DE69615788T2

DE69615788T2 - In Ruhestellung weisse Anzeigevorrichtung mit verdrillt nematischem Flüssigkristall und mit positiven und negativen Phasenverzögerern

Info

Publication number: DE69615788T2
Application number: DE69615788T
Authority: DE
Inventors: John A. Vanderploeg; Gang Xu
Original assignee: OIS Optical Imaging Systems Inc
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: EP0774682A2; JP3660452B2; JPH09171177A; US5657140A; US6023317A; ATE206825T1; US5739881A; CA2188603C; DE69615788D1; EP0774682A3; CA2188603A1; EP0774682B1

Description

Diese Anmeldung ist ein Continuation-in-part (CIP) der am 15. Dezember 1993 registrierten Anmeldung mit der Seriennr. 08/167,652.
Diese Erfindung bezieht sich auf ein normalerweise weißes (NW) Flüssigkristalldisplay (LCD) mit positiven und negativen Verzögerungsschichten. Speziell bezieht sich diese Erfindung auf ein NW, nematisch gedrehtes LCD mit positiven und negativen Verzögerungsschichten (Doppelbrechungsschichten) mit bestimmten Werten und/oder innerhalb eines speziellen Verhältnisbereiches.
Diese Anmeldung bezieht sich auf allgemein bekannte Anmeldungen, wie der am 15. Dezember 1993 angemeldeten, mit der US-Seriennr. 0 8/167,652, der am 8. Juni 94 angemeldeten, mit der US-Seriennr. 08/255,971 und der am 29. April 1994 angemeldeten, mit der US-Seriennr. 0 8/235,691. Jede der anhängigen, allgemein bekannten Anmeldungen bezieht sich auf ein Flüssigkristalldisplay mit speziellen Verzögererwerten und/oder -positionen.
Informelle Daten werden in typischen Flüssigkristalldisplays (LCDs) in der Anordnung eines Matrixgitters aus Reihen und Spalten als Zahlen oder Zeichen (im allgemeinen Pixeln) dargestellt, die durch eine Anzahl von segmentierten Elektroden generiert werden, die in dem Matrixmuster angeordnet sind. Die Segmente sind über individuelle Leitungen mit einer Steuerelektronik verbunden, die eine Spannung an die bestimmte Kombination aus Segmenten und angrenzendem LC-Material anlegen, um die gewünschten Daten und/oder die Information durch die Steuerung des durch das Material des Flüssigkristalls hindurchgehenden Lichts anzuzeigen.
Das Kontrastverhältnis wird als eine der wichtigsten Eigenschaften bei der Qualitätsermittlung von sowohl normalerweise weißen (NW) als auch von normalerweise schwarzen (NB) Flüssigkristalldisplays betrachtet. Das Kontrastverhältnis eines normalerweise weißen Displays wird bei ungünstigen Umgebungsbedingungen durch die Division der Intensität der "Ausschaltzustands"- Lichtdurchlässigkeit (hohe Intensität des weißen Lichts) durch die Intensität der "Einschaltzustand-" oder der Verdunkelungsdurchlässigkeit bestimmt. Zum Beispiel beträgt das Kontrastverhältnis des Displays in dem Fall, daß die "Ausschaltzustands- " Durchlässigkeit bei einem besonderen Betrachtungswinkel 200 fL beträgt und die "Einschaltzustands-" Durchlässigkeit unter dem gleichen Betrachtungswinkel 5fL beträgt, dann bei diesem bestimmten Betrachtungswinkel für die für diesen bestimmten "Einschaltzustand" benutzte Steuerspannung 40 oder 40 : 1.
Folglich ist bei normalerweise weißen LCDs die bei der Verdunkelung oder im "Einschaltzustand" das Display durchdringende Lichtmenge ein wichtiger Faktor der nachteiligen Begrenzung des Kontrastverhältnisses. In ähnlicher Weise ist in normalerweise schwarzen Displays die Lichtmenge, welche bei der Verdunkelung oder im "Ausschaltzustand" das Display durchdringt, ein wichtiger Faktor zur Begrenzung des erreichbaren Kontrastverhältnisses. Desto höher und gleichförmiger das Kontrastverhältnis eines bestimmten Displays über einen weiten Bereich des Betrachtungswinkels ist, desto besser ist das LCD in den meisten Anwendungen.
Normalerweise schwarze (NB), nematisch gedrehte Displays weisen typischerweise bessere Konturkurven oder Eigenschaften des Kontrastverhältnisses auf, als ihre Gegenstücke die NW-Displays (im allgemeinen kann das NB-Bild unter einem größeren Betrachtungswinkel gesehen werden). Wie auch immer, NB- Displays sind viel schwieriger herzustellen als NW-Displays, bedingt durch ihre stärke Abhängigkeit von der Zellücke oder der Dicke "d" der Flüssigkristallage, sowie von der Temperatur des Materials der Flüssigkristalle selbst. Folglich bestand seit langem ein technischer Bedarf an der Fähigkeit der Konstruktion eines normalerweise weißen Displays mit hohen Kontrastverhältnissen über einem großen Bereich des Betrachtungswinkels, eher als an der Zuhilfenahme der wesentlich schwierigeren Herstellung von NB-Displays, um diese Eigenschaften zu erreichen.
Was allgemein bei NW-Displays benötigt wird, ist ein optisches Ausgleichs- oder Verzögerungselement(e), z. B. eine Verzögerungsschicht, welche eine Phasenverzögererung herbeiführt, der den ursprünglichen Polarisationszustand des Lichts wiederherstellt, um auf diese Weise zu zulassen, das Licht im wesentlichen durch den Austrittspolarisierer im "Einschaltzustand" blockieren wird. Optische Ausgleichselemente oder Verzögerer sind technisch bekannt und werden, zum Beispiel, in den U.S.-PS 5,184,236, U.S.-PS 5,189,538, U.S.-PS 5,406,396, U.S.-PS 4,889,412, U.S.-PS 5,344,916, U.S.-PS 5,196,953, U.S.-PS 5,138,474 und U.S.-PS 5,071,997 offenbart.
Die Offenbarungen aus 08/255,971 und 08/167,652 zeigen und diskutieren in ihren Einleitungen die graphischen Darstellungen der Kontrastverhältnisse und der Steuerspannung gegen die Intensität (fL) von NW-Displays nach dem Stand der Technik, die geringer sind als erwünscht. Die Betrachtungseigenschaften von NW- LCDs nach dem Stand der Technik sind in soweit problematisch, als daß z. B. ihre Kontrastverhältnisse sowohl horizontal als auch vertikal (und oft nicht symmetrisch) begrenzt sind und daß es ihrer Graustufenleistung an Dichte fehlt.
Ebenso bedeutsam bei der Bestimmung der Qualität eines LCD sind die Graustufenleistung und der dazu korrespondierende Anteil der Umkehrung. Typischerweise benutzen herkömmliche Flüssigkristalldisplays mit Aktivmatrix zwischen etwa 8 bis 64 verschiedene Steuerspannungen. Diese verschiedenen Steuerspannungen werden allgemein als "Graustufen"-Spannungen bezeichnet. Die Intensität des durch die Pixel oder das Display hindurchgehenden Lichts hängt von den benutzten Steuerspannungen ab. Folglich werden herkömmliche Graustufen- Spannungen verwendet, um verschiedene Schattierungen einer Farbe zu erzeugen, ebenso um verschiedene Farben zu kreieren, in dem z. B. die Schattierungen miteinander gemischt werden.
Vorzugsweise gilt, je höher die Steuerspannung in einem normalerweise weißen Display ist, desto niedriger ist die Intensität (fL) des hindurchtretenden Lichts. Die Umkehrung gilt für normalerweise schwarze Displays. Demnach kann man bei der Verwendung vielfältiger Graustufen-Steuerspannungen entweder ein NW oder ein NB Flüssigkristalldisplay manipulieren, um die gewünschten Intensitäten und Schattierungen von Licht/Farbe abzustrahlen. Eine Graustufen-VON ist allgemein als Steuerspannung bekannt, die größer als die Vth (Grenzspannung) bis zu etwa 5 bis 6,5 Volt ist.
