausrichtungs- oder Orientierungsschicht 204, eine zweite Orientierungsschicht 206, eine regulierte einachsige blaue Verzögerungsschicht 208, eine regulierte einachsige grüne Verzögerungsschicht 210, eine regulierte einachsige rote Verzögerungsschicht 212, einen blauen Farbfilter 214, einen grünen Farbfilter 216, einen roten Farbfilter 218 und schließlich einen zweiten oder Ausgangspolarisator. Die Verzögerungsschichten dieser ersten Ausführungsform weisen positive Doppelbrechung und Verzögerungswerte auf und sind einachsig. Solche Verzögerungsschichten sind kommerziell verfügbar und können beispielsweise von Nitto Corp., Japan, oder Nitto Denko America, Inc., New Brunswick, N. J. bezogen werden. Nitto liefert z. B. Verzögerungsschichten mit der Modell-Nr. NRF-RF 315.
  • Eine (nicht gezeigte) Flüssigkristallschicht liegt zwischen der ersten und zweiten Orientierungsschicht 204 und 206, wobei die Flüssigkristallschicht ohne angelegte Spannung einfallendes Licht um 82°–100° verdrillt. Ein (nicht gezeigtes) erstes Substrat ist zwischen dem ersten Linearpolarisator 202 und der ersten Orientierungsschicht 204 angeordnet, während eine (nicht gezeigte) erste Elektroden schicht zwischen das (nicht gezeigte) erste Substrat und die erste Orientierungsschicht 204 laminiert ist. Ein (nicht gezeigtes) zweites Substrat liegt vorzugsweise zwischen den Farbfiltern und dem zweiten Linearpolarisator 220.
  • Ferner ist eine (nicht gezeigte) zweite Elektrodenschicht vorzugsweise zwischen der zweiten Orientierungsschicht 206 und der regulierten roten grünen und blauen Verzögerungsschicht angeordnet.
  • Der erste und zweite Linearpolarisator 202 und 220 haben Transmissionsachsen, die parallel zueinander in eine Richtung A0 Verlaufen, wodurch ein NB-Pixel definiert wird. Die erste Orientierungsschicht 204 ist in eine senkrecht zu den Transmissionsachsen der Linearpolarisatoren 202 und 220 weisende Richtung ausgerichtet, wodurch eine erste Orientierungszone definiert wird, um die Moleküle der an die Orientierungsschicht 204 angrenzenden Flüssigkristallschicht in eine Richtung B1 auszurichten. Die zweite Orientierungsschicht 206 hat eine Ausrichtungs- oder Orientierungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu Richtung B1 und im Wesentlichen parallel zu Richtung B0, wodurch die an die Schicht 206 angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle in eine Richtung parallel zu den Transmissionsachsen der Linearpolarisatoren 202 und 220 ausgerichtet werden. Das Flüssigkristall-Material dieser besonderen Ausführungsform ist linkshändig insofern, als es hindurch tretendes Licht im Uhrzeigersinn verdrillt.
  • Die (nicht gezeigte) Flüssigkristallschicht dieser in 11 gezeigten Flüssigkristallschicht weist eine Dicke von ca. 5,70 μm auf und ist an das erste Transmissionsminimum der grünen Wellenlänge von 550 nm angepasst. Die Dicke „d" der Flüssigkristallschicht ist daher kleiner als das erste Transmissionsminimum der roten Wellenlänge von 630 nm und größer als das erste Transmissionsminimum der blauen Wellenlänge von 480 nm.
  • Der NB-Pixel dieser ersten Ausführungsform verhält sich optisch wie folgt. Senkrecht einfallendes weißes Licht 201 mit blauen, grünen und roten Wellenlängen tritt zunächst durch den ersten Linearpolarisator 202 und wird in Richtung A0 linear polarisiert. Nach Polarisierung des Lichts 201 durch den ersten Polarisator 202 tritt es durch das (nicht gezeigte) erste transparente Substrat und die (nicht gezeigte) erste Elektrodenschicht hindurch. Nach Fortpflanzung durch die erste Elektrodenschicht tritt das linear polarisierte Licht in die (nicht gezeigte) Flüssigkristallschicht als gewöhnliches Licht (im Gegensatz zu außergewöhnlichem Licht) ein. Das in das Flüssigkristall-Material eintretende Licht ist „gewöhnliches Licht", da die erste Ausrichtungszone der Orientierungsschicht 204 im Wesentlichen senkrecht zur Transmissionsachse des ersten Polarisators 202 ist.
  • Wenn das Licht die erste Orientierungsschicht 204 erreicht, ist es in Richtung A0 polarisiert, welche im Wesentlichen senkrecht zur Ausrichtungsrichtung B1 der ersten Orientierungsschicht 204 ist. In Folge der senkrechten Orientierung der Orientierungsrichtungen der ersten und zweiten Orientierungsschicht 204 und 206, wird das Licht im Off-Zustand des Flüssigkristall-Materials, wenn es durch dieses hindurch tritt, um einen Betrag von ca. 82° bis 100° verdrillt. Wie aus den Orientierungsrichtungen der ersten und zweiten Orientierungsschicht 204 und 206 zu ersehen, wird die Polarisationsrichtung des roten, grünen und blauen Lichts durch das linkshändige Flüssigkristallmaterial im Uhrzeigersinn verdrillt und in die Richtung B0 plus oder minus ca. 8° oder weniger polarisiert, wenn es das Austrittsende des Flüssigkristallmaterials erreicht und sich durch die zweite Orientierungsschicht 206 fortpflanzt.
  • Weil der Zellenzwischenraum „d" des Flüssigkristall-Materials an das erste Transmissionsminimum der Wellenlänge der Farbe Grün angepasst ist, wird die senkrecht einfallende grüne Wellenlänge des Lichts, das durch das Flüssigkristall-Material hindurch tritt, um ca. 90° im Uhrzeigersinn verdrillt und in Richtung B0 polarisiert, wenn es die grüne regulierte Verzögerungsschicht 210 erreicht. Weil der Zellenzwischenraum „d" größer ist als das erste Transmissionsminimum für die Farbe Blau mit einer Wellenlänge von ca. 480 nm, wird das senkrecht einfallende blaue Licht vom Flüssigkristall-Material um einen im Wesentlichen größeren Betrag als 90° (d. h. ca. 92°–100°) verdrillt. Wenn nicht für die blaue Verzögerungsschicht dieser Ausführungsform, so würde doch der überdrillte Anteil des blauen Lichts durch den zweiten Polarisator hindurch gelassen werden, wenn das Pixel im Off-Zustand war. Demgemäß wird die blaue Wellenlänge des Lichts beim Erreichen der regulierten blauen Verzögerungsschicht 208 nicht in Richtung B0 polarisiert, sondern in eine Richtung P5, die relativ zur Richtung B0 im Uhrzeigersinn verdreht ist.
  • Weil der Zellenzwischenraum „d" des Flüssigkristall-Materials kleiner ist als das erste Transmissionsminimum für die Farbe Rot, wird senkrecht einfallendes Licht mit der roten Wellenlänge von ca. 630 nm auch nur um ca. 82°–88° vom Flüssigkristall-Material verdrillt und ist daher beim Erreichen der roten regulierten Verzögerungsschicht 212 nicht in Richtung B0 verdrillt. Dafür wird das Licht in eine Richtung PR polarisiert, die beim Erreichen der regulierten roten Verzögerungsschicht 212 relativ zur Richtung B0 im Gegenuhrzeigersinn verdreht ist.
  • Nach Verzögerung durch die farbigen regulierten Verzögerungsschichten, pflanzt sich das einfallende Licht dann durch den blauen, grünen und roten Farbfilter 214, 216 und 218 fort. Nach Durchtritt durch die Farbfilter erreicht das einfallende Licht schließlich den dem Beobachter gegenüberliegenden zweiten oder Ausgangspolarisator 220, der eine Transmissionsachse parallel zu der des ersten Linearpolarisators 202 hat. Senkrecht einfallendes Licht der blauen, grünen und roten Wellenlängen ist an diesem Punkt bei dem Pixel im Off-Zustand im Wesentlichen in Richtung B0 polarisiert und wird daher vom zweiten Linearpolarisator 220 absorbiert, wodurch ein dunkler oder im Off-Zustand befindlicher Pixel geschaffen wird, wodurch bei unterschiedlichen Blickwinkeln unterschiedliche Farbaustritte im Wesentlichen eliminiert werden.
  • Daten werden über die NB-Pixel dieser ersten Ausführungsform wie bei herkömmlichen verdrillten nematischen NB-Flüssigkristall-Displaypixeln angezeigt, indem über das Flüssigkristall-Material eine veränderliche Spannung angelegt wird. Wird über das Flüssigkristall-Material eine Spannung angelegt, richten sich die LC-Moleküle nach der Stärke der Spannung in Richtung des elektrischen Feldes aus und es tritt keine Verdrillung auf, wodurch dann das Licht bei Erreichen des zweiten Linearpolarisators 220 in die Richtung A0 polarisiert ist. In Richtung A0 polarisiertes Licht wird beim Erreichen des zweiten oder Ausgangslinearpolarisators 220 durchgelassen, wodurch eine Farbanzeige entsteht.
