DE69913355T2

DE69913355T2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit reduzierter helligkeit im sperrzustand

Info

Publication number: DE69913355T2
Application number: DE69913355T
Authority: DE
Inventors: W. Cecil PENN
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: WO2000008522A1; DE69913355D1; JP2002522805A; EP1101150B1; EP1101150A1; US6181401B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft das Fachgebiet der Farbanzeigen und insbesondere aktive und passive Flüssigkristall-Rasteranzeigen.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallanzeigen (LCD) mit beispielsweise einer abdämpfbaren Leuchtstoffhintergrundlampe und verdrillt nematischen (TN) Flüssigkristallen wurden entwickelt, um Flachbildschirme für Anwendungen wie beispielsweise Flugzeuginstrumente, Laptop- und Notebook-Computer und dergleichen bereitzustellen. Derartige LCD verwenden typischerweise Flüssigkristallmaterial, welches zwischen einer hinteren Elektrode, welche als ein Raster aus transparenten Metallpixeln oder Punktelektroden konstruiert ist, und einer vorderen Elektrode eingelegt ist, welche durchgehend aus transparentem Metall gefertigt ist. Die vordere Elektrode wird oft als die gemeinsame Elektrode oder Gegenelektrode bezeichnet. Jede Pixelelektrode wird durch einen Schalter aktiviert, welcher gewöhnlich als ein Dünnfilmtransistor (TFT) implementiert wird, welcher als ein Feldeffekttransistor (FET) abgelagert wird. Die Ableitungselektrode (Drain) jedes TFT ist mit der Pixelelektrode, welcher sie zugeordnet ist, verbunden oder bildet diese eigentlich aus. Die Basiselektroden (Gate) der TFTs in jeder Rasterzeile sind gewöhnlich an eine Basisbusleitung für die Zeile angeschlossen. Die Zuführungselektroden (Source) der TFTs in jeder Rasterspalte sind gewöhnlich mit einer Zuführungsbusleitung für die Spalte verbunden. Ein Bild wird in Rasterart erzeugt, indem die Basisbuszeilen der Reihe nach abgetastet werden während die Signalinformationen an die Zuführungsbusspalten angelegt werden.
Eine derartige Anordnung kann eine monochrome Anzeige bereitstellen. Eine Farbfähigkeit wird für die LCD-Anzeige durch eine Positionierung von Farbfiltern auf der vorderen Oberfläche der jeweiligen Pixel und durch Klassifizierung der Pixel in Farbgruppen, wie beispielsweise Dreiergruppen, Vierergruppen und dergleichen, in beispielsweise diagonalen oder Delta-Feldelementen hergestellt. Beispielsweise werden oft Dreiergruppen mit Primärfarbfiltern ROT, GRÜN und BLAU verwendet. Es werden verschiedene Farben an einem Pixel durch eine entsprechende Videosteuerung der Basis- und Zuführungselektroden der TFTs erreicht, welche an jeder Filterzelle positioniert sind. Videopegel an den Basis- und Zuführungselektroden bestimmen die Polarisationsdrehung des Lichts beim Durchgang durch den Flüssigkristall, welcher einer Primärfarbe zugeordnet ist, wodurch die Intensität des Primärfarbenlichts, welches durch die Polarisatoren geleitet wird, an jedem Pixel festgelegt wird. Eine derartige Lichtintensitätssteuerung der Primärfarben erzeugt die verschiedenen Farben der Anzeige. Farbige Flüssigkristallanzeigen werden gewöhnlich mit einer gleichmäßigen Zelllücke über den aktiven Bereich der Anzeige und mit gleichmäßigen Drehwinkeln für alle Farbpunkte über den Flüssigkristall hergestellt. Wegen den Eigenschaften von TN-Farb-LCDs mit Monolücke treten verschiedene Leuchtdichtepegel im Sperrzustand für jeden der Farbpunkte auf. Diese Erscheinung führt zu unerwünscht hohen Pegeln von Hintergrundleuchtdichte. Der Zustand verschlimmert sich, wenn die Anzeige aus verschiedenen Winkeln betrachtet wird, da sich bei jedem Farbpunkt die Leuchtdichte mit dem Betrachtungswinkel in verschiedenen Raten ändert, wobei manche steigen und manche fallen. Dieser Gesichtspunkt der Monolücken-LCD-Technik führt zu hohen Leuchtdichtepegeln des Hintergrunds mit dem Betrachtungswinkel, was unerwünschte Sekundäreffekte bei der Erkennbarkeit der Anzeigesymbole produziert.
Zusätzlich resultieren unangenehm verschiedene Farbwerte der Hintergrundfarbe für verschiedene Betrachtungswinkel.
Insbesondere eine ROT, GRÜN, BLAU (RGB) Mehrfarbenanzeige erfordert eine Beleuchtungsquelle, welche starke Spektralemissionen bei 435 nm, 545 nm und 610 nm aufweist. Es ist unmöglich, eine minimale Hintergrund-(Sperr-)Strahlung für alle drei Wellenlängen unter Verwendung einer Anzeige zu erhalten, welche mit einer einzelnen Zelllücke mit gleichmäßigen Drehwinkeln konfiguriert ist. Bei einer derartigen Monolückenanzeige strahlen die Emissionen von wenigstens zwei von den drei Wellenlängen durch den Anzeigehintergrund durch, wodurch eine erhöhte Hintergrundleuchtdichte resultiert. Dies wiederum führt zu vermindertem Kontrast und einem eingefärbten Hintergrund.
