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Diese
Erfindung betrifft Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
und beschäftigt
sich spezieller mit schnell schaltenden Farbflüssigkristallvorrichtungen zur
Verwendung bei Flüssigkristalldisplays,
beispielsweise für Fernsehgeräte, Computerbildschirme,
3D-Displays, Anzeigesysteme für
virtuelle Realität
und auch optische Systeme, die schnelle Polarisationsschalter, räumliche
Lichtmodulatoren oder optische Blenden (z.B. für optische Kommunikation) benötigen. Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich besonders, aber nicht ausschließlich, mit hellen reflektierenden
Flüssigkristalldisplays.
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Nematische
Flüssigkristalle
werden seit vielen Jahren als variable optische Verzögerer verwendet. Diese
alle besitzen jedoch im Wesentlichen dieselben chromatischen Eigenschaften,
und es besteht seit langem die Notwendigkeit, die Chromatizitätsskala
solcher Vorrichtungen zu verbessern.
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Achromatische
Kombinationen von doppelbrechenden Platten, die verwendet werden,
um einen achromatischen kreisförmigen
Polarisator herzustellen, sind in Proc. Ind. Acad. Sci., 1955, 41a,
Seite 130, offenbart, während
Proc. Ind. Acad. Sci., 1955, 41a, Seite 137 achromatische Kombinationen
von doppelbrechenden Platten offenbart, die eine achromatische Viertelwellen-Platte bilden. Diese
achromatischen Verzögerer
werden aus Kombinationen von Verzögerern mit unterschiedlichen
azimuthalen Ausrichtungen ihrer optischen Achsen hergestellt. Ein
Verfahren zum Berechnen der notwendigen Verzögerungen und Winkel wird auch
angegeben. Das erste erwähnte
Dokument beschreibt detailliert die Verwendung von zwei Halbwellen-Platten
und einer Viertelwellen-Platte zur Herstellung eines passiven achromatischen
kreisförmigen
Polarisators. Diese sind bekannt als Pancharatnam- oder Kombinationsverzögerer.
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Sov.
J. Quant. Electron., 1973, 3, Seiten 78 und 79 offenbart ein elektrooptisches
Schalten in ausgerichteten Flüssigkristallschichten,
in denen ausgerichtete Flüssigkristallmoleküle bei hohen
elektrischen Feldern geschaltet werden. Schnelle Antwortzeiten werden
aufgrund der schnellen Relaxation von Oberflächenbereichen erhalten, die
aufgrund der starken elektrischen Felder zurück ausgerichtet werden. Somit
ist dies eine Offenbarung bezüglich
der sogenannten "Oberflächenschaltmodus"-Flüssigkristallschichten.
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Sogenannte
Pi-Zellen sind in Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1984, 113, Seiten 329
bis 339 offenbart, die für die
Verwendung bei schnellen optischen Flüssigkristallschaltvorrichtungen
vorgesehen sind. Die Pi-Zelle ist aus Flüssigkristallmolekülen gebildet,
die durch parallele geriebene Oberflächen ausgerichtet sind, und
arbeitet über
einer bestimmten Grenzspannung, oberhalb von der es für die Direktoren
der Flüssigkristallmoleküle energetisch
günstig
ist, eine Konfiguration anzunehmen, die der V-Zustand genannt wird.
Die Direktor-Konfiguration im Zentrum der Zelle besitzt eine gewisse Ähnlichkeit
mit der von anderen Flüssigkristallzellen
bei hohen Spannungen, da bei steigendem Feld die Rückausrichtung
der Flüssigkristalldirektoren
(Schalten) in den Bereichen in der Nähe der Oberflächen der
Zelle auftritt, und die Direktoren im Zentrum der Zelle als homöotrop (d.h.
im Wesentlichen senkrecht zu den Substraten) angesehen werden können. Die
Reaktionszeit der Pi-Zellen
ist im Vergleich zu gedrehten nematischen Vorrichtungen sehr schnell
(unter einer Millisekunde).
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US-A-4385806
offenbart eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einem verbesserten Betrachtungswinkel und verbesserten Reaktionszeiten.
Die verbesserten Reaktionszeiten werden durch ein antiparallel ausgerichtetes
Display erhalten, das bei hohen Spannungen betrieben wird, um eine
Rückausrichtung
der Oberflächenbereiche
der Flüssigkristallschicht,
d.h. der Bereiche der Flüssigkristallschicht
in der Nähe
der Ausrichtungsoberflächen
der Zelle, hervorzurufen. Die Ausrichtungsoberflächen in den Anzeigevorrichtungen
der US-A-4385806 induzieren eine azimuthale Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in derselben
Richtung in diesen Oberflächenbereichen.
Ein solches Display besitzt im Großen und Ganzen denselben Nachteil
wie er oben für
die Pi-Zelle beschrieben wurde.
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GB-A-2286056
offenbart eine Pi-Zellenvorrichtung, die im Doppelbrechungsmodus
als ein sequentielles Farbdisplay oder eine Blende verwendet wird.
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Display
Devices, 1994, 18, "Reflektionsformate
für Farb-LCDs" ist ein Review,
das die Verwendung von gedrehten nematischen und übergedrehten nematischen
LCDs im Einzel- oder Doppelpolarisator-Reflektionsmodus offenbart,
um ein helles reflektives Farbdisplay herzustellen. Auch wenn keine
speziellen Beispiele gegeben werden, wird das Prinzip der Verwendung
von definierten Drehwinkeln bei bestimmten Spannungen zum Erzeugen
von Farbe beschrieben. Die Vorrichtungen verlassen sich auf die
wohl bekannte Eigenschaft dotierter übergedrehter nematischer Displays,
um Interferenzfarben herzustellen. Die verbesserte Chromatizität im Vergleich
zu normalen gedrehten nematischen und übergedrehten nematischen Vorrichtungen
ist nicht dargestellt.
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WO90/09614
offenbart Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen,
die einen linearen elektrooptischen Effekt verwenden. Verschiedene
Ausführungsformen
werden offenbart, bei denen ferroelektrische oder elektroklinische
Vorrichtungen (entweder alleine, mehrere davon oder mit zusätzlichen
passiven optischen Verzögerern)
verwendet werden, um entweder die chromatische Reaktion der Vorrichtung
zu reduzieren oder zu erhöhen.
Bei allen Beispielen findet das Schalten der optischen Achse in
der Ebene der Vorrichtung statt und jede Flüssigkristallschicht definiert
lediglich ein optisches Verzögerungselement.