Die Intensität der Grauwerte in einem LCD hängt von den Steuerspannungen des Displays ab. In einem NW-Display ist ein Verlauf der Intensität gegen die Steuerspannungen erwünscht, bei dem die Intensität des vom Display oder Pixel emittierten Lichts kontinuierlich und gleichförmig so ansteigt, wie die Steuerspannung abfällt. Mit anderen Worten, es ist erwünscht, daß ein NW-Pixel eine derartige Graustufenleistung aufweist, daß die Intensität (fL) bei 6 Volt geringer ist als bei 5 Volt, diese wiederum geringer ist als bei 4 Volt, diese wiederum geringer ist als bei 3 Volt und diese wiederum geringer ist als bei 2 Volt usw.. Solche erwünschten Verläufe der Grauwerte über einen weiten Betrachtungsbereich gestatten es, die Intensität des den Betrachter unter verschiedenen Betrachtungswinkeln erreichenden Lichts einfacher und gleichförmiger zu steuern.
Die Schriften mit den Seriennummern 08/255,971 und 08/167,652 diskutieren in ihren Einleitungsteilen NW-LCDs nach dem Stand der Technik mit Problemen bei der Inversion (z. B. Inversionsbuckel, speziell bei der grafischen Darstellung der Transmission gegen die Steuerspannung). Wie darin diskutiert wird, sind Inversionsbuckel allgemein unerwünscht. Ein theoretisch perfekter Verlauf der Steuerspannungen gegen die Intensität (fL) für ein NW-Display würde unter allen Betrachtungswinkeln eine erhöhte Intensität (fL) für jede Verminderung der Steuerspannung der Grauwerte aufweisen. Demgegenüber stellt der Inversionsbuckel die Verringerung(en) der Intensität der Abstrahlung der Grauwerte für jede korrespondierende Verringerung der Steuerspannung für ein LCD oder ein Lichtventil dar. Folglich würde ein großer technischer Bedarf erfüllt, sobald ein normalerweise weißes TN-Flüssigkristalldisplay mit kleiner oder keiner Inversion und einem über einen weiten Bereich der Betrachtungswinkel verbesserten Kontrastverhältnis zur Verfügung gestellt werden könnte.
Die US-PS 5,344,916 offenbart ein Flüssigkristalldisplay, welches Verzögerungsschichten mit positiven und negativen Verzögerungsschichten aufweist.
Die negativen Verzögerer (oder Doppelbrechungsschichten) aus dem '916 Patent weisen als Eigenschaft nx = ny > nz auf, diese Gleichung definiert den Ausdruck "Negativ". Die "Z"-Richtung oder -Achse steht senkrecht auf die Ebene der Schicht, während die "X"- und "Y"-Achsen parallel zu der Ebene der Verzögerungsschicht verlaufen. Demnach verlaufen die optischen Achsen der negativen Verzögerungsschichten in dem '916 Patent senkrecht zu der Schichtebene. Es wird vermerkt, daß nx, ny und nz die zugeordneten Bezeichnungen (Indizes) für die Brechung sind.
Unvorteilhafterweise beinhalten, während die Anwendung der negativen Verzögerungsschichten aus dem '916 Patent den Kontrast für einige LCDs nach Stand der Technik verbessert, damit ausgestattete nematisch gedrehte (TN) Displays unter großen Betrachtungswinkeln oftmals immer noch den Mangel von geringeren als den erwünschten Kontrastverhältnissen. Auf den Punkt gebracht, die Offenbarung aus dem '916 Patent würdigt nicht, weist nicht hin oder offenbart nichts bzgl. der Verwendung negativer und positiver Verzögerer im Zusammenhang mit bestimmten Werten, Verhältnissen und/oder Anordnungen, um zusätzlich die Betrachtungseigenschaften eines LCD gleichmäßig zu verbessern, wie es unten in der vorliegenden Erfindung diskutiert wird.
Die US-PS 5,189,538 (und US-PS 5,138,747) offenbart ein nematisch superdrehendes (STN) LCD mit Schichten verschiedener, Werte für die Doppelbrechung. Unvorteilhafterweise weisen STN-LCDs keine wirkliche Korrespondenz oder Korrelation zu etwa 90º TN LCDs im Hinblick auf das Verhalten des Bildes unter dem Einfluß des Verzögerers auf. Mit anderen Worten, die Lehren hinsichtlich Verzögerer in STN-Geräten (z. B. 270º drehende) sind allgemein gering oder haben keine Auswirkungen in Hinsicht auf TN ( 90º drehende) LCDs.
Die US-PS 4,889,412 offenbart ein LCD mit elektrisch geregelter Doppelbrechung (ECB) und negativer Anisotropie. Unvorteilhafterweise verwenden ECB-Displays kein nematisch gedrehtes LC Material wie die hier vorliegende Erfindung. Wiederum sind die Offenbarungen über das ECB-Display allgemein ungeeignet für TN ( 90º drehende) Displays im Hinblick auf die Verzögerungslehren und Prinzipien.
Die US-PS 5,291,323 offenbart ein Flüssigkristalldisplay mit "positiven und negativen Ausgleichsschichten, deren jeweilige optische Achse jeweils parallel zu der Oberfläche verläuft". Unvorteilhafterweise sind die Offenbarung und die Lehre aus dem '323 Patent nicht auf TN-Displays nach der vorliegenden Erfindung bezogen, da sich das '323 Patent auf superdrehende (z. B. 240º drehende) LCDs bezieht. Es ist ebenfalls festzuhalten, daß die Achsrichtungen der Langsamphase bestimmter Phasenebenen in dem '323 Patent parallel zu der Oberfläche (d. h. die Ebene, die durch die Schicht definiert ist) verlaufen.
Der lediglich zur Beschreibung der Trägermaterialien, der Polarisierer, der Elektroden, der Polierzonen und der Ausrichtungsschichten verwendete Ausdruck "Rückseite" bedeutet, daß das beschriebene Element auf der Seite der Hintergrundbeleuchtung des Flüssigkristallmaterials angeordnet ist, oder mit anderen Worten, auf der Seite des LC Materials liegt, welche dem Betrachter gegenüberliegt.
Der lediglich zur Beschreibung des Trägermaterials, der Polarisierer, der Elektroden, der Polierzonen und der Ausrichtungsschichten verwendete Ausdruck "Vorderseite" bedeutet, daß das beschriebene Element auf der Betrachterseite des Flüssigkristallmaterials angeordnet ist.
Die LCDs und darin befindliche Lichtventile hierin beinhalten ein Flüssigkristallmaterial mit einer Doppelbrechung bei Raumtemperatur (Δn) von 0,084, gem. der Modellnummer ZLI-4718, erhältlich von Merck, ausgenommen anderweitiger Spezifikationen.
Der Ausdruck "Verzögerungswert", wie er hierin verwendet wird, meint "d*Δ n" der Verzögerungsschicht oder -ebene, wobei "d" für die Schichtdicke und "Δ n" für die Doppelbrechung der Schicht steht.
Der Ausdruck "innerhalb", wie er hierin zur Beschreibung einer Oberfläche oder Seite von Elementen (oder einem Element selber) verwendet wird, bedeutet nächstliegend zu dem Flüssigkristallmaterial.
