DE69434282T2

DE69434282T2 - Flüssigkristalldisplay mit wenigstens zwei Hemmungsfilmen, jeweils einer auf jeder Seite einer Flüssigkristallage

Info

Publication number: DE69434282T2
Application number: DE69434282T
Authority: DE
Inventors: Adiel Farmington Hills Abileah; Gang Royal Oak Xu
Original assignee: Guardian Industries Corp
Current assignee: Guardian Industries Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2014-12-14
Also published as: EP0667553A2; ATE290232T1; DE69434282D1; CA2137047A1; EP0667553B1; US5570214A; CA2137047C; JP3851941B2; US5694187A; JPH07199176A; US5706068A; EP0667553A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkristalldisplay mit wenigstens zwei Hemmungsfilmen, jeweils einer auf jeder Seite einer Flüssigkristallage. Speziell bezieht sich diese Erfindung auf ein Normalweiß-Flüssigkristalldisplay mit mindestens einem Hemmungsfilm auf jeder Seite der Flüssigkristallage, welcher einen Hemmungswert von 80 nm bis 200 nm aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Die Materialien aus Flüssigkristall sind für elektronische Displays nützlich, da der Durchgang des Lichts durch eine Lage des Flüssigkristallmaterials (LC) durch den Wert der Anisotropie oder der Doppelberechnung (ΔN) des Materials beeinflußt wird, welcher wiederum durch die Anwendung der Spannung quer zu dem Flüssigkristallmaterial geregelt werden kann. Die Flüssigkristalldisplays sind erwünscht, weil der Durchgang oder die Reflexion des Lichtes einer externen Quelle, einschließlich des Umgebungslichts und der Hintergrundbeleuchtung, mit viel weniger Energie gesteuert werden kann, als die für Leuchtmaterialien herkömmlicher Displays benötigte. Flüssigkristalldisplays (LCDs) werden jetzt gewöhnlich in Anwendungen wie digitalen Uhren, Rechnern, tragbaren Computern, Displays in Flugzeugcockpits und vielen anderen elektronischen Vorrichtungen verwendet, welche die Vorteile der Flüssigkristalldisplays lange wie Lebensdauer und Betrieb mit niedrigem Spannungs- und Stromverbrauch nutzen.
In vielen Flüssigkristalldisplays werden die Informationen in Form eines aus Reihen und Spalten bestehenden Matrixgitters als Zahlen oder Zeichen dargestellt, welche durch ei ne Anzahl von in einem solchen Matrixmuster angeordneten segmentierten Elektroden gebildet werden. Diese Segmente sind mit einer elektronischen Ansteuerung über individuelle Leitungen verbunden, welche an eine geeignete Kombination aus Segmenten eine Spannung anlegt, um hierdurch die gewünschten Daten und Informationen mittels Regelung des Lichtdurchgangs durch das Flüssigkristallmaterial anzuzeigen.
Graphische Informationen, z. B. Anwendungen in Flugzeugcockpits für die Avionik oder in Fernsehdisplays, können durch ein Matrixgitter aus Pixeln erreicht werden, welche mittels eines sequentiellen X-Y Adressierungsschemas zwischen zwei Sets zueinander senkrechten Stromleitungen (d. h. Reihen- und Spaltenleitungen) miteinander verbunden sind. Fortschrittlichere Adressierungsschemata verwenden Gitter aus Dünnfilmtransistoren, Dioden, MIMS etc., welche als Schalter zur Regelung der Steuerspannung der individuellen Pixel dienen. Diese Schemata werden vorwiegend auf Displays mit verdrehtem, nematischen Flüssigkristall angewandt, finden aber ebenso Verwendung bei Hochleistungsvarianten von supragedrehten Flüssigkristalldisplays.
Der Kontrast ist eine der wichtigsten Eigenschaften, der die Qualität sowohl von Normalweißen-(NW) als auch von Normalschwarzen-(NB) Flüssigkristalldisplays bestimmt. Der Kontrast oder das Kontrastverhältnis ist die Differenz zwischen Ausschaltzustand-Lichtdurchgang zu Einschaltzustand-Lichtdurchgang. In Normalschwarzen-Flüssigkristalldisplays ist der hauptsächliche Faktor, der den erreichbaren Kontrast bei diesen LCDs begrenzt, die Menge des Lichts, welche im verdunkelten oder Ausschaltzustand durch das Display hindurch sickert. In Normalweiß-(NW)-LCDs ist der hauptsächliche Faktor, der den Kontrast begrenzt, die Menge des Lichts, welche im verdunkelten oder Einschaltzustand durch das Display hindurch sickert. Diese Probleme sind in einer hellen Umgebung wie bei Sonnenlicht verstärkt, in der eine beachtliche Menge von reflektierten und gestreuten Umgebungslicht auftritt. In farbigen Flüssigkristalldisplays verursacht ein kleiner Verlust durch Hindurchsickernde starke Farbverschiebungen sowohl bei gesättigten als auch Graustufen-Farben. Diese Einschränkungen sind insbesondere wichtig für avionische Anwendungen, bei denen das Ablesen der Displays des Piloten durch den Copiloten wichtig ist.
Zudem hängt die Lesbarkeit des gebildeten Bildes von Vorrichtungen mit sowohl Normalschwarzen-(NB) als auch mit Normalweißen-(NW) Flüssigkristalldisplay vom Betrachtungswinkel ab, speziell bei Vorrichtungen mit einer Matrixadressierung aus einer großen Anzahl von Abtastelektroden. Ohne einen Hemmungsfilm liegt das Kontrastverhältnis eines typischen NB oder NW Flüssigkristalldisplays bei einem Maximum gewöhnlich nur innerhalb eines engen Betrachtungs-(oder Sicht-)winkels zentriert um einen normalen Einfallswinkel (0° horizontaler Betrachtungswinkel, 0° vertikaler Betrachtungswinkel) und fällt mit der Vergrößerung des Betrachtungswinkels ab.
Eine technisch signifikante Verbesserung würde das Zurverfügungstellen eines Flüssigkristalldisplays darstellen, das ein Bild mit hohem Kontrast über einen weiten Betrachtungsbereich hoch qualitativ darstellen kann.