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US-A-5231521
offenbart chirale smektische Flüssigkristallpolarisationsinterferenzfilter,
die abstimmbare Wellenlängenfilter
bestimmter Bandbreite sind. Wie bestimmte der oben beschriebenen
bekannten Vorrichtungen findet das Schalten der optischen Achse
in der Ebene der Vorrichtung statt und jede Flüssigkristallschicht dient lediglich
als ein einzelner optischer Verzögerer.
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US-A-5243455
und SID Digest, 1993, 665, "Farbschalter
mit ferroelektrischen Flüssigkristallen" offenbaren chirale
smektische Polarisationsinterferenzfilter, die diskret oder kontinuierlich
einstellbar sind. Solche Filter weisen entweder ferroelektrische
(chirales smektisches C) oder elektroklinische (chirales smektisches
A) Flüssigkristallmoleküle auf.
Blockierfilter werden beschrieben, die bei der Farberzeugung hilfreich
sind. Wie bei gewissen der oben beschriebenen Vorrichtungen findet
das Schalten der optischen Achse in der Ebene der Vorrichtung statt
und jedes aktive Element, das durch die Flüssigkristallschicht definiert
ist, dient lediglich als ein einzelner optischer Verzögerer.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schnell schaltende
Flüssigkristallvorrichtung
mit verbesserter Chromatizität
zu schaffen.
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Erfindungsgemäß ist eine
Drehflüssigkristall-Vorrichtung
vorgesehen mit einer Flüssigkristallschicht, einer
ersten und einer zweiten Ausrichtungsschicht, die an gegenüberliegenden
Seiten der Flüssigkristallschicht
angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Ausrichtungsschicht
entsprechende Ausrichtungsrichtungen aufweisen, die zueinander geneigt
sind, außerdem
mit einem ersten linearen Polarisator, der an der gegenüberliegenden
Seite der ersten Ausrichtungsschicht auf der Flüssigkristallschicht angeordnet
ist, und mit Mitteln zum Anlegen einer variablen Spannung an die
Flüssigkristallschicht,
wobei die Flüssigkristallschicht eine
gedrehte nematische Flüssigkristallstruktur
besitzt und zum Betrieb im Oberflächenschaltmodus angeordnet
ist, wobei ein erster und zweiter Bereich der Flüssigkristallschicht, die jeweils
an die erste bzw. zweite Ausrichtungsschicht angrenzen, beim Betrieb
wie ein Paar von aktiven optischen Verzögerern wirken, die zueinander
geneigte optische Achsen besitzen (die langsamen Achsen) und deren
Verzögerungen
innerhalb eines Bereichs verändert
werden können,
um Farbe zu erzeugen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet Flüssigkristalle
in einem Doppelbrechungsmodus, um Farbe zu erzeugen. Eine Veränderung
der an die Vorrichtung angelegten Spannung verursacht eine Änderung der
optischen Weglänge
und somit eine Änderung
der von der Vorrichtung erzeugten Farbe. Ein einachsiges doppelbrechendes
Material einer Dicke d zwischen gekreuzten Polarisatoren, dessen
optische Achse unter einem Winkel θ zur Polarisationsachse des
linearen Eingangspolarisators liegt, besitzt eine Transmission,
die gegeben ist durch
wobei λ die Wellenlänge des betrachteten Lichts
ist und Δn
die Doppelbrechung des Flüssigkristallmaterials
ist und auch wellenlängenabhängig ist.
Dies führt
zu einer Intensität,
die eine sin
2-Abhängigkeit von der Wellenzahl
besitzt. Die resultierenden Intensitätsmaxima treten bei d·Δn = (2n +
1)·λ/2 auf und
besitzen eine beträchtliche
halbe Breite, wodurch ein begrenzter Farbtonbereich vorgegeben wird,
der von der Vorrichtung erzeugt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet das Prinzip von Kombinationen von optischen Verzögerern (oder
Wellenplatten), die optische Verzögerungen von Werten größer als λ/2 besitzen,
so dass die totale optische Verzögerung
ein geeigneter Wert zum Erzeugen von Farbe ist. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht
eine verbesserte Chromatizität
mit einem variablen Farbton, der mit einer einzigen Flüssigkristallschicht
erzielt werden kann, die zwischen zwei Grenzspannungen betrieben
wird, so dass der erste und der zweite Bereich ausreichend entkoppelt
sind (sogenanntes "Oberflächenschalten").
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Vorzugsweise
soll die Vorrichtung so angeordnet sein, dass beim Betrieb der erste
und der zweite Bereich wie ein Paar von aktiven optischen Verzögerern wirken,
die ausreichend optisch entkoppelt sind. Das optische Entkoppeln
bis hin zu einem gewissen Grad findet statt, wenn der Flüssigkristalldirektor
(d.h. die durchschnittliche Ausrichtung der molekularen Längsachse
der Flüssigkristallmoleküle) in einem
Zwischenbereich der Flüssigkristallschicht,
zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich, unter einem Neigungswinkel
von größer als
70° relativ
zur ersten und zweiten Ausrichtungsschicht angeordnet ist. Ein solches
optisches Entkoppeln des ersten und zweiten Bereichs der Flüssigkristallschicht
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
erreicht werden, indem eine ausreichende Spannung an die Flüssigkristallschicht
angelegt wird, um zu bewirken, dass der Flüssigkristalldirektor-Neigungswinkel
im Zwischenbereich über
70° hinausgeht.
Die Spannung, bei der dies stattfindet, wird durch die physikalischen
Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials
sowie durch die Geometrie der Flüssigkristallzelle
bestimmt. Der optische Wegunterschied (d·Δn – wobei d die Dicke und Δn die Doppelbrechung
der Flüssigkristallschicht
ist) ist ein bestimmender Faktor. Es wird derzeit angenommen, dass
d·Δn (bei einem
Feld von 0) größer sein
sollte als etwa 3.4 μm,
um Farbe im blauen, grünen und
roten Bereich des sichtbaren Spektrums zu erhalten, obwohl ein d·Δn-Wert von
wenigstens 2.0 μm
in dem Fall möglich
ist, dass eine verstärkte
Farbe lediglich aus dem blauen Bereich des sichtbaren Spektrums
benötigt
wird. Es kann keine absolute obere Grenze bestimmt werden, da diese
abhängig
von Faktoren wie der Art des Flüssigkristallmaterials
variieren wird. Für
Flüssigkristallmaterialien
hoher Doppelbrechung (z.B. BL037, Δn = 0.28) ist eine d·Δn-Grenze
von etwa 4.2 μm
geeignet, während
für Flüssigkristallmaterialien
mit geringer Doppelbrechung (z.B. ZLI-4792, Δn = 0.097) eine d·Δn-Grenze von etwa 3.4 μm geeignet
ist. Bezüglich
der Dicke (d) der Flüssigkristallschicht
(d.h. die Zellendicke) entspricht dies d > etwa 15 μm (mehr bevorzugt > etwa 20 μm für einen
guten optischen Effekt) für
Flüssigkristallmaterialien
mit hoher Doppelbrechung, und d > etwa 35 μm (mehr bevorzugt > etwa 45 μm für einen
guten optischen Effekt) für
Flüssigkristallmaterialien
mit geringer Doppelbrechung.