  • Die farbigen regulierten Verzögerungsschichten 208, 210 und 212 dieser ersten Ausführungsform weisen alle unterschiedliche Verzögerungswerte (d × ΔN) auf. Der Verzögerungswert für eine jeweilige farbige regulierte Verzögerungsschicht 208, 210 und 212 dieser besonderen Ausführungsform wird ausgewählt, indem jedes Farbsubpixel mit einer Lambda-Halbe-Phasenplatte versehen wird. Mit anderen Worten ist der Verzögerungswert der regulierten roten Verzögerungsschicht 212 ca. 315 nm, weil die rote Wellenlänge 630 nm ist. Ebenso hat die regulierte grüne Verzögerungsschicht 210 einen Verzögerungswert von ca. 275 nm, weil die grüne Wellenlänge 550 nm ist. Weil die blaue Wellenlänge 480 nm ist, hat die regulierte blaue Verzögerungsschicht 208 einen Verzögerungswert von ca. 240 nm. Daher weist die Verzögerungsschicht für jedes farbige Subpixel einen unterschiedlichen Verzögerungswert auf, der in Übereinstimmung mit der Farbwellenlänge des Subpixels ausgewählt wird.
  • In dieser besonderen Ausführungsform weist die blaue Verzögerungsschicht 208 den niedrigsten Verzögerungswert mit ca. 240 nm auf und die rote regulierte Verzögerungsschicht 212 den höchsten Verzögerungswert mit ca. 315 nm. In anderen besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung braucht dies jedoch nicht der Fall zu sein und die blaue regulierte Verzögerungsschicht kann einen größeren Verzögerungswert haben als die grüne und rote Verzögerungsschicht. Ferner ist dem Fachmann klar, dass die unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit jeder Kombination von Farben, die nicht nicht gerade Rot, Grün und Blau zu sein brauchen, eingesetzt werden können.
  • Ein anderer bedeutender Aspekt dieser Erfindung ist die Orientierung der optischen Achse von jeder der farbigen regulierten Verzögerungsschichten 208, 210 und 212. In dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die optische Achse R0 der grünen regulierten Verzögerungsschicht 210 in einer im Wesentlichen parallelen Richtung zur Richtung B0 ausgerichtet, weil der Zellenzwischenraum „d" der Flüssigkristallschicht an das erste Transmissionsminimum der grünen Wellenlänge angepasst ist und daher wird durch die Flüssigkristallschicht die grüne Wellenlänge des Lichts um 90° verdrillt.
  • Da jedoch der Zellenzwischenraum des Flüssigkristall-Materials größer ist als das erste Transmissionsminimum der blauen Wellenlänge und das blaue Licht um mehr als 90° verdrillt wird, hat die regulierte blaue Verzögerungsschicht 208 ihre Achse in eine Richtung R8 ausgerichtet, die in der Mitte zwischen der Polarisationsrichtung P8 des blauen Lichts, wenn es die Verzögerungsschicht 208 erreicht, und der Richtung B0 liegt, die parallel zur ersten Ausrichtungsrichtung B1 verläuft. Durch die Orientierung der optischen Achse R8 der blauen regulierten Verzögerungsschicht 208 in eine Richtung ungefähr in der Mitte zwischen den Richtungen P8 und B0 und durch die Versorgung der regulierten blauen Verzögerungsschicht 208 mit einem Verzögerungswert, der etwa gleich der Hälfte der blauen Wellenlänge ist, wird die sog. Überverdrillung des blauen Lichts durch das Flüssigkristall-Material kompensiert und die Verzögerungsschicht 208 verschiebt die Polarisierungsrichtung des blauen Lichts von der Richtung P8 zurück in eine im Wesentlichen zu B0 parallele Richtung, nachdem das Licht durch die Schicht 208 hindurch getreten ist.
  • In dieser besonderen ersten Ausführungsform der Erfindung verdrillt das Flüssigkristall-Material die blaue Wellenlänge um 100° und die Orientierungsachse R6 der blauen Verzögerungsschicht 208 wird daher in eine Richtung um 5° im Uhrzeigersinn relativ zur Richtung B0 ausgerichtet. Als Ergebnis der Korrektur der blauen Verzögerungsschicht 208 sind daher die Polarisationsrichtungen sowohl des blauen als auch des grünen Lichts, wenn sie in den blauen und grünen Farbfilter 214 und 216 eintreten, parallel zueinander.
  • Weil auch die Dicke der Flüssigkristallschicht „d" kleiner ist als das erste Transmissionsminimum der roten Wellenlänge bei 630 nm, wird senkrecht einfallendes Licht vom Flüssigkristall-Material bei seinem Durchtritt um weniger als 90° (z. B. um 82°–88°) verdrillt. Die Polarisationsrichtung PR des roten Lichts ist daher bei Erreichen der regulierten Verzögerungsschicht 212 im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Richtung B0 gedreht oder ausgerichtet. Die optische Achse RR der roten Verzögerungsschicht 212 mit einem Verzögerungswert von ca. 315 nm wird in eine Richtung in der Mitte zwischen der Polarisationsrichtung P8 des roten Lichts bei Austritt aus dem Flüssigkristall-Material und der im Wesentlichen parallel zu der Ausrichtungsrichtung B1 der ersten Orientierungsschicht 204 verlaufenden Richtung B0 ausgerichtet. In dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung verläuft die durch Vorverzögerung hervorgerufene aktuelle Polarisierungsrichtung P8 des roten Lichts ca. 8° im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Richtung B0 und die Richtung RR der optischen Achse der Verzögerungsschicht verläuft ungefähr 4° im Gegenuhrzeigersinn relativ zu Richtung B0.
  • Indem die rote regulierte Verzögerungsschicht 212 mit einem geeigneten Halbwellenverzögerungswert (315 nm in dieser Ausführungsform) und einer in der Mitte zwischen den Richtungen B0 und PR ausgerichteten optischen Achse RR versehen wird, wird die Polarisation der roten Wellenlänge durch die Verzögerungsschicht 212 bei Austritt aus der regulierten roten Verzögerungsschicht 212 in eine im Wesentlichen parallel zu B0 verlaufende Richtung verschoben.
  • Daher sind die Polarisationsrichtungen der blauen, grünen und roten Wellenlängen bei Austritt aus ihrer jeweiligen regulierten Verzögerungsschicht und bei Eintritt in ihre Farbfilter 214, 216 und 218 jeweils im Wesentlichen parallel zueinander. Wie oben beschrieben wird dies dadurch erreicht, dass jede regulierte Verzögerungsschicht mit einem nach Übereinstimmung mit der Wellenlänge einer jeweiligen Farbe ausgewählten Verzögerungswert versehen wird und die optischen Achsen der jeweiligen Verzögerungsschichten in, wie oben beschrieben, geeignete Richtungen ausgerichtet werden. Indem die Werte für die unterschiedlichen Verzögerungsschichten dieser Ausführungsform passend ausgewählt und ihre jeweiligen optischen Achsen in Übereinstimmung mit der Wellenlänge eines jeweiligen Pixels ausgerichtet sind, lassen sich unterschiedliche Farbaustritte unter unterschiedlichen Blickwinkeln ausschließen. Dies wird erreicht, indem die Blickzonen jedes Subpixels in denselben Blickwinkelbereichen gruppiert werden wie dies in den unten diskutierten 13–15 gezeigt wird.
  • Wie der Fachmann erkennen wird, braucht der Zellzwischenraum „d" nicht an das erste Transmissionsminimum einer Subpixelfarbe angepasst zu werden. In einem solchen Fall könnten die regulierten Verzögerungsschichten so angeordnet werden, dass sie eine solche Anordnung gemäß der Lehre dieser Erfindung kompensieren.
  • Natürlich könnte die erste Ausführungsform dieser Erfindung auch mit rechtshändigem Flüssigkristall-Material durchgeführt werden, welches das Licht beim Durchtritt im Gegenuhrzeigersinn verdrillt. In einem solchen Fall würden die Richtungen RR und PR relativ zu B0 im Uhrzeigersinn orientiert und die Richtung R8 und P8 relativ zu B0 im Gegenuhrzeigersinn. Mit anderen Worten würden die optischen Achsen der roten und blauen Verzögerungsschicht im Wesentlichen um die B0-Achse oder -Richtung symmetrisch gespiegelt.
  • Ferner würde die erste erfindungsgemäße Ausführungsform auch ausgezeichnete Ergebnisse liefern, falls jeweils der erste und zweite Polarisator um 90° in jede Richtung gedreht wird, wodurch ein vorn „X-gerichteter" NB-Pixel definiert würde.
  • 12 ist eine Nahansicht der regulierten blauen Verzögerungsschicht 208 der in 11 gezeigten ersten Ausführungsform. Wie aus 12 ersichtlich, verläuft die Richtung B0 parallel zur Ausrichtungsrichtung B1 der ersten Orientierungsschicht 204 und senkrecht zu den Richtungen A0 der Transmissionsachsen der Linearpolarisatoren 202 und 220. Die Richtung B0 verläuft auch parallel zu der grünen Polarisationsrichtung, wenn das Flüssigkristall-Material verlassen wird und die regulierte Verzögerungsschicht 210 und die grüne Verzögerungsachse R6 erreicht wird. Die Richtung PB ist die aktuelle Polarisationsrichtung, des blauen Lichts, wenn das Flüssigkristall-Material verlassen und die regulierte blaue Verzögerungsschicht 208 erreicht wird. Nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die optische Achse RB der blauen regulierten Verzögerungsschicht 208 so gewählt, dass sie in eine Richtung in der Mitte zwischen den Richtungen B0 und PB ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der Achse RB der blauen Verzögerungsschicht in diese Richtung bewirkt, dass die Polarisationsrichtung des blauen Lichts beim Durchtritt durch die Verzögerungsschicht 208 von Richtung PB zu einer im Wesentlichen parallelen Richtung zu Richtung B0 verschoben ist, wenn es aus der blauen Verzögerungsschicht 208 austritt und zum Blaulichtfilter 214 fortschreitet.
