DE69838357T2

DE69838357T2 - Breitbandige reflektive Anzeigevorrichtung und ihre Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69838357T2
Application number: DE69838357T
Authority: DE
Inventors: Greg P. Providence Crawford; Thomas G. Campbell Fiske; Louis D. Scottsdale Silverstein
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-27
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JPH10221679A; JP4638965B2; US5875012A; JP2009075624A; DE69838357D1; EP0856768A3; EP0856768A2; EP0856768B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung und Verfahren zum Ausbilden derselben. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung, wie in Anspruch 1 dargestellt, und ein Verfahren zum Ausbilden derselben, wie in Anspruch 11 dargestellt.
In jüngster Zeit sind unterschiedliche Typen von reflektierenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen entwickelt worden. Viele dieser reflektierenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nutzen Flüssigkristall-Polymer-Dispersionstechnologien. Derartige Anzeigevorrichtungen übertreffen im Hinblick auf den Betrieb im reflektierenden Modus herkömmliche, Polarisator basierte Anzeigevorrichtungen.
Ein Beispiel eines Typs einer derartigen reflektierenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist die Polymer dispergierte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (PDLC, polymer dispersed liquid crystal), die nach dem Prinzip der elektrisch geregelten Lichtstreuung arbeitet. Bei dieser Technologie sind Flüssigkristall-Tröpfchen in eine Polymer-Matrix eingebettet. Im ausgeschalteten Zustand ist die Ausrichtung der Flüssigkristall-Tröpfchen (Symmetrieachse) zufällig, was auf Grund dessen, dass der effektive Brechungsindex des Flüssigkristalls nicht mit dem des Polymers zusammenpasst, einen trüben, gestreuten Belag zur Folge hat. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes richtet sich der Flüssigkristall innerhalb der Flüssigkristall-Tröpfchen parallel zum elektrischen Feld aus und das Verbundmaterial wird transparent. Kontrastverhältnisse im reflektierenden Direktbetrachtungsmodus liegen im Bereich von 5 bis 10 : 1 und sind sehr von der Zellenstärke abhängig. Ferner liegt das Reflexionsvermögen der Polymer dispergierten, reflektierenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bei nur etwa 12 bis 15 %.
Ein anderer Typ von reflektierender Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist die Polymer dispergierte cholesterische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (PDCLC, polymer dispersed cholesteric liquid crystal), die nach dem Prinzip der Bragg-Reflexion arbeitet. Derartige cholesterische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen haben ein Kontrastverhältnis von annähernd etwa 10 : 1 bei einem photopischen Reflexionsvermögen von 10 bis 13 % bei Umgebungs-Lichtverhältnissen und einem Spitzen-Reflexionsvermögen von annähernd 40 % bei der Bragg-Wellenlänge.
Ein anderer Typ von reflektierender Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist eine reflektierende Anzeigevorrichtung mit Polymer stabilisierter cholesterischer Struktur (PSCT, polymer stabilized cholesteric structure). Die reflektierende Anzeigevorrichtung mit Polymer stabilisierter cholesterischer Struktur verwendet eine kleine Menge Polymer-Additiv im cholesterischen Flüssigkristall-Medium, das sich zu einer stabilisierenden Vernetzung aufbaut. Über Kontrastverhältnisse zwischen 20 bis 30 : 1 bei 10 bis 15 % photopischer Reflexion bei Umgebungs-Lichtverhältnissen wurde berichtet, und annähernd 40 % Spitzen-Reflexionsvermögen bei der Bragg-Wellenlänge. Ähnliche Anzeigevorrichtungen ohne das Polymer mit vergleichbarer Leistung wurden gezeigt.