Es ist für eine TN-Flüssigkristallanzeige (LCD) wünschenswert, im Sperrzustand einen schwarzen Hintergrund darzustellen. Wie oben erwähnt, zeigen Monolücken-LCDs mit gleichmäßigen Drehwinkeln unerwünscht hohe Leuchtdichten im Sperrzustand, welche von Licht verursacht werden, welches durch die Flüssigkristalle durchstrahlt. Diese Durchstrahlung entsteht primär wegen der Wellenlängenabhängigkeit der Durchstrahlungen durch die Flüssigkristalle. Eine Verminderung der Leuchtdichte im Sperrzustand wird mit einer Mehrfachlückenkonstruktion erzielt, wobei die Zelllücke mit der Filterfarbe variiert. Diese Konstruktionsart stellt jedoch drei Zelllücken, eine für jede Farbe, her, wobei die Lücken für eine minimale Durchstrahlung für die Farbe gewählt werden, welche von der Zelle ausgestrahlt wird. Obwohl die Leuchtdichte im Sperrzustand durch die Mehrfachlückenkonstruktion vermindert wird, muss die Breite der Zelllücke sorgfältig reguliert werden, wenn die Gewinne an Leistungsvermögen realisiert werden sollen. Die engen Toleranzen, welche für die Zelllücken eingehalten werden müssen, erhöhen die Herstellungskosten wesentlich.
Die japanische Patentschrift mit der Nummer 05053113, veröffentlicht am 5. März 1993 (japanische Patentschrift Nummer 03235766) mit dem Titel „Color Display Device" offenbart eine Flüssigkristallfarbanzeige, welche Farbfilter verschiedener Farben mit unterschiedlichen Mittenwellenlängen aufweist.
Die europäische Patentanmeldung mit der Bekanntmachungsnummer 433931 A2 mit dem Titel „Apparatus and Method for a High Contrast, Wide Angle, Color Flat Panel, Liquid Crystal Display" offenbart einen verdrillt nematischen Flüssigkristall-Flachbildschirm.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallfarbanzeige gemäß Anspruch 1 bereit.
Die Anzeige kann die Merkmale eines oder mehrerer der Unteransprüche 2 bis 15 umfassen.
Die vorliegende Erfindung definiert auch ein Verfahren gemäß Anspruch 16.
Das Verfahren kann die Merkmale eines oder mehrerer der Unteransprüche 17 bis 21 umfassen.
Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung wird eine im Sperrzustand normalerweise schwarze Flüssigkristallanzeige mit verbesserter Schrägbetrachtung bei einer Monolücken-Flüssigkristallanzeige erzielt, indem unterschiedliche Polarisationsdrehungen quer durch den Flüssigkristall für jede der Primärfarben in der Anzeige bereitgestellt werden. Dies kann mit mehreren Reibekombinationen an den Ausrichtungsschichten erzielt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ausrichtungsschicht auf der aktiven Rasterseite des Flüssigkristalls über ihre gesamte Länge in einer Richtung gerieben, welche parallel oder senkrecht zur Polarisation des hinteren Polarisators ist, während die Farbfilter-Ausrichtungsschicht benachbart zum vorderen Polarisator für jede Farbfilterzelle in einer unterschiedlichen Richtung gerieben wird, um Polarisationsdrehwinkel quer durch den Flüssigkristall herzustellen, welche für jede Farbe unterschiedlich sind. Diese Drehwinkel werden so gewählt, dass die Durchstrahlung der jeweiligen Farbe im Sperrzustand minimiert wird. Die Reiberichtungen der Farbfilter-Ausrichtungsschicht werden so nahe wie möglich zur Polarisation des vorderen Polarisators und noch konsistent mit einer minimalen Durchstrahlung im Sperrzustand ausgewählt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die Ausrichtungsschicht der Farbfilter gleichmäßig in einer Richtung gerieben, welche entweder parallel oder senkrecht zur Polarisation des vorderen Polarisators ist, während jedes der Ausrichtungsschichtelemente des aktiven Rasters, jeweils entsprechend den Farbfiltern, in einer unterschiedlichen Richtung gerieben wird, um die gewünschten Polarisationsdrehungen für eine minimale Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand herzustellen.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung werden die Ausrichtungsschichten der Farbfilter und des aktiven Rasters in Richtungen gerieben, welche für jedes Filtersegment unterschiedlich sind. Die Reiberichtungen der Ausrichtungsschichten der Farbfilter und ihre entsprechende Ausrichtungsschicht des aktiven Rasters werden so ausgewählt, dass eine Polarisationsdrehung quer durch den Flüssigkristall bereitgestellt wird, welche die Lichtdurchstrahlung minimiert, wenn das aktive Raster sich im Sperrzustand befindet.
Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird eine Kombination von Mehrfachlücken und Mehrfachdrehung eingesetzt, um einen normalerweise schwarzen Sperrzustand zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform wird die Ausrichtungsschicht an einem Farbfilter in einer Richtung gerieben, welche unterschiedlich von der der anderen beiden Farbfilter ist, und die Zelllücke für einen Farbfilter ist verschieden von der der anderen beiden Farbfilter.
Bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Farbfilter und die Ausrichtungsschichten des aktiven Rasters in einer Weise gerieben, dass variierende molekulare Neigungen des Flüssigkristalls an der Polarisatorschnittstelle der jeweiligen Farbdurchstrahlungswege hergestellt werden. Diese molekularen Neigungen können alle auf der hinteren Polarisatorschnittstelle des aktiven Rasters, alle auf der vorderen Polarisatorschnittstelle der Farbfilter liegen, oder sie können zwischen den Farbfilterschnittstellen und den Schnittstellen des aktiven Rasters aufgeteilt werden. Es versteht sich, dass das Reiben der Farbfilter-Ausrichtungsschichten und der Ausrichtungsschichten des aktiven Rasters eine Polarisationsdrehung von im Wesentlichen 90° quer durch den Flüssigkristall bereitstellen muss. Mit dieser Randbedingung können die Reiberichtungen parallel zum vorderen Polarisator und senkrecht zum hinteren Polarisator, senkrecht zum vorderen Polarisator und parallel zum hinteren Polarisator, senkrecht zu den vorderen und hinteren Polarisatoren oder parallel zu den vorderen und hinteren Polarisatoren liegen.
Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung können Kombinationen von Polarisationsdrehung und molekularer Neigung hergestellt werden, um die Lichtdurchstrahlung durch den Flüssigkristall für die Primärfarben zu minimieren und eine im Sperrzustand normalerweise schwarze Anzeige bereitzustellen.
Die Vorteile und neuartigen Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung offenkundig, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Schemaskizze einer verdrillt nematischen aktiven Flüssigkristall-Rasterfarbanzeige, bei welcher die Zelllücken der Primärfarben gleiche Längen (Monolücke) aufweisen und die Polarisationsdrehwinkel der Primärfarben gleich sind (Monodrehung).
1B ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung vs. Zelllückenlänge für die Primärfarbsegmente der 1A.
2A bis 2D sind Polarisations- und Reibedarstellungen für eine normalerweise schwarze, aktive Flüssigkristall-Rasteranzeige, welche gleiche Drehwinkel für alle Primärfarbsegmente im Sperrzustand aufweist (Monodrehung).
3A ist eine Schemaskizze einer verdrillt nematischen, aktiven Flüssigkristall-Rasterfarbanzeige, bei welcher die Zelllücken der Primärfarben unterschiedliche Längen (Mehrfachlücke) aufweisen und die Polarisationsdrehwinkel für alle Primärfarben im Sperrzustand gleich sind (Monodrehung).
3B ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung vs. verschiedener Zelllücken für die Primärfarbsegmente der 3A.
4A ist eine Schemaskizze einer verdrillt nematischen, aktiven Flüssigkristall-Rasterfarbanzeige, welche gemäß den Grundsätzen der Erfindung konstruiert ist.
4B ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand vs. Drehwinkel für die Primärfarbsegmente der 4A, wobei die Zelllückenlängen der Primärfarben gleich sind.
4C ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand vs. Zelllückenlänge für die Primärfarbsegmente der 4A mit verschiedenen Drehwinkeln im Sperrzustand.
4D ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand vs. Zelllückenlänge für die Primärfarbsegmente der 4A mit Drehwinkeln im Sperrzustand, welche sich von denen der 4C unterscheiden.
4E ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand vs. Drehwinkel für die Primärfarbsegmente der 4A.
5A bis 5D, 6A bis 6C und 7 sind Polarisations- und Reibedarstellungen für eine verdrillt nematische, aktive Flüssigkristall-Rasterfarbanzeige, welche gemäß den Grundsätzen der Erfindung konstruiert ist.
8A und 8B sind Bilddarstellungen, welche nützlich zum Vergleich der molekularen Flüssigkristallneigung einer verdrillt nematischen, aktiven Flüssigkristall-Rasterfarbanzeige mit Monolücke mit der einer verdrillt nematischen, aktiven Flüssigkristall-Rasterfarbanzeige mit Mehrfachlücke ist.
9 ist ein Diagramm der Durchstrahlung im Sperrzustand vs. Neigungswinkel für die Primärfarben bei der Konfiguration der 8A.
10 ist ein Diagramm des Neigungswinkels vs. Zelllückenlänge für eine Durchstrahlung im Sperrzustand von im Wesentlichen null.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1A wird eine farbige Flüssigkristallanzeige 10 mit Monolücke nach dem Stand der Technik mit gleichmäßigen Drehwinkeln im Sperrzustand schematisch dargestellt. Bei dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik können der vordere Polarisator 11 und der hintere Polarisator 13 Polarisationen aufweisen, welche parallel oder senkrecht sind, welche –45° relativ zu den horizontalen Achsen orientiert sind, wenn die Polarisationen parallel sind, oder –45° am hinteren Polarisator und +45° am vorderen Polarisator, wenn die Polarisationen senkrecht sind. Die Farbfilterzellen auf der Farbfilter-Ausrichtungsschicht 15 sind alle in der gleichen Richtung gerieben, wobei die Richtung parallel oder senkrecht zur Polarisationsrichtung des vorderen Polarisators ist. Ähnlich werden die Zellen auf dem aktiven Raster jeweils entsprechend den Farbfilterzellen alle in der gleichen Richtung gerieben, wobei die Richtung entweder parallel oder senkrecht zur Polarisation des hinteren Polarisators ist. Die Lichtdurchstrahlung durch ein polarisiertes Element ist minimal, wenn das Licht senkrecht zur Polarisationsachse des Elements polarisiert ist. Folglich muss das Licht zum Realisieren einer minimalen Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand durch den vorderen Polarisator mit einer Polarisationsrichtung auf den vorderen Polarisator auftreffen, welche senkrecht zur Polarisation des vorderen Polarisators ist. Deshalb müssen die Reiberichtungen auf den Ausrichtungsschichten 15, 17 eine Polarisationsdrehung von 90° bereitstellen, um die Lichtdurchstrahlung durch den vorderen Polarisator 11 für eine Anzeige im Sperrzustand zu minimieren, wenn die Polarisationen des vorderen 11 und des hinteren 13 Polarisators parallele Polarisationen aufweisen. Umgekehrt müssen die Reiberichtungen auf den Ausrichtungsschichten eine Polarisationsdrehung von 90° bereitstellen, um die Lichtdurchstrahlung durch den vorderen Polarisator 11 zu maximieren, wenn der vordere 11 und der hintere 13 Polarisator Polarisationen aufweisen, welche senkrecht sind.