  • Die optische Ausrichtung und die Werte der in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung beschriebenen Bauelemente können natürlich in Kombination mit den in anderen bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung (z. B. der zweiten, vierten, fünften, sechsten, siebenten und achten der hier beschriebenen Ausführungsformen) beschriebenen Anordnungen verwendet werden.
  • Die 13–15 sind Computer-simulierte Graphen, welche die Kontrastverhältnisse der in den 11 und 12 veranschaulichten ersten Ausführungsform dieser Erfindung wiedergeben.
  • 13 zeigt die Kontrastverhältniskurven für die rote Wellenlänge bei 630 nm, wobei der Zellenzwischenraum „d" 5,70 μm ist und an das erste Transmissionsminimum der Farbe Grün mit einer Wellenlänge von 550 nm angepasst ist. In diesem Graphen werden auch die Parameter On-Spannung von 4 Volt, Off-Spannung von 0,2 Volt; regulierte rote Verzögerungsschicht mit einem Verzögerungswert von 315 nm und für die rote Verzögerungsschicht eine Achsrichtung RR, welche relativ zur Richtung B0 um 4° im Gegenuhrzeigersinn verdreht oder ausgerichtet ist. Wie aus dem in 13 gezeigten Kontrastverhältnisgraphen für die Farbe Rot ersehen werden kann, ist das Kontrastverhältnis an der Normalen (0° vertikal, 0° horizontal) ungefähr 110–120 : 1. Längs der horizontalen 0°-Achse verläuft die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve aufwärts bis zu einem vertikalen Blickwinkel von größer als 40° und abwärts bis zu einem vertikalen Blickwinkel von ca. –33°. Dies ist natürlich eine signifikante Verbesserung gegenüber den in den 5 und 8 gezeigten Kontrastverhältniskurven für die Farbe Rot. Diese Verbesserung ist das Ergebnis der roten regulierten Verzögerungsschicht mit ihrem Verzögerungswert und der Orientierungsachse der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Wie ebenfalls aus dem in 13 gezeigten roten Kontrastverhältnisgraphen zu ersehen, ist das Kontrastverhältnis längs der 0°-Vertikalachse größer als 100 : 1 durch die Horizontalwinkel von sowohl –60° als auch +60°.
  • Auch dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber den in den 5 und 8 gezeigten Kontrastverhältniskurven für die Farbe Rot.
  • 14 zeigt die Kontrastverhältniskurven für die grüne Wellenlänge bei 550 nm als Ergebnis der in den 11 und 12 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Computer-simulierte Graph der 14 verwendet als Parameter einen Zellenzwischenraum von 5,70 μm, eine optische Achsenrichtung RG für die regulierte grüne Verzögerungsschicht, die in einer Richtung B0 verläuft, welche senkrecht zu den Transmissionsachsen A0 der beiden Linearpolarisatoren 202 und 229 verläuft, eine Antriebsspannung von 4,0 Volt und eine Off-Spannung von 0,2 Volt. Der Graph in 14 ist ähnlich dem in 9 gezeigten, weil der Zellzwischenraum von 5,70 μm des Flüssigkristall-Displays der ersten Ausführungsform an das Transmissionsminimum der Farbe Grün angepasst ist.
  • Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass der Zellenzwischenraum nicht an das erste Transmissionsminimum irgend eines farbigen Subpixels angepasst zu werden braucht. In einem solchen Fall besteht ein Weg zur Kompensation darin, Die Ausrichtung der optischen Achsen der regulierten Verzögerungsschicht dieser ersten Ausführungsform zu drehen, um den nicht angepassten Zellenzwischenraum zu kompensieren.
  • Wie aus 14 ersichtlich ist das Kontrastverhältnis der grünen Wellenlänge in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung in der Normalen 270 : 1, wobei die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve längs der beiden 0°-Achsen aus dem Graphen hinaus verläuft. Dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber der in 6 gezeigten Kontrastverhältniskurve.
  • 15 zeigt die Kontrastverhältniskurven für die blaue Wellenlänge als Ergebnis der in den 11 und 12 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Parameter für diesen Graphen sind dieselben wie die in Bezug auf die Graphen der 13 und 14 beschriebenen. Das Kontrastverhältnis in der Normelen ist ca. 220 : 1 für die blaue Wellenlänge, was eine signifikante Verbesserung gegenüber den in de 7 und 10 gezeigten Kontrastverhältnissen in der Normalen für die die blaue Wellenlänge ist. Längs der horizontalen 0°-Blickachse verläuft die 30 : 1 Kontrastkurve nach oben aus dem Graphen hinaus bis zu einem Winkel größer 40° und abwärts zu einem vertikalen Blickwinkel von –38°. Längs der vertikalen 0°-Achse verläuft die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve von den horizontalen Blickwinkeln von ca. –48° bis +56°. Dies ist erneut eine signifikante Verbesserung gegenüber den blauen Kontrastverhältniskurven der 7 und 10.
  • Wie aus den Kontrastverhältnisgraphen der 13–15 ersichtlich, sind die Kontrastverhältniskurven aller drei Farben sehr gut, indem sie alle hohe Kontrastverhältnisse in der Normalen aufweisen und die 30 : 1-Kontrastverhältniskurve für alle Farben horizontal und vertikal in alle Richtungen zu signifikanten Höhen verläuft. Dies führt zu einer wesentlichen Eliminierung verschiedener Farbaustritte unter unterschiedlichen Blickwinkeln, einschließlich dem senkrechten Blickwinkel, da die verbesserten Blickzonen mit hohem Kontrastverhältnis bei allen drei Farben mit ihren Winkeln in die gleiche Richtung weisen. Dies bedeutet eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, da mit besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung, wie z. B. die in den 11 und 12 gezeigten, die Notwendigkeit von mehreren Zwischenräumen zur Anpassung des Zellenzwischenraums „d" an das erste Transmissionsminimum vieler Farben entfallen kann, wobei dazu noch bessere Kontrastverhältniskurven für alle notwendigen Farben geboten werden. Diese erste Ausführungsform eliminiert die Notwendigkeit für die in 1 gezeigte Konfiguration mit mehreren Zwischenräumen und kompensiert die Wellenlänge jeder Farbe durch Regulierung oder Modellierung der Verzögerungswerte und Orientierungen der regulierten für jedes Subpixel vorgesehenen Verzögerungsschichten.
  • Die in den Computersimulationen und bestimmten Ausführungsformen der Erfindung verwendeten Farbwellenlängen dienen lediglich der Veranschaulichung. Der Fachmann wird erkennen, dass Ausführungsformen dieser Erfindung auch unter Verwendung anderer Farbwellenlängen ausgeführt werden können.
  • 16 ist ein Querschnittsbild eines Vergleichsbeispiels für ein verdrilltes nematisches Flüssigkristall (TNLCD)-Pixel. Das TNLCD dieser Ausführungsform kann entweder vom NB- oder NW-Typ sein, je nach der Orientierung der unten beschriebenen Polarisatoren. Das Flüssigkristall-Material kann senkrecht einfallendes Licht irgendwo im Bereich von 80°–270°, jedoch vorzugsweise von 82°–100°, verdrillen. Ein optischer Strahl 30 von einer Strahlenquelle wird auf den Flüssigkristall-Displaypixel geworfen.
  • Der verwendete optische Strahl 30 stammt typischerweise von einer einfachen weißen Lichtquelle, welches Licht durch jedes Subpixel des in 16 gezeigten Pixels strahlt. Das Pixel 321 enthält einen roten, grünen und blauen Subpixel. Es ist jedoch anzumerken, dass eine größere oder kleinere Zahl unterschiedlich gefärbter Subpixel verwendet werden kann, wobei die Farbe eines jeweiligen Subpixels nach der speziell beabsichtigen Verwendung des Pixels ausgewählt wird. Der optische Strahl 30 tritt zuerst durch einen ersten Linearpolarisator 32 hindurch. Nach Durchtritt durch den ersten Linearpolarisator 32 tritt der optische Strahl dann durch das erste transparente Substrat 34. Das transparente Substrat 34 besteht im Wesentlichen aus z. B. Glas, Quarz, Kunststoff oder dergl. (am meisten bevorzugt ist Glas).
  • Der optische Strahl 30 wandert dann durch die transparente aktive Matrix 36, welche Pixelelektroden enthält. Die aktive Matrix 36 enthält eine dem jeweiligen Subpixel entsprechende Elektrode, wie dies z. B. durch die Elemente 18a, 18b und 18c 1 dargestellt ist. Die aktive Matrix 36 und die darin befindlichen Elektroden sind transparent, was dem optischen Strahl 30 den Durchtritt ermöglicht.
  • Der optische Strahl wandert dann in die verdrillte nematische Flüssigkristallschicht 38, die zwischen dem ersten transparenten Substrat 34 und einem zweiten transparenten Substrat 40 angeordnet ist. Die Dicke „d" der Flüssigkristallschicht 38 beträgt vorzugsweise weniger als 5–7 μm, obwohl zusammen mit dieser Erfindung jede Dicke „d" verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine superverdrillte Flüssigkristall-Displayzelle von jeder Dicke verwendet werden. Die Flüssigkristallschicht 38 verdrillt den polarisierten Strahl vorzugsweise um 82°–100°, wenn das Pixel im stromlosen oder Off-Zustand ist. Der Grad der Verdrillung hängt von der Axialität der (nicht gezeigten) Ausrichtungszonen, der Dicke „d" des LC-Materials und der Wellenlänge der verdrillten Lichts ab.