Ein modernerer Typ reflektierender Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist die holografische, Polymer dispergierte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, Über eine derartige Anzeigevorrichtung wird in „Holographically formed liquid crystal/polymer device for reflective color displays" von Tanaka und anderen im „Journal of the Society for Information Display", Band 2, Nr. 1, 1994, Seiten 37–40, berichtet. Weitere Entwicklungen von Tanaka und anderen hinsichtlich der Optimierung einer derartigen holografischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung werden in „Optimization of Holographic PDLC for Reflective Color Display Applications" im SID '95 Digest, Seiten 267–270, berichtet. Dieser holografisch ausgebildete Polymer dispergierte Flüssigkristall wird hergestellt, indem man optische Interferenz-Techniken anwendet, um Flächen von Flüssigkristall-Tröpfchen an vorher bestimmten Positionen innerhalb der Probe auszubilden, wodurch eine Modulation in der Dichte der Flüssigkristall-Tröpfchen hergestellt wird. Die sich ergebende optische Interferenz reflektiert die Bragg-Wellenlänge im ausgeschalteten Zustand, wenn die in den Tröpfchen eingeschlossenen Flüsssigkristallmaterial-Interpolatoren falsch ausgerichtet sind. Bei Anlegen einer Spannung geht die periodische Brechungsindex-Modulation gegen Null, wenn der Brechungsindex des Flüssigkristalls annähernd mit dem Brechungsindex des Polymers zusammenpasst, und das gesamte einfallende Licht wird durchgelassen. Der spektrale Reflexionsgrad der Anzeigevorrichtung wird während des Herstellungsprozesses bestimmt und kann so ausgewählt werden, dass er alle sichtbaren Wellenlängen reflektiert. Die oben beschriebene holografische, reflektierende Flüssigkristall/Polymer-Farbanzeigevorrichtung wird mit einem isotropen Polymer gebildet, was zur Folge hat, dass während der Phasentrennung Flüssigkristall-Tröpfchen ausgebildet werden. Da das Polymer isotrop ist, sind die Moleküle des Polymers zufällig ausgerichtet, und die Anzeigevorrichtung weist, wenn sie aus einem Winkel betrachtet wird, auf Grund dessen, dass der effektive Brechungsindex des Flüssigkristalls und derjenige des Polymers nicht zusammenpassen, eine sichtbare Milchigkeit oder Trübung auf, die sich bei großen Blickwinkeln verbessert. Zusätzlich erfordert diese Anzeigevorrichtung auf Grund der kugelförmigen Flüssigkristall-Tröpfchen eine verhältnismäßig große Steuerspannung. Im Besonderen ist die zum Steuern der Anzeigevorrichtung nötige Spannung proportional zum Oberfläche/Volumen-Verhältnis der Flüssigkristall-Tröpfchen. Derartige kugelförmige Tröpfchen haben ein Oberfläche/Volumen-Verhältnis von 3/R, wobei R der Radius des Tröpfchens ist.
EP-A-0856766 legt holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtungen und Projektionssysteme offen. Wie in 4 veranschaulicht, umfasst die mehrfarbige Flüssigkristallanzeigevorrichtung drei holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtungen, wobei jede eine andere Licht-Wellenlänge reflektiert, zum Beispiel rotes, grünes und blaues Licht reflektieren kann. Diese Anzeigevorrichtungen können typischerweise eine Bandbreite von 20 nm für jede Farbe aufweisen.
Der Aufsatz von Crawford G. P. und anderen: „Reflective Color Displays for Imaging Applications", „Final Program and Proceedings of the IS&T/SID Color Imaging Conference": „Color Science, Systems and Applications", 7. November 1995 (1995-11-07), Seiten 52–58, legt ein holografisch strukturiertes, Polymer dispergiertes Flüssigkristall-Material offen, das von Substrat-Paaren gebildet wird, zwischen denen eine Gruppe von Flüssigkristall- und Polymerschichten vorhanden ist. Die Flüssigkristall- und Polymerschichten zwischen jedem Substrat-Paar reflektieren verschiedene Licht-Wellenlängen.
Es besteht eine Notwendigkeit, eine reflektierende Anzeigevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei reduzierten Steuerspannungen funktionieren kann, ein verbessertes Reflexionsvermögen bei verhältnismäßig großen Bandbreiten aufweist, und ein von Trübungen freies Erscheinungsbild hat, wenn sie aus verschiedenen Betrachtungswinkeln angeschaut wird.
Um diese und andere Probleme zu lösen, stellt diese Erfindung in einer ersten Ausführungsform eine breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung zur Verfügung, die sowohl verbessertes Reflexionsvermögen als auch keinerlei Trübung oder Milchigkeit beim Anschauen aus verschiedenen Betrachtungswinkeln, eine im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen verringerte Steuerspannung und einen verbesserten photopischen Reflexionsgrad aufweist. Die breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung der Erfindung umfasst eine Vielzahl von Substrat-Paaren, eine Vielzahl von zwischen jedem der Substrat-Paare ausgebildeten Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten, wobei jede der Flüssigkristall- und Polymerschichten andere Licht-Wellenlängen reflektiert.