Vier mögliche Polarisationen und Reiberichtungen für diese Vorrichtungen nach dem Stand der Technik sind in der 2A bis 2D dargestellt. In der 2A und 2B sind die Polarisationen des vorderen und des hinteren Polarisators bei –45° parallel. In 2A ist die Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters in einer Richtung gerieben, welche parallel zur Polarisation des vorderen und des hinteren Polarisators ist, während die Farbfilter-Ausrichtungsschicht 15 in einer Richtung gerieben ist, welche senkrecht zur Polarisation des vorderen und des hinteren Polarisators ist. Diese Reiberichtungen und Polarisationen stellen Polarisationsdrehungen bereit, welche zwischen 0° und 90° variieren, abhängig von den Spannungen, welche an die Elektroden der TFTs auf dem aktiven Raster angelegt werden. Wenn eine Drehung von 0° durch das Flüssigkristallelement realisiert wird, trifft Licht auf den vorderen Polarisator mit einer Polarisation auf, welche parallel zum vorderen Polarisator ist. Folglich wird davon maximales Licht abgestrahlt. Das auftreffende Licht ist senkrecht zur Polarisation des vorderen Polarisators, wenn die Spannungen auf den TFTs eine Polarisationsdrehung von 90° zwischen dem vorderen und dem hinteren Polarisator bewirken. Diese Polarisationsdrehung von 90° bewirkt, dass das Licht senkrecht zur Polarisation des vorderen Polarisators ist und minimales Licht davon abgestrahlt wird.
2C und 2D illustrieren jeweils mögliche Reiberichtungen für Konfigurationen nach dem Stand der Technik. In 2D sind die Farbfilter-Ausrichtungsschicht und die Ausrichtungsschicht des aktiven Rasters senkrecht zu den Polarisationen des vorderen bzw. des hinteren Polarisators gerieben. Es versteht sich, dass die Polarisationsdrehung quer durch einen Flüssigkristall allein von den Reiberichtungen an den beiden Enden des Kristalls abhängt. Die Orientierung der Reiberichtung relativ zur Einfallspolarisation beeinflusst nicht die Polarisationsdrehung, welche das Licht erfährt, welches sich durch den Kristall ausbreitet. Die Polarisation des Lichts, welches bei den Konfigurationen der 2C und 2D vom hinteren Polarisator auf den vorderen Polarisator fällt, liegt quer zur Polarisation des vorderen Polarisators, wenn sich die Flüssigkeit im Zustand einer Polarisationsdrehung von 0° befindet, und parallel zur Polarisation mit dem vorderen Polarisator, wenn sich der Flüssigkristall im Zustand von 90° befindet. Folglich ist die Lichtabstrahlung vom vorderen Polarisator im Zustand der Polarisationsdrehung von 0° minimal und im Zustand der Polarisationsdrehung von 90° maximal.
Die Polarisationsdrehung wird von der Wellenlänge des Lichts, den Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials und der Zelllückenlänge beeinflusst. Folglich kann eine Polarisationsdrehung von 90°, welche vom Flüssigkristall bewirkt wird, nicht zur idealen Orientierung der Polarisation des Lichts führen, welches auf den vorderen Polarisator für eine minimale Lichtabstrahlung vom vorderen Polarisator in den Konfigurationen der 2A und 2B oder für eine maximale Lichtabstrahlung vom vorderen Polarisator in den Konfigurationen der 2C and 2D fällt.
Es wird nun 1B betrachtet, in welcher die Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand als eine Funktion der Zelllücke für die Primärfarben der Anzeige 10 dargestellt wird. Diese Figur, welche die Polarisationsrichtungen – Reiberichtungen, welche in 2A und 2B gezeigt sind, repräsentiert, zeigt klar auf, dass sich die Lückenlängen für eine Lichtdurchstrahlung von im Wesentlichen null für jede Farbe unterscheiden, wobei sie vier Mikron für blau, fünf Mikron für grün und fünfeinhalb Mikron für rot betragen. Es wird beispielsweise eine aktive Rasteranzeige mit Monolücke betrachtet, welche eine gleichmäßige Zelllücke von fünf Mikron aufweist. Bei dieser Konstruktion wird im Wesentlichen kein grünes Licht, welches durch den hinteren Polarisator einfällt, durch den vorderen Polarisator durchgestrahlt, während drei Prozent des roten Lichts und sechs Prozent des blauen Lichts durchgestrahlt werden. Um einen perfekt schwarzen Sperrzustand zu erzielen, muss die Durchstrahlung über den gesamten Farbbereich null betragen. Es resultiert folglich im Sperrzustand ein geringer Leuchtdichtepegel, welcher eine Farbe aufweist, welche den Helligkeitspegeln des durchstrahlten Lichts entspricht.