Normalschwarz-(NB)-Flüssigkristalldisplays reagieren empfindlich auf die Zellücke, oder die Dicke „d" des Flüssigkristallmaterials, wie auch auf die Temperatur des Flüssigkristallmaterials. Folglich sind Normalschwarz-Flüssigkristalldisplays gemäß spezieller Toleranzwerte bezüglich der Zellücke des Displays herzustellen, was deren Herstellung sowohl schwer als auch teuer macht. Ein Weg, die hohe Empfindlichkeit auf der Zellücke für die Normalschwarz-Displays zu erhalten, ist, ein derartiges mehrfarbiges Display mit einem Multi-Lücken-Muster zu versehen, in dem die Dicke "d" des Flüssigkristallmaterials für jedes Sub-Pixel an das erste Durchgangsminimum der Farbe dieses Sub-Pixels angepasst ist. Siehe z. B. US Patent Nr. 4,632,514, welches den Weg der Mul ti-Lücken mittels Variation der Dicke "d" des Flüssigkristallmaterials für die roten, grünen und blauen Sub-Pixel hierbei anwendet, um so die Dicke "d" für jedes Sub-Pixel auf die drei unterschiedlichen Durchgangsminima entsprechend den Farben Rot, Grün und Blau anzupassen. Dies erhöht sicherlich die Schwierigkeit und die Kosten bezüglich der Herstellung dieses Typs von LCD.
Obwohl ein Normalschwarz-Display ziemlich empfindlich auf Temperatur und Zellücke „d" reagiert, ist ein wesentlicher Vorteil mit dieser Art von Flüssigkristalldisplay dahingehend verbunden, daß es gute Kontrastverhältnisse bei größeren Betrachtungswinkeln bereitstellt. So kann ein Betrachter die Daten auf dem Display über einen großen Bereich von Betrachtungswinkeln hinreichend genau ablesen. Die Graphen des Kontrastverhältnisses von z. B. 10 : 1 bei Normalschwarz-Displays erstrecken sich oftmals bis zu Betrachtungswinkeln von z. B. 0° vertikal und ±60° horizontal. Die Tatsache, daß Normalschwarz-Displays gute Kontrastverhältnisse bei derart großen horizontalen Betrachtungswinkeln aufweisen, erlaubt es, diese in kommerziellen Anwendungen, wo derartige Betrachtungswinkel benötigt werden oder bevorzugt sind einzusetzen. Weiterhin zeigen NB Displays im Dunkelzustand einen stärkeren Verlust als NW Displays.
Sich nun Normalweiß-Flüssigkristalldisplays zuwendend, reagieren NW Displays deutlich unempfindlicher auf die Temperatur und Zellücke "d" des Flüssigkristallmaterials. Dies ermöglicht für die Herstellung Toleranzen verbunden mit einem geringeren Entwicklungsaufwand von Normalweiß-Displays. Somit sind Normalweiß-Displays leichter und billiger als ihre Normalschwarz-Displays herzustellen. Während Normalweiß-LCDs weniger empfindlich auf Temperatur und Zellücke als Normalschwarz-LCDs reagieren, sind deren Kontrastverhältnisse bei großen Betrachtungswinkeln generell klein in Relation zu de nen von Normalschwarz-Displays. Zum Beispiel reichen die Graphen von Kontrastverhältnissen von 10 : 1 bei Normalweiß-Displays häufig nur bis zu horizontalen Betrachtungswinkeln von etwa 0° vertikal, und ±35° horizontal. Dies ist wesentlich weniger als das Ausmaß, auf das sich Graphen des gleichen Kontrastverhältnisses bei Normalschwarz-Displays horizontal erstrecken. Während also Normalweiß-LCDS leichter und preiswerter als Normalschwarz-Flüssigkristalldisplays herzustellen sind, weisen sie einen kleineren Bereich von befriedigenden Betrachtungswinkeln als die Normalschwarzen schwarzen Displays auf. Es würde ein lang vorhandenes Bedürfnis erfüllen, wenn man ein NW-Display mit hohen Kontrastverhältnissen über einen großen Bereich der Betrachtungswinkel bereitstellen könnte.
Einige Arten von Flüssigkristallpixeln oder Zellen werden vielfältig in Flachbildschirmdisplays eingesetzt. Aktive Matrixadressierung ermöglicht es derartigen Displays, ein Vollfarbbild mit hoher Auflösung darzustellen. Wird bei einem normalen oder auf der Einschaltzustands-Achse liegenden Betrachtungswinkel (0° vertikal, 0° horizontaler Betrachtungswinkel) direkt betrachtet, stellt ein Flüssigkristalldisplay sowohl vom Normalschwarz als auch vom Normalweiß-Typ eine generell hochwertige Ausgangsgröße bereit, insbesondere wenn die Zellücke "d" an das erste Durchlassminimum angepasst ist, wobei aber das Bild sich bei zunehmenden Betrachtungswinkeln verschlechtert und die Kontrastverhältnisse sinken. Dies tritt auf, weil Flüssigkristallzellen mittels des Anisotropie- oder Doppelberechnungseffekts arbeiten, die durch ihre Flüssigkristalllage erzeugt wird, welche eine große Anzahl von anisotropen Flüssigkristallmolekülen umfasst. Solch ein Material wird positiv uniaxial doppelbrechend (d. h. der außerordentliche Berechungsindex ist größer als der ordentliche Berechnungsindex) sein. Der Phasenhemmungseffekt von solch einem Flüssigkristallmaterial weist bei Lichtdurchtritt inhärente Variationen oder Steigerungen mit dem Neigungswinkel des Lichts auf, die zu geringeren Kontrastverhältnissen und einer geringeren Qualität des Bildes bei größeren Betrachtungswinkeln führt. Durch Einführung eines optischen Kompensationselements (oder Hemmers) in den Flüssigkristallpixeln oder Zellen, ist es möglich, die unerwünschten Winkeleffekte zu korrigieren und hierdurch höheren Kontrast sowohl bei normalen als auch bei großen Betrachtungswinkeln zu erreichen als es sonst möglich wäre.
Die benötigte Art und Orientierung der optischen Kompensation oder Hemmung hängt teilweise von der Art des verwendeten, Normalschwarz- oder Normalweiß-Displays ab.
In einem verdrehten nematischen Normalschwarz-(NB)-Display ist das verdrehte nematische Flüssigkristallmaterial zwischen Polarisatoren angeordnet, deren Durchlassachsen parallel zueinander sind. Im unversorgten Ausschaltzustand (es ist keine Spannung oberhalb der Schwellwertspannung V_th an das Flüssigkristallmaterial angelegt) wird das vom Hintergrundlicht normal einfallende Licht zuerst polarisiert durch den rückseitigen Polarisator und bei Durchlaufen des Pixels oder der Zelle ist deren Polarisationsrichtung durch den mittels Polierzonen vorgegebenen Verdrehwinkel des Flüssigkristallmaterials gedreht. Dieser Effekt ist als Verdreheffekt bekannt. Der Verdrehwinkel ist z. B. auf etwa 90° eingestellt, so daß das Licht durch den vorderseitigen oder Ausgabepolarisator blockiert oder absorbiert wird, wenn das Pixel im Ausschaltzustand ist. Wird eine Spannung über Elektroden an das Normalschwarz-Pixel angelegt, werden die Flüssigkristallmoleküle gezwungen, sich enger an das elektrische Feld auszurichten, wodurch der gedrehte nematische optische Effekt des LC Materials eliminiert wird. In dieser Orientierung sind die molekularen optischen Achsen der Moleküle der Flüssigkristalllage senkrecht zu den Zellwänden. Die Flüssigkristalllage erscheint dann isotrop zum normal einfallenden Licht unter Eliminierung des Verdreheffekts, so daß der Polarisationszustand des Lichts unverändert bei Durchtritt durch die Flüssigkristalllage ist und so das Licht durch den Ausgabepolarisator hindurch treten kann. Muster können in einem Normalschwarz-Display mittels selektiven Anlegen einer variablen Spannung an die Teile des Displays erzeugt werden, welche dann erleuchtet erscheinen werden.