Der Ausdruck "Lichtventile" wie er hierin verwendet wird, meint ein Flüssigkristalldisplay mit einem rückseitigen linearen Polarisierer, einem rückseitigen transparenten Trägermaterial, einer rückseitigen Dauerpixelelektrode, einer rückseitigen Ausrichtungsschicht, einer LC-Lage, einer vorderseitigen Ausrichtungsschicht, einer vorderseitigen Dauerpixelelektrode, einem vorderseitigen Trägermaterial und einem vorderseitigen Polarisierer (oder die Anwesenheit von Farbfiltern und geregelten Aktivmatrixstromkreisen, wie TFTs). Solch ein Lichtventil kann ebenfalls Verzögerungsschicht(en) aufweisen, die auf jeder Seite dieser LC- Lage angeordnet sind, wie es hierin mit Bezug auf jedes Beispiel und jede Ausgestaltungsform beschrieben wird. Mit anderen Worten, ein "Lichtventil" kann als einzelner großer Pixel ohne segmentierte Elektroden bezeichnet werden.
Aus der obigen Beschreibung wird offensichtlich, daß an einem normalerweise weißen Flüssigkristalldisplay ein technischer Bedarf besteht, welches über einen weiten Bereich der Betrachtungswinkel sowohl hohe Kontrastverhältnisse als auch geringe oder gar keine Inversion aufweist.
Die Erfindung wird anhand einiger bestimmter Ausgestaltungsformen anhand beiliegender Zeichnungen beschrieben.
Generell gesagt, erfüllt diese Erfindung die oben beschriebenen technischen Bedürfnisse durch ein normalerweise weißes, nematisch gedrehtes Flüssigkristalldisplay gemäß Anspruch 1.
In Übereinstimmung mit bestimmten anderen Ausgestaltungsformen dieser Erfindung wird gemäß Anspruch 2 ein Verfahren zur Herstellung eines nematisch gedrehten LCDs zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung wird anhand einiger bestimmter Ausgestaltungsformen anhand beiliegender Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer optischen Komponente eines normalerweise weißen, nematisch gedrehten LCDs in Übereinstimmung mit einer Ausgestaltung nach dieser Erfindung, das Display beinhaltet sowohl ein Paar negativer Verzögerer als auch ein Paar positiver Verzögerer, welche eine Flüssigkristallage zwischen sich einklemmen;
Fig. 2 die Verhältnisse der Winkel zwischen den jeweiligen Komponenten der optischen Achsen der Fig. 1 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausgestaltungsform nach dieser Erfindung;
Fig. 3 die Verhältnisse der Winkel zwischen den jeweiligen optischen Achsen der Bestandteile des Displays aus Fig. 1 in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausgestaltung nach dieser Erfindung, die zweite Ausgestaltung unterscheidet sich von der Ausgestaltung in Fig. 2 dadurch, daß die Achsen der positiver Verzögerer in bezug auf ihre benachbarten Transmissionsachsen der Polarisierer um etwa 3º abgewinkelt sind;
Fig. 4 den grafischen oder geplotteten Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines nematisch gedrehten, normalerweise weißen Lichtventils aus Flüssigkristallen des Beispiels 1, wenn an die Ausgestaltungen wie in Fig. 1 und 2 nach dieser Erfindung zum Ansteuern 5 Volt angewendet werden;
Fig. 5 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht des Lichtventils nach Fig. 4, sobald zum Ansteuern 7 Volt daran angewendet wird;
Fig. 6 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines 6" · 8" (normalerweise weißen) AMLCD in Übereinstimmung mit der Ausgestaltung nach Fig. 3 nach dieser Erfindung, wobei Φ = 3º ist, der Verlauf in Fig. 6 zeigt das Display, wenn zum Ansteuern 6,1 Volt angewendet werden;
Fig. 7 grafisch das Verhältnis der Transmission (Intensität) gegen die Steuerspannung eines normalerweise weißen AMLCDs aus Fig. 6, dieser Graph zeigt das exzellente Grauwertverhalten dieses Displays;
Fig. 8 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines normalerweise weißen Lichtventils aus Beispiel 3, wenn zum Ansteuern 6 Volt angewendet werden;
Fig. 9 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines normalerweise weißen Lichtventils in Übereinstimmung mit den Ausgestaltungen aus den Fig. 1 und 2 aus Beispiel 4, sobald zum Ansteuern 6 Volt angewendet werden.
Fig. 10 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines normalerweise weißen Lichtventils aus Beispiel 5 in Übereinstimmung damit, wenn zum Ansteuern 6 Volt angewendet werden;
Fig. 11 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines normalerweise weißen Lichtventils aus Beispiel 6, wenn zum Ansteuern 6 Volt angewendet werden;
Fig. 12 den grafischen Verlauf des Kontrastverhältnisses von weißem Licht eines normalerweise weißen AMLCD, ähnlich dem in Fig. 1 und 2 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die positiven und negativen Verzögerer nur auf einer Seite der Flüssigkristallage angeordnet sind und daß dieses Display auf derselben Seite der LC-Lage einen positiven Verzögerer (140 nm) und einen negativen Verzögerer (-110 nm) beinhaltet;
Fig. 13 die geplottete oder grafische Darstellung des Verlaufs der Transmission gegen die Steuerspannung des AMLCD aus Fig. 12.
Fig. 1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung der optischen Bestandteile und ihrer jeweiligen Anordnungen in einem nematisch gedrehten NW- LCD gemäß einer ersten Ausgestaltung dieser Erfindung, wobei das LCD in bestimmten Ausführungsformen ein Lichtventil oder ein AMLCD mit einem Matrixgitter aus Pixeln und gefärbten (im allgemeinen RGB) Subpixeln ist. Wie gezeigt, beinhaltet dieses Display von der Rückseite her in Richtung zum Betrachter 1 eine konventionelle Hintergrundbeleuchtung 3, einen rückseitigen oder linearen Licht-Einlaß Polarisierer 5, eine rückseitige positive uniaxiale Verzögerungsschicht 2, eine rückseitige negative Verzögerungsschicht 4, eine rückseitige Polier- oder Ausrichtungsschicht 7, eine Lage aus Flüssigkristallen 9, eine vorderseitige Polier- oder Ausrichtungsschicht 11, eine vorderseitige negative Verzögerungsschicht 13, eine vorderseitige, positive, uniaxiale Verzögerungsschicht 14 und abschließend einen vorderseitigen oder linearen Licht-Auslaß Polarisierer 15. Das Glasträgermaterial (nicht gezeigt) wird auf jeder (d. h. beiden) Seite(n) der Lage 9 zwischen der jeweiligen Ausrichtungslage und ihren angrenzenden negativen Verzögerern angeordnet. Die Elektroden (nicht gezeigt) sind zwischen dem Trägermaterial und ihren angrenzenden Ausrichtungslagen angeordnet. Der Schlüssel zu dieser Erfindung ist die überraschende Entdeckung, daß, sobald die oben aufgeführten positiven und negativen Verzögerer jeweils innerhalb eines speziellen Bereichs und/oder Verhältnisses für den oder die Verzögerungswert(e) liegen, daraus verbesserte Betrachtungseigenschaften des Displays resultieren.
Die Hintergrundbeleuchtung 3 weist eine herkömmliche Beschaffenheit auf und strahlt im wesentlichen gerichtetes oder alternativ dazu, diffuses Licht in Richtung der Displayebene. Die Hintergrundbeleuchtung 3 kann zum Beispiel die in der allgemein bekannten US-PS 5,161,041 offenbarte Vorrichtung zur Hintergrundsbeleuchtung sein. Alternativ können andere herkömmliche Hintergrundbeleuchtungen mit im wesentlichen gerichteter hoher Intensität verwendet werden.