Deutliche Reduzierungen der Leuchtdichte im Sperrzustand können durch die Bereitstellung einer Mehrfachlücken-Konstruktion verwirklicht werden. Bei einer derartigen Konstruktion werden Lückenlängen für jeden Filter so ausgewählt, um eine minimale Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand bereitzustellen, wie in 1B gezeigt wird. Eine Mehrfachlücken-, Monodrehungs-Flüssigkristall-Farbanzeige 18 ist in 3A illustriert, wobei Elemente ähnlich den Elementen in 1A die gleichen Bezugszeichen erhalten. Wie in 3A illustriert, weist die Zelllücke für jeden Primärfarbfilter eine Länge auf, welche gleich derjenigen ist, bei welcher für die Filterfarbe eine Durchstrahlung von im Wesentlichen null auftritt. Beispielsweise kann die Rotfilter-Lückenlänge 19 5,5 Mikron betragen, die Grünfilter-Lückenlänge 21 kann 5,0 Mikron betragen, und die Blaufilter-Lückenlänge 23 kann 4,0 Mikron betragen. Diese sind die Lückenlängen, welche in 1B aufgezeigt sind, bei welchen die Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand im Wesentlichen null beträgt. Die Lückenlängen bei derartigen Anzeigen müssen jedoch mit sehr engen Toleranzen gesteuert werden. Der Wertebereich, in welchem die Toleranzen gehalten werden müssen, wird in 3B illustriert, welche ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung vs. unterschiedlicher Zelllücken für die Mehrfachlücken-, Monodrehungs-Anzeige aus 3A ist. Es ist aus der Figur offenkundig, dass eine Abweichung von 0,5 Mikron bei der Lücke jedes Filters die Lichtdurchstrahlung durch den Blaufilter um 2 Prozent des Lichts, welches auf den hinteren Polarisator einfällt, die Lichtdurchstrahlung durch den Grünfilter um 1,2 Prozent und die Lichtdurchstrahlung durch den Rotfilter um 1,1 Prozent erhöht.
Eine Monolücken-, Mehrfachdrehungs-, hintergrundbeleuchtete Farbanzeige 20 wird in 4A illustriert, wobei ein Element, welches einem Element, welches in den vorstehend diskutierten Figuren dargestellt ist, ähnlich ist, das gleiche Bezugszeichen trägt. Der vordere Polarisator 11 und der hintere Polarisator 13 können, wie in 2A und 2B gezeigt, so polarisiert sein, dass sie parallele Polarisationen von –45° bzw. +45° aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters für alle entsprechenden Farbzellen in einer Richtung parallel zum vorderen und zum hinteren Polarisator gerieben werden. Zur Herstellung eines Sperrzustands mit minimaler Lichtdurchstrahlung werden die Ausrichtungsschichten an den Farbfiltern in unterschiedlichen Richtungen gerieben. 4B ist ein Diagramm der Lichtdurchstrahlung versus Polarisationsdrehwinkel für eine Anzeige, welche eine Lückenbreite 25 von 4 Mikron für jeden Farbfilter aufweist. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass die Lichtdurchstrahlung durch den vorderen Polarisator für blau bei einem Polarisationsdrehwinkel von 90°, für grün bei einem Polarisationsdrehwinkel von 130° und für rot bei einem Polarisationsdrehwinkel von 140° im Wesentlichen null ist. Wenn folglich der Drehwinkel am Blaufilter 27 90° beträgt, am Grünfilter 29 130° beträgt und am Rotfilter 31 140° beträgt, resultiert ein normalerweise schwarzer Sperrzustand. 4C ist ein Diagramm der Durchstrahlung im Sperrzustand versus Zelllücke für eine Anzeige, welche gerieben wurde, um eine Polarisationsdrehung von 90° für blau, von 130° für grün und von 140° für rot bereitzustellen. Es ist aus dieser Figur sofort offenkundig, dass die Durchstrahlung im Sperrzustand für alle drei Farben null ist und für einen Lückenbereich zwischen 3,5 und 4,5 Mikron wesentlich unter 2% liegt.
Es kann eine Kombination von Mehrfachlücken und Mehrfachdrehung eingesetzt werden, um einen schwarzen Sperrzustand mit einigen Vereinfachungen beim Reibevorgang zu erzielen. Eine Konstruktion dieser Art kann mit der Hilfe von 4D implementiert werden, welche ein Diagramm der Durchstrahlung im Sperrzustand versus Zelllücke ist. Bei dieser Konfiguration werden die grünen und roten Filterzellen auf der Farbfilter-Ausrichtungsschicht und die entsprechenden Zellen auf der Ausrichtungsschicht des aktiven Rasters zum Erzielen einer Polarisationsdrehung von 130° durch den Flüssigkristall gerieben, während die blaue Zelle auf der Farbfilter-Ausrichtungsschicht und ihre entsprechende Zelle auf der Ausrichtungsschicht des aktiven Rasters zur Verwirklichung einer Polarisationsdrehung von 90° gerieben. Die Zelllücken für blau und grün sind mit 4 Mikron beide gleich, während die rote Zelllücke 4,5 Mikron beträgt. Folglich wird ein normalerweise schwarzer Sperrzustand mit nur zwei Reiberichtungen und nur zwei unterschiedlichen Zelllücken erzielt.