Ein umfassenderes Verständnis der Erfindung kann man durch Beachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erreichen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, und in denen gilt:
1a ist eine schematische Ansicht, die die reflektierende Anzeigevorrichtung vor Einsatz störenden Lasers während des Aufbaus der Anzeigevorrichtung veranschaulicht;
1b ist eine schematische Ansicht, die ein vergleichbares Beispiel einer reflektierenden Anzeigevorrichtung veranschaulicht;
2a bis 2c veranschaulichen die homogenen und homöotropen Oberflächen-Randbedingungen des vergleichbaren Beispiels einer reflektierenden Anzeigevorrichtung im ausgeschalteten Zustand;
3a bis 3c veranschaulichen die homogenen und homöotropen Oberflächen-Randbedingungen des vergleichbaren Beispiels einer reflektierenden Anzeigevorrichtung im eingeschalteten Zustand;
4 veranschaulicht ein zweites vergleichbares Beispiel einer reflektierenden mehrfarbigen Flüssigkristallanzeigevorrichtung;
5 veranschaulicht ein Projektionssystem, das drei vergleichbare Beispiele reflektierender Anzeigevorrichtungen umfasst;
6 veranschaulicht eine breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach einem Beispiel der Erfindung;
7a ist ein Diagramm, das Reflexionsgrad im Vergleich zu Wellenlänge veranschaulicht;
7b ist ein Diagramm, das Chromatizität und photopischen Spitzen-Reflexionsgrad veranschaulicht;
8a ist ein Diagramm, das Reflexionsgrad im Vergleich zu Wellenlänge veranschaulicht; und
8b ist ein Diagramm, das Chromatizität und photopisches Spitzen-Reflexionsvermögen veranschaulicht.
1a veranschaulicht eine holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung während der Herstellung. Zwischen Substraten 10 sind Indium-Zinnoxid-Schichten 12 und Justierungsschichten 14 ausgebildet. Justierungsschichten 14 können, wie weiter unten erläutert wird, wo homogenen Oberflächen-Randbedingungen erwünscht sind, eine geriebene Polymerschicht, oder, wo zum Beispiel homöotrope (vertikale) Oberflächen-Randbedingungen erwünscht sind, eine Silan-Tensid-Schicht sein. Versetzt zwischen den Justierungsschichten 14 befindet sich ein in einem Flüssigkristall-Lösemittel gelöstes anisotropes Polymer. Das anisotrope Polymer 18 kann ein fotoaktives Monomer und geeigneten Photo-Initiator enthalten. Die Flüssigkristall-Polymer-Mischung 16 wird durch mechanische Bewegung und Hitze homogenisiert.
Dann wird die Vorrichtung zum Beispiel mit störenden Laserstrahlen A und B bestrahlt, die innerhalb der Vorrichtung Interferenzstreifen bilden. Die resultierende Struktur wird in 1b veranschaulicht. Bereiche innerhalb der Flüssigkristall-/Polymermischung 16, die die starke Intensität des Interferenzbildes des Lasers erfahren, werden reich an Polymer und bilden Polymerlagen 20 und diejenigen Bereiche, in denen die Intensität schwach ist, werden frei von Polymer und bilden Flüssigkristallbereiche 22. Wie man in 1b sehen kann, formieren sich die Polymerlagen 20 und die Flüssigkristallbereiche 22 zu einer mehrschichtigen Struktur.
Die holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 8 wird in 2a in einem ausgeschalteten Zustand veranschaulicht. Der ausgeschaltete Zustand tritt auf, wenn zwischen den Indium-Zinnoxid-Schichten 12 kein elektrisches Feld angelegt ist. Im ausgeschalteten Zustand ist die Anzeigevorrichtung transparent und das gesamte Licht wird durch die Anzeigevorrichtung durchgelassen, weil die Moleküle der Flüssigkristallbereiche 22 mit den Molekülen, die die Polymerlagen 20 bilden, effektiv im Index zusammenpassen und nach ihnen ausgerichtet sind.