  • Auf der Innenfläche des ersten Substrats 34 sitzt die zuvor erwähnte aktive Matrix 36, die vorzugsweise ITO-Pixelelektroden enthält. Diese Elektroden sind vorzugsweise mit (nicht gezeigten) Dünnschichttransistoren verbunden, die in einem Matrixarray zur selektiven Stromversorgung das Pixelelektroden angeordnet sind. Diese (nicht gezeigten) Dünnschichttransistoren wirken als Schalter. Die Elektroden in der aktiven Matrix 36 legen selektiv ein variables elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial 38 eines jedes Subpixels von Pixel 31 an, wodurch ausgesuchte Daten angezeigt werden können. Betriebspläne zum Betrieb der aktiven Matrix-LCD dieser Erfindung sind im Stand der Technik bekannt und sind z. B. in den US-Patenten 4,855,724 und 4,830,468 offenbart.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung arbeiten auch in Kombination mit von Dioden gesteuerten LCDs, Mims usw., unabhängig davon ob sie vom aktiven Matrixtyp sind oder nicht. Plasma-adressierte LCDs können ebenfalls zusammen mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden.
  • In diesem Vergleichsbeispiel ist ein optischer Blaufilter 42 im blauen Subpixel, ein optischer Grünfilter 44 im grünen Subpixel und ein optischer Rotfilter 46 im roten Subpixel vorgesehen. Die Farbfilter 42,44 und 46 mit der Innenfläche des zweiten Glassubstrats 40 verbunden. Auf der Innenfläche des Farbfilters eines jedes Pixels ist eine regulierte Farbverzögerungsschicht 50, 52 und 54 abgelagert, die gemäß der Wellenlänge der Farbe eines jeden Subpixels ausgesucht wird.
  • Die auf dem optischen Blaufilter 42 abgelagerte Verzögerungsschicht 50 des blauen Subpixels weist einen Verzögerungswert und vorzugsweise jedoch nicht notwendigerweise eine Orientierungsachsenrichtung auf, die nach der optischen Wellenlänge der Farbe Blau ausgewählt werden. Die Verzögerungsschicht 52 des grünen Subpixels ist oben auf dem optischen Grünfilter 44 abgelagert und weist einen Verzögerungswert und eine Orientierungsachsenrichtung auf, die vorzugsweise nach den allgemein bekannten Wellenlängen der Farbe Grün ausgewählt werden. Die auf dem optischen Rotfilter 46 abgelagerte Verzögerungsschicht 54 des roten Subpixels hat einen Doppelbrechungs- und Verzögerungswert sowie eine Orientierungsachsrichtung, die vorzugsweise nach der Wellenlänge der Farbe rot ausgewählt werden.
  • In Ausführungsformen dieser Erfindung sind die Orientierungsachsen der regulierten Verzögerungsschichten im Wesentlichen nicht parallel zueinander.
  • Wie einem Fachmann auf dem Gebiet von Flüssigkristalldisplays wohl bekannt ist, weisen rote, grüne und blaue Farben von optischer Strahlung 30 verschiedene Wellenlängen (λ) auf. Wie oben beschrieben, wird die Verzögerungsschicht eines jedes Pixels insbesondere nach der Farbwellenlänge jedes besonderen Subpixels ausgewählt, weil die Flüssigkristallschicht 38 jede Wellenlänge in unterschiedlichem maße beeinflusst oder verzögert.
  • Die Werte und optischen Achsenausrichtungen der Verzögerungsschichten der Farbensubpixel werden so ausgewählt, dass sie die unterschiedliche Wellenlänge einer jeweiligen Farbe kompensieren. Die Wellenlängenkompensation der Verzögerungsschicht eliminiert die Notwendigkeit nach einer Lösung mit mehreren Zellenzwischenräumen gemäß 1. Entsprechend kompensieren die Verzögerungsschichten dieser Erfindung die unterschiedlichen Verdrillungen und Verzögerungen der verschiedenen Wellenlängen.
  • Ebenso weist die Verzögerungsschicht des blauen Subpixels in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung einen kleineren Verzögerungswert auf als die Werte für die Verzögerungsschichten 52 und 54 im grünen und roten Subpixel. Die Verzögerungsschicht 50 des grünen Subpixels in einigen besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung weist einen ersten Verzögerungswert auf, der kleiner ist als die Werte für die Verzögerungsschichten 52 und 54 im grünen und roten Subpixel. Die Verzögerungsschicht 52 des grünen Subpixels weist in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung auch einen zweiten Verzögerungswert auf, der sich von dem roten und blauen Subpixel unterscheidet, und die Verzögerungsschicht 54 des roten Subpixels weist einen mit der Farbe Rot übereinstimmenden Verzögerungswert auf, wodurch der Verzögerungswert der roten Verzögerungsschicht 54 größer ist als die jeweiligen Doppelbrechungsindizes der Verzögerungsschicht der blauen und grünen Subpixel. In bestimmten besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung weist die Verzögerungsschicht des roten Subpixels den größten Verzögerungswert auf, während die Verzögerungsschicht 50 des blauen Subpixels den kleinsten Verzögerungswert aufweist. Natürlich lässt sich der Verzögerungswert durch Einstellung der Dicke, Doppelbrechung usw. verändern.
  • Als Ergebnis der regulierten Verzögerungsschicht ist die Phasenverschiebung des Flüssigkristall-Materials 38 im Wesentlichen an die Wellenlänge einer jeden besonderen Farbe durch Verwendung der regulierten Verzögerungsschichten 50, 51 und 54 angepasst, anstelle der Anpassung der Dicke „d" der Zelle an das erste Transmissionsminimum von jeder Farbe. Durch Anpassung der Phasenverschiebung eines jedes Subpixels an seine besondere Wellenlänge wird der Bedarf nach einer Konfiguration mit mehreren Zwischenräumen (siehe 1), wo (d × ΔN) + λ an das erste Transmissionsminimum jeder besonderen Wellenlänge durch Variation des Zellenzwischenraums „d" angepasst ist eliminiert. In Befolgung der Lehre dieser Erfindung brauchen die Gooch-Tarry-Prinzipien zur Anpassung von (d × ΔN) + λ an das erste Transmissionsminimum für jede Wellenlänge nicht länger befolgt zu werden, um für viele Wellenlängen bessere Kontrastverhältnisse zu erlangen.
  • Der Verzögerungswert für jede Verzögerungsschicht des jeweiligen Subpixels kann durch Verwendung eines Materials für alle Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 variiert werden, wobei die Variation von deren Dicke für unterschiedliche Verzögerungswerte sorgt. Mit zunehmender Dicke der Verzögerungsschicht eines bestimmten Materials steigt der Verzögerungswert für die Schicht. Daher braucht man nur einfach eine besondere Verzögerungsschicht dicker zu machen, um ihren Verzögerungswert zu erhöhen.
  • Alternativ lassen sich die Verzögerungswerte der Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung durch Verwendung unterschiedlicher Materialien verändern. Es ist bekannt, dass unterschiedliche Verzögerungsmaterialien über unterschiedliche Doppelbrechungsindizes verfügen. Daher könnte man ein erstes Material für Verzögerungsschicht 50 des blauen Subpixels verwenden, ein zweites Material für die Verzögerungsschicht 52 des grünen Subpixels und ein drittes Material für die Verzögerungsschicht 54 des roten Subpixels, wobei das erste, zweite und dritte Material einen unterschiedlichen Doppelbrechungs- und/oder Verzögerungswert aufweisen, die je nach der Farbe eines jeweiligen Subpixels ausgewählt werden.
  • Wie oben beschrieben hängt die Dicke von jeder Verzögerungsschicht vom erforderlichen Doppelbrechungsindex für die besondere Schicht ab, welche nach der Wellenlänge des besonderen Subpixels auszuwählen ist.
  • Was die für die Verzögerungsschichten dieser Erfindung zu verwendenden Materialien angeht, sind im Stand der Technik sowohl positive als auch negative Doppelbrechungsverzögerer bekannt, die sich beide in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung einsetzen lassen. Das US-Patent 4,138,474 offenbart viele positive und negative Doppelbrechungs-Verzögerungsschichten, die sich als Verzögerungsschichten für diese Erfindung einsetzen lassen. Das US-Patent 5,071,997 offenbart ebenfalls eine Klasse löslicher Polyimide und Co-Polyimide aus substituierten Benzidinen und aromatischen Dianhydriden sowie anderen aromatischen Diaminen, die zur Bildung von Verzögerungsschichten mit negativer Doppelbrechung verwendet werden können Die Polyimide des US-Patents 5,071,997, die löslich sind, können in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung direkt auf die Farbfilter oder andere geeignete Schichten mittels Spin-coating aufgetragen werden. Dieses Spin-coating wird bevorzugt in Kombination mit herkömmlichen Herstellungstechniken für LCDs, wie z. B. der Photolithographie, eingesetzt.
  • Auf der Innenfläche der in 16 gezeigten Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 ist eine (nicht gezeigte) transparente leitende Elektrode abgeschieden, die für jede Farbkomponente oder Subpixel des Pixels 31 als die zweite Elektrode fungiert. Es ist eine (nicht gezeigte) Stromversorgung vorgesehen, um an das Flüssigkristall-Material 38 eine Spannung anzulegen, das den Bereich zwischen den Elektroden der Matrix 36 und der oben auf den Verzögerungsschichten abgeschiedenen (nicht gezeigten) Elektrodenschicht einnimmt. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet der Flüssigkristall-Displays klar und bekannt sein wird, wird die (nicht gezeigte) Stromversorgung zusammen mit einem bekannten (nicht gezeigten) Adressenstromkreis zur selektiven Anlegung einer vorbestimmten Spannung an jede Farbkomponenteneinheit oder Subpixelelektrode eingesetzt. Auf diese Weise kann ein Bild angezeigt werden, indem selektive Subpixel oder Pixel mit Strom versorgt werden.