Obwohl Anzeigen mit einem normalerweise schwarzen Sperrzustand mit einer Monolücken-Konfiguration erzielt werden können, indem diese Erfindung mit den oben diskutierten Polarisationsdrehungen angewendet wird, ist es wünschenswert, die Reiberichtungen auf der Ausrichtungsschicht des aktiven Rasters und die Farbfilter-Ausrichtungsschicht im Wesentlichen senkrecht zueinander zu halten. Um dies zu erreichen, werden Polarisationsdrehungen in der Größenordnung von 90° für alle Farbfilter erfordert. Es wird nun die 4E betrachtet, welche die Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand als eine Funktion der Polarisationsdrehung für eine Zelllücke von 5 Mikron zeigt. Es ist aus diesem Diagramm sofort sichtbar, dass für den Grünfilter die gewünschte Drehung von 90° und eine Lichtdurchstrahlung von null erzielt wird. Für die Rot- und Blaufilter kann mit der Monolücke von fünf Mikron jedoch keine Lichtdurchstrahlung von null erzielt werden. Wie in 4E dargestellt, kann eine minimale Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand für die Rot- und Blaufilter mit annehmbaren Polarisationsdrehungen von 80° bzw. 100° verwirklicht werden. Bei diesen Polarisationsdrehungen, wird die Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand auf 2% und 5,5% des verfügbaren roten bzw. blauen Lichts reduziert. Diese Reduktion ist ausreichend für einen annehmbaren Sperrzustand der Anzeige.
In 5A wird ein Diagramm vorgestellt, welches die resultierenden relativen Polarisationen und Reiberichtungen von den Anzeigebestandteilen für die Polarisationsdrehungen von 80° für rot, von 90° für grün und von 100° für blau darstellt, wenn die Reiberichtungen auf der Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters für alle Farbfiltersegmente senkrecht zur Polarisation des hinteren Polarisators 13 sind. Bei dieser Konfiguration sind die Reiberichtungen auf der Farbfilter-Ausrichtungsschicht 15 an den roten und blauen Farbzellen jeweils plus und minus 10° aus der Parallelen zur Polarisationsrichtung des vorderen Polarisators 11, während die Reiberichtung für das Grünfilter parallel zur Polarisationsrichtung des vorderen Polarisators 11 ist.
Da die Polarisationsdrehung keine Funktion der Orientierung der Reiberichtung auf der Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters zur Polarisation des hinteren Polarisators 13 ist, wird eine Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand durch den vorderen Polarisator 11 von null auch dann verwirklicht, wenn die Polarisation des hinteren Polarisators 13 bei +90° und darum parallel zur Reiberichtung auf der Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters liegt, wie in 5B gezeigt. Weiterhin kann mit den Reiberichtungen auf dem Farbfilter 15 und den Ausrichtungsschichten 17 des aktiven Rasters, wie in 5A und 5B gezeigt, eine Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand von null auch dann erhalten werden, wenn die Polarisation des vorderen Polarisators 11 senkrecht zur Reiberichtung auf der Farbfilter-Ausrichtungsschicht 15 ist, wie in 5C und 5D gezeigt. Es versteht sich, dass die Ausrichtungsschichten der Farbfilter so gerieben werden, dass alle Farbfilter bei –45° liegen und dadurch parallel zu einer Polarisation von –45° für den vorderen Polarisator liegen, wie in 6A und 6B gezeigt, oder senkrecht zu einer Polarisation von +45° für den vorderen Polarisator, wie in 6C gezeigt. Um die gewünschten Drehwinkel zwischen den Ausrichtungsschichten an den Farbfiltern und am aktiven Raster bereitzustellen, werden die Ausrichtungsschichten am aktiven Raster dann so gerieben, dass das rote Segment bei +35°, das grüne Segment bei +45° und das blaue Segment bei +55° polari siert sind, wie in 6A bis 6C gezeigt. Mit diesen Polarisationen liegen die Reiberichtungen auf der Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters für die roten und blauen Segmente jeweils minus und plus 10° von der Senkrechten zur Polarisation des hinteren Polarisators 13 in 6A und jeweils plus und minus 10° von der Parallelen zur Polarisation des hinteren Polarisators 13 in 6B und 6C. Die Reiberichtung für den Grünfilter ist senkrecht zum hinteren Polarisator in 6A, während sie in 6B und 6C parallel zum hinteren Polarisator ist.
Die Versatzwinkel von 10°, gezeigt in 5A, 5B und 6A bis 6C, können an jeder Ausrichtungsschicht mit leichten Änderungen der Reiberichtungen auf 5° reduziert werden. Beispielsweise können die roten und blauen Segmente der Ausrichtungsschicht 17 des aktiven Rasters der 5A in +40° bzw. +50° gerieben werden und die roten und blauen Segmente der Farbfilter-Ausrichtungsschicht 15 können in –40° bzw. –50° gerieben werden. Diese Reiberichtungen erhalten die Polarisationsdrehungen im Sperrzustand von jeweils 80° und 100° quer durch den Flüssigkristall für die Rot- und Blaufilter. In 7 wird ein Diagramm der Polarisation und Reiberichtung für eine Polarisation des hinteren Polarisators von –45° gezeigt, welches für diese Implementierung repräsentativ ist.