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Der
Begriff "Ausrichtungsrichtung", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf die Richtung des Direktors (d.h. die Richtung
der Ausrichtung des Flüssigkristallmoleküls) an der
Oberfläche
der betrachteten Ausrichtungsschicht. Die Ausrichtung eines Flüssigkristallmoleküls an jedem
Raumpunkt wird im Allgemeinen durch den Einheitsvektor beschrieben,
der als Direktor bezeichnet wird: ṉ ^ = (nx, ny, nz)wobei
nx, ny und nz die entsprechenden Vektoren auf drei zueinander
senkrechten Achsen x, y und z des Laborkoordinatensystems sind,
in dem x und y sich in der Ebene der Ausrichtungsschicht befinden
und z parallel zur Normalen der Ebene der Ausrichtungsschicht ist.
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Auf ähnliche
Weise kann der Flüssigkristalldirektor
an einer Oberfläche
definiert werden als: ṉ ^s =
(nxs, nys, nzs)
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Schließlich ist
für eine
definierte Oberflächennormale
parallel zur z-Achse jede Ausrichtungsrichtung innerhalb einer Zelle
gegeben durch:
wobei
ŝ der
Einheits-Oberflächennormalenvektor
ist, der sich senkrecht von der Ausrichtungsoberfläche in die Flüssigkristallschicht
erstreckt.
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In
dem Spezialfall, wenn keine Vorneigung (Pretilt) vorliegt (nzs = 0), gilt ḏ ^ = (nxs, nys)oderḏ ^ = (–nxs, –nys),die äquivalente Konfigurationen
sind.
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Wenn
beispielsweise eine Flüssigkristalloberfläche durch
Reiben unter Verwendung von Poliermitteln ausgerichtet wird, ist
die Ausrichtungsrichtung durch die Richtung gegeben, in der das
Poliermittel sich über die
Ausrichtungsoberfläche
vom ursprünglichen
Kontaktpunkt bewegt, ausgeschwenkt aus der Oberfläche um einen
Betrag, der der so erzeugten Vorneigung entspricht.
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Der
Begriff "aktiv", wie er hier bezüglich der
optischen Verzögerer
verwendet wird, soll bedeuten, dass die optische Verzögerung verändert werden
kann (durch Verändern
der an die Flüssigkristallschicht
angelegten Spannung), im Gegensatz zu einer passiven optischen Verzögerungsplatte,
deren optische Verzögerung festgelegt
ist.
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Der
optische Entkopplungseffekt kann durch Verwenden eines transparenten
Teilers (z.B. einer dünnen
transparenten Membran) erhöht
werden, der dazu dient, den ersten und zweiten Bereich der Flüssigkristallschicht
physikalisch voneinander zu trennen.
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Wenigstens
eine Oberfläche
des Teilers kann gerieben oder auf andere Weise ausgerichtet sein,
um eine Vorneigung von Null (planar) oder eine 90°-Vorneigung (homöotrop) zu
besitzen, wobei Letzteres für
die leichtere praktische Handhabung bevorzugt wird. Die Ausrichtungsrichtung
auf wenigstens einer Oberfläche des
Teilers kann parallel oder antiparallel zu der der entsprechenden
zugewandten Ausrichtungsschicht sein, wodurch eine Freedericksz-
oder eine Pi-Zellenstruktur induziert wird.
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Alternativ
kann die Ausrichtungsrichtung auf wenigstens einer Oberfläche des
Teilers bezüglich
der der entsprechenden zugewandten Ausrichtungsschicht auf ähnliche
Weise geneigt sein wie dort, wo die Ausrichtungsrichtungen der ersten
und zweiten Ausrichtungsschicht zueinander geneigt sind. Diese alternative Anordnung
erlaubt es, eine exzellente Chromatizität in einer Vorrichtung zu erhalten,
anstatt zwei aktiv betriebene Zellen zu benötigen.
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Für Vorrichtungen,
die im Transmissionsmodus betrieben werden sollen, wird die Vorrichtung
außerdem
einen zweiten Polarisator aufweisen, der auf der gegenüberliegenden
Seite der zweiten Ausrichtungsschicht an der Flüssigkristallschicht angeordnet
ist und eine Polarisationsachse besitzt, die unter einem Winkel relativ
zur Ausrichtungsrichtung der zweiten Ausrichtungsschicht angeordnet
ist.
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Für Transmissionsmodus-Vorrichtungen
im Allgemeinen, und vorzugsweise dort, wo die Polarisationsrichtungen
des ersten und zweiten Polarisators zueinander parallel sind, befindet
sich die Ausrichtungsrichtung der zweiten Ausrichtungsschicht unter
einem Winkel von im Wesentlichen 3β zur Polarisations- oder Absorptionsachse
des ersten linearen Polarisators, wenn β der Winkel zwischen Polarisations-
oder Absorptionsachse des ersten linearen Polarisators und der Ausrichtungsrichtung
der ersten Ausrichtungsschicht ist.
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Für Vorrichtungen,
die in einem Reflektionsmodus betrieben werden sollen, wird ein
Reflektor an der gegenüberliegenden
Seite der zweiten Ausrichtungsschicht an der Flüssigkristallschicht angeordnet.
Der Reflektor kann als eine Elektrode dienen.
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Wenn β der Winkel
zwischen der Polarisations- oder Absorptionsachse des linearen Polarisators
und der Ausrichtungsrichtung der ersten Ausrichtungsschicht ist,
dann liegt im Allgemeinen für
Vorrichtungen im Reflektionsmodus die Ausrichtungsrichtung der zweiten
Ausrichtungsschicht unter einem Winkel von im Wesentlichen (2β + 45°) relativ
zur Polarisations- oder Absorptionsachse des Polarisators.
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Die
Flüssigkristallmoleküle im ersten
und zweiten Bereich können
denselben oder einen unterschiedlichen Vorneigungswinkel (Pretilt-Winkel)
besitzen. Somit könnte
anstelle des Betriebs des ersten und zweiten Bereichs mit gleichen
optischen Verzögerungen
ein Oberflächenbereich
eine optische Verzögerung
besitzen, die sich von der Verzögerung
des anderen Bereichs unterscheidet, z.B. das Doppelte davon ist.