  • Nach linearer Polarisation durch den ersten Polarisator 32 wird der optische Strahl während seines Durchtritts durch das Flüssigkristall-Material 38 zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden gedreht. Die verdrillte nematische Zelle 38 dieser Ausführungsform dreht oder verdrillt das Licht vorzugsweise um 82°–100°, obwohl in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung jeder Verdrillungsgrad innerhalb einer LC-Zelle verwendet werden kann.
  • Nach Durchtritt durch das Flüssigkristall-Material 38, wobei jede Farbwellenlänge verzögert und/oder um einen bestimmten Betrag verdrillt wurde, durchquert der optische Strahl die (nicht gezeigte) untere Elektrode, die regulierten Farbverzögerungsschichten 50, 52 und 54 die optischen Farbfilter 42, 44 und 46. Die optischen Filter sondern die Farbkomponenten zur Transmission durch den jeweiligen Subpixel des LC-Pixels 31 aus. Nach Durchtritt durch die Farbfilter wird der optische Strahl durch das zweite transparente Substrat 40 und schließlich durch den zweiten oder Ausgangspolarisator 56 transmittiert. Nach Transmission durch den zweiten Polarisator 56 gelangt der Strahl zu einem das Display beobachtenden Betrachter.
  • Die Schwarzmatrix oder die Abschirmeinheiten 41 befinden sich in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung zwischen den Farbfiltern und sind gegenüber Licht undurchlässig, wodurch verhindert wird, dass ungefiltertes Licht durch das Pixel hindurch tritt.
  • Sowohl NW- als auch NB-Flüssigkristall-Displays können in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet werden. Mit anderen Worten können sich die Transmissionsachsen der Polarisatoren 32 und 56 in bestimmten Ausführungsformen überkreuzen, wobei ein NW-Flüssigkristall-Displaypixel geschaffen wird, wenn das Flüssigkristall-Material 38 ungefähr um herkömmliche 90° verdreht. Alternativ können in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung die Linearpolarisatoren 32 und 56 parallel zueinander ausgerichtete Transmissionsachsen aufweisen, wobei ein NB-Flüssigkristall-Displaypixel geschaffen wird, wenn das Flüssigkristall-Material 38 im Off-Zustand ungefähr um herkömmliche 90° verdreht. Die Orientierung des Polarisators bestimmt den Verzögerungswert und die Orientierung der im Display einzusetzenden Verzögerungsschicht. Es sollte für den Fachmann auch offensichtlich sein, dass in superverdrillten (z. B. Verdrillungswinkel von 90°–270°) Flüssigkristalldisplays, ECB-Displays und homöotropen Displays die in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung dargelegten Konzepte ebenfalls angewandt werden können.
  • Wenn der optische Strahl in schrägen Winkeln durch das Pixel 31 hindurch tritt, wird die Transmission entfernt von der Achse als Ergebnis der Doppelbrechung des Flüssigkristall-Materials mit zunehmendem Winkel elliptisch polarisiert. Die Doppelbrechung des Flüssigkristall-Materials beeinflusst auf unterschiedliche Weise die jeweilige Wellenlänge des Lichts (z. B. rote, grüne und blaue Wellenlängen). Das Ergebnis dieser elliptischen Polarisation ist eine Uneinheitlichkeit in den Kontrastverhältnissen des Strahls als Funktion des Winkels um die Normalachse nach Durchtritt des Strahls durch das Flüssigkristall-Material 38. Um diese Uneinheitlichkeit zu Kompensieren, sind die regulierten Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 in der zweiten Ausführungsform, wie in 16 gezeigt, zwischen dem Flüssigkristall-Material 38 und dem zweiten Substrat 40 angeordnet. Die Gegenwart der Verzögerungsschichten bewirkt einen Rückgang der elliptischen Polarisation des auf den zweiten Polarisator 56 treffenden Strahls. Folglich wird dir Uneinheitlichkeit der Kontrastverhältnisse des durch die Linearpolarisatorplatte hindurch tretenden Strahls verbessert.
  • Weil die Doppelbrechung des Flüssigkristall-Materials 38 jede Wellenlänge unterschiedlich beeinflusst, wird die Doppelbrechung von jeder Verzögerungsschicht 50, 52 und 54 nach der Farbe oder Wellenlänge des jeweiligen Subpixels reguliert. Als Ergebnis der Regulierung der jeweiligen Verzögerungsschicht 50, 52 und 54 ist der Austritt einer jeden Farbe (z. B. rot, grün und blau) unter allen Blickwinkeln im Wesentlichen gleich. Als Ergebnis der Regulierung der Verzögerungsschichten von jedem bestimmten Subpixel entsprechend der Wellenlänge jedes Subpixels ist das Problem der unterschiedlichen relativen Farbaustritte unter verschiedenen Blickwinkeln gelöst.
  • Aus den obigen Ausführungen sollte klar geworden sein, dass die Regulierung der Verzögerungsschichten gemäß der Farbe eines jedes Subpixels nach der Lehre dieser Erfindung zwei lange bestehende Bedürfnisse auf dem Gebiet der Flüssigkristall-Displays befriedigt wurden. Erstens verbessert die Regulierung der Verzögerungsschichten entsprechend der Farbe das Kontrastverhältnis jeder Farbe unter bestimmten Blickwinkeln und verhindert einen übermäßigen Austritt einer Farbe gegenüber den anderen Farben unter besonderen Blickwinkeln (einschließlich dem Blickwinkel längs der Achse). Zweitens kompensiert die erfindungsgemäße Regulierung der Verzögerungsschichten die unterschiedlichen Wellenlängen der unterschiedlichen Farben und eliminiert damit die Notwendigkeit, der z. B. im US-Patent 4,632,514 gelehrten Lösung mit der Verwendung mehrerer Zellenzwischenräume zur Anpassung der Parameter (d × ΔN) + λ von jedem Subpixel an das erste Transmissionsminimum jeder Farbe zu folgen. Als Ergebnis braucht der Lehre der zuvor erwähnten US-Schrift 4,632,514 insofern nicht länger gefolgt zu werden, als die Phasenverschiebung des Flüssigkristall-Materials an die besondere Wellenlänge für jedes Subpixel angepasst ist, indem die Verzögerungsschichten der jeweiligen Subpixel reguliert werden. Die Notwendigkeit zur Anpassung der Dicke „d" eines Flüssigkristall-Materials an das erste Transmissionsminimum jeder Farbe ist durch diese Erfindung überflüssig geworden, da die regulierten Verzögerungsschichten und ihre jeweiligen Doppelbrechungindizes und Orientierungen die Phasenverschiebung kompensieren, die von der Eliminierung der Anpassung des Zellenzwischenraums „d" an das erste Transmissionsminimum jeder Wellenlänge herkommt.
  • Wie der Fachmann erkennen wird können die Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 von bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung können eine, zwei oder mehrere Schichten aufweisen, die unmittelbar einander benachbart oder auf entgegengesetzten Seiten der Flüssigkristallschicht voneinander beabstandet sind, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise lehren die US-Patente 5,150,235, 4,385,806 und 5,184,236 vielschichtige Verzögerungsschichten, die im Rahmen dieser Erfindung eingesetzt werden können.
  • Entsprechend können alle für die bestimmten Ausführungsformen beschriebenen Verzögerungsschichten aus einer, zwei oder mehreren Schichten bestehen, welche gemäß der besonderen beabsichtigten Verwendung der erhaltenen Pixel ausgerichtet sind. Ferner können sowohl einachsige als auch zweiachsige Verzögerungsschichten zusammen mit besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung eingesetzt werden.
  • 17 zeigt eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung. 17 ist ein Querschnitt, der eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung darstellt, in der nur ein rotes und grünes Subpixel von Pixel 31 mit den, wie oben beschrieben, auf die besondere Wellenlänge des jeweiligen Subpixels regulierten Verzögerungsschichten 80 bzw. 81 vorkommt. Das blaue Subpixel ist ohne eine entsprechen regulierte Verzögerungsschicht.
  • In dieser weiteren Ausführungsform ist jedoch eine andere Verzögerungsschicht 60 mit einem konstanten Verzögerungswert unter dem zweiten transparenten Substrat 40 zwischen Substrat 40 und dem zweiten Polarisator 56 vorgesehen. Diese zusätzliche Verzögerungsschicht verhält sich optisch wie jede andere herkömmliche Verzögerungsschicht.
  • Der Verzögerungswert der Verzögerungsschicht 60 addiert sich zu dem Verzögerungswert der regulierten Verzögerungsschichten in jedem Subpixel. Betrug beispielsweise, wie in der in 17 gezeigten dritten Ausführungsform, der Verzögerungswert der regulierten Verzögerungsschicht 80 des roten Subpixels 10 Einheiten und der Verzögerungswert der zwischen dem zweiten Substrat 40 und dem Polarisator 56 angeordneten Verzögerungsschicht 60 5 Einheiten, dann würde der Gesamtverzögerungswert der Verzögerungsschichten des roten Subpixels 15 Einheiten betragen.
  • Der Fachmann sollte auch erkennen, dass in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung die regulierten Verzögerungsschichten alle an einer Position ähnlich der von der in 17 gezeigten Verzögerungsschicht angeordnet sein können, nämlich außerhalb der Substrate. Alternativ können in bestimmten Ausführungsformen die regulierten Verzögerungsschichten auch zwischen dem ersten Polarisator 32 und dem ersten Substrat 34 angeordnet sein. Die Verzögerungsschicht 60 kann auch, wie in 5 gezeigt, alternativ zwischen dem ersten Polarisator 32 und dem ersten Substrat 34 angeordnet sein. Wie die zweite Ausführungsform kann die dritte Ausführungsform entweder ein verdrillter nematisches NB- oder NW-LCD sein, vorzugsweise mit einer Verdrillung der Zelle im Off-Zustand um ca. 82°–100°.