Die rückseitigen und vorderseitigen Polarisierer 5 und 15 sind in bestimmten Ausgestaltungen nach dieser Erfindung jeweils von linearer Beschaffenheit und ihre jeweiligen linearen Transmissionsachsen PR und PF sind im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet, so daß die Displays der verschiedenen Ausgestaltungen vom normal weiß (NW) Typus sind. Daher sind die Transmissionsachsen PR und PF der Polarisierer 5 und 15, sobald eine Steuerspannung (z. B. um 0,1 Volt) unterhalb der Grenzspannung Vth durch die Elektroden (nicht gezeigt) an die Flüssigkristallage 9 angelegt wird, jeweils so ausgerichtet, so daß von der Hintergrundsbeleuchtung 3 ausgesendetes Licht seinen Weg dort hindurch fortsetzt und durch den Polarisierer 5 in Richtung PR linear polarisiert wird, dann durch die nematisch gedrehte LC-Lage (i. a. um etwa 80º bis 100º) gedreht wird und abschließend vorderseitig via die Transmissionsachse PF aus dem Polarisierer 15 austretend den Betrachter 1 erreicht. Das Licht erreicht den Betrachter 1, weil seine Polarisationsrichtung beim Erreichen des vorderseitigen Polarisierers 15 ähnlich zu der durch die Transmissionsachse PF bestimmten Richtung verläuft. Daher befindet sich ein NW- Display oder -pixel, an welches eine Spannung unterhalb der Vth angelegt wird, im sogenannten "Ausschaltzustand" und erscheint dem Betrachter weiß (oder, wenn Farbfilter eingesetzt sind, gefärbt). Diese Polarisierer sind kommerziell erhältlich, z. B. von Nitto Denko America als #G1220DUN.
Wie auch immer, sobald eine wesentliche Steuerspannung (i. a. etwa 6 Volt) an das ausgewählte NW-Pixel des die Flüssigkristallage 9 beinhaltenden Matrixgitters angelegt wird, wird das durch den rückseitigen Polarisierer 5 hindurchgehende Licht durch die LC-Lage 9 nicht wesentlich gedreht und wird daher im wesentlichen durch den vorderseitigen Polarisierer 15 blockiert, bedingt durch die Tatsache, daß die Polarisationsrichtung des die innenliegende Oberfläche des den vorderseitigen Polarisierer 15 erreichenden Lichts im wesentlichen senkrecht (oder anderweitig nicht ausgerichtet) zu der Transmissionsachse PF verläuft, daraus resultiert im wesentlichen, daß auf dem Weg durch das ausgewählte Pixel, an welches die wesentliche Steuerspannung angelegt wird, kein Licht den Betrachter 1 erreicht. Auf diese Weise, - die ausgewählten Pixel, die im Matrixgitter angesteuert werden, erscheinen für den Betrachter 1 dunkel -, werden diese Pixel als im "Ein- Zustand" befindlich bezeichnet. Vorzugsweise wird vom Fachmann die Menge des den Betrachter 1 erreichenden Lichts von der an die LC-Lage 9 angelegten Spannung bestimmt, wobei gilt, desto höher die Steuerspannung, desto dunkler erscheint(en) das/die ausgewählt angesteuerte(n) Pixel.
In bestimmten Ausgestaltungen dieser Erfindung sind die Transmissionsachse PR des rückseitigen Polarisierers 5 und die Transmissionsachse PF des vorderseitigen Polarisierers 15 im wesentlichen senkrecht zueinander stehend ausgerichtet, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, um so eine normalerweise weiße, nematisch gedrehte Zelle zu bestimmen. Jedoch können die Polarisierer 5 und 15 auf andere herkömmliche Arten ausgerichtet werden, welche es ebenso erlauben, daß die Zelle oder das Display von dem normalerweise weißen Typus ist.
Die rückseitigen und vorderseitigen Ausrichtungs- oder Polierschichten 7 und 11 sind jeweils herkömmlich und können aus einem im wesentlichen transparenten Polymid gefertigt sein. Die rückseitige Ausrichtungsschicht 7 wird herkömmlich poliert oder in die Richtung BR ausgerichtet, wie in den Fig. 1-3 dargestellt. Gleichfalls wird die vorderseitige Schicht 11 in Richtung BF herkömmlich poliert. Die Polierrichtungen BR und BF sind im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet, wie in den Fig. 1-3 dargestellt, um es so den Molekülen der Flüssigkristallage 9 zu ermöglichen, im ausgeschalteten bzw. nichtangesteuerten Zustand zwischen etwa 80º bis 100º, vorzugsweise um etwa 90º, gedreht zu werden. Der Ausdruck "Ausschaltzustand" bedeutet, daß eine Spannung unterhalb der Grenzspannung (Vtn ) an die LC-Lage 9 angelegt wird.
In Übereinstimmung mit gewissen Ausgestaltungen weist die Flüssigkristallage 9 eine Dicke "d" von etwa 4,5 bis 6 um, vorzugsweise etwa 5,5 um auf. Die Lage 9 weist einen Doppelbrechungswert Δn von etwa 0,08 bis 0,1, vorzugsweise von 0,084 bis 0,086 auf.
Die an die LC-Lage 9 angelegte Spannung bestimmt den Grad der Verdrehung der Moleküle in dem Flüssigkristall und legt somit die Polarisationsrichtung des an der Vorderseite oder der Betrachterseite der Lage 9 ausgestrahlten Lichts fest. Umgekehrt legt die Polarisationsrichtung des den Polarisierer 15 erreichenden Lichts die Menge des Lichts fest, die via der Achse PF hindurchtreten darf und den Betrachter 1 erreicht, da je mehr die Transmissionsachse PF und die Polarisationsrichtung des den Polarisierer 15 erreichenden Lichts zueinander ausgerichtet sind, desto mehr Licht darf hindurchtreten und den Betrachter 1 erreichen. Während die Betriebsspannung > Vth an der Lage 9 die im wesentlichen vertikale Ausrichtung der LC-Moleküle bewirkt, können, wie es technisch bekannt ist, die LC-Moleküle niemals vollständig aufrecht stehen oder perfekt in der Vertikalrichtung ausgerichtet werden. Dies ist der Grund für die Notwendigkeit der Verzögerungs- (oder Doppelbrechungs-) schicht(en).
Die positiv doppelbrechenden, uniaxialen Verzögerungsschichten 2 und 14 mit den optischen Achsen RR und RF sind in dieser ersten Ausgestaltung (siehe Fig. 1 bis 2) jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Flüssigkristallage 9, dabei die Lage 9 zwischen sich einklemmend, angeordnet. Überraschenderweise wurde dabei herausgefunden, daß die Bereitstellung der oben aufgeführten vier Verzögerungsschichten (zwei positive und zwei negative) mit besonderen Verzögerungswerten und/oder -verhältnissen die Inversion vermindert und das Kontrastverhältnis der Betrachtungszone über einen weiten Bereich des Betrachtungswinkels verbessert.
Die Verzögerungsschichten 2 und 14 sind in bestimmten Ausgestaltungen dieser Erfindung von positiv doppelbrechender und uniaxialer Beschaffenheit, wie solche Schichten, welche z. B. von der Nitto Corp., Japan, oder Nitto Denko America, Inc., New Brunswick, New Jersey als Modell mit der Nummer NRF-140 (140 nm Verzögerer) erhältlich sind.
Die negativen Verzögerer 4 und 13 sind durch die Charakteristik nx = ny > nz bestimmt, wobei nx, ny und nz die Brechungsindizes sind und die "Z"-Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Schichtebene liegt, während die "X"- und "Y"- Richtungen im wesentlichen parallel zu der Schichtebene, wie in Fig. 1 gezeigt, liegen. Die negativen Verzögerer 4 und 13 können von Rockwell oder der Universität von Akron erhalten werden und werden in der US-PS 5,344,916 und der US-PS 5,071,997 beschrieben. In Übereinstimmung mit gewissen Ausgestaltungen können die positiven und negativen Verzögerer und die Polarisierer getrennte Schichten sein, obwohl sie in anderen Ausgestaltungen ganzheitlich ausgebildet oder miteinander laminiert sein können. Folglich können z. B. die Schichten 2 und 4 miteinander laminiert sein, um eine einzelne Schicht mit einem positiven Verzögerungsbestandteil und einem negativen Verzögerungsbestandteil zu bilden.