In 2b und 2c, die vergrößerte Ansichten der Flüssigkristallschicht 22 und der Polymerlagen 20 jeweils innerhalb der Kreise 15 und 17 der 2a und 3a sind, ist die Ü bereinstimmung im Index im ausgeschalteten Zustand für homogene und homöotrope Oberflächen-Randbedingungen veranschaulicht. Im Besonderen veranschaulicht 2b die homogenen Oberflächen-Randbedingungen, die sich ausbilden, wenn die Justierungsschicht 14 eine geriebene Polymerschicht ist. Eine derartige geriebene Polymerschicht ist normalen Kennern der Technik wohl bekannt, und wird durch herkömmliche Reibetechniken ausgebildet. Die geriebene Polymerschicht bewirkt, dass sich die Moleküle innerhalb der Polymerlagen 20 und innerhalb der Flüssigkristallbereiche 22 entlang der planaren Ausrichtungslinie des nematischen Flüssigkristall-Mediums in einer Richtung formieren, die im Allgemeinen parallel zu einer Oberfläche des Substrats 10 ist. Wie man mit Bezug auf 2b sehen kann, sind die Moleküle länglich und in einer einzigen Richtung ausgerichtet, weil die Polymer-Moleküle, die die Polymerlagen 20 bilden, anisotrope Polymer-Moleküle sind. Ebenso sind die Moleküle, die Flüssigkristallbereiche 22 bilden, anisotrop und sind deshalb in der gleichen Richtung wie die Moleküle, die die Polymerlagen bilden, ausgerichtet. Diese der Index-Übereinstimmung entsprechende Ausrichtung reduziert in hohem Maß Trübung in der holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 8, wenn sie aus verschiedenen Betrachtungswinkeln angeschaut wird. Im Gegensatz dazu verwenden herkömmliche holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtungen isotrope Polymere, die zufällig ausgerichtet sind und folglich Trübung und Milchigkeit bewirken, wenn sie aus verschiedenen Betrachtungswinkeln angeschaut werden.
In 2c, die eine vergrößerte Ansicht des in 2a gezeigten Kreises 15 ist, werden homöotrope Oberflächen-Randbedingungen für die reflektierende Anzeigevorrichtung 8 veranschaulicht. Die homöotropen Oberflächen-Randbedingungen werden erzeugt, wenn Justierungsschicht 14 vertikale Ausrichtung umfasst. Ein Beispiel ist eine Silan-Tensid-Schicht. Dies bewirkt, dass sich das anisotrope Polymer, wie in 2c veranschaulicht, innerhalb der Polymerlagen 20 im Wesentlichen vertikal zu einer Oberfläche der Substrate ausrichtet. Ebenso richten sich die Moleküle in der gleichen Richtung wie die anisotropen Polymer-Moleküle, die die Polymerlagen 20 bilden, aus, weil sie innerhalb des Flüssigkristallbereichs 22 anisotrop sind. Wiederum reduziert Verwendung des anisotropen Polymers in hohem Maß Trübung und Milchigkeit in der holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 8, wenn sie aus verschiedenen Betrachtungswinkeln angeschaut wird.
3a veranschaulicht die holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 8 in einem eingeschalteten Zustand. Im eingeschalteten Zustand ist zwischen den Indi um-Zinnoxid-Schichten 12 Spannung von einer Spannungsquelle 24 angelegt. Dies erzeugt ein elektrisches Feld in der von Pfeil E veranschaulichten Richtung und bewirkt, dass die Anzeigevorrichtung Licht einer gewünschten Wellenlänge reflektiert. Die gewünschte Wellenlänge des reflektierten Lichts kann während der Formierung der Anzeigevorrichtung durch zweckdienliches Regeln der Wellenlängen der Interferenzstreifen, die vom Laser oder anderen während der Formierung der Vorrichtung verwendeten holografischen Einrichtungen erzeugt werden, gewählt werden.
3b ist eine vergrößerte Ansicht des innerhalb des Kreises 17 in 3a für homogene Oberflächen-Randbedingungen gezeigten Bereiches. Anlegen des elektrischen Feldes E zwischen den Indium-Zinnoxid-Schichten bewirkt, dass sich Moleküle mit positiver dielektrischer Anisotropie innerhalb der Flüssigkristallbereiche 22 parallel zu der Richtung, wie sie in 3b veranschaulicht ist, ausrichten. Dies bewirkt, dass Licht von einer gewünschten Wellenlänge reflektiert wird, während alles andere Licht durchgelassen wird.