  • 18 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel. 18 ist ein Querschnittsbild, welches ein verdrilltes nematisches LCD mit einer einzigen regulierten Verzögerungsschicht 62, welche eine terassenförmige Innenfläche aufweist, die jeweils für die besonderen Subpixel unterschiedliche Dicken definiert. Alternativ könnte stattdessen die Außenfläche terassenförmig ausgebildet sein. Die Dicke der Verzögerungsschicht 62 ist in dieser besonderen Ausführungsform im roten Subpixel am größten und im blauen Subpixel am kleinsten, wodurch für die Verzögerungsschicht 62 unterschiedliche Verzögerungswerte in den roten, grünen und blauen Subpixeln definiert werden, die an die besondere Wellenlänge eines jeweils entsprechendes Subpixels angepasst sind.
  • In dem in 18 wiedergegebenen Vergleichsbeispiel werden auch eine auf der Innenfläche der terassenförmigen Verzögerungsschicht 62 abgeschiedene zweite Elektrodenschicht 64 und eine auf der Innenfläche der zweiten Elektrodenschicht 64 abgeschiedene zweite Orientierungsschicht 66 gezeigt. Die transparente Elektrodenschicht 64 und die transparente Orientierungsschicht 66 kommen vorzugsweise auch in anderen Ausführungsformen dieser Erfindung vor, wurden der Einfachheit halber jedoch in den Zeichnungen weggelassen. Die Elektrodenschicht 64 wird mit dem Matrixarray 36 und den darin befindlichen Elektroden kombiniert, um über jedem besonderen Subpixel eine selektiv aktivierte Spannung anzulegen.
  • In bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung hat jedes Subpixel ca. 7–9 mögliche Graustufen-Spannungen. Der gleiche Satz von Steuerspannungen kann auch von jedem Subpixel verwendet werden, oder, alternativ, der Satz von Graustufen-Steuerspannungen für jedes Subpixel gemäß der Transmissions/Spannungs-Kurve dieses Subpixels ausgewählt werden. Die Gegenwart von bestimmten regulierten Verzögerungsschichten dieser Erfindung verbessert die Graustufenleistung der LCDs durch Minimierung der Inversion.
  • Die zweite Orientierungsschicht 66 wirkt in Kombination mit der auf der Innenfläche der Matrix 36 abgeschiedenen (nicht gezeigten) ersten Orientierungsschicht so, dass sie die Flüssigkristall-Moleküle der LC-Schicht 38 vorzugsweise in senkrechten Winkeln zueinander ausrichten, wodurch eine um ca. 90° verdrillte nematische Flüssigkristall-Zelle geschaffen wird. Wie die Elektrodenschicht 64 kommen die Orientierungsschicht 66 und deren entsprechende (nicht gezeigte) erste Orientierungsschicht in bestimmten anderen Ausführungsformen dieser Erfindung vor, wurden der Einfachheit halber jedoch in den Zeichnungen weggelassen.
  • Das Pixel der 18 kann natürlich, je nach der Orientierung der Transmissionsachsen der Polarisatoren in einer Zelle vom NW- oder NB-Typ vorkommen.
  • 19 zeigt ein anderes Vergleichsbeispiel. 19. ist ein Querschnittsbild, das eine verdrillte nematische Flüssigkristall-Anzeige wiedergibt, in welcher die regulierten Verzögerungsschichten 67, 68 und 70 des Subpixels aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind und daher unterschiedliche Doppelbrechungs- und Verzögerungswerte aufweisen. Die Verzögerungsschichten und deren jeweilige Doppelbrechungsindizes werden gemäß der Wellenlänge ihrer entsprechendes Subpixel ausgewählt. In diesem Beispiel brauchen daher die unterschiedlichen Verzögerungsschichten nicht notwendigerweise unterschiedliche Dicken aufzuweisen, obwohl sie dies, je nach den ausgesuchten Materialien und den für die Verzögerungsschichten erforderlichen Doppelbrechungswerten, noch können. Die Verzögerungsschichten 67, 68 und 70 der jeweiligen blauen, grünen und roten Subpixel sitzen auf der Innenfläche der Farbfilter 42, 44 und 46 und auf der Außenfläche von der Elektrodenschicht 64 und der Orientierungsschicht 66. Wie die anderen erfindungsgemäßen Pixel kann in diesem Beispiel auch eine zusätzliche Verzögerungsschicht vorkommen, welche z. B. zwischen dem zweiten Substrat 40 und dem zweiten Polarisator 56 angeordnet ist. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird ferner erkennen, dass die Konzeption dieses Beispiels, in dem jede Verzögerungsschicht aus einem anderen Material mit unterschiedlichem Doppelbrechungsindex gefertigt ist, in allen anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen zum Einsatz kommen kann.
  • 20 ist ein Querschnittsbild eines verdrillten nematischen LCD, in welchem die Farbfilter 42, 44 und 46 von jedem Subpixel des Pixels 31 auf dem zweiten Substrat 40 sitzen und in welchem die Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 dieser Ausführungsform auf der Innenfläche des ersten Substrats 34 auf beiden Seiten der Matrix 36 abgeschieden ist. Es ist am meisten bevorzugt, dass die Verzögerungsschichten 50, 52 und 54, die gemäß der Farbe ihrer jeweiligen Subpixel reguliert sind, auf der Innenseite der Matrixschicht 36 angeordnet sind. Die Verzögerungsschichten dieser sechsten Ausführungsform korrigieren die Horizontalkomponenten des Lichts, bevor sie in die Flüssigkristallschicht 38 eintreten. Es macht keinen Unterschied, ob die Verzögerungsschichten auf dem ersten Substrat 34 oder dem zweiten Substrat 40 sitzen.
  • 21 ist ein Querschnittsbild, das eine erfindungsgemäße Ausführungsform wiedergibt, in welcher die Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 des verdrillten nematischen LCDs zwischen ihren entsprechenden Farbfiltern 42, 44 und 46 und dem zweiten Substrat 40 angeordnet sind. Wieder ist das Nettoergebnis da gleiche, unabhängig davon, ob sich die regulierten Verzögerungsschichten unter oder über ihren entsprechenden Farbfiltern in jedem Subpixel befinden.
  • Ein eindeutiger Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass sich die Verzögerungsschichten noch vor dem Zusammenbau des Flüssigkristall-Pixels direkt auf den Farbfiltern abscheiden lassen, wodurch der Hersteller in die Lage versetzt wird, dass er die Kombination von Filter und Verzögerungsschicht vorfertigen kann. Die Verzögerungsschichten 50, 52 und 54 können beispielsweise auf die Farbfilter 42, 44 und 46 mit gewünschter Dicke und Verzögerungswert rotationsbeschichtet werden, bevor die Kombination aus Filter und Verzögerungsschicht auf das entsprechende Substrat des Pixels abgeschieden wird. Für diesen Zweck sind die löslichen Polyimide des US-Patents 5,071,997 mit negativen Doppelbrechungsindizes geeignet. Dies enthebt der Notwendigkeit, die Verzögerungsschichten während der Herstellung des Flüssigkristall-Displaypixels abscheiden zu müssen.
  • 22 ist ein Querschnittsbild, das ein nematisches Flüssigkristalldisplay wiedergibt, im welchem die Farbfilter und Verzögerer zu integral gebildeten Elementen 85–87 zusammengefasst sind. Ein einziges integral gebildetes Element (85–87) auf Basis eines Polymers funktioniert sowohl als Verzögerer als auch als Farbfilter. Dies wird erreicht, indem herkömmliche Farbstoffe für Farbfilter in ein Polyimid-Material eingetaucht werden, das als Verzögerer funktioniert. Lösliche Polyimide, die für diesen Zweck verwendet werden können, werden in dem bereits weiter oben eingeführten US-Patent 5,071,997 offenbart. Es ist bekannt, dass die in einem organischen Lösungsmittel löslichen Polyimide aus '997 als Verzögerungsschichten mit negativen Doppelbrechungsindizes verwendet werden können.
  • Herkömmliche Farbstoffe können in diese löslichen Polyimide gelöst oder eingetaucht werden, wodurch ein einziges integral gebildetes Element 85–87 auf Polyimidbasis entsteht, das in einem LCD sowohl als Verzögerer als auch als Farbfilter funktioniert. Farbstoffe, die in diese Polyimide eingetaucht oder diesen hinzugefügt werden können, sind im US-Patent 5,229,039 offenbart, welches hiermit als Referenz eingeführt wird.
  • Das Verzögerungselement des Verzögerers/Filters 85–87 kann gemäß der Wellenlänge von jedem Subpixel nach der Lehre der anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen reguliert sei oder auch nicht. Ferner kann ein integral gebildetes Element auf Polymerbasis, das sowohl als Farbfilter als auch als Verzögerer funktioniert, an Stelle von getrennten Filtern und regulierten Verzögerern in bestimmte früher beschriebene Ausführungsformen dieser Erfindung eingesetzt werden.
  • Das Polymer, in das der Farbstoff des Farbfilters eingetaucht oder gelöst wird, ist vorzugsweise ein Polyimid. Das Polyimid ist vorzugsweise entweder ein Co-Polyimid oder ein Homopolyimid. Das Homopolyimid wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: (i) einem Pyromellithsäuredianhydrid (PMDA) und 2,2-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (ii) 3,3',4,4'Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (iii) 4,4'Oxydiphthalsäureanhydrid (ODPA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (iv) 3,3',4,4'-Diphenylsutetracarbonsäuredianhydrid (DSDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (v) 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); und (vi) 2,2'Bis(dicarbonylphenyl)hexafluorpropandianhydrid (6FDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB).