Nun wird wieder auf Normalweiß-(NB)-LCD Zellen Bezug genommen, wobei eine verdrehte nematische Zelle in einer Normalweiß-Flüssigkristalldisplay-Anordnung mit einem Verdrehwinkel von etwa 80° bis 100° (bevorzugter Weise etwa 90°) zwischen Polarisatoren angeordnet ist, welche im wesentlichen sich kreuzende oder zueinander senkrechtstehende Durchlassachsen haben, so daß die Durchlassachsen von jedem Polarisator entweder parallel (in P-Richtung durch Reiben ausgerichtet) oder senkrecht (in X-Richtung durch Reiben ausgerichtet) bezüglich der durch Reibung ausgerichteten oder Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Zwischenbereich des Flüssigkristallmaterials benachbart zu jedem Polarisator ist. Mit anderen Worten können Normalweiß-Zellen durch Reiben entweder in P-Richtung ausgerichtet sein, wobei beide Polarisatorachsen im wesentlichen parallel zu deren entsprechend benachbarten Polierzonen sind, oder durch Reiben in X-Richtung ausgerichtet sind, wobei beide Polarisationsachsen im wesentlichen senkrecht zu deren entsprechend benachbarten Polierzonen sind.
Diese NW Orientierung der Polarisatoren kehrt den Sinn von hell und dunkel des vorstehend beschriebenen Normalschwarz-Displays um. Die Bereiche im Ausschalt oder unversorgten Zustand (keine Spannung oberhalb V_th an dem Flüssigkristallmaterial angelegt) erscheinen hell in einem Normalweiß-Display während versorgte Bereiche dunkel erscheinen.
Das Problem von scheinbar dunklen Bereichen, die hell oder farbig erscheinen, wenn sie unter großen Winkeln betrachtet werden, ist weiterhin vorhanden, wobei hierdurch allerdings die vorstehend genannten erniedrigten Kontrastverhältnisse bei ziemlich großen Betrachtungswinkeln erzeugt werden. Der Grund für die erniedrigten Kontrastverhältnissen bei großen Betrachtungswinkeln in Normalweiß-Displays ist ein anderer als der Grund für das Problem bei Normalschwarz-Displays. In den bei Normalweiß mit Energie versorgten dunklen Bereiche tendieren die Flüssigkristallmoleküle dazu, sich zu dem angelegten elektrischen Feld auszurichten. Wäre diese Ausrichtung perfekt, würden alle Flüssigkristallmoleküle in der Zelle eine Längsachse senkrecht zum Glassubstrat oder der Zellwand aufweisen. Im mit Energie versorgten Zustand erscheint das Normalweiß-Display isotrop bezüglich normal einfallendem Licht, das von die gekreuzten Polarisatoren blockiert wird, was zu einem dunklen Pixel oder Sub-Pixel führt.
Der Verlust an Kontrast mit steigenden Betrachtungswinkeln bei Normalweiß-Displays tritt hauptsächlich auf, weil die homeotrope Flüssigkristalllage nicht isotrop zur Ausschaltzustandachse oder zum Ausschaltzustand des normal einfallenden erscheint. Wird Licht mit Ausschaltzustand-Normalwinkeln gerichtet, durchtritt diese das Flüssigkristallmaterial in zwei Moden aufgrund der Anisotropie oder Doppelbrechung (ΔN) der Flüssigkristalllage, mit einer Phasenverzögerung zwischen diesen Modi, welche den Einfallswinkel des Lichts erhöht. Diese Phasenabhängigkeit des Einfallswinkels gibt dem Polarisationszustand eine Elliptizität ein, die dann unvollständig durch den vorderseitigen oder Austrittspolarisator in der Normalweiß-Zelle aufgehoben wird und schließlich zur einer Lichtleckage führt aufkommen läßt. Hat die Doppelbrechung keine Azimutabhängigkeit wegen der Normalweiß-Symmetrie.
Was demnach generell in Normalweiß-Displays benötigt wird, ist ein optisches Kompensations- oder Verzögerungselement, z. B. ein Hemmungsfilm, welcher eine Phasenverzögerung einbringt, die den ursprünglichen Polarisationszustand des Lichts wiederherstellt, was es ermöglicht, daß das Licht im Einschaltzustand von dem Austrittspolarisator oder Austrittspolarisator blockiert wird. Optische Kompensationsele mente oder Hemmer für Normalweiß-Displays sind in der Fachwelt bekannt und z. B. offenbart in den Schriften US-PS 5,184,236 , US-PS 5,196,953 , US-PS 5,138,474 und US-PS 5,071,997 , der jeweilige Offenbarungsgehalt hierdurch unter Bezugnahme mit aufgenommen wird. Es ist bekannt, daß Polyimide und Copolyimide, offenbart in der vorgenannten US-PS 5,071,997 , in Normalweiß-Flüssigkristalldisplays als negativ doppelbrechende Hemmungselemente verwendet werden können und diese genau auf den gewünschten negativen Doppelbrechungswert, ohne die Anwendung des Dehnens, sozusagen maßgeschneidert werden können. Die Polyimid-Hemmungsfilme aus der US-PS 5,071,997 sind uniaxial, aber mit einer optischen, in Z-Richtung orientierten Achse, welche senkrecht zu der von der Schicht bestimmten Ebene ist.
Ziemlich häufig haben die Hemmungsfilme oder Platten, die in Verbindung mit Normalweiß-Displays verwendet werden, einen negativen Doppelberechnungswert. Hemmungsfilme, die in Kombination mit derartigen Normalweiß-Zellen verwendet werden, weisen allerdings in bestimmten Fällen einen positiven Doppelberechnungswert auf. Ein Beispiel hierfür ist das US Patent mit der Nr. 5,184,236, welches ausführlicher weiter unten besprochen werden wird. Die GB-A 2171549 und WO 90/11546 offenbaren ähnliche Flüssigkristallvorrichtungen mit uniaxialen Hemmungsfilmen, die Hemmungswerte von 200 ± 20 nm aufweisen, beziehungsweise biaxiale Hemmungsfilme.