Mit Bezug auf Fig. 2 sind in gewissen Ausgestaltungen nach dieser Erfindung die Transmissionsachse PR, die optische Achse RR und die Polierrichtung BF im wesentlichen parallel zueinander, während die rückseitige Polierrichtung BR, die Transmissionsachse PF des vorderseitigen Polarisierers und die optische Achse RF im wesentlichen ebenso parallel zueinander sind, wodurch das Display veranlaßt wird, mit im wesentlichen symmetrischen Betrachtungseigenschaften bezüglich des "normalen" Betrachtungswinkels abzustrahlen. In solchen Ausgestaltungen stehen die Achse PR und die Richtung BR im wesentlichen senkrecht zueinander, wie auch die Achse PF und die Richtung BF. Ein Display mit solch einer optischen Anordnung wird "X-poliert" genannt. Der Ausdruck "X-poliert" bedeutet, daß die Transmissionsachse PR des rückseitigen Polarisierers im wesentlichen senkrecht zu der rückseitigen Polierrichtung BR steht, während die Transmissionsachse PF des vorderseitigen Polarisierers im wesentlichen senkrecht zu der vorderseitigen Polierrichtung BF steht.
Während in der optischen Ausgestaltung in Fig. 2 des Displays der Fig. 1 die optische Achse RF des vorderseitigen positiven Verzögerers im wesentlichen parallel zu der vorderseitigen Transmissionsachse PF und die Achse RR des rückseitigen positiven Verzögerers im wesentlichen parallel zur Transmissionsachse PR des rückseitigen Polarisierers steht, können die optischen Achsen der positiven Verzögerer 2 und 14 aus dieser Position abgewinkelt sein, wie in der Ausgestaltung der Fig. 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt eine optische Achse und Richtungsanordnung gemäß einer anderen (oder zweiten) Ausgestaltung dieser Erfindung, welche mit dem Display aus Fig. 1 korrespondiert. Wie in Fig. 3 gezeigt, beträgt Φ 3º. Das bedeutet, daß die optische Achse RF des vorderseitigen positiven Verzögerers 14 um 3º gegen den Uhrzeigersinn (betrachtet vom Betrachtungspunkt des Betrachters 1 aus) gegenüber der Achse PF gedreht ist, während die optische Achse RR des rückseitigen positiven Verzögerers 21 im Uhrzeigersinn relativ zu der Transmissionsachse PR des rückseitigen Polarisierers gedreht ist. Durch die symmetrische Abwinkelung der Achsen der positiven Verzögerer 2 und 14 in einer Weise, daß Φ = 3º beträgt, ist die Betrachtungszone des Displays mit dem besten Ausgabekontrast in vertikaler Richtung verschiebbar. Dies ist zum Beispiel bei Anwendungen im Flugzeugcockpit von speziellem Interesse, sobald die beste Betrachtungszone des Displays nicht unter dem senkrechten, sondern unter einem vertikalen Betrachtungswinkel mit Bezug auf diesen (im allgemeinen mit einem Winkel von +20º vertikal aus der Senkrechten) benötigt wird. Bei der Einstellung der Achsen der Verzögerer (RR und RF), so daß Φ = 3º beträgt, wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Betrachtungszone mit dem höchsten Kontrast in positiver Vertikalrichtung mit Bezug auf die Senkrechte (siehe z. B. Fig. 6) verschoben.
Die optischen Achsen RR und RF der positiven Verzögerer 2 und 14 können zueinander entweder symmetrisch oder unsymmetrisch, gemäß gewissen Ausgestaltungen nach dieser Erfindung und abhängig von den gewünschten Betrachtungseigenschaften des Displays, abgewinkelt sein. Φ kann für jede optische Achse jedes positiven Verzögerers (in die gleiche Richtung) von z. B. etwa 0º bis 8º in entweder der positiven oder der negativen Richtung eingestellt werden. Bevorzugt kann Φ zwischen plus oder minus etwa 3º bis 8º eingestellt werden, bevorzugter etwa um 3º bis 5º in jede Richtung. Bei der Einstellung von Φ für beide (oder alternativ nur für einen) der positiven Verzögerer, wie in Fig. 3 gezeigt, kann die Position der Betrachtungszone mit dem höchsten Kontrast vertikal verschoben werden und die Gebiete mit dem höchsten Kontrast (im allgemeinen die "Augen") in der Betrachtungszone können so näher beabstandet oder weiter voneinander weg angeordnet werden (dies ist speziell nützlich, wenn nicht nur der Pilot, sondern ebenso der Kopilot das Display innerhalb des Cockpits betrachten muß).
Es wurde herausgefunden, daß durch die Bereitstellung der positiven und negativen Verzögerer nach dieser Erfindung mit speziellen Verzögerungs- oder Doppelbrechungswerten und/oder -verhältnissen verbesserte Betrachtungseigenschaften (höhere Kontrastverhältnisse und/oder weniger Inversion) eines normalerweise weißen, nematisch gedrehten Displays erreicht werden. In Übereinstimmung mit gewissen Ausgestaltungen nach dieser Erfindung beträgt der Verzögerungswert der positiven Schichten 2 und 14 etwa 80 bis 200 nm, vorzugsweise etwa 120 bis 160 nm und am meisten bevorzugt etwa um 140 nm. In Kombination mit diesen positiven Verzögerungswerten wurde herausgefunden, das exzellente Ergebnisse erreicht werden können, sobald die Doppelbrechungswerte (Verzögerungswerte) der negativen Verzögerungsschichten 4 und 13 zwischen -60 bis -200 nm, vorzugsweise zwischen -80 bis -150 nm und am meisten bevorzugt etwa -110 nm betragen. Demgemäß weisen in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausgestaltung nach dieser Erfindung sowohl der rückseitige positive Verzögerer 2 als auch der vorderseitige positive Verzögerer 14 Verzögerungswerte von 140 nm auf, während sowohl der rückseitige negative Verzögerer 4 als auch der vorderseitige Verzögerer 13 jeder einen Verzögerungswert von -110 nm aufweist.
In Übereinstimmung mit bestimmten anderen Ausgestaltungen ist festgestellt worden, daß sich verbesserte Betrachtungseigenschaften ergeben, wenn die Verzögerungswerte der positiven und negativen Verzögerer hauptsächlich innerhalb eines speziellen Verhältnisbereichs liegen. Das Verhältnis des positiven Verzögerungswerts jedes positiven Verzögerers 2 und 14 zum negativen Verzögerungswert der negativen Verzögerer 4 und 13 liegt zwischen 1 : 1 und 2 : 1. Vorzugsweise liegt der Bereich des Verhältnisses des Verzögerwertes der positiven Verzögerer zu den negativen Verzögerer zwischen 1, 2 : 1 und 1,5 : 1. Die Verzögererwerte von jedem derartigen (z. B. positiven) Verzögerer müssen solange identisch sein, wie der Verhältnisbereich durch beide Sets aus positivnegativ Verzögerungswerten gebildet wird. Die sich durch Aufrechterhaltung aus den positiven und negativen Verzögerungswerten innerhalb dieses Verhältnisbereichs ergebenden verbesserten Betrachtungseigenschaften werden unten in Bezug auf die Fig. 4-13 und den zahlreichen Beispielen beschrieben.
Die Erfindung wird nun in Bezug auf bestimmte Beispiele wie folgt beschrieben:

Beispiel 1

In diesem ersten Beispiel wird ein normalerweise weißes, nematisch gedrehtes, x-poliertes Lichtventil hergestellt, wie in den Fig. 1-2 gezeigt. Die Flüssigkristallage 9 weist eine Dicke von etwa 5,5 um auf und einen Δn Wert von 0,084. Im "Ausschaltzustand" dreht die Flüssigkristallage 9 normal vorkommendes Licht um etwa 90º. Die positiven uniaxialen Verzögerer 2 und 14 dieses Lichtventils weisen jedes einen positiven Verzögerungswert von 140 nm auf, während die negativen Verzögerer 4 und 13 jeder einen Verzögerungswert von -110 nm aufweisen. Die negativen Verzögerer 4 und 13 sind innerhalb zwischen den beiden positiven Verzögerer 2 und 14 angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die optischen Achsen sind, wie in Fig. 2 gezeigt, so arrangiert, daß die Transmissionsachsen der vorderseitigen und rückseitigen Polarisierer im wesentlichen senkrecht zueinander stehen, während PF im wesentlichen parallel zu RF und BR steht. Die vorderseitige Polierrichtung BF steht im wesentlichen parallel zu PR und RR bezogen auf den Polarisierer 5 und den positiven uniaxialen Verzögerer 2. Die Brechungsindizes der negativen Verzögerer 4 und 13 sind so bestimmt, daß nx = ny > nz, wie in allen beschriebenen Beispielen, gilt. Demgemäß verläuft die optische Achse jedes negativen Verzögerers im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Verzögerers. Das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert beträgt für jede Seite der LC-Lage 9 in diesem Beispiel 1,27.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die grafische Darstellung des Verhältnisses des Kontrasts von weißem Licht des Lichtventils in diesem Beispiel, sobald jeweils für sich 5,0 beziehungsweise 7,0 Volt an die LC-Lage 9 angelegt wurden. In allen hierin beschriebenen Beispielen weist die LC-Lage 9 im wesentlichen Raumtemperatur oder geringfügig darüber (d. h. etwa 38º bis 40ºCelsius) auf. Wie in Fig. 4 gezeigt werden hervorragende Kontrastverhältnisse über einen weiten Bereich des Betrachtungswinkels erreicht, die 80 : 1 oder 80 Konturlinie erstreckt sich horizontal über wenigstens etwa ± 40º, sobald zum Ansteuern 5,0 Volt an das Lichtventil angelegt werden. Dann, in Fig. 5, sobald zum Ansteuern 7,0 Volt an das Lichtventil angelegt werden, vergrößerte sich die Betrachtungszone für das 80 : 1 und größere Kontrastverhältnisse vertikal und verringerte sich geringfügig horizontal. Wie in Fig. 5 zu sehen, erstreckt sich die Betrachtungszone mit dem 80 : 1 oder 80 Kontrastverhältnis horizontal entlang der 0º vertikalen Betrachtungsachse von etwa ± 37º bis 38º. Dergleichen erstreckt sich die Betrachtungszone mit dem 10 : 1 Kontrastverhältnis horizontal entlang der 0º vertikalen Betrachtungsachse von etwa +45º bis -38º. Die in den Fig. 4-5 für dieses Lichtventil dargestellten Betrachtungseigenschaften sind, als Ergebnis der den positiven und negativen Verzögerern zur Verfügung gestellten Verzögerungswerten sowie der Anordnung der Verzögerer in dem Displaystapel, dem Stand der Technik überlegen.

Beispiel 2

Ein 6" · 8" TFT angesteuertes X-poliertes Flüssigkristalldisplay mit Aktivmatrix (AMLCD) mit RGB-Farbfiltern, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, wurde in diesem Beispiel hergestellt und untersucht. Das AMLCD dieses Beispiels weist im wesentlichen über die gesamten Displayplatte eine allgemeine Dicke des TN Flüssigkristallmaterials 9 von etwa 5,2 um auf. Die Flüssigkristallage 9 weist ein Δn von etwa 0,084 auf. Die positiven Verzögerungsschichten 2 und 14 klemmen in diesem Beispiel (wie auch in anderen beschriebenen Beispielen) die LC-Lage 9 zwischen sich ein, jede Schicht weist einen Verzögerungswert von 140 nm auf, während die die Lage 9 umschließenden negativen Verzögerungsschichten 4 und 13 jeweils einen Verzögerungswert von -110 nm aufweisen. Demgemäß liegt das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert auf beiden Seiten der Lage 9 bei 1,27. Die optischen Achsen und Richtungen dieses AMLCD werden, wie in Fig. 3 gezeigt, zur Verfügung gestellt, so daß Φ positive 3º beträgt. Demgemäß sind diese Richtungen, die Transmissionsachse PF von dem vorderseitigen Polarisierer verläuft im wesentlichen parallel zur rückseitigen Polierrichtung Br, um etwa 3º von der optischen Achse RF des vorderseitigen positiven Verzögerers abgewinkelt. Ebenso, die Transmissionsachse PR des rückseitigen Polarisierers verläuft im wesentlichen senkrecht zur vorderseitigen Transmissionsachse PF, verläuft die rückseitige Transmissionsachse PR im wesentlichen parallel zur vorderseitigen Polierrichtung BF und ist um etwa 3º von Rr abgewinkelt, wie in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 6 zeigt die grafische Darstellung des Verhältnisses des Kontrasts von weißem Licht des AMLCDs aus diesem Beispiel, sobald 6,1 Volt angelegt werden. In Fig. 6 läßt sich erkennen, daß durch die Einstellung von Φ auf einen Wert von etwa 3º auf jeder Seite der LC-Lage 9 der Betrachtungsbereich mit dem höchsten Kontrast vertikal nach oben verschoben wurde. Das Gebiet mit dem Kontrastverhältnis 90 zu 100 erstreckt sich horizontal entlang der +10º vertikalen Achse von etwa -40º bis +48º, dies ist eine merkliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Zusätzlich bestimmen die zwei Bereiche mit dem hohen Kontrast (Auge) im Zentrum des Gebiets mit dem hohen Kontrast die Kontrastverhältnisse aufwärts bis zu und einschließlich 240 : 1 oder 240. Diese beiden "Augen" können als Einheit oder alternativ voneinander beabstandet durch die Vergrößerung oder Verkleinerung von (bewegt die Verzögerungsachse oder Achsen) und/oder der symmetrischen Drehung (symmetrisch auf beiden Seiten der LC-Lage 9) der Polarisiererachsen um sich selbst hergestellt werden.
Fig. 7 zeigt die grafische Darstellung der Transmission (Intensität) gegen die Steuerspannung an dem AMLCD dieses Beispiels. Der Graph der Fig. 7 zeigt das Fehlen der Inversion und das verbesserte Graustufenverhalten dieses TFT gesteuerten Displays.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird ein normalerweise weißes, nematisch gedrehtes, x- poliertes Lichtventil hergestellt und analysiert (siehe Fig. 8). Dieses Lichtventil wurde so hergestellt, wie oben in Fig. 1 bis 2 gezeigt, daß auf beiden Seiten der LC- Lage 9 Φ = 0º beträgt. Die Flüssigkristallage 9 weist eine Dicke von etwa 5,5 um auf. Die positiven Verzögerungsschichten 2 und 14 weisen jeweils einen positiven Verzögerungswert von 300 nm auf. Die negativen Verzögerer 4 und 13 weisen jeweils einen Verzögerungswert von -220 nm auf. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind jeweils positive und negative Verzögerer auf jeder Seite der Flüssigkristallage 9 angeordnet, wobei der negative Verzögerer auf jeder Seite zwischen dem gegenüberliegenden positiven Verzögerer und der Flüssigkristallage eingeklemmt ist. Das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert beträgt auf jeder Seite des Panels für dieses Beispiel 1,364.
Fig. 8 zeigt graphisch das Verhältnis des Kontrasts von weißem Licht des Lichtventils aus diesem Beispiel, sobald etwa 6 Volt angelegt werden. Es ist erkennbar, daß sich das Gebiet mit dem Kontrastverhältnis oberhalb von 80 : 1 (im allgemeinen das weiße Gebiet im Zentrum der grafischen Darstellung) horizontal entlang der 0º Vertikalachse von etwa -30º bis +26º erstreckt. Desgleichen erstreckt sich das Betrachtungsgebiet mit dem Kontrastverhältnis oberhalb von 30 : 1 entlang der 0º Vertikalachse von etwa -40º bis +40º. Das sind signifikante Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik. Die Kontrastverhältnisse der Abstrahlung durch das Lichtventil sind im Vergleich mit bestimmten Displays nach dem Stand der Technik ebenfalls in vertikaler Richtung vergrößert. Da die positiven Verzögerer 2 und 14 in diesem Lichtventil jeweils einen Verzögerungswert von 300 nm aufweisen und die negativen Verzögerer 4 und 13 jeweils einen Verzögerungswert von -220 nm aufweisen, beträgt in diesem Beispiel auf jeder Seite des Lichtventils das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert 1,364.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wird ein normalerweise weißes, nematisch gedrehtes Lichtventil, wie in Fig. 9 gezeigt, hergestellt und analysiert. Wie in jedem Beispiel hierin dreht die Flüssigkristallage 9 normal vorkommendes Licht um 90º, sobald es sich im Ausschaltzustand befindet. Das x-polierte Lichtventil wird wie in den Fig. 1-2 gezeigt hergestellt. Die Flüssigkristallage 9 weist eine Dicke von etwa 5,5 um auf. Die positiven Verzögerer 2 und 14 weisen jeder einen Verzögerungswert von 430 nm auf. Die negativen Verzögerer 4 und 13 weisen jeweils einen Verzögerungswert von -220 nm auf. Demgemäß beträgt in diesem Beispiel auf jeder Seite der Lage 9 das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert 1,95, Φ beträgt 0º.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses des Kontrasts von weißem Licht welche den Output des Lichtventils aus diesem Beispiel zum Betrachter 1 zeigt, wenn 6 Volt angelegt werden. Während der Output, wie in Fig. 9 gezeigt, im vorausgehenden Beispiel (siehe Fig. 8) nicht so symmetrisch war, produziert es trotzdem zufriedenstellende Ergebnisse. Das Gebiet mit akzeptablem Kontrastverhältnis erstreckt sich vorteilhaft in das positive vertikale Gebiet, jedoch sind die Kontrastverhältnisse des negativen vertikalen Gebiets weniger abhängig von der Umgebung in welcher das Lichtventil genutzt werden soll.