Homöotrope Oberflächen-Randbedingungen für die holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 8 im eingeschalteten Zustand werden in 3c veranschaulicht. Für den Fall homöotroper Ausrichtung verwendet man ein Flüssigkristall-Material mit negativer dielektrischer Anisotropie. Hier bewirkt Anlegen des elektrischen Feldes E, dass sich die Moleküle mit negativer dielektrischer Anisotropie innerhalb des Flüssigkristallbereiches 22 vertikal zur Richtung des Feldes E ausrichten, was veranlasst, dass Licht von der gewünschten Wellenlänge reflektiert wird.
Eine mehrfarbige Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die drei holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtungen (wie in 1 bis 3c gezeigt) vereinigt, wird in 4 veranschaulicht. Für den Fall homogener Oberflächen-Ausrichtung verwendet man Flüssigkristall-Material mit positiver dielektrischer Anisotropie. Die mehrfarbige Flüssigkristallanzeigevorrichtung 26 umfasst drei holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtungen 25, 27 und 29 (die der holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 8 ähnlich sind), wobei jede eine andere Licht-Wellenlänge reflektiert. Die mehrfarbige Flüssigkristallanzeigevorrichtung 26 umfasst Schwarz-Absorber 28, der verwendet wird, nicht reflektierte Wellenlängen zu absorbieren und den Kontrast in der Anzeigevorrichtung zu verbessern. Wie in 4 veranschaulicht, wird die Oberseite 31 der mehrfarbigen Flüssigkristallanzeigevorrichtung 26 Umgebungslicht in der Richtung von Pfeil F ausgesetzt. Um ein Bild zu gestalten, werden die Spannungsquellen 24 un abhängig geregelt, um wahlweise Licht von jeder der holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtungen 8 zu reflektieren, wobei jede Licht einer anderen Wellenlänge reflektiert. Zum Beispiel kann die obere reflektierende Anzeigevorrichtung 25 in 4 Licht von 465 nm reflektieren, die mittlere holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 27 kann Licht von 545 nm reflektieren, und die untere holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 29 kann Licht von 620 nm reflektieren, auf diese Weise wird Licht von jeweils blauen, grünen und roten Wellenlängen reflektiert. Durch wahlweises Aktivieren der drei holografischen, reflektierenden Anzeigevorrichtungs-Schichten kann aus einfallender Breitband-Beleuchtung ein Mehrfarbbild gestaltet werden.
5 veranschaulicht ein mehrfarbiges Projektionssystem 31, das eine erste holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 30, die wahlweise rotes Licht von einer ungefähren Wellenlänge von 620 nm reflektieren kann, eine zweite holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 32, die grünes Licht von ungefähr 545 nm reflektieren kann, und eine dritte holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 34, die blaues Licht von ungefähr 465 nm reflektieren kann, umfasst.
Licht wird von einer Lichtquelle 36 zugeführt und nach Auftreffen auf die erste holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 30 wird rotes Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 620 nm in der Richtung des Pfeils G auf Spiegel 38 reflektiert, wird (dort wiederum) reflektiert und tritt in einer Richtung des Pfeils H aus. Licht, das nicht die rote Wellenlänge von ungefähr 620 nm aufweist, wird von der ersten holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 30 in der Richtung von Pfeil I zur zweiten holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 32 durchgelassen. Die zweite holografisch ausgebildete, reflektierende Anzeigevorrichtung 32 reflektiert Licht mit einer grünen Wellenlänge von ungefähr 545 nm in der Richtung des Pfeils J auf eine Oberfläche des ersten dichroitischen Spiegels 40. Der erste dichroitische Wellenlängen-Spiegel 40 lässt das von Spiegel 38 reflektierte rote Licht durch und reflektiert das grüne Licht in einer Richtung des Pfeils H. Licht von der Lichtquelle 36, das von der zweiten holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 32 nicht reflektiert wird, wird zur dritten holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 34 durchgelassen, die Licht mit einer blauen Wellenlänge von ungefähr 465 nm in der Richtung des Pfeils K auf eine Oberfläche des zweiten dichroitischen Spiegels 42 reflektiert.