1 zeigt graphisch die Kurve des Kontrastverhältnisses eines Normalweiß-Lichtventilpixels nach dem Stand der Technik. Das Lichtventil, für welches die Kurven des Kontrastverhältnisses in 1 dargestellt sind, beinhaltet einen rückseitigen Polarisator mit einer eine erste Richtung bestimmenden Durchlassachse, einen vorderseitigen oder ausgebenden Polarisator mit einer eine zweite Richtung bestimmenden Durchlassachse, wobei die erste und die zweite Richtung im wesentlichen senkrecht zueinander stehen, enthält des wei teren ein Flüssigkristallmaterial mit einer Zellücke „d" von 5,86 μm, eine rückseitigen in die zweite Richtung ausgerichtete Polierzone und eine vorderseitigen in die erste Richtung ausgerichteten Polierzone. Als der Graph, gezeigt in 1, gezeichnet wurde, betrug die Temperatur etwa 34,4°C. Dieser Lichtventilpixel beinhaltet keinen Hemmer. Die oben mit Bezug auf 1 aufgeführten Werte sind ebenso auf die 2 und 3 anwendbar.
Die graphische Darstellung des Kontrastverhältnisses aus 1 wurde unter Verwendung einer 6,8 Volt Steuerspannung V_on und einer 0,2 Volt V_off gezeichnet. Es ist aus 1 ersichtlich, daß das 10 : 1 Kontrastverhältnis entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse sich nur zwischen den Winkeln von etwa –40° horizontal und +38° horizontal erstreckt. Ebenso erstreckt sich das 30 : 1 Kontrastverhältnis entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse nur bei horizontalen Winkeln von etwa ±30°. Diese graphische Darstellung zeigt die mit Normalweiß-Flüssigkristalldisplays verbundenen Probleme dadurch, da? deren Kontrastverhältnisse bei großen horizontalen und vertikalen Betrachtungswinkeln ziemlich gering sind.
2 ist ein Graph des Kontrastverhältnisses für das mit Bezug auf 1 oben beschriebene Normalweiß-Lichtventil. Der Graph der 2 wurde unter Verwendung einer V_on von 5,0 Volt und einer V_off von 0,2 Volt aufgezeichnet. Wieder betrug die Temperatur 34,4°C. Bei dem Vergleich der Graphen der 1 und 2 zeigt sich, daß sich die Kurven der Kontrastverhältnisse bei Verringerung der an das Flüssigkristallmaterial angelegten Spannung horizontal ausdehnen und vertikal zusammenziehen. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses der 2 erstreckt sich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse über einen Gesamtwinkel von etwa 85° im Gegensatz zu den nur etwa 78° in 1. Ebenso erstreckt sich die Kurve des 30 : 1 Kontrastverhältnis der 2 entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse horizontal über etwa 67°, im Gegensatz zu nur etwa 58° in 1. In Bezug auf die vertikalen Betrachtungs winkel erstrecken sich die Kurven mit den 10 : 1 und 30 : 1 Kontrastverhältnissen in 2 entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse nicht in dem negativen vertikalen Umfang, wie sie es in 1 tun. Während das Normalweiß-Lichtventil aus den 1 bis 3 demnach über große Betrachtungswinkel geringere als die gewünschten Kontrastverhältnisse aufweist, vergrößern sich die Kontrastverhältnisse horizontal und verkleinern sich vertikal, wenn die an das Flüssigkristallmaterial angelegte Spannung verringert wird.
3 zeigt eine Darstellung des Verlaufs der Intensität gegenüber der Steuerspannung eines Lichtventils, wie oben im Bezug auf die 1–2 beschrieben, welche die Charakteristika der Graustufen eines Pixels zeigt. Die verschiedenen Kurven stellen horizontale Betrachtungswinkel von –60° bis +60° entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse dar.
Das Graustufenverhalten eines Flüssigkristalldisplays ist sehr wichtig. Herkömmliche Flüssigkristalldisplays verwenden irgendwelche der zwischen acht bis vierundsechzig verschiedenen Steuerspannungen. Die verschiedenen Steuerspannungen werden als „Graustufen"-Spannungen bezeichnet. Die Intensität des durch die Pixel oder des Displays hindurchtretenden Lichts hängt von der Steuerspannung ab. Demnach werden Graustufenspannungen verwendet, um verschiedene Schattierungen von verschiedenen Farben und verschiedene Farben darzustellen, indem diese Schattierungen miteinander gemischt werden. Vorzugsweise gilt, je höher die Steuerspannung in einem NW-Display ist, desto geringer ist die Intensität des hindurchtretenden Lichts. Ebenso gilt, je geringer die Steuerspannung ist, desto höher ist die Intensität des von den bevorzugten Ausführungsformen eines Normalweiß-Displays emittierten Lichts. Das Gegenteil gilt bei einem Normalschwarz-Display. Daher kann man bei der Verwendung vielfältiger Graustufenspannungen einen Pixel von entweder einem NW- oder einem NB-Flüssigkristalldisplay so manipulieren, daß die gewünschte Intensität des Lichts emittiert wird. Eine Graustufen V_on ist jede Steuerspannung, die größer ist als die V_th oberhalb von etwa 5,0–6,5 Volt.
Die Graustufenintensität der LCDs ist abhängig von der Steuerspannung der Displays. Es ist bei den NW-Displays ein Graustufenverhalten wünschenswert, daß in einen Verlauf der Intensität gegenüber der Steuerspannung aufweisen, bei dem die Intensität des vom Pixel emittierten Lichts kontinuierlich und monoton so abfällt, wie die Steuerspannung ansteigt. Mit anderen Worten, es ist bei einem Pixel ein Graustufenverhalten wünschenswert, bei dem die Intensität bei 6,0 Volt kleiner ist als bei 5,0 Volt, welche wiederum kleiner ist als bei 4,0 Volt, welche wiederum kleiner ist als bei 3,0 Volt, welche wiederum kleiner ist als bei 2,0 Volt usw.. Solche guten Graustufenkurven über einen weiten Bereich der Betrachtungswinkel gestatten es, die Intensität der vom Pixel emittierten Strahlung einfach zu regeln.
Es wird nunmehr erneut auf die 3 Bezug genommen, in der die Graphen der Intensität gegenüber der Steuerspannung dargestellt sind mit Bezug auf das aus dem Stand der Technik bekannte Lichtventil-Pixel der 1 bis 3, das keinen Hemmungsfilm aufweist, wobei sich diese Graphen als unerwünscht erweisen, und zwar wegen der Inversionsbuckel, die in Bereichen der Graphen vorhanden sind, die Spannungen von mehr als 3,2 Volt aufweisen.