Beispiel 5

Das in diesem Beispiel hergestellte und untersuchte Lichtventil dient zum Vergleich mit den vorausgegangenen Beispielen zur Darstellung der Abstrahlungseigenschaften mit einem nicht akzeptablen Kontrastverhältnis. Das X- polierte Lichtventil ist in Übereinstimmung mit diesem Beispiel wie in den Fig. 1-2 gezeigt (Φ = 0º) hergestellt. Die Flüssigkristallage 9 stellt eine Drehung um etwa 90º zur Verfügung und ist etwa 5,5 um dick. Die positiven Verzögerer 2 und 14 weisen auf jeder Seite der Lage 9 einen Verzögerungswert von 430 nm auf, während die negativen Verzögerer 4 und 13 jeweils einen Verzögerungswert von -110 nm aufweisen. Demgemäß ist in diesem Beispiel auf jeder Seite der LC-Lage 9 das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert 3,91.
Fig. 10 zeigt graphisch das Verhältnis des Kontrasts von weißem Licht aus der Abstrahlung dieses Lichtventils, wenn etwa 6 Volt angelegt werden. Beim Vergleich der Fig. 10 mit den Fig. 4-8 läßt sich erkennen, daß die abgestrahlten Betrachtungseigenschaften des in diesem Beispiel hergestellten Lichtventils geringer sind als erwünscht, sobald etwa 6 Volt daran angelegt werden. Zum Beispiel ist das obige Betrachtungsgebiet mit dem 80 : 1 Kontrastverhältnis kleiner als viele der anderen Gebiete in den vorhergehenden Beispielen mit festgelegtem Kontrastverhältnis. Daher ist die Abstrahlung dieses Lichtventils mit dem ziemlich hohen Verhältnis des positiv/negativ Verzögerungswertes von 3,91 niedriger als erwünscht.

Beispiel 6

Wie in dem vorhergehenden Beispiel ist das in diesem Beispiel hergestellte und untersuchte Lichtventil im allgemeinen unerwünscht. Dieses Lichtventil wurde wie in Fig. 1 bis 2 gezeigt hergestellt, so daß Φ 0º beträgt. Die Flüssigkristallage 9 ist etwa 5,5 um dick. Wie in allen vorhergehenden Beispielen ist dieses Lichtventil "x-poliert". Die positiven, uniaxialen Verzögerer 2 und 14 dieses Lichtventils weisen jeweils einen Verzögerungswert von 140 nm auf, während die negativen Verzögerer 4 und 13 jeweils einen Verzögerungswert von -220 nm aufweisen. Wieder weist dieses normalerweise weiße, nematisch gedrehte Lichtventil eine LC-Lage 9 auf, welche im Ausschaltzustand normal vorkommendes Licht um 90º dreht.
Fig. 11 zeigt graphisch das Verhältnis des Kontrasts von weißem Licht der Abstrahlung dieses Lichtventils, sobald 6 Volt angelegt wurden. Beim Vergleich der Abstrahlung dieses Lichtventils mit denen der vorhergehenden Beispiele läßt sich erkennen, daß die Betrachtungseigenschaften nach Fig. 11 geringer sind als erwünscht und im Hinblick auf das ziemlich niedrige Verhältnis des positivnegativ Verzögerungswertes von 0,64 auf beiden Seiten der LC-Lage 9 in diesem Beispiel nichtsymmetrisch sind.

Beispiel 7

Abweichend von jedem der vorhergehenden Beispiele wurde in diesem Beispiel ein farbiges (RGB) 6" · 8" AMLCD (X-poliert), wie in den Fig. 1-2 (Φ = 0º) gezeigt, hergestellt und untersucht, mit der Ausnahme, daß die positiven und negativen Verzögerungsschichten nur auf einer Seite der LC-Lage 9 zur Verfügung gestellt wurden. Demgemäß ist dieses AMLCD durch die optischen Bestandteile, die in Fig. 1 gezeigt sind, dargestellt durch einfaches entfernen der rückseitigen Schichten 2 und 4. Demgemäß ist die alleinige negative Verzögerungsschicht 13 mit einem Doppelbrechungswert von -110 nm zwischen der Flüssigkristallage 9 und der alleinigen positiven Verzögerungsschicht 14, welche einen Verzögerungswert von 140 nm aufweist, angeordnet. Bezogen auf den einzelnen positiven und negativen Verzögerer dieses Beispiels beträgt an der Vorderseite der LC-Lage 9 das Verhältnis von positivem zu negativem Verzögerungswert etwa 1,27.
Fig. 12 ist die graphische Darstellung des Verhältnisses des Kontrasts von weißem Licht eines normalerweise weißen, nematisch gedrehten AMLCDs dieses Beispiels, wenn etwa sieben Volt angelegt werden. Es ist erkennbar, daß die Betrachtungszone mit dem hohen Kontrast, bezogen auf die vorausgegangenen zufriedenstellenden Beispiele, vertikal aufwärts verschoben ist, da die positiven und negativen Verzögerer nur auf einer Seite der LC-Lage 9 verwendet werden. Solch eine Abstrahlung eines Displays kann in bestimmten Umgebungen Anwendung finden, so als Anwendung in einem Cockpit, wo das Display unterhalb der Blicklinie der Piloten angeordnet ist.
Fig. 13 zeigt den Verlauf der Transmission gegen die Steuerspannung des AMLCDs dieses Beispiels bei horizontalen Betrachtungswinkeln entlang der 0º vertikalen Betrachtungsachse, um das Fehlen des Inversionsbuckels und das bessere und verbesserte Graustufenverhalten dieses Displays zu zeigen. Dies schließt alle Beispiele ein.
Die oben gegebene Offenbarung, viele andere Zusätze, Veränderungen und Verbesserungen sind für den Fachmann offensichtlich. Solche Zusätze, Veränderungen und Verbesserungen sind daher Bestandteil dieser Erfindung, deren Umfang durch die folgenden Ansprüche festgelegt wird.

Claims

1. Ein normalerweise weißes Display mit nematischem, gedrehtem Flüssigkristall umfaßt:

eine Lage aus Flüssigkristallen (9) mit einer Doppelbrechungsschicht Δn, welche wenigstens eine normal vorkommende sichtbare Wellenlänge des Lichts beim Durchtritt um etwa 80º bis 100º dreht, sobald die Lage sich im wesentlichen im Ausschaltzustand befindet, in welchem sie ein nematisch gedrehtes Display bestimmt;

ein Paar polierte Ausrichtungslagen (7, 11), welche die Flüssigkristallage (9) zwischen sich einklemmen,

ein Paar negative Verzögerer (4, 13), welche die Ausrichtungslagen (7, 11) und die Lage aus Flüssigkristallen (9) zwischen sich einklemmen; und

ein Paar positive Verzögerer (2, 14), welche die Lage aus Flüssigkristallen (9), die Ausrichtungslagen (7, 11) und die negativen Verzögerer (4, 13) zwischen sich einklemmen; und

ein Paar lineare Polarisierer (5, 15), welche die positiven und negativen Verzögerer, die Ausrichtungslagen (7, 11) und die Lage aus Flüssigkristall (9) zwischen sich einklemmen,

wobei der Verzögerungswert von jedem negativen Verzögerer (4, 13) etwa -60 bis -200 nm beträgt und der Verzögerungswert von jedem positiven Verzögerer (2, 14) etwa 80 bis 200 nm beträgt.