  • Das Co-Polyimid basiert vorzugsweise aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe: (i) 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA), 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB) und 4,4'-Diaminodiphenylether (DDE); (ii) 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA), Pyromellithsäuredianhydrid (PMDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); und (iii) 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA), 2,2'Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB) und Paraphenylendiamin (PPDA).
  • Ferner ist da Polyimid vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel (z. B. m-Kresol) löslich, damit das Eintauchen des Filterfarbstoffs erleichtert wird. Ein solches Material kann von der Universität von Akron bezogen werden.
  • Die Doppelbrechungs- und Verzögerungswerte des die Verzögerung betreffenden Aspekts der auf Polymeren basierenden Elemente 85–87 lässt sich durch die Wahl des Materials oder durch Vergrößern oder Verkleinern von deren Dicke einstellen. Ferner weist jedes der unterschiedlichen oben wiedergegebenen Polymermaterialien einen unterschiedlichen Doppelbrechungsindex auf.
  • Der den Farbfilter betreffende Aspekts der auf Polymeren basierenden Elemente 85–87 lässt sich über die Menge oder den Typ darin eingetauchten Farbstoffs nach herkömmlichen Verfahren einstellen.
  • 23 ist eine Teilschnittansicht eines LCD mit mehreren Pixeln 310 der unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Die mehreren Pixels 310 sind zwischen einander gegenüberliegenden Polarisatoren 312 und 314 sowie zwischen einander gegenüberliegenden transparenten Substraten 316 und 318 angeordnet. Zwischen den Substraten ist auch ist auch eine Flüssigkristall-Schicht angeordnet und überdeckt die TFTs 322, welche im Steuerungsschema das Pixel und Subpixel für die verschiedenen erfindungsgemäße Ausführungsformen verwendet werden. Die Zeilen und Spaten 324 und 326 verbinden die TFTs 322. Die ITO-Elektroden 330 die TFTs mit ihren jeweiligen Pixeln.
  • 24 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs der Winkel zwischen den hierin beschriebenen „horizontalen" (X) und „vertikalen" (Y) Blickwinkeln und den herkömmlichen LCD-Blickwinkeln Φ und θ.
  • Beim Lesen der obigen Beschreibung wird der Fachmann viele andere Merkmale, Modifikationen und Verbesserungen erkennen können. Solche anderen Merkmale, Modifikationen und Verbesserungen sind daher als Teil dieser Erfindung anzusehen, deren Umfang nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt wird.

Claims (66)

  1. Ein verdrilltes nematisches Pixel (31) zur Verwendung in einer Flüssigkristall-Anzeige, wobei das Pixel umfasst: ein erstes Subpixel, welches einen ersten Farbfilter (214–218; 42–46; 85–87) und eine erste Verzögerungsschicht (208–212; 50–54; 80, 81; 62; 67, 68, 70; 85–87) hat; ein zweites Subpixel, welches einen zweiten Farbfilter (214–218; 42–46; 85–87) und eine zweite Verzögerungsschicht (208–212; 50–54; 80, 81; 62; 67, 68, 70; 85–87) hat; wobei die ersten und zweiten Verzögerungsschichten voneinander verschiedene Verzögerungswerte haben und optische Achsen (RB, RG, RR), die nicht im Wesentlichen parallel zueinander sind, und wobei die ersten und zweiten Farbfilter voneinander verschieden sind.
  2. Pixel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsschichten (208–212; 50–54; 80, 81; 62; 67, 68, 70; 85–87) und deren betreffende Verzögerungswerte in Übereinstimmung mit der Farbe eines jeden Subpixels ausgewählt werden.
  3. Pixel nach Anspruch 2 weiterhin einschließend ein drittes Subpixel, das einen dritten Farbfilter (214–218; 42–46; 85–87) und eine dritte Verzögerungsschicht (208–212; 50–54; 80, 81; 62; 67, 68, 70; 85–87) hat, die einen von den Verzögerungswerten der ersten und zweiten Verzögerungsschichten (208–212; 50–54; 80, 81; 62; 67, 68, 70; 85–87) verschiedenen Verzögerungswert hat.
  4. Pixel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsschichten (208–212; 50–54; 80, 81; 62; 67, 68, 70; 85–87) unmittelbar auf dem ersten bzw. zweiten Farbfilter (214–218; 42–46; 85–87) abgeschieden sind.
  5. Pixel nach Anspruch 4, weiterhin umfassend eine Flüssigkristall-Schicht (38), die eine Dicke von weniger als etwa 10 μm hat, und wobei die Farbfilter (214–218; 42–46; 85–87) auf einem Substrat (40) gelegen sind und wobei das Substrat (40) zwischen den Farbfiltern (214–218; 42–46; 85–87) und einem Polarisator (56) angeordnet ist.
  6. Pixel nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Verzögerungsschicht (60) zwischen dem Substrat (40) und dem Polarisator (56) und wobei die Verzögerungsschicht (60) einen im Wesentlichen konstanten Verzögerungswert hat und wobei der erste Farbfilter (46) rot ist und der zweite Farbfilter (44) grün ist.
  7. Pixel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Verzögerungsschicht (50–54, 62, 67, 68, 70, 80, 81) aus verschiedenen Materialien gemacht sind.
  8. Pixel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsschichten mittels Rotationsbeschichtung auf die ersten bzw. zweiten Farbfilter aufgebracht sind.
  9. Eine Flüssigkristall-Anzeige mit aktiver Matrix umfassend ein Matrixfeld (36) der Pixel von Anspruch 2.
  10. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter und die erste Verzögerungsschicht in einem einzigen, integral geformten, auf Polymer basierenden Element (85, 86, 87) kombiniert sind, welches sowohl als Farbfilter als auch Verzögerer fungiert.
  11. Pixel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne, integral geformte, auf Polymer basierende Element (85, 86, 87) dadurch gebildet wird, dass man einen Farbfilterfarbstoff in einem löslichen Polymer löst oder eintaucht und somit ein einziges integral gebildetes Element schafft, das sowohl als Farbfilter als auch Verzögerer fungiert.
  12. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungen der optischen Achsen (RR, RG, RB) gemäß der Farbwellenlänge jedes Subpixels gewählt sind.
  13. Pixel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungswert der ersten Verzögerungsschicht (212; 54; 80; 62; 70; 87) etwa 250–350 nm ist und der Verzögerungswert der zweiten Verzögerungsschicht (210; 52; 81; 62; 68; 86) etwa 225–325 nm ist.
  14. Pixel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungswert der ersten Verzögerungsschicht (212; 54; 80; 62; 70; 87) etwa 300–325 nm ist und der Verzögerungswert der zweiten Verzögerungsschicht (210; 52; 81; 62; 68; 86) etwa 265–285 nm ist.
  15. Pixel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungswert der ersten Verzögerungsschicht (212; 54; 80; 62; 70; 87) etwa 315 nm und der Verzögerungswert der zweiten Verzögerungsschicht (210; 52; 81; 62; 68; 86) etwa 275 nm ist, wobei der erste Farbfilter (218; 46) ein Rotfarbfilter und der zweite (216; 44) Farbfilter ein Grünfarbfilter ist.
  16. Pixel nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Flüssigkristall-Schicht (38), die eine Dicke hat, die im Wesentlichen an das erste Transmissionsminimum der Farbwellenlänge des zweiten Subpixels angepasst ist.
  17. Pixel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke geringer ist als das erste Transmissionsminimum für die Farbe des ersten Subpixels.
  18. Pixel nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (RR) der ersten Verzögerungsschicht (54; 80) aus der Betrachterperspektive im Gegenuhrzeigersinn gedreht ist, bezogen auf die optische Achse (RA) der zweiten Verzögerungsschicht (52; 81).
  19. Pixel nach Anspruch 18, weiterhin umfassend ein drittes Subpixel, das einen dritten Farbfilter (42) und eine dritte Verzögerungsschicht (50) hat, wobei die optische Achse (RB) der dritten Verzögerungsschicht (50) im Uhrzeigersinn gedreht ist, bezogen auf die optische Achse (RG) der zweiten Verzögerungsschicht (52).
  20. Pixel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter (54) ein Rotfarbfilter ist, der zweite Farbfilter (52) ein Grünfarbfilter und der dritte Farbfilter (50) ein Blaufarbfilter ist.
  21. Pixel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (RR) der ersten Verzögerungsschicht (54) etwa 4° gedreht ist relativ zur Achse (RG) der zweiten Verzögerungsschicht (52) und die optische Achse (RH) der dritten Verzögerungsschicht (50) etwa 5° gedreht ist relativ zur optischen Achse (RG) der zweiten Verzögerungsschicht (52).
  22. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsschichten (52, 54) Verzögerungswerte größer als Null haben und das Pixel weiterhin eine Flüssigkristall-Schicht (38) umfasst, die wenigstens eine sichtbare normal einfallende Wellenlänge des Lichts etwa 82° bis 100° verdrillt, während es hindurch passiert.
  23. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungsschicht einen Verzögerungswert von etwa Null hat.
  24. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Farbfilter und die erste Verzögerungsschicht ein erstes auf Polyimid basierendes Element (85–87) aufweisen, welches einen ersten darin verteilten oder gelösten Farbstoff einschließt und das zweite Farbfilter und die zweite Verzögerungsschicht ein zweites auf Polyimid basierendes Element (85–87) aufweisen, welches einen zweiten darin verteilten oder gelösten Farbstoff einschließt.