Eine solche Kombination kann für
den Betrieb der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
im Reflektionsmodus verwendet werden. Ungleiche Vorneigungswinkel
können
beispielsweise erreicht werden, indem die Ausrichtungsschichten aus
verschiedenen Materialien gebildet werden und/oder indem unterschiedliche
Reibe- oder andere Ausrichtvorgänge
auf den beiden Ausrichtungsschichten vorgenommen werden.
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In
einer geeigneten Ausführungsform
für den
Betrieb im Transmissionsmodus sind die Ausrichtungsrichtungen der
ersten und der zweiten Ausrichtungsschicht zueinander unter einem
Winkel von 45° ± etwa
15° oder
135° ± etwa
15° geneigt,
und die Vorneigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle, die
an die Ausrichtungsschichten angrenzen, sind ähnlich. Auch wenn die besten
Ergebnisse mit Vorneigungswinkeln im ersten und zweiten Bereich
er halten werden, die beim Betrieb ein effektives optisches Verzögerungsverhältnis von
1.0 produzieren, wird es in Erwägung
gezogen, dass akzeptable Ergebnisse erzielt werden können, wenn
ein solches Verhältnis
zwischen 0.85 und 1.15 liegt. Die Ausrichtungsrichtung der ersten
Ausrichtungsschicht in dieser Ausführungsform ist am meisten bevorzugt
unter einem Winkel von 22.5° ± etwa
15° relativ
zur Polarisations- oder Absorptionsachse des ersten linearen Polarisators
angeordnet.
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In
einer weiteren geeigneten Ausführungsform
für den
Betrieb im Reflektionsmodus sind die Ausrichtungsrichtungen der
Ausrichtungsschichten zueinander unter einem Winkel von 60° ± etwa
15° oder
120° ± etwa
15° geneigt,
und die Vorneigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle, die
an die Ausrichtungsschichten angrenzen, sind verschieden, und die
Vorrichtung wird so betrieben, dass der optische Verzögerer, der
durch die Flüssigkristallmoleküle mit dem
geringeren Vorneigungswinkel definiert ist, als ein optischer Verzögerer mit
einer größeren Verzögerung,
vorzugsweise der doppelten Verzögerung,
im Vergleich zu dem optischen Verzögerer, der durch die Flüssigkristallmoleküle mit dem
höheren
Vorneigungswinkel definiert ist, wirkt. Auch wenn die besten Ergebnisse
mit Vorneigungswinkeln im ersten und zweiten Bereich erhalten werden,
die beim Betrieb ein effektives optisches Verzögerungsverhältnis von 2.0 erzeugen, wird
es in Betracht gezogen, dass akzeptable Ergebnisse erhalten werden
können,
wenn ein solches Verhältnis
zwischen 1.8 und 2.2 liegt. Die Ausrichtungsrichtung der Ausrichtungsschicht,
die den geringeren Vorneigungswinkel produziert, ist vorzugsweise unter
einem Winkel von etwa 15° ± etwa
15° relativ
zur Polarisations- oder
Absorptionsachse des ersten linearen Polarisators angeordnet.
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Die
Vorrichtung kann einen oder mehrere passive (oder fixierte) optische
Verzögerer
aufweisen, und/oder mehr als eine Vorrichtung im chromatischen Drehoberflächenmodus
gemäß der Erfindung
kann in Reihe verwendet werden, um die Chromatizität weiter
zu verbessern sowie, wie angenommen wird, den Betrachtungswinkel
und die Betriebsspannung. Der oder einer der passiven optischen
Verzögerer
kann durch den oben erwähnten
transparenten Teiler definiert sein.
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In
Ausführungsformen,
bei denen eine Vorrichtung im Reflektionsmodus einen passiven optischen Verzögerer enthält, können die
optischen Achsen der drei optischen Verzögerer (d.h. die beiden aktiven
und der passive Verzögerer)
bezüglich
der Polarisations- oder Absorptionsachse des ersten linea ren Polarisators unter
Winkeln a, b und c derart angeordnet sein, dass Winkel a sich im
Bereich von 2 bis einschließlich
25° befindet;
Winkel b (x·a)° ist, wobei
x im Bereich zwischen 1 bis einschließlich 10 liegt; und Winkel
c (2(b – a)
+ 45)° ist.
Vorzugsweise ist Winkel a 6.9° und
x = 5.
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Es
liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, einen weiteren
passiven optischen Verzögerer vorzusehen,
der vom negativen Doppelbrechungstyp ist, d.h. bei dem die optische
Achse senkrecht zur Ebene des Verzögerers angeordnet ist. Ein
solcher Verzögerer
kann teilweise die aus der Ebene gerichtete Komponente der geschalteten
aktiven Flüssigkristallzelle
ausgleichen und somit einen verbesserten Betrachtungswinkel ermöglichen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird im Allgemeinen als geeigneter angesehen für den Betrieb einer aktiven
Matrix als für
den Betrieb einer passiven Matrix, wenn eine Grauabstufung notwendig
ist. Die aktive Matrix kann als Dünnfilmtransistor (TFT) oder
als Metall-Isolator-Metall (MIM) ausgebildet sein. In einer Vorrichtung
im Reflektionsmodus werden die TFT oder MIM Elemente vorzugsweise
an gegenüberliegenden
Seiten des Reflektors an der LCD-Zelle angeordnet, um das Öffnungsverhältnis der
Vorrichtung zu maximieren.
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Die
Flüssigkristallschicht
kann durch nematische Flüssigkristallmoleküle gebildet
sein, oder ein chirales Dotiermittel kann in der Flüssigkristallschicht
beinhaltet sein, um einen Drehzustand gegenüber dem anderen in der gedrehten
Struktur zu stabilisieren. Jedes beliebige Flüssigkristallmaterial mit einer
positiven dielektrischen Anisotropie kann verwendet werden. Materialien
mit einer höheren
Doppelbrechung werden bevorzugt, um eine geringere Zellendicke zu
ermöglichen.
Das Material kann ein nicht-TFT-artiges
Material sein, von denen BL037 (Merck Ltd) ein gutes Beispiel ist,
oder es kann ein TFT-artiges Material sein, von denen TL213 (Merck
Ltd) ein gutes Beispiel ist.
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Einige
der oben beschriebenen Merkmale und Anordnungen werden in den beigefügten Ansprüchen definiert,
die auch weitere Merkmale und Anordnungen definieren.