Der Ausdruck des „Inversionsbuckels" bedeutet, daß die Gestalt der Kurve für die Intensität im Bereich von etwa 1,6 bis 3,0 Volt mit dem Ansteigen der Steuerspannung monoton abfällt, wobei aber ab einer Steuerspannung von etwa 3,2 Volt die Intensitäten mit der Erhöhung der Steuerspannung von etwa 3,2 Volt auf 6,8 Volt bei einer Vielzahl von Betrachtungswinkeln ansteigen. Dieses Ansteigen der Intensität mit der Erhöhung der Spannung ist als „Inversionsbuckel" bekannt. Der Inversionsbuckel aus 3 beinhaltet nur einen ansteigenden Anteil. Derartige Inversionsbuckel beinhalten jedoch meist sowohl einen ansteigenden als auch einen fallenden Anteil. Die Anwesenheit von diesen Inversionsbuckeln mit Bezug auf eine Vielzahl von horizontalen Betrachtungswinkeln, wie in 3 gezeigt, bedeutet, daß mit Ansteigen der Graustufen-Spannungen von beispielsweise zwischen 1,6 und 3,0 Volt, die Intensität der vom Pixel emittierten Strahlung demnach sinkt. Da allerdings die Graustufen-Spannungen oberhalb 3,0 Volt von 3,2 Volt bis zu 6,8 Volt ansteigen, steigt die Intensität der vom Pixel emittierten Strahlung. Dies ist unerwünscht. Ein perfekter Verlauf der Steuerspannung gegenüber der Intensität würde für jede Erhöhung der Graustufensteuerspannung einen Abfall der Intensität aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigt der Inversionsbuckel eine Erhöhung der Intensität der von dem Lichtventilpixel emittierten Strahlung für jede Erhöhung der Graustufensteuerspannung oberhalb von etwa 3,2 Volt für gewisse Betrachtungswinkel. Demnach würde ein lange vorhandener technischer Bedarf befriedigt werden, wenn ein Flüssigkristalldisplay und die darin vorhandenen Pixel mit kleiner oder nur geringer Inversion zur Verfügung gestellt werden könnte. Mit anderen Worten, je kleiner der Anstieg der Intensität für eine Erhöhung der Steuerspannung bei jeder Graustufe ist desto besser.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung von einer in US-PS 5,184,236 offenbarten Vorrichtung mit einem Normalweiß-Flüssigkristalldisplay. Das gezeigte LCD umfasst einen rückseitigen Polarisator 111, eine(n) rückseitige(n) Hemmungsplatte oder -film 113, eine Flüssigkristallzelle 119, die ein Flüssigkristallmaterial beinhaltet, welches zwischen einem in Richtung A₀ ausgerichteten, rückseitigen Orientierungs- oder Polierzone und einem in Richtung A₁ ausgerichteten, vorderseitigen Orientierungs- oder Polierzone eingebracht ist, einen vorderseitigen Hemmungsfilm 114 und schließlich einen vorderseitigen Polarisator 112.
Der rückseitige Polarisator 111 ist auf der Lichteinfallsseite der Flüssigkristalllage 119 bereitgestellt, ein vorderseitiger oder ein austrittsseitiger Polarisator 119 ist auf der Lichtaustrittsseite der Flüssigkristalllage 119 bereitgestellt, ein rückseitiger Hemmungsfilm 113 ist zwischen der Flüssigkristalllage und dem Polarisator 111 bereitgestellt und ein vorderseitiger Hemmungsfilm 114 ist zwischen der Flüssigkristalllage und dem vorderseitigen Polarisator 112 bereitgestellt. Dieses NB Display nach dem Stand der Technik ist "P-poliert", weil die Durchlassachse P₁ des rückseitigen Polarisators parallel zur rückseitigen Orientierungsrichtung A₀ ist und die Durchlassachse P₂ des vorderseitigen Polarisators parallel zu der vorderseitigen Orientierungsrichtung A₁ ist.
Das Produkt der Parameter "ΔN·d" der Flüssigkristalllage 119 ist im Bereich von 450 nm bis 550 nm eingestellt. Das Flüssigkristallmaterial des US Patents mit der Nr. 5,184,236 ist nach dem Stand der Technik als linksdrehend definiert. Die Ausrichtungsrichtung des rückseitigen Orientierungsfilms auf der Lichteinfallsseite der Flüssigkristalllage 109 ist eine in Bezug auf der Seite der Flüssigkristallzelle annähernd um 45° geneigte Reibrichtung A₀. Die Ausrichtungsrichtung des Orientierungs- oder Polierfilms auf der Vorderseite der Flüssigkristalllage ist in Richtung A₁ orientiert, die etwa 90° zur Orientierungsrichtung A₀ des Orientierungsfilms auf der Rückseite des Flüssigkristallmaterials gegen den Uhrzeigersinn verdreht ist. Folglich ist die zwischen den gegensätzlichen Orientierungsfilmen eingefügte Flüssigkristalllage 119 im wesentlichen um 90° verdreht. Der Vorkippwinkel der Flüssigkristallmoleküle beträgt etwa 1°.
Der rückseitige lineare Polarisator 111 weist eine Durchlassachse P₁ auf, die parallel zu der Orientierungsrichtung A₀ ist, während der vorderseitige Polarisator 112 eine Richtung der Durchlassachse P₂ aufweist, die parallel zu der vorderseitigen Orientierungsrichtung A₁ ist. Die Durchlassachsen der vorderseitigen und rückseitigen Polarisatoren 112 und 111 sind senkrecht zueinander und definieren hierdurch ein Normalweiß-Flüssigkristalldisplay. Die rückseitige Hemmungsplatte oder der Hemmungsfilm 113 ist so ausgelegt, das dessen optischen Achse R₁ entweder parallel zu der rückseitigen Polierrichtung A₀ verläuft oder diese unter 90° kreuzt. Der vorderseitige Hemmungsfilm 114 ist so ausgelegt, daß dessen optischen Achse R₂ entweder parallel zu der Polierrichtung A₁ verläuft oder diese unter 90° kreuzt. Diese Hemmungsfilme 113 und 114 werden hergestellt, um gleiche Hemmungswerte (d·ΔN) zu haben, wobei "d" die Dicke des Hemmungsfilms ist und "ΔN" der Anisotropie- oder Doppelbrechungswert des Hemmungsfilms ist. Die Hemmungswerte der Hemmungsfilme 113 und 114 sind im Bereich von 300 nm bis 400 nm eingestellt. Der vorderseitigen und rückseitigen Hemmungsfilme sind aus demselben Materials hergestellt, wie z. B. einen Polycarbonat oder Polyvinylalkohol, und die äußeren Oberflächen sind vorteilhafter Weise mit einem Schutzfilm aus Tri-acetylzellulose oder dergleichen bedeckt.