  25. Pixel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyimide Homopolyimide oder Co-Polyimide sind.
  26. Pixel nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Polyimid basierenden Elemente integral geformt sind und wobei die Polyimide in organischem Lösungsmittel löslich sind.
  27. Pixel nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyimide in m-Kresol löslich sind.
  28. Pixel nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyimide aus 1 bis 100 Molprozent Strukturelementen der Formel bestehen
    Figure 00530001
    worin R ein tetravalenter organischer Rest ist, jedes A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus halogenierten Alkylgruppen, und Arylgruppen, und einer substituierten Arylgruppe.
  29. Pixel nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyimide in organischem Lösungsmittel lösliche Homopolyimide sind.
  30. Pixel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Homopolyimide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: (i) ein Pyromellithsäuredianhydrid (PMDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (ii) 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (iii) 4,4'-Oxydiphthalsäureanhydrid (ODPA) und 2,2'- Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (iv) 3,3',4,4'-Diphenylsutetracarbonsäuredianhydrid (DSDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); (v) 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); und (vi) 2,2'-Bis(dicarbonylphenyl)hexafluorpropandianhydrid (6FDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB).
  31. Pixel nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyimide Co-Polyimide sind.
  32. Pixel nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Co-Polyimide auf einer der folgenden basieren: (i) 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA), 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB) und 4,4'-Diaminodiphenylether (DDE); (ii) 3,3',4,4'Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA), Pyromellithsäuredianhydrid (PMDA) und 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB); und (iii) 3,3+,4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (BPDA), 2,2'-Bis(trifluormethyl)benzidin (BTMB) und Paraphenylendiamin (PPDA).
  33. Pixel nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen ersten Polarisator (32) auf einem ersten Substrat (34); einen zweiten Polarisator (56) auf einer Betrachterseite des Pixels, und auf einem zweiten Substrat (40); und eine Flüssigkristall-Schicht (38) angeordnet zwischen den ersten und zweiten Polarisatoren (32, 56).
  34. Pixel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungswerte gemäß den verschiedenen Farben der ersten und zweiten Subpixel gewählt werden.
  35. Pixel gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Subpixel einen Rotfarbfilter (46) und das zweite Subpixel einen Grünfarbfilter (44) und die Flüssigkristall-Schicht (38) eine Dicke von weniger als 10 μm hat.
  36. Pixel nach Anspruch 35, weiterhin umfassend ein drittes Subpixel, das einen Blaufarbfilter (42) hat und ein drittes Verzögerungsmittel (50), das einen dritten Verzögerungswert hat, der von den ersten und zweiten Verzögerungswerten verschieden ist.
  37. Pixel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Schicht (38) von der Art einer verdrillten nematischen Schicht ist und das sie zwischen den ersten und zweiten Substraten angeordnet ist und wobei wenigstens eine Wellenlänge des sichtbaren Lichts etwa 82°–100° durch die Flüssigkristall-Schicht (38) im Auszustand verdrillt wird.
  38. Pixel nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilter (42–46) auf dem zweiten Substrat (40) angeordnet sind, wobei die Flüssigkristall-Schicht (38) zwischen den Farbfiltern (50–54) und dem ersten Substrat (34) angeordnet ist.
  39. Pixel nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsmittel (50–54) unmittelbar auf die Farbfilter (42–46) laminiert sind.
  40. Pixel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsmittel (50–54) zwischen den Farbfiltern (42–46) und dem zweiten Substrat (34) angeordnet sind.
  41. Pixel nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsmittel (50–54) auf der Oberseite der Farbfilter (42–46) angeordnet sind, benachbart der Flüssigkrtstall-Schicht (38), wobei die Farbfilter (42–46) zwischen dem zweiten Substrat (40) und den Verzögerungsmitteln (50–54) angeordnet sind.
  42. Pixel nach Anspruch 39, weiterhin umfassend eine transparente Elektrodenschicht (64), welche unmittelbar auf die ersten und zweiten Verzögerungsmittel (50–54) laminiert ist, wobei die Farbfilter (42–46) und die Verzögerungsmittel (50–54) zwischen der Elektrode (64) und dem zweiten Substrat (40) angeordnet sind.
  43. Pixel nach Anspruch 42, weiterhin umfassend eine Orientierungsschicht (66), die auf die transparente Elektrode (64) laminiert ist, wobei die Flüssigkristall-Schicht (38) zwischen der Orientierungsschicht (66) und dem ersten Substrat (34) angeordnet ist.
  44. Pixel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsschichten (50–54, 62, 67, 68, 70, 80, 81) aus verschiedenen Materialien gemacht sind.
  45. Pixel nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verzögerungsmittel einen größeren Verzögerungswert hat als der Wert des ersten Verzögerungsmittels und wobei die Flüssigkristall-Schicht eine Dicke von weniger als etwa 10 μm hat.
  46. Pixel nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungswerte negativ sind und dass die ersten und zweiten Polarisatoren Transmissionsachsen haben, die im wesentlichen lotrecht zueinander sind.
  47. Pixel nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungswerte positiv sind.
  48. Pixel nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Polarisator (32, 56) Transmissionsachsen haben, die im wesentlichen parallel zueinander sind.
  49. Pixel nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkristallmaterial (38) etwa eine 90°-Verdrillung bezüglich wenigstens einer Wellenlänge des sichtbaren Lichtes im Auszustand hat, wenn keine Spannung daran angelegt ist.
  50. Pixel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsmittel jeweils eine optische Ausgleichs- oder Verzögerungsschicht einschließen, die unmittelbar auf die Farbfilter (42–46) laminiert sind, und die Farbfilter (42–46) auf das zweite Substrat (40) laminiert sind, wobei die Flüssigkristall-Schicht (38) zwischen dem Verzögerungsmittel und dem ersten Substrat (34) angeordnet ist.
  51. Pixel nach Anspruch 50, weiterhin umfassend ein drittes Verzögerungsmittel, welches zwischen das zweite Substrat (40) und den zweiten Polarisator (56) laminiert ist.
  52. Pixel nach Anspruch 33, weiterhin umfassend ein drittes Verzögerungsmittel, welches unmittelbar zwischen das zweite Substrat (40) und den zweiten Polarisator (56) laminiert ist.
  53. Pixel nach Anspruch 33, weiterhin umfassend ein drittes Verzögerungsmittel, welches unmittelbar zwischen das erste Substrat (34) und den ersten Polarisator (32) laminiert ist.
  54. Pixel nach Anspruch 33, weiterhin umfassend ein Element mit aktiver Matrix (36) auf dem ersten Substrat (34).
  55. Pixel nach Anspruch 33, weiterhin umfassend ein drittes Subpixel, welches einen Farbfilter (42–46) hat, der von den Farbfiltern (42–46) der ersten und zweiten Subpixel verschieden ist.
  56. Pixel nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass nur die ersten und zweiten Subpixel ein Verzögerungsmittel (50–54) einschließen, das unmittelbar auf die Farbfilter (42–46) laminiert ist, wobei die Verzögerungswerte der ersten und zweiten Verzögerungsmittel (50–54) gemäß der Farbe ihres Subpixels ausgewählt sind.
  57. Pixel nach Anspruch 56, weiterhin umfassend ein drittes Verzögerungsmittel für alle drei Subpixel, welches zwischen einem der Polarisatoren (32, 56) und einem der Substrate (34, 40) laminiert ist, wobei das dritte Verzögerungsmittel (62) eine optische Ausgleichsschicht einschließt, die eine im Wesentlichen konstante Dicke hat.
  58. Pixel nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Verzögerungsmittel jeweils erste und zweite optische Ausgleichsschichten einschließen, die ihre jeweiligen optischen Achsen im Wesentlichen in rechten Winkeln zueinander haben.
  59. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Achse (RR), der ersten Verzögerungsschicht (54) in eine Richtung orientiert ist, die wenigstens 2° von der Orientierung der zweiten optischen Achse (RG) der zweiten Verzögerungsschicht (52) verschieden ist und wobei das Pixel weiterhin eine verdrillte nematische Flüssigkristall-Schicht (38) aufweist, die wenigstens eine sichtbare Wellenlänge des Lichts etwa 82°–100° verdrillt, wenn es durch sie hindurch passiert.
  60. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Verzögerungsschicht (50–54) wenigstens im Wesentlichen partiell koplanar sind und wobei die Richtungen ausgewählt sind in Übereinstimmung mit der Farbe des jeweiligen Subpixels.
  61. Pixel nach Anspruch 60, weiterhin umfassend ein erstes und zweites transparentes Substrat (34, 40) und ein drittes Subpixel und wobei die erste und zweite Verzögerungsschicht (50–54) zwischen dem ersten und zweiten Substrat (34, 40) angeordnet sind.
  62. Pixel nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Subpixel verschiedene Farbfilter (42–46) in sich haben.
  63. Pixel nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der zweiten optischen Achse (RG) im wesentlichen parallel zur Leitrichtung eines ersten Orientierungsmittels (204, 206) ist, welches auf einer ersten Seite der Flüssigkristall-Schicht (38) angeordnet ist, wobei Licht so angepasst wird, dass es zuerst in die Flüssigkrtstall-Schicht (38) an der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristallmaterial und den ersten Orientierungsmitteln (204, 206) eindringt.
  64. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungswerte positiv sind.
  65. Pixel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungswerte negativ sind.
  66. Pixel nach Anspruch 1, weiterhin einschließend eine Flüssigkristall-Schicht (38), die normal einfallendes Licht etwa 180°–270° verdreht, wenn das Licht durch sie hindurch passiert, wodurch ein superverdrilltes Flüssigkristall-Pixel definiert wird.
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