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Weitere
Details der Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
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1 zeigt
die berechnete Farbskala (gedruckt auf CIE 1931 unter Verwendung
der Lichtquelle D65) eines konventionellen Farbdoppelbrechungs-E7-Typs eines optischen
Verzögerers
mit einer einzelnen optischen Achse zwischen zueinander parallelen
Polarisatoren für
die Verzögerung
von 0–1900 μm, wobei
die Pfeile in Richtung steigender Verzögerung zeigen;
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2 ist
eine schematische Seitenansicht, die den Betrieb einer Flüssigkristallvorrichtung
mit erhöhter Chromatizität im Oberflächenschaltmodus
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, die für
den Betrieb im Transmissionsmodus gestaltet ist;
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3 ist
eine Rückansicht
der Vorrichtung aus 2, die die Ausrichtungsrichtungen
der Ausrichtungsschichten in der Vorrichtung aus 2 in
Relation zur Polarisationsrichtung der linearen Polarisatoren zeigt,
die auch einen Teil der Vorrichtung aus 2 bilden,
und die außerdem
alternative mögliche
Ausrichtungen zeigt;
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4 ist
ein Graph, der die Transmission über
die Wellenlänge
für die
Vorrichtung aus 2 aufträgt, aber mit zueinander parallelen
linearen Polarisatoren, wodurch gezeigt wird, wie der spektral verengte
Transmissionspeak (verglichen mit einer Farbdoppelbrechungsvorrichtung
mit einer einzelnen optischen Achse) durch das sichtbare Spektrum
eingestellt werden kann;
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5 zeigt
die gemessenen CIE Werte (1931, Quelle D65) für die Kurven aus 4 und
andere Daten, die nicht in 4 dargestellt
sind;
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6 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die für
einen Betrieb im Reflektionsmodus gestaltet ist;
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7 ist
eine schematische Rückansicht
der Vorrichtung aus 6, die die Ausrichtungsrichtungen der
Ausrichtungsschichten in der Vorrichtung aus 6 in Relation
zur Polarisationsrichtung der linearen Polarisatoren zeigt, die
auch einen Teil der Vorrichtung aus 6 bilden,
und die außerdem
alternative mögliche Ausrichtungsrichtungen
zeigt;
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8 zeigt
berechnete CIE Werte (1931, D65) für die Vorrichtung aus 6 und 7,
unter der Voraussetzung, dass ein E7-Material verwendet wird und der
erste Bereich der Flüssigkristallschicht
einen optischen Verzögerungsbereich
von 0–932
nm aufweist;
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9 zeigt
berechnete CIE Werte (1931, D65) für die Vorrichtung aus Beispiel
3, unter der Voraussetzung eines E7-Materials und eines Verzögerungsbereichs
von 0–932
nm;
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10 zeigt
berechnete CIE Werte (1931, D65) für die erste Vorrichtung aus
Beispiel 4, unter der Voraussetzung eines E7-Materials und eines
Verzögerungsbereichs
von 0–932
nm;
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11 zeigt
berechnete CIE Werte (1931, D65) für die zweite Vorrichtung aus
Beispiel 4, unter der Voraussetzung eines E7-Materials und eines
Verzögerungsbereichs
von 0–932
nm;
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12 ist
ein schematischer Querschnitt noch einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der ein transparenter Teiler verwendet wird, um ein effektives
Entkoppeln von Oberflächenschaltbereichen
der Flüssigkristallschicht
zu erzielen, im Gegensatz zu der Verwendung eines starken Felds;
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13 ist
ein schematischer Querschnitt noch einer weiteren Flüssigkristallvorrichtung,
bei der zwei planare, ausgerichtete Flüssigkristallzellen, die durch
einen Teiler getrennt sind, von einer gemeinsamen Versorgungseinheit
versorgt werden; und
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14 ist
ein schematischer Querschnitt noch einer weiteren Flüssigkristallvorrichtung,
bei der zwei planare, ausgerichtete Flüssigkristallzellen unabhängig versorgt
werden.
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Die
Zeichnungen der verschiedenen Vorrichtungen zeigen die verschiedenen
Schichten der Vorrichtung nicht im Maßstab, aber sie wurden erstellt,
um die Merkmale der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile gegenüber Farbdoppelbrechungsvorrichtungen
mit einer einzelnen optischen Achse deutlicher aufzuzeigen.
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Wie
in 1 dargestellt ist die Chromatizitätsskala
(zugänglicher
Farbton und Sättigung
im Farbraum), die mit einem konventionellen einachsigen Doppelbrechungselement
mit variabler optischer Verzögerung
erhalten wer den kann, begrenzt. Während die subtraktiven Primärfarben
(cyan, magenta und gelb) vernünftig
zugänglich
sind, kann aus 1 entnommen werden, dass es
nicht möglich
ist, insbesondere einen gesättigten
roten Farbton zu erhalten.
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Bezugnehmend
auf 2 und 3 der Zeichnungen weist die
darin dargestellte Flüssigkristallanzeigevorrichtung
eine Zelle auf, die durch eine erste und eine zweite Glasplatte 100 bzw. 102 definiert
ist, die zueinander parallel sind und Elektroden 104 und 106 auf
ihren einander zugewandten Oberflächen aufweisen. Entsprechende
Ausrichtungsschichten 108 und 110 sind auf den
Elektroden 104 und 106 vorgesehen, und eine Flüssigkristallschicht 112 füllt die
Lücke zwischen
den Ausrichtungsschichten 108 und 110. Erste und zweite
Polarisatoren 114 und 116 sind an gegenüberliegenden
Seiten der Zelle vorgesehen. Die Polarisationsachsen 120 und 122 können senkrecht
zueinander vorgesehen sein, wie in 3 dargestellt,
oder sie können auch
parallel zueinander sein, abhängig
von der gewählten
Betriebsart der Vorrichtung. Die Ausrichtungsschichten 108 und 110 sind
gerieben oder auf andere Weise ausgerichtet, so dass ihre entsprechenden
Ausrichtungsrichtungen 126 und 128 (3)
zueinander unter einem Winkel α geneigt
sind. In dieser Ausführungsform
beträgt
der Winkel α 45° und die
Ausrichtungsrichtung 126 der Ausrichtungsschicht 108 ist
unter einem Winkel angeordnet, der 22.5° relativ zur Polarisations-
oder Absorptionsachse 120 des Polarisators 114 ist.
Licht wird in 2 von links nach rechts durch
die Vorrichtung geleitet, so dass der zweite Polarisator 116 eine
Analyseeinheit bildet. Es sind jedoch alternative Ausrichtungsrichtungen
im linken unteren Quadranten in 3 dargestellt,
so dass bei einem Feld von Null entweder eine 45°-Drehung oder eine 135°-Drehung
der Flüssigkristallmoleküle über die
Flüssigkristallschicht
hinweg vorliegen kann.