Licht, das von der dritten holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtung 34 nicht reflektiert wird, wird zu Licht-Stopper 35 durchgelassen. Der zweite dichroitische Spiegel 42 reflektiert das Licht mit blauer Wellenlänge in der Richtung des Pfeils H und lässt das rote und grüne Licht von Spiegel 38 und vom ersten dichroitischen Spiegel 40 zum Austritt durch. Auf diese Weise kann vom mehrfarbigen Projektionssystem 31 ein Bild gestaltet und projiziert werden.
Die oben erwähnten Reflexions-Wellenlängen für die ersten, zweite und dritten holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtungen 30, 32 und 34 des Projektionssystems 31 können auf den gewünschten Wert verändert werden, indem man, wie oben im Hinblick auf die Ausführungsform von 2a bis 3c erörtert, die Wellenlänge des Lichtes, das von jeder Anzeigevorrichtung bis zu einem gewünschten Wert reflektiert wird, reguliert.
Die oben beschriebenen holografisch ausgebildeten, reflektierenden Anzeigevorrichtungen können durch Verwendung eines chiralen nematischen oder ferroelektrischen Flüssigkristall-Materials an Stelle eines typischen nematischen Flüssigkristall-Materials, das normalerweise verwendet würde, bistabile Schaltung ausführen.
6 veranschaulicht eine breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung 47 der Erfindung. Die breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung 47 ist identisch mit der reflektierenden Anzeigevorrichtung 26 der 4 mit der Ausnahme, dass sie auch eine Vielzahl von Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 48–64 umfasst. Jeder der Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 48–64 kann eine Flüssigkristallschicht und eine Polymerschicht oder eine Vielzahl von Flüssigkristallschichten und eine Vielzahl von Polymerschichten umfassen. Jeder der Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 48–64 ist ausgebildet, eine andere Licht-Wellenlänge zu reflektieren. Die Gruppe von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 48 kann zum Beispiel Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 610 nm hat, wechselnde Flüssigkristall- und Polymerschichten 50 können Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 630 nm hat, wechselnde Flüssigkristall- und Polymerschichten 52 können Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 650 nm hat. Die drei Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 48, 50 und 52 reflektieren folglich eng beieinander liegende rote Licht-Wellenlängen, von denen jede eine Bandbreite von zum Beispiel 20 nm hat.
Ebenso kann die Gruppe von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 54 Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 520 nm hat, wechselnde Flüssigkristall- und Polymerschichten 56 können Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 540 nm hat, wechselnde Flüssigkristall- und Polymerschichten 58 können Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 560 nm hat. Die drei Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 54, 56 und 58 reflektieren folglich eng beieinander liegende grüne Licht-Wellenlängen, von denen jede eine Bandbreite von zum Beispiel 20 nm hat.
Ebenso kann die Gruppe von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 60 Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 440 nm hat, wechselnde Flüssigkristall- und Polymerschichten 62 können Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 460 nm hat, wechselnde Flüssigkristall- und Polymerschichten 64 können Licht reflektieren, das eine mittlere Wellenlänge von 480 nm hat. Die drei Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 60, 62 und 64 reflektieren folglich eng beieinander liegende blaue Licht-Wellenlängen, von denen jede eine Bandbreite von zum Beispiel 20 nm hat.
Die Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten 48–64 werden typischerweise, wie oben im Hinblick auf die Ausführungsform der 3a beschrieben, eine nach der anderen ausgebildet, wobei jede Gruppe von Schichten gehärtet wird, um die geeignete Licht-Wellenlänge zu reflektieren, bevor die nächste Gruppe von Schichten ausgebildet wird. Dann wird die nächste Gruppe von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten zum Beispiel durch wohlbekannte Beschichtungsverfahren ausgebildet und der Laser oder eine andere holografische Einrichtung wird auf die geeignete Wellenlänge reguliert. Auf diese Weise wird jede Gruppe von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten so ausgebildet, dass sie die geeignete Wellenlänge aufweist. Typischerweise kann jede Gruppe von wechselnden Flüssigkristallen und Polymeren 10 bis 20 Schichtpaare umfassen, obwohl je nach Erfordernis mehr oder weniger verwendet werden können.
Die Anzahl der Schichten kann je nach Wunsch reguliert werden, um den Reflexionsgrad und die spektrale Bandbreite zu vergrößern, aber eine größere Zahl von Schichten erfordert eine höhere Steuerspannung. Zusätzlich kann die mittlere Bandbreite jeder Gruppe von Schichten je nach Wunsch reguliert werden.