Gemäß 4 sind die Orientierungs- oder Polierrichtungen nach dem Stand der Technik "6 Uhr ausgerichtet". Der Ausdruck "6 Uhr ausgerichtet" bedeutet, das die rückseitigen und vorderseitigen Orientierungsrichtungen A₀ und A₁ in Richtungen so orientiert sind, um eine Betrachtungszone bereitzustellen, die einen erweiterten Bereich im 6 Uhr Gebiet der in den 5A bis 5D gezeigten Kurven aufweisen. Mit anderen Worten, weil die Orientierungsrichtung A₀ von links unten nach rechts oben, wie in 4 gezeigt, verläuft und die Orientierungsrichtung A₁ von links unten nach rechts oben verläuft, weist die erzeugte Betrachtungszone, wie in den 5A bis 5D gezeigt, im negativen vertikalen Gebiet unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse einen besseren Kontrast auf. Dies ist, was der Ausdruck "6 Uhr ausgerichtet" meint.
Wenn alternativ die Orientierungsrichtung A₀ von unten rechts nach oben links ginge und die Orientierungsrichtung A₁ von unten rechts nach oben links gerichtet würde, dann würde das Display der 4 "12 Uhr ausgerichtet" sein und würde eine Betrachtungszone mit besseren Kontrastverhältnissen in den positiven vertikalen Betrachtungswinkeln anstatt der negativen vertikalen Betrachtungswinkeln bereitstellen. Die 6 Uhr ausgerichteten LCDs der 4 und 5A bis 5D zeigen Betrachtungszonen mit besseren Kontrastverhältnissen im negativen vertikalen Bereich unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse, und zwar im Gegensatz zu der positiven vertikalen Betrachtungszone oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse.
Im Flüssigkristalldisplay nach dem Stand der Technik gemäß 4 werden die Kontrastverhältnisse in den 5A bis 5D gemessen für die vier möglichen Fälle der Orientierung des Hemmungsfilms, wobei der Wert von d·ΔN der Flüssigkristalllage 119 auf 510 nm eingestellt ist und der Hemmungswert sowohl vom Hemmungsfilm 113 als auch 114 auf 350 nm (der Wert wird durch das Licht gemessen, das eine Wellenlänge von 589 nm aufweist) eingestellt ist. Die vier Fälle sind wie folgt.
5A zeigt Graphen des Kontrastverhältnisses für den Fall, in dem die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 113 und 114 zusammen parallel zur rückseitigen Polierrichtung A₀ angeordnet sind. Der zentrale oder äußere Graph des Kontrastverhältnisses in den 5A bis 5D zeigt ein Kontrastverhältnis von 10 : 1. Die inneren oder gleichmäßig unterbrochenen Kontrastkurven in den 5A bis 5D zeigen ein Kontrastverhältnis von 100 : 1. Der dazwischen liegende Graph des Kontrastverhältnisses in den 5A bis 5D zeigt ein Kontrastverhältnis von 50 : 1. Weiterhin zeigt jeder Kreis in den Graphen der 5A bis 5D eine 10°-Verschiebung des Betrachtungswinkels. Mit anderen Worten entspricht die Mitte des Graphen einem 0° vertikalen und 0° horizontalen Betrachtungswinkeln, der erste Kreis entspricht 10°, der zweite Kreis 20°, usw. Wie in 5A gezeigt, erstreckt sich der Graf des 10 : 1 Kontrastverhältnisses horizontal entlang der vertikalen 0° Betrachtungsachse um etwa –37° und +40° und erstreckt sich aufwärts entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse bis etwa 15° vertikal.
5B zeigt die Graphen der Kontrastverhältnisse für den Fall, bei dem die optische Achse R₁ des rückseitigen Hemmungsfilms 113 parallel zur Orientierungsrichtung A₀ angeordnet ist und die optische Achse R₂ des vorderseitigen Hemmungsfilms 114 senkrecht zu der Polierrichtung A₀ angeordnet ist. In Richtung R₁ ist parallel zur rückseitigen Polarisierungsachse P₁ und R₂ ist parallel zur vorderseitigen Achse P₂. Wie in 5B zu sehen, erstreckt sich der Graph des 10 : 1 Kontrastverhältnisses entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse nur bis etwa 15° vertikal. Der Graph des 50 : 1 Kontrastverhältnisses erstreckt sich entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse auch nur bis etwa 5° vertikal.
5C zeigt die Graphen der Kontrastverhältnisse für den Fall, bei dem die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 113 und 114 parallel zueinander angeordnet und unter 90° die rückseitigen Polierrichtung A₀ kreuzen. In 5C erstreckt sich das 10 : 1 Kontrastverhältnis entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse aufwärts nur bis etwa 15° vertikal. Der Graph des 10 : 1 Kontrastverhältnisses erstreckt sich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse bis zu einer Gesamtgröße von etwa 75° bis 80°.
5D zeigt Graphen des Kontrastverhältnisses für den Fall, bei dem die optische Achse R₁ des rückseitigen Hemmungsfilms 113 angeordnet ist, um bei 90° die Polierrichtung A₀ zu kreuzen und die optische Achse R₂ des vorderseitigen Hemmungsfilms 114 parallel zur rückseitigen Orientierungsrichtung A₀ angeordnet ist. In 5D, erstreckt sich der Graph des 10 : 1 Kontrastverhältnisses horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse bis zu einer Gesamtgröße von etwa 60° bis 65°. Der Graph des 10 : 1 Kontrastverhältnisses in 5D erstreckt sich aufwärts entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse auch nur bis etwa 15° vertikal.
Es war bereits vor unserer Erfindung bekannt, Hemmungsfilme zu drehen, um die Betrachtungszone von LCDs anzupassen. Das US Patent mit der Nr. 5,184,236 offenbart beispielsweise die Rotation von optischen Achsen von Hemmungsfilmen um ±15° oder weniger, wenn zwei derartige Filme auf einer einzigen Seite des Flüssigkristallmaterials angeordnet sind. Die Achsen der Hemmungsfilme sind entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zum Zweck des Anpassens der Betrachtungszone gedreht. Werden die Hemmungsfilme dieses Patents gedreht, ist die Symmetrie der Betrachtungszone im wesentlichen verzerrt, und hierdurch werden Betrachtungszonen erzeugt, die um die 0° horizontalen Betrachtungsachse nicht im wesentlichen symmetrisch sind. Dieses Patent lehrt weiterhin nicht die Rotation einer oder beider optischen Achsen der rückseitigen oder vorderseitigen Hemmungsfilme um ±15° oder weniger für den Zweck der Anpassung der Anordnung der Betrachtungszone des Displays, wenn das Display rückseitige und vorderseitige Hemmungsfilme mit einer dazwischen gelegten Flüssigkristalllage beinhaltet.