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Eine
variable Spannungsversorgungseinheit 118 ist vorgesehen,
um eine Spannung an die Elektroden 114 und 116 über die
Flüssigkristallschicht 112 hin
anzulegen. Die Elektroden 104 und 106 können so
angeordnet sein, dass die Spannung über einen Teil oder mehrere
Teile der Schicht 112 hin oder über die gesamte Schicht 112 hin
abhängig
von der beabsichtigten Verwendung der Vorrichtung angelegt wird.
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Beim
Betrieb wird die Vorrichtung aus 2 und 3 von
der Versorgungseinheit 118 über die Elektroden 104 und 106 in
einem Spannungsbereich versorgt, in dem sie in einem Oberflächenschaltmodus
arbeitet, wodurch ein erster Bereich 112a und ein zweiter
Bereich 112b der Flüssigkristallschicht 112 in
der Nähe der
Ausrichtungsschichten 114 und 116 nicht nur effektiv
optisch entkoppelt sind (d.h. der maximale Flüssigkristalldirektor-Drehungswinkel
in einem Zwischenbereich 112c der Flüssigkristallschicht 112 ist > 70° und nähert sich vorzugsweise 90° an, d.h.
sie sind effektiv homöotrop),
sondern auch zueinander geneigt sind. Der erste und zweite Bereich 112a und 112b wirken
deshalb effektiv wie zwei getrennte aktive (d.h. variable oder einstellbare)
einachsige optische Verzögerer
mit zueinander geneigten optischen Achsen.
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Bei
einem besonderen (hohen) Spannungsniveau tritt ein optische Nullverzögerungszustand
in der Schicht 112 auf. Wenn die Polarisationsachsen 120 und 122 senkrecht
zueinander angeordnet sind, erzeugt dies eine Auslöschung von
Licht durch die Vorrichtung. Wenn die Polarisationsachsen 120 und 122 jedoch
parallel zueinander sind, findet eine maximale Lichttransmission
statt.
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Bei
einer anderen (niedrigeren) Spannung wirken diese aktiven optischen
Verzögerer
wie ein reiner optischer Halbwellenverzögerer für eine spezielle Lichtwellenlänge. Eine Änderung
des Spannungsniveaus ändert
die Wellenlänge,
bei der die optische Halbwellenverzögerung stattfindet. Es sollte
daher geschätzt
werden, dass der erste und zweite Bereich 112a und 112b nicht
genau als einachsige optische Verzögerer wirken, die vollständig optisch
entkoppelt sind. Dies würde
erfordern, dass alle Flüssigkristalldirektoren
im ersten Bereich 112a zueinander ausgerichtet sind, alle
Flüssigkristalldirektoren
im zweiten Bereich 112b zueinander ausgerichtet sind, und
die Flüssigkristalldirektoren
im Zwischenbereich 112c homöotrop sind. Ein solcher Zustand
ist praktisch nicht erzielbar, kann aber bis zu einem ausreichenden
Maß angenähert werden,
um die vorteilhaften Auswirkungen von zwei einachsigen optischen
Verzögerern
mit optischen Achsen, ausgerichtet mit den Ausrichtungsrichtungen 126 bzw. 128,
zu erhalten. Somit wirken der erste und der zweite Bereich 112a und 112b wie
hier beschrieben beim Betrieb wie ein erster und zweiter aktiver
optischer Verzögerer
mit zueinander geneigten optischen Achsen. Wenn der erste und zweite
Bereich wie ein optischer Nettohalbwellenverzögerer für Licht einer speziellen Wellenlänge in einer
Vorrichtung mit zueinander senkrechten Polarisatoren 115 und 116 wirken,
findet die maximale Transmission eines derartigen Lichts durch die
Vorrichtung statt. Andererseits wird die Transmission eines solchen
Lichts minimiert, wenn die Polarisatoren 114 und 116 zueinander
parallel sind.
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In
einem Bereich geringerer Spannungsniveaus arbeiten die aktiven optischen
Verzögerer
im einstellbaren Farbdoppelbrechungsmodus, so dass die Farbe des
Displays durch Veränderung
der Spannung innerhalb dieses Bereichs verändert werden kann.
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Beispiel 1
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Ein
LCD des allgemeinen Typs, wie er oben unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben
wurde, wurde mit Ausrichtungsschichten 108 und 110 aus
Polyimid hergestellt, was im Zustand bei Nullspannung etwa einen
5° Vorneigungswinkel
(Pretilt-Winkel) der Direktoren der Flüssigkristallmoleküle in jedem
Bereich 112a, 112b erzeugte. Solche Polyimidausrichtungsschichten 108 und 110 wurden
unter 135° zueinander
gerieben (d.h. unter einem Winkel α = 45° und in einer im Wesentlichen
antiparallelen Richtung). Die Zellenlücke (d.h. der Abstand zwischen
den Ausrichtungsschichten 108 und 110) wurde auf
25 μm festgesetzt,
und die Zelle wurde mit Flüssigkristallmaterial
BL037 (Merck Ltd) gefüllt.
Ein solcher Flüssigkristall
war undotiert (d.h. d/p = 0), was ein besseres Drehprofil für das optische
Entkoppeln des ersten und zweiten Bereichs bei einer begrenzten
Spannung liefert. Nach dem Füllen
hatte der LCD einen 45°-Drehwinkel
zum Flüssigkristallvektor
in einer ungespreizten Konfiguration (d.h. der Direktor besaß ein gleichmäßiges Drehprofil über die
gesamte Schicht; in einem gespreizten Profil variiert die Drehung über die
Dicke der Schicht). 4 zeigt die Transmission dieser
Vorrichtung zwischen zueinander parallelen linearen Polarisatoren
bei verschiedenen Spannungen (und somit optischen Verzögerungen).
Der entsprechende Skalenbereich, ausgedruckt auf dem 1931 CIE-Diagramm,
ist in 5 dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass verglichen
mit der Skala aus 1 der Farbton und die Sättigung,
die von dieser Vorrichtung erhalten werden können, gegenüber einem einzelnen einachsigen Element überlegen
sind. Insbesondere ist die Vorrichtung in der Lage, einen gesättigteren
roten Farbton zu erzeugen. Die folgende Tabelle gibt die Spannungen
wieder, bei denen die besten additiven und subtraktiven Primärfarben
beobachtet wurden.
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In
der obigen Tabelle ist L* die Helligkeit und a* und b* sind die
Farbkoordinaten, die den Farbton und die Sättigung der "Farbe" gemäß einem
anerkannten CIE-Farbsystem spezifizieren.