7a ist ein Diagramm, das Wellenlänge im Vergleich zum Reflexionsgrad für eine reflektierende Anzeigevorrichtung, wie zum Beispiel die in 4 gezeigte, mit drei Schichten von 20 nm Bandbreite veranschaulicht, wobei jeweils eine bei 460 nm, 540 nm und 630 nm zentriert ist. Wenn bei der grünen Wellenlänge ein Reflexionsgrad von 100 % erreicht ist, werden die Reflexionsgrad-Werte der blauen und roten Spitzen, wie in 7a gezeigt, reguliert, um die gewünschte Weißpunkt-Chromatizität zu erzielen. 7b ist ein Chromatizitäts-Diagramm, das die sich ergebenden Chromatizitätswerte der roten, blauen und grünen Grundfarben und des Weißpunktes für die in 4 gezeigte Anzeigevorrichtung veranschaulicht. Der in 7b mit "H-PDLC" bezeichnete dreieckige Bereich stellt die Farbpalette oder den Farbbereich dar, den die Anzeigevorrichtung während einer breitbandigen Beleuchtung von D50 wiedergeben kann. Zum Vergleich wird eine ähnliche Farbpalette für eine typische Farb(CRT)-Anzeigevorrichtung gezeigt. Wie in 7b vermerkt, liegt der photopische Weiß-Reflexionsgrad für diese Anzeigevorrichtung bei 24 %.
8a ist ein Diagramm, das Wellenlänge im Vergleich zum Reflexionsgrad für eine reflektierende Anzeigevorrichtung, wie zum Beispiel die in 6 gezeigte, mit neun Schichten von 20 nm Bandbreite veranschaulicht, wobei jeweils eine bei 440 nm, 460 nm, 480 nm, 520 nm, 540 nm, 560 nm, 610 nm, 630 nm und 650 nm zentriert ist. Die relativen Reflexionsgrad-Werte der grünen, roten und blauen Spitzen werden, wie in 8a gezeigt, reguliert, um die gewünschte Weißpunkt-Chromatizität zu erzielen. Da diese Konfiguration im Vergleich zur Anzeigevorrichtung der 4 die Bandbreite der Reflexionsgrad-Spitzen deutlich vergrößert, erhöht sich der photopische Weiß-Reflexionsgrad für diese Anzeigevorrichtung auf 61 %. Das Chromatizitäts-Diagramm in 8b veranschaulicht die sich ergebenden Chromatizitätswerte der roten, grünen und blauen Grundfarben und des Weißpunktes für die in 6 gezeigte Anzeigevorrichtung. Der mit "H-PDLC" bezeichnete dreieckige Bereich stellt die Farbpalette oder den Farbbereich dar, den die Anzeigevorrichtung während einer breitbandigen Beleuchtung von D50 wiedergeben kann. Zum Vergleich wird eine ähnliche Farbpalette für eine typische Farb(CRT)-Anzeigevorrichtung gezeigt. Die Erhöhung des photopischen Weiß-Reflexionsgrades erzielt man, wie in 8b ersichtlich, auf Kosten einer geringfügig verkleinerten Farbpalette.

Claims

Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung, die umfasst: eine Vielzahl von Substrat-Paaren (10); und zwischen jedem der Substrat-Paare (10) ausgebildete Flüssigkristall- und Polymerschichten (20, 22), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) zwischen jedem der Substrat-Paare (10) ausgebildet ist, wobei jede der Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten verschiedene Licht-Wellenlängen reflektiert.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkristall entweder aus einem nematischen Flüssigkristall-Material, aus einem chiralen Flüssigkristall-Material, oder aus einem ferroelektrischen Flüssigkristall-Material besteht.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Flüssigkristall- und Polymermoleküle, die die anisotropen Polymerschichten (48–64) bilden, im Index so angepasst werden, dass eine Trübung in der Anzeigevorrichtung reduziert wird, wenn sie aus verschiedenen Betrachtungswinkeln angeschaut wird.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die verschiedenen Licht-Wellenlängen wahlweise abstimmbar sind.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vielzahl von Substrat-Paaren (10) erste, zweite und dritte Substrat-Paare umfasst.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Vielzahl von wechselnden Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) erste, zweite und dritte Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten umfasst, die zwischen jedem der ersten, zweiten und dritten Substrat-Paare (10) ausgebildet sind.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, bei der die ersten, zweiten und dritten Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) zwischen dem ersten Substrat-Paar Licht reflektieren, das Wellenlängen von jeweils etwa 610 nm, 630 nm und 650 nm aufweist, die ersten, zweiten und dritten Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten zwischen dem zweiten Substrat-Paar Licht reflektieren, das Wellenlängen von jeweils etwa 520 nm, 540 nm und 560 nm aufweist, und die ersten, zweiten und dritten Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten zwischen dem dritten Substrat-Paar Licht reflektieren, das Wellenlängen von jeweils etwa 440 nm, 460 nm und 480 nm aufweist.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Anzeigevorrichtung in einem umgekehrten Modus funktioniert, in welchem dann, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, die breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung transparent ist, und wenn ein elektrisches Feld angelegt ist, die breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung verschiedene Licht-Wellenlängen reflektiert.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine geriebene Polymerschicht (14) umfasst, die zwischen den Substraten (10) und dem Flüssigkristall so ausgebildet ist, dass zwischen Polymermolekülen innerhalb der Polymerlagen und Flüssigkristall-Molekülen innerhalb des Flüssigkristalls homogene Oberflächen-Randbedingungen bewirkt werden.