Es ist wohlbekannt, dass Reiben der Ausrichtungsschichten die Moleküle des Flüssigkristalls relativ zur Reibefläche neigen kann. Der Neigungsgrad ist eine Funktion des Reibedrucks und des Ausrichtungsmaterials, welches beispielsweise ein Polyimid-Material sein kann. Diese Neigungseigenschaft kann eingesetzt werden, um eine Flüssigkristallanzeige mit einer Monolücken-Konstruktion bereitzustellen, welche im Sperrzustand eine normalerweise schwarze Anzeige aufweist.
Für eine gegebene Monolücke kann das Reiben in einer Weise durchgeführt werden, dass Flüssigkristallmoleküle an den Reibeflächen für die drei Primärfarben unterschiedlich geneigt werden, wie beispielsweise, wie in 8A gezeigt, eine Neigung von null 31 für rot, eine mittlere Neigung 32 für grün und eine maximale Neigung 33 für blau. Ein Vergleich der Mehrfachneigungsdarstellungen der 8A mit den Mehrfachlückendarstellungen der 8B zeigt an, dass die Molekülneigung an der Reibefläche dazu tendiert die Kanallücke zu verkürzen, wobei die Lücke um so kürzer ist, je größer die Neigung ist.
9 ist ein Diagramm der Durchstrahlung im Sperrzustand versus Neigungswinkel für eine Monolücke von 6 Mikron und einer Monodrehung von 90°. Unter Verwendung dieser Informationen kann eine normalerweise schwarze Monolücken-, Monodrehungs-, Mehrfachneigungs-Anzeige für eine Monolücke von 6 Mikron und eine Monodrehung von 90° mit einer molekularen Neigung von 0° für den roten Kanal, von 18° für den grünen Kanal und von 32° für den blauen Kanal erreicht werden.
Normalerweise können schwarze Anzeigen auch durch Kombinieren der Mehrfachdrehung mit der Mehrfachneigung erhalten werden. Es wird 10, wo Diagramme des Neigungswinkels versus Zelllücke bei einer Monodrehung von 90° dargestellt sind, bei welchen eine Lichtdurchstrahlung im Sperrzustand von null für die Blau-, Grün- und Rotfilter auftritt, und wieder 4E betrachtet. Es ist aus 4E ersichtlich, dass bei einem Drehwinkel von 100° für eine Anzeige mit Monolücke von 5 Mikron 3% des blauen Lichts durch den Flüssigkristall im Sperrzustand durchstrahlt. Dies kann deutlich verbessert werden, indem ein Drehwinkel von 90° für den Blaufilter bereitgestellt wird und ein Neigungswinkel von 20° erzeugt wird, bei welchem eine blaue Lichtdurchstrahlung von im Wesentlichen null für eine Lücke von 5 Mikron auftritt, wie in 9 gezeigt.
Es ist offenkundig, dass verschiedene Kombinationen von Mehrfachlücke, Mehrfachdrehung und Mehrfachneigung eingesetzt werden können, um normalerweise schwarze, hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallanzeigen zu erzielen.

Claims

Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige umfassend einen ersten Polarisator (11), welcher eine erste Polarisationsrichtung aufweist, und einen zweiten Polarisator (13), welcher eine zweite Polarisationsrichtung aufweist, mehrere optische Filtersätze, wobei jeder Satz mehrere Primärfarbfilter, eine erste und eine zweite Ausrichtungsschicht (17), welche jeweils benachbart zu dem ersten und zweiten Polarisator positioniert sind, wobei jede Ausrichtungsschicht Primärfarbbereiche aufweist, welche jeweils zu den Primärfarbfiltern ausgerichtet sind, einen Abstand zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungsschicht, welcher Zelllücken in allen Farbbereichen ausbildet, und ein verdrillt nematisches Flüssigkristallmaterial, welches zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungsschicht angeordnet ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Ausrichtungsschicht in den Primärfarbbereichen in Richtungen gerieben sind, welche Flüssigkristall-Drehwinkelbereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Polarisator in den Primärfarbbereichen in einer Weise bereitstellen, welche einen Flüssigkristall-Drehwinkelbereich für wenigstens eine Primärfarbe bereitstellt, welche sich von der aller anderen Primärfarben-Flüssigkristall-Drehwinkelbereiche unterscheidet.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht alle in einer Richtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2, wobei die Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zur zweiten Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht alle in einer Richtung senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 4, wobei die Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zur zweiten Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Polarisationsrichtung parallel sind, wobei die Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht in einer Richtung parallel zu den Polarisationsrichtungen gerieben sind und die zweite Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung gerieben ist, welche senkrecht zu den parallelen Polarisationsrichtungen ist.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 6, wobei die Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht, welche nicht die Bereiche der einen Primärfarbe sind, in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zu den parallelen Polarisationsrichtungen gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Polarisationsrichtung parallel sind, wobei die Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht in einer Richtung senkrecht zu den Polarisationsrichtungen gerieben sind und die zweite Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung gerieben ist, welche parallel zu den Polarisationsrichtungen ist.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 8, wobei die Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht, welche nicht die Bereiche der einen Primärfarbe sind, in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zu den parallelen Polarisationsrichtungen gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Polarisationsrichtung senkrecht sind, wobei die Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht in einer Richtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung gerieben sind und die zweite Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung gerieben ist, welche parallel zur zweiten Polarisationsrichtung ist.