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Sehr ähnliche
Ergebnisse können
erhalten werden, wenn eine anfängliche
Drehung (d.h. Feld Null) von 45° in
einer gespreizten Konfiguration oder ein 135°-Drehzustand mit entweder einem
gespreizten (erfordert etwas chirales Dotiermittel) oder einem ungespreizten
Direktorprofil verwendet wird.
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Beispiel 2
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Es
ist möglich,
die Vorrichtung im Reflektionsmodus zu verwenden. Eine solche Vorrichtung
ist in 6 und 7 dargestellt, in denen Teile,
die denen der Vorrichtung aus 2 und 3 ähnlich sind,
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. In dieser Ausführungsform
ist jedoch der zweite lineare Polarisator 116 durch einen
polarisationsbewahrenden Reflektor 130 ersetzt, der auf
der Glasplatte 102 vorgesehen ist. Es liegt jedoch innerhalb
des Bereichs der vorliegenden Erfindung, den zweiten linearen Polarisator 116 beizubehalten
und den Reflektor hinter den zweiten linearen Polarisator 116 zu
setzen. Die zweite Elektrode 106 kann als der Reflektor
ausgebildet sein.
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In
dieser Ausführungsform
liegen die optischen Verzögerungen
des ersten Bereichs 112a und des zweiten Bereichs 112b im
Verhältnis
von etwa 2:1. In dieser Ausführungsform
befindet sich die Ausrichtungsrichtung 126 unter 15° zur Polarisationsachse 120 des
Polarisators 114, und die Ausrichtungsrichtung 128 befindet
sich unter einem Winkel von 60° zur
Ausrichtungsrichtung 126 und 75° zur Polarisationsachse 120 des Polarisators 114.
In einer alternativen Ausführungsform
liegen die Ausrichtungsrichtungen 126 und 128 relativ zueinander
unter 120°.
Das Verhältnis
Reflektivität
zu Wel lenlänge
für eine
solche Vorrichtung wurde als beinahe identisch zu dem der Vorrichtung
aus Beispiel 1 berechnet.
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Ein
LCD des oben in Verbindung mit 6 und 7 beschriebenen
allgemeinen Typs wurde präpariert,
wobei die Ausrichtungsoberflächen 108 und 110 unterschiedliche
Vorneigungswinkel aufweisen. Diese wurden hergestellt, indem zunächst eine
Polyimidschicht verwendet wurde, die gerieben wurde, um einen Vorneigungswinkel
von etwa 2° aufzuweisen.
Die Struktur, die die zweite Ausrichtungsschicht 110 liefern
sollte, wurde dann mit einer Flüssigkristallschicht
entsprechend der Lehre der EP-A-0467456 überzogen, deren Offenbarung
hier mittels Bezugnahme beinhaltet ist. Die Dicke einer solchen
Gelschicht kann gesteuert werden, um den gewünschten Vorneigungswinkel an
der letzten Schnittstelle mit der Flüssigkristallschicht 112 zu
liefern. Die Messung des Vorneigungswinkels in einer separaten Zelle
ergab einen Wert von etwa 35°.
Prinzipiell kann jede beliebige Ausrichttechnik verwendet werden,
die einen geeigneten Vorneigungswinkel ergibt. Eine 25 μm Zelle wurde
hergestellt, wobei 60° zwischen
den Ausrichtungsrichtungen 126 und 128 lagen,
und wurde mit BL037 Flüssigkristallmaterial
(Merck Ltd) gefüllt.
Die berechneten CIE Werte für
die Reflektivität,
die von einer solchen Vorrichtung zu erwarten ist, sind in 8 dargestellt.
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Beispiel 3
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In
diesem Beispiel wird die Vorrichtung aus Beispiel 2 mit einem oder
mehreren zusätzlichen
passiven (oder fixierten) optischen Verzögerern verwendet, um die Chromatizität für bestimmte
optische Verzögerungen der
aktiven optischen Verzögerer
zu verbessern. Eine Möglichkeit
liegt darin, einen passiven optischen Verzögerer mit einer Verzögerung bei
500 nm zu verwenden, dessen optische Achse unter 45° zur Polarisationsachse 120 des
Polarisators 114 angeordnet ist. Das in Beispiel 1 beschriebene
Flüssigkristallmaterial 112 kann anschließend zwischen
dem Polarisator 114 und diesem passiven Verzögerer angeordnet
werden, wobei die Ausrichtungsrichtung 126 der ersten Ausrichtungsoberfläche 108 unter
22.5° zur
Polarisationsachse 120 ausgerichtet ist, und die Ausrichtungsrichtung 128 der
zweiten Ausrichtungsoberfläche 110 unter –22.5° zur Polarisationsachse 120 ausgerichtet
ist. Die berechneten CIE Koordinaten für eine solche Vorrichtung im
Reflektionsmodus sind in 9 dargestellt. Wie ersichtlich
ist, ist die berechnete Chromatizitätsskala besser als die aus 1.
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Andere
Anordnungen sind möglich,
bei denen ein passiver Verzögerer
zwischen dem Polarisator 114 und der Flüssigkristallschicht 112 angeordnet
ist, die dann von der oben in Beispiel 2 beschriebenen Art sein kann.
Alternativ können
mehr als ein passiver optischer Verzögerer entweder vor oder hinter
der Flüssigkristallschicht 112 relativ
zum Polarisator 114 verwendet werden, wobei dessen Achse
sich unter 6.9° zum
Polarisator 114 befindet. In diesem Fall kann die Flüssigkristallschicht 112 des
im Beispiel 2 oben beschriebenen Typs aber mit einer 65.8°- oder 114.2°-Drehung
verwendet werden, wobei die Ausrichtungsrichtungen 126 und 128 unter
Winkeln a und b, die 34.5° bzw.
100.2° entsprechen,
relativ zur Polarisationsachse 120 des linearen Polarisators 114 angeordnet
sind.
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Beispiel 4
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Die
Vorrichtungen nach den Beispielen 1 und 2 können auch mit zusätzlichen
schaltbaren Elementen eines nematischen Typs kombiniert werden,
oder auch miteinander, um das chromatische Verhalten zu verbessern.
Während
lediglich nematische Vorrichtungen in diesem Beispiel in Betracht
gezogen werden, wird es als möglich
erachtet, ein ähnliches
Ergebnis zu erhalten, wenn wenigstens eine nematische erfindungsgemäße Vorrichtung
zusammen mit einer oder mehreren smektischen Vorrichtungen verwendet
wird.