Breitbandig reflektierende Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Material (14) umfasst, das eine zwischen den Substraten und dem Flüssigkristall ausgebildete homöotrope Beschichtungs-Verankerung hervorruft, um zwischen Polymermolekülen innerhalb der Polymerlagen und Flüssigkristall-Molekülen innerhalb des Flüssigkristalls homöotrope Oberflächen-Randbedingungen zu bewirken.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung, das umfasst: Ausbilden einer Vielzahl von Substrat-Paaren (10); und Ausbilden von Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) zwischen jedem der Substrat-Paare, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) zwischen jedem der Substrat-Paare gebildet wird, wobei jede der Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten verschiedene Licht-Wellenlängen reflektiert.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11, bei dem der Flüssigkristall ein anisotropes Flüssigkristall-Material ist.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, das ferner ein Anpassen der Indices des Flüssigkristalls und der anisotropen Polymerlagen umfasst, damit Trübung in der Anzeigevorrichtung reduziert wird, wenn sie aus verschiedenen Betrachtungswinkeln angeschaut wird.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Ausbilden einer Vielzahl von Substrat-Paaren (10) das Ausbilden erster, zweiter und dritter Substrat-Paare umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das ferner wahlweises Abstimmen der verschiedenen Licht-Wellenlängen umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem Ausbilden der Gruppen von wechselnden Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) ein Ausbilden erster, zweiter und dritter Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten zwischen jedem der ersten, zweiten und dritten Substrat-Paare umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach Anspruch 16, das ferner ein Ausbilden der ersten, zweiten und dritten Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten (48–64) zwischen dem ersten Substrat-Paar, das Licht mit Wellenlängen von jeweils etwa 610 nm, 630 nm und 650 nm reflektiert, ein Ausbilden der ersten, zweiten und dritten Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten zwischen dem zweiten Substrat-Paar, das Licht mit Wellenlängen von jeweils etwa 520 nm, 540 nm und 560 nm reflektiert, und ein Ausbilden der ersten, zweiten und dritten Gruppen von Flüssigkristall- und Polymerschichten zwischen dem dritten Substrat-Paar, das Licht mit Wellenlängen von jeweils etwa 440 nm, 460 nm und 480 nm reflektiert, umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, das ferner eine Phasentrennung der Vielzahl von anisotropen Polymerlagen vom Flüssigkristall-Material durch Verwendung eines Lasers umfasst.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, das ferner Ausbilden einer geriebenen Polymerschicht (14) zwischen den Substraten (10) und dem Flüssigkristall umfasst, um zwischen Polymermolekülen innerhalb der Polymerlagen und Flüssigkristall-Molekülen innerhalb des Flüssigkristalls homogene Oberflächen-Randbedingungen zu bewirken.
Verfahren zum Ausbilden einer breitbandig reflektierenden Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, das ferner ein Ausbilden eines Materials (14) umfasst, das eine zwischen den Substraten und dem Flüssigkristall homöotrope Beschichtungs-Verankerung hervorruft, um zwischen Polymermolekülen innerhalb der Polymerlagen und Flüssigkristall-Molekülen innerhalb des Flüssigkristalls homöotrope Oberflächen-Randbedingungen zu bewirken.