6 zeigt die winkelmäßigen Beziehungen zwischen den horizontalen und den vertikalen Betrachtungsachsen und den Winkeln die hierin in Bezug auf ein Flüssigkristalldisplay und herkömmlichen LCD-Winkeln φ und Θ beschrieben werden. Die in 6 gezeigten +X, +Y und +Z-Achsen sind hierin ebenso wie in den anderen Figuren festgelegt. Weiterhin können die hierin gezeigten und beschriebenen „horizontalen Betrachtungswinkel" (oder X_ANG) und „vertikalen Betrachtungswinkel" (oder Y_ANG) wie folgt zu den herkömmlichen LCD-Winkeln φ und Θ mittels folgender Gleichungen transformiert werden: tan(XANG) = cos(φ)*tan(Θ) sin(YANG) = sin(Θ)*sin(φ)oder cos(Θ) = cos(YANG)*cos(XANG) tan(φ) = tan(YANG) ÷ sin(XANG)
Die 7 bis 10 sind grafische Darstellungen von computersimulierten Kontrastverhältnissen eines Normalweiß-Flüssigkristalldisplays mit einer Zelllücke "d" von 5,70 μm. Das Display beinhaltet einen rückseitigen Polarisator, der eine eine ersten Richtung definierende Durchlassachse aufweist, einen rückseitigen Hemmungsfilm, der eine zur ersten Richtung parallele optische Achse aufweist, eine senkrecht zur ersten Richtung orientierte rückseitige Polierzone, eine vorderseitige zur ersten Richtung parallele Polierzone, einen vorderseitigen Hemmungsfilm mit einer zur ersten Richtung senkrecht optischen Achse, und einen vorderseitigen oder austrittsseitigen Polarisator, der eine optische Achse senkrecht zur ersten Richtung aufweist. Die Hemmungsfilme sind vom positiven doppelbrechenden uniaxialen Typ. Dieses LCD der 7 bis 10 ist nach dieser Erfindung nicht Stand der Technik, ist aber in diesem Abschnitt zum Zwecke des späteren Vergleichens mit weiteren Ausführungsbeispielen dieser Erfindung aufgeführt.
Die 7 zeigt einen computersimulierten Graphen des Kontrastverhältnisses des vorstehend genannten Normalweiß-Flüssigkristalldisplays, wobei die Wellenlänge des verwendeten Lichts ein Rot bei 630 nm war, v_ON 6,8 Volt betrug und V_OFF 0,9 Volt war. Sowohl der Hemmungswert der vorderseitigen als auch der rückseitigen Hemmungsfilme des in den 7 bis 10 simulierten Displays war 320 nm. Wie aus 7 gesehen werden kann, erstreckt sich der Graph des 10 : 1 Kontrastverhältnisses entlang des 0° vertikalen Betrachtungswinkels mit horizontalen Winkeln von etwa –40° bis +40°, wobei hierdurch entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse ein Gesamtwert für die 10 : 1 Betrachtungszone von etwa 80° definiert wird.
Die 8 zeigt einen computersimulierten Graphen des vorstehend genannten Displays, das ebenso wie in 7 simuliert wurde. Der Unterschied zwischen dem Graphen von 8 und dem Graphen von 7 ist der, daß als ein Parameter in 8 5,0 Volt V_ON verwendet wurde. Es kann daraus entnommen werden, daß eine Reduzierung von V_ON zu einer aufwärts gerichteten Verschiebung der Betrachtungszone zu einer im wesentlichen zentrierten Position oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse führt. Eine Reduzierung von V_ON ergibt ebenso eine vertikale Schrumpfung der Betrachtungszone.
Die 9 zeigt einen computersimulierten Graphen der Kontrastverhältnisse des vorstehend genannten Displays, wobei der Hemmungswert der vorderseitigen und rückseitigen Hemmungsfilme 320 nm ist und der Parameter v_ON gleich 6,8 Volt ist. Der Unterschied zwischen dem Graphen von 7 und dem Graphen von 9 ist der, daß ein Grün mit der Wellenlänge von 550 nm in 9 verwendetet wurde. Der Grund des höheren Kontrasts für die Wellenlänge des Grüns im Gegensatz zur Wellenlänge des Rots von 7 ist der, daß die Zellücke von 5,70 μm dichter an das erste Durchlassminimum für die Wellenlänge des Grüns als für die Wellenlänge des Rots angepasst ist. Zudem erfährt die Wellenlänge des Grüns höhere Kontrastverhältnisse im Zentrum ihrer Betrachtungszone. Der Graph des Kontrastverhältnisses in 9 erstreckt sich wiederum entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse bis zu einem Gesamtwert von etwa 75°.
Die 10 zeigt einen computersimulierten Graphen des vorstehend genannten Displays, wobei eine Wellenlänge für ein Blau von 480 nm verwendetet wurde. Der Hemmungswert betrug wie in den Graphen der 7 bis 9 für die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme oder -platten war 320 nm. Der in 10 gezeigte Graph des 10 : 1 Kontrastverhältnisses erstreckt sich horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachsen bis zu einem Gesamtwert von etwa 75°. Das blaue Kontrastverhältnis der Betrachtungszone ist in Bezug auf die Wellenlänge des Rots leicht aufwärts zu dem in 7 gezeigten verschoben.
Wie aus den Graphen der Kontrastverhältnisse der 1, 2 und 7 bis 10 gesehen werden kann, wäre es sehr wünschenswert, wenn man ein Normalweiß-Flüssigkristalldisplay mit einer Betrachtungszone bereitstellen könnte, welches Graphen der Kontrastverhältnisse beinhaltet, die sich über große horizontale und vertikale Betrachtungswinkel erstrecken.
Das US Patent mit der Nr. 4,984,874 offenbart eine Vorrichtung mit Flüssigkristalldisplay, die vorderseitige und rückseitige Hemmungsfilme mit Hemmungswerten von etwa 300 nm aufweist. Eine Flüssigkristalllage beinhaltet vorderseitige und rückseitige Polierzonen und ist zwischen den Hemmungsfilmen eingefügt. Der rückseitige Hemmungsfilm funktioniert so, daß linear polarisiertes Licht in elliptisch polarisiertes Licht konvertiert wird, während der vorderseitige Hemmungsfilm das das Flüssigkristallmaterial verlassende elliptisch polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umwandelt, bevor es den vorderseitigen oder austrittsseitigen Polarisator erreicht. Der Verdrehwinkel des Flüssigkristallmaterials aus dem US Patent mit der Nr. 4,984,874 ist etwa 180° bis 270°.
Das US Patent Nr. 5,107,356 offenbart ein Normalschwarz-Flüssigkristalldisplay, das erste und zweite Polarisatoren mit parallelen Durchlassachsen umfasst. Ein Flüssigkristallmaterial dieses Patents ist zwischen vorderseitige und rückseitige Hemmungsfilme eingefügt.