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In
einer möglichen
Ausführungsform
wird die Vorrichtung aus Beispiel 1 in einem Display im Reflektionsmodus
verwendet, aber mit einem Neigungswinkel von entweder 27.6° oder 152.4°. In diesem
Fall würde die
Ausrichtungsrichtung 126 unter einem Winkel von 6.9° zur Polarisationsachse 120 angeordnet
sein und somit die Ausrichtungsrichtung 128 unter einem
Winkel von 34.5° relativ
zur Polarisationsachse 120. Eine zweite aktive schaltende
Vorrichtung (z.B. eine Pi-Zelle) könnte einen dritten aktiven
optischen Verzögerer
bilden, dessen optische Achse bei 100.2° relativ zur Polarisationsachse
liegt. Dies sollte zu einer dünneren
zweiten Vorrichtung führen,
da sie lediglich eine Verzögerung
liefern muss, die die Hälfte
der effektiven Verzögerung
eines jeden Bereichs 112a, 112b beträgt. In diesem
Fall werden die optischen Verzögerungen
in jedem Bereich 112a und 112b in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und die zweite aktive schaltende Vorrichtung im exakten Verhältnis von
2:1 gehalten. Bei Verwendung einer zweiten aktiven Schicht anstelle
eines passiven optischen Verzögerers
(wie oben in Beispiel 3) tritt der Vorteil auf, dass man in der
Lage ist, ein konstantes optisches Verzögerungsverhältnis bei allen Verzögerungswerten
aufrechtzuerhalten. Dies dürfte
eine weitere Verbesserung in der Chromatizitätsskala ermöglichen. 10 zeigt
die berechneten CIE Werte für
die Reflektivität
einer solchen Vorrichtung. Wie ersichtlich ist, wurde die berechnete
Skala deutlich gegenüber
der für
die Vorrichtung alleine (siehe 8) verbreitert.
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Es
wird angenommen, dass die Skala noch weiter verbessert werden kann,
indem zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen
in Reihe verwendet werden. Eine mögliche Konfiguration wäre, die
Vorrichtungen nach Beispiel 1 und 2 in Reihe zwischen einem Polarisator
und einem Reflektor zu kombinieren, die die folgenden Ausrichtungsrichtungen
aufweisen, die lediglich beispielhaft angegeben werden.
| Ausrichtungsrichtung | Winkel
relativ zu Achse 120 |
| Achse 126 | 6.5° |
| Achse 128 | 25.7° |
| 126 (Beispiel
2) | 64.3° |
| 128 (Beispiel
2) | 135° |
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Die
berechnete Chromatizitätsskala,
die von einer solchen Vorrichtung erhalten werden kann, ist in 11 dargestellt.
Die berechnete Skala einer solchen Vorrichtung ist gegenüber den
vorherigen Beispielen deutlich verbessert, wodurch eine Vorrichtung
mit besonders gesättigten
Farben ermöglicht
wird.
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Beispiel 5
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Bezugnehmend
auf 12 sind Teile, die denen der zuvor beschriebenen
Vorrichtungen ähneln,
mit denselben Bezugsziffern versehen. In dieser Ausführungsform
ist eine Flüssigkristallzelle
vorgesehen, die durch einen Teiler in Form einer dünnen Membran 140 in
zwei Teile geteilt ist. In diesem speziellen Beispiel liefert eine
solche Membran eine homöotrope
Ausrichtung der Direktoren der Flüssigkristallmoleküle im zentralen
Bereich 112c der Schicht 112, um für eine vollständige Entkopplung
des ersten und zweiten Bereichs 112a und 112b zu
sorgen. Die Ausrichtungsschichten 108 und 110 induzieren
die Ausrichtung in geeigneten Richtungen, und unterschiedliche Vorneigungswinkel
können
abhängig
vom erforderlichen Betriebsmodus verwendet werden. Alle Anordnungen
und Betriebsarten, die bisher beschrieben wurden, können verwendet werden.
Dieses Beispiel besitzt den Vorteil, dass optische Verzögerungen
im ersten und zweiten Bereich erhalten werden können, die größer sind
als bei den vorherigen Beispielen, da das Zentrum der Zelle für alle angelegten
Spannungen homöotrop
ist. Die Membran 140 kann als ein passiver optischer Verzögerer wirken.
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Bezugnehmend
auf 13 ist die Vorrichtung in dem Punkt ähnlich zu
der aus 12, dass die Membran 140 enthalten
ist, und ähnliche
Teile sind ähnlich
beziffert. In dieser Ausführungsform
jedoch sind die Ausrichtungsschichten 150 und 152 an
den gegenüberliegenden
Oberflächen
der Membran 140 derart, dass sie eine nicht-homöotrope Ausrichtung
der angrenzenden Flüssigkristalldirektoren
erzeugen. Eine erste und eine zweite Flüssigkristallzelle LC1 und LC2
mit entsprechenden Flüssigkristallschichten 154 und 156 sind
an gegenüberliegenden
Seiten der Membran 140 vorgesehen. Die Ausrichtungsschichten 108 und 150 der
ersten Zelle LC1 und die Ausrichtungsschichten 152 und 110 der
zweiten Zelle LC2 sind gerieben oder auf andere Weise ausgerichtet,
so dass die Ausrichtungsrichtungen in den Flüssigkristallschichten 154 und 156 unterschiedlich
sind.
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Eine
von beiden oder beide Zellen aus 13 sind
von dem Typ, wie oben unter Bezugnahme auf 2 oder 6 beschrieben
wurde, so dass die Zelle oder jede Zelle ihren eigenen ersten und
zweiten Bereich 112a und 112b besitzt, die durch
den Bereich 112c getrennt sind, wie oben beschrieben wurde.
Wie bei 12 kann die Membran 140 aus 13 einen
passiven optischen Verzögerer
definieren.
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Bei
Ausführungsformen,
bei denen lediglich eine der Zellen LC1 und LC2 von dem in 2 oder 6 dargestellten
Typ ist, kann die andere Zelle beispielsweise eine Pi-Zelle, eine
Freedericksz-Zelle, eine HAN-Zelle oder eine gedrehte nematische
Zelle sein.
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In 14 ist
eine hierzu ähnliche
Anordnung gezeigt, bei der die Membran 140 weggelassen
ist und jede separate ausgerichtete Zelle unabhängig von einer entsprechenden
Versorgungseinheit 118 versorgt wird, anstatt gemeinschaftlich
versorgt zu werden.
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Die
in 13 und 14 dargestellten
Elemente 157 und 158 bilden einen ersten bzw.
einen zweiten linearen Polarisator, wenn die Vorrichtung im Transmissionsmodus
verwendet werden soll. Alternativ bilden die Elemente 157 und 158 einen
linearen Polarisator bzw. einen Reflektor, wenn die Vorrichtung
im Reflektionsmodus verwendet werden soll.