2. Display nach Anspruch 1, wobei der Verzögerungswert von jedem der negativen Verzögerer (4, 13) etwa -80 bis -150 nm beträgt.

3. Display nach Anspruch 1, wobei nx, ny und nz die Brechungsindizes für die negativen Verzögerer sind, nz erstreckt sich in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen, und nx und ny erstrecken sich im wesentlichen in parallelen Richtungen zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen, wobei nx = ny > nz so gewählt sind, daß die optische Achse von jedem der negativen Verzögerer im wesentlichen senkrecht zu der optische Achse von jedem der positiven Verzögerer steht.

4. Display nach Anspruch 3, wobei der Verzögerungswert von jedem der negativen Verzögerer (4, 13) etwa -100 bis -120 nm beträgt.

5. Display nach Anspruch 4, wobei der Verzögerungswert von jedem der positiven Verzögerer (2, 14) etwa 120 bis 160 nm beträgt.

6. Display nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Lage aus Flüssigkristallen (9) etwa 4,8 bis 6,0 um beträgt und das Δn des Flüssigkristalls bei Raumtemperatur etwa 0,075 bis 0,095 beträgt, die Kontrastverhältnisse des Displays betragen wenigstens etwa 20 : 1 oder 20 bei einem horizontalen Betrachtungswinkel von etwa +/-60º relativ zu der optischen Achse, welche sich senkrecht zu einer durch das Display bestimmten Ebene erstreckt, und einem senkrechten Betrachtungswinkel von etwa 0º relativ zu der optischen Achse, sobald eine Steuerspannung von etwa 6,0 bis 6,1 Volt an die Lage aus Flüssigkristallen (9) angelegt wird.

7. Display nach Anspruch 6, wobei die Kontrastverhältnisse des Displays wenigstens etwa 30 : 1 oder 30 bei einem horizontalen Betrachtungswinkel von etwa +/-50º relativ zu der optischen Achse und wenigstens etwa 20 : 1 oder 20 bei einem senkrechten Betrachtungswinkel von etwa 0º bis +40º relativ zu der optischen Achse betragen, sobald die 6,0 bis 6,1 Volt Steuerspannung angelegt wird.

8. Display nach Anspruch 6, wobei die Polierrichtung der vorderen Orientierungsschicht im wesentlichen parallel sowohl zu der Transmissionsachse des rückseitigen Polarisierers als auch zu der optischen Achse des rückseitigen positiven Verzögerers verläuft.

9. Ein Display, normalerweise weiß mit nematischen, gedrehten Flüssigkristallen umfaßt:

eine Lage aus Flüssigkristallen (9) zum Drehen wenigstens einer normalerweise vorkommenden sichtbaren Wellenlänge des durchtretenden Lichts um etwa 80º bis 100º sobald sich die Lage aus Flüssigkristallen (9) im wesentlichen im Ausschaltzustand befindet, in welchem sie ein gedreht nematisches Display bestimmt;

ein Paar negative Verzögerer (4, 13), welche die Lage aus Flüssigkristallen (9) zwischen sich einklemmen; und

ein Paar positive Verzögerer (2, 14), welche die Lage aus Flüssigkristallen (9) und die negativen Verzögerer (4, 13) zwischen sich einklemmen;

wobei das Verhältnis des positiven Verzögerungswerts zu dem negativen Verzögerungswert auf jeder Seite der Lage aus Flüssigkristallen (9) etwa von 1 : 1 bis 2 : 1 beträgt.

10. Display nach Anspruch 9, wobei das Verhältniss etwa von 1, 2 : 1 bis 1, 5 : 1 beträgt und die negativen Verzögerer durch die Eigenschaft nx = ny > n1 festgelegt sind, wobei nx, ny, und nz Brechungsindizes sind und die "z"- Richtung im wesentlichen senkrecht zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verläuft und die "x"- und "y"- Richtungen im wesentlichen parallel zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verlaufen, wobei sich die optischen Achsen der negativen Verzögerer im wesentlichen senkrecht zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen erstrecken.

11. Display nach Anspruch 10, wobei der Verzögerungswert der negativen Verzögerer etwa -80 bis -140 nm und der Verzögerungswert der positiven Verzögerer etwa 100 bis 200 nm beträgt.

12. Verfahren zur Herstellung eines normalerweise weißen Displays mit nematischem, gedrehtem Flüssigkristall umfaßt folgende Schritte:

das zur Verfügung stellen eines Paars durch nx = ny > nz festgelegter negativer Verzögerer (4, 13), wobei nx, ny und nz die Brechungsindizes sind und die "z"- Richtung im wesentlichen senkrecht zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verläuft und die "x"- und "y"-Richtungen im wesentlichen parallel zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verlaufen, so daß die optische Achse von jedem dieser negativen Verzögerer im wesentlichen senkrecht zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verläuft;

das zur Verfügung stellen eines Paars positiver, uniaxialer Verzögerer (2, 14);

das Anordnen einer im Ausschaltzustand wenigstens eine sichtbare Wellenlänge des normal vorkommenden Lichts um etwa 80º bis 100º drehenden, nematischen Lage aus Flüssigkristallen (9) zwischen dem Paar negativer Verzögerer (4, 13) und zwischen dem Paar positiver Verzögerer (2, 14); und

das Anordnen des Paars negativer Verzögerer zwischen dem Paar positiver Verzögerer, so daß die resultierenden Kontrastverhältnisse des Displays wenigstens etwa 20 : 1 oder 20 bei einem horizontalen Betrachtungswinkel von etwa +/-40º relativ zu der optischen Achse betragen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem Verzögerungswerte für die Verzögerer zur Verfügung gestellt werden, so daß die Kontrastverhältnisse des Displays wenigstens etwa 80 : 1 oder 80 bei einem horizontalen Betrachtungswinkel von etwa +/-30º relativ zur optischen Achse betragen.

14. Verfahren nach Anspruch 13 in welchem negative Verzögerer mit Verzögerungswerten von etwa -60 bis -200 nm und positive Verzögerer mit Verzögerungswerten von etwa 80 bis 200 nm zur Verfügung gestellt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, in welchem

eine Paar linearer Polarizierer (5, 15) zur Verfügung gestellt;

das Paar positiver Verzögerer (2, 14) zwischen dem Paar linearer Polarizierer angeordnet; und

die optische Achsen der positiven Verzögerer so angeordnet werden, daß die optische Achse von jedem positiven Verzögerer um etwa 0º bis 8º von der Transmissionachse seines angrenzenden Polarisierer abgewinkelt ist, um so die Position der Betrachtungszone mit hohem Ausgabekontrast bei den Displays einzustellen.

16. Display aus gedrehtem nematischen Flüssigkristall mit einer, im Ausschaltzustand wenigstens eine sichtbaren Wellenlänge des normal vorkommenden Licht um etwa 80º bis 100º drehenden, nematischen Lage aus Flüssigkristallen (9);

einem positiven Verzögerer (2, 14) mit einem Verzögerungswert von etwa 80 bis 200 nm; und

einem negativen, durch nx = ny > nz festgelegten Verzögerer (4, 13), wobei nx, ny und nz Brechungsindizes sind und die "z"-Richtung im wesentlichen senkrecht zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verläuft und die "x"- und "y"-Richtungen im wesentlichen parallel zu den durch die negativen Verzögerer festgelegten Ebenen verlaufen, mit einem Verzögerungswert von etwa -60 bis -200 nm, der negative Verzögerer ist zwischen dieser Lage aus Flüssigkristallen (9) und dem positiven Verzögerer (2, 14) angeordnet.