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 10, wobei die Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht, welche nicht die Bereiche der einen Primärfarbe sind, in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zur zweiten Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Polarisationsrichtung parallel sind, wobei die erste Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung parallel zur ersten Polarisation gerieben ist und andere Primärfarbbereiche als die Bereiche der einen Primärfarbe in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus und minus 5° zur ersten Polarisationsrichtung gerieben sind und die zweite Ausrichtungsschicht in Bereichen der nur einen Primärfarbe in einer Richtung gerieben ist, welche parallel zu einer Senkrechten auf die zweite Polarisationsrichtung ist, und andere Primärfarbbereiche als die Bereiche der einen Primärfarbe in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 5° zur Senkrechten auf die zweite Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Polarisationsrichtung senkrecht sind, wobei die erste Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung gerieben ist, welche parallel zu einer Senkrechten auf die erste Polarisation ist, und andere Primärfarbbereiche als die Bereiche der einen Primärfarbe in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus und minus 5° zur Senkrechten auf die erste Polarisation gerieben sind und die zweite Ausrichtungsschicht in Bereichen der nur einen Primärfarbe in einer Richtung gerieben ist, welche senkrecht zur zweiten Polarisationsrichtung ist, und andere Primärfarbbereiche als die Bereiche der einen Primärfarbe in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 5° zur Senkrechten auf die zweite Polarisationsrichtung gerieben sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die Zelllücken für alle der Farbfilterzellen gleich sind.
Hintergrundbeleuchtete, farbige Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, wobei die Zelllücken für alle der Farbfilterzellen nicht gleich sind.
Verfahren zur Bereitstellung einer hintergrundbeleuchteten, farbigen Flüssigkristallanzeige von der Art, welche einen ersten Polarisator (11), welcher eine erste Polarisationsrichtung aufweist, und einen zweiten Polarisator (13), welcher eine zweite Polarisationsrichtung aufweist, mehrere optische Filtersätze, wobei jeder Satz mehrere Primärfarbfilter, eine erste und eine zweite Ausrichtungsschicht (17), welche jeweils benachbart zu dem ersten und zweiten Polarisator positioniert sind, wobei jede Ausrichtungsschicht Primärfarbbereiche aufweist, welche jeweils zu den Primärfarbfiltern ausgerichtet sind, einen Abstand zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungsschicht, welcher Zelllücken in allen Farbbereichen ausbildet, und ein verdrillt nematisches Flüssigkristallmaterial umfasst, welches zwischen der ersten und zweiten Ausrichtungsschicht angeordnet ist, aufweist, umfassend die Schritte des Reibens der ersten und zweiten Ausrichtungsschicht in den Primärfarbbereichen in Richtungen, welche Flüssigkristall-Drehwinkelbereiche zwischen dem ersten und zweiten Polarisator in den Primärfarbbereichen in einer Weise bereitstellen, welche einen Flüssigkristall-Drehwinkelbereich für wenigstens eine Primärfarbe bereitstellt, welche sich von der aller anderen Primärfarben-Flüssigkristall-Drehwinkelbereiche unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Reiben auf der ersten Ausrichtungsschicht in jedem Primärfarbbereich in einer Richtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung durchgeführt wird und ferner umfassend den Schritt des Reibens der Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zur zweiten Polarisationsrichtung.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend den Schritt des Reibens jedes Primärfarbbereichs auf der ersten Ausrichtungsschicht in einer Richtung senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung und ferner umfassend den Schritt des Reibens der Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zur zweiten Polarisationsrichtung.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend die Schritte des Bereitstellens des ersten und zweiten Polarisators mit parallelen Polarisationsrichtungen, des Reibens der ersten Ausrichtungsschicht in jedem Primärfarbbereich in einer Richtung parallel zu den Polarisationsrichtungen, des Reibens der zweiten Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung, welche senkrecht zu den parallelen Polarisationsrichtungen ist, und des Reibens der Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht, welche andere als die Bereiche der einen Primärfarbe sind, in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zu den parallelen Polarisationsrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend die Schritte des Bereitstellens des ersten und zweiten Polarisators mit parallelen Polarisations richtungen, des Reibens der Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht in einer Richtung senkrecht zu den Polarisationsrichtungen, des Reibens der zweiten Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung, welche parallel zu den Polarisationsrichtungen ist, und des Reibens der Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht, welche andere als die Bereiche der einen Primärfarbe sind, in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zu den parallelen Polarisationsrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend die Schritte des Bereitstellens der ersten Polarisationsrichtung senkrecht zur zweiten Polarisationsrichtung, des Reibens der Primärfarbbereiche der ersten Ausrichtungsschicht in einer Richtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung, des Reibens der zweiten Ausrichtungsschicht in Bereichen von nur einer Primärfarbe in einer Richtung, welche parallel zur zweiten Polarisationsrichtung ist, und des Reibens der Primärfarbbereiche auf der zweiten Ausrichtungsschicht, welche andere als die Bereiche der einen Primärfarbe sind, in Richtungen innerhalb eines Winkelbereichs von plus oder minus 10° zur zweiten Polarisationsrichtung.