Während es bekannt ist, rückseitige und vorderseitige 300 nm bis 600 nm Hemmungsfilme oder -platten auf gegenüberliegende Seiten einer Flüssigkristalllage eines P-poliertes Display anzuordnen, offenbart der Stand der Technik nicht das Bereitstellen eines Normalweiß-Flüssigkristalldisplay X- durch Reiben ausgerichteten oder Pixels mit rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilmen, die Hemmungswerte von 80 nm bis 200 nm aufweisen, um ein hohes Kontrastverhältnis über einen vorbestimmten Bereich von Betrachtungswinkeln zu erhalten. Der Stand der Technik offenbart auch nicht das symmetrische Drehen der optischen Achsen derartiger rückseitiger und vorderseitiger Hemmungsfilme, um so die zentrierte Position der Betrachtungszone des Displays auf einen Punkt oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse und so weg von Inversionsgebieten oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachsen zu schieben.
Die Ausdrücke „im Uhrzeigersinn" und „gegen den Uhrzeigersinn", wie hierin benutzt, bedeuten, von der Seite des Betrachters oder des Beobachters auf das Flüssigkristalldisplay oder den Pixel aus gesehen.
Der Ausdruck „rückseitig", wie er hierin, aber nur zur Beschreibung von Trägermaterialien, Polarisatoren, Elektroden, Polierzonen, Hemmungsfilmen und Orientierungsfilmen benutzt wird, bedeutet, daß das beschriebene Element sich auf der Lichteinfallseite des Flüssigkristallmaterials oder, mit anderen Worten, sich auf der dem Betrachter gegenüberliegenden Seite des Flüssigkristallmaterials befindet.
Jedes der hierin beschriebenen Displays und Lichtventile ist/war, soweit nicht anders gezeigt oder beschrieben, „X-polierte".
Der Ausdruck „vorderseitig", wie er hierin, aber nur zur Beschreibung von Trägermaterialien, Polarisatoren, Elektroden, Polierzonen, Hemmungsfilmen und Orientierungsfilmen benutzt wird, bedeutet, daß das beschriebene Element auf der Betrachterseite des Flüssigkristallmaterials angeordnet ist.
Die LCDs und Lichtventile der 1 bis 3 and 7 bis 45 beinhalten hierin ein links drehendes Flüssigkristallmate rial mit einem Doppelbrechungswert (ΔN) von 0,084 bei Raumtemperatur.
Der Ausdruck „Hemmungswert", wie er hierin benutzt wird, bedeutet „d*ΔN" des Hemmungsfilms oder -platte, wobei „d" die Filmdicke und „ΔN" der Doppelbrechungswert des Films (entweder positiv oder negativ) ist.
Der Ausdruck „innerhalb", wie er hierin zur Beschreibung einer Oberfläche oder Seite eines Elements benutzt wird, meint die Seite oder Oberfläche, die dem Flüssigkristallmaterial am nächsten ist.
Der Ausdruck „Lichtventil", wie er hierin benutzt wird, bedeutet ein Flüssigkristalldisplaypixel mit einem rückseitigen Polarisator, einem rückseitigen Hemmungsfilm (soweit nicht anders angegeben), einem rückseitigen transparenten Trägermaterial, einer rückseitigen kontinuierlichen Elektrode, einem rückseitigen Orientierungsfilm, einer LC-Lage, einem vorderseitigen Orientierungsfilm, einer vorderseitigen kontinuierlichen Pixelelektrode, einem vorderseitigen Trägermaterial, einem vorderseitigen Hemmungsfilm (soweit nicht anders angegeben) und einem vorderseitigen Polarisator, ohne die Anwesenheit von Farbfiltern und angesteuerten Aktivmatrixschaltkreisen wie bei TFTs.
Der Ausdruck „Kontrastverhältnis", wie er hierin benutzt wird, bedeutet den Durchlass von Licht durch das Display oder den Pixel im Ausschalt- oder Weißzustand gegen die Durchlassmenge durch das Display oder den Pixel im Einschalt- oder verdunkelten Zustand.
Aus dem obigen ist offensichtlich, daß ein technischer Bedarf an einem Normalweiß-Flüssigkristalldisplay besteht, bei welchem die Betrachtungszone des Displays, bei erhöhten oder großen vertikalen und horizontalen Betrachtungswinkeln, hohe Kontrastverhältnisse beinhaltet. Auch besteht ein technischer Bedarf zum Zentrieren der Betrachtungszone eines NW LCD auf einer Position beabstandet zu Inversionsbereichen auf oder oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allgemein ausgedrückt erfüllt diese Erfindung die oben beschriebenen Bedürfnisse des Standes der Technik, indem eine Anzeige mit Flüssigkristall gemäß der Ansprüche 1 und 17 zur Verfügung gestellt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung weisen die ersten und zweiten Hemmungsfilme jeweils eine optische Achse auf, worin die optische Achse des ersten Hemmungsfilms eine erste Richtung definiert, und worin die optische Achse des zweiten Hemmungsfilms eine zweite Richtung definiert, und worin die ersten und zweiten Richtungen sich um etwa 75° bis 100° unterscheiden.
In bestimmten anderen bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung beinhaltet das Display weiterhin einen im wesentlichen zum ersten Hemmungsfilm benachbarten ersten Polarisator und einen im wesentlichen zum zweiten Hemmungsfilm benachbarten zweiten Polarisator, wodurch die ersten und zweiten Hemmungsfilme zwischen den ersten und zweiten Polarisatoren angeordnet sind.
In bestimmten weiterhin bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung weist das Display ein Weißlicht-Kontrastverhältnis von mindestens 20 : 1 bei Betrachtungswinkeln von etwa 0° vertikal und von ±45° horizontal auf, wenn etwa 6,0 Volt daran angelegt sind.
In weiterhin ebenso bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung weist das Display ein Weißlicht-Kontrastverhältnis von mindestens 20 : 1 bei Betrachtungswinkeln von etwa –20° vertikal und von ±40° horizontal auf, wenn etwa 6,0 Volt daran angelegt sind.
In anderen ebenso bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung weist das Pixel ein Weißlicht-Kontrastverhältnis von mindestens 30 : 1 auf, und zwar bei Betrachtungswinkeln von etwa (i) 0° vertikal, –40° horizontal; (ii) 0° vertikal, 30° horizontal; (iii) 25° vertikal, 0° horizontal; und (iv) –5° vertikal, ±25° horizontal, wenn etwa 6,0 Volt an das Pixel angelegt sind.
In bestimmten weiterhin bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung weist das Pixel ein Weißlicht-Kontrastverhältnis von mindestens 10 : 1 auf, und zwar bei Betrachtungswinkeln von etwa (i) 0° vertikal, ±60° horizontal; (ii) 30° vertikal, 0° horizontal; und (iii) –15° vertikal, ±30° horizontal, wenn etwa 6,0 Volt an das Pixel angelegt sind.
In bestimmten weiterhin bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ist ein Winkel von etwa 80°–100° zwischen den optischen Achsen von den rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilmen festgelegt. In weiterhin noch bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ist ein Winkel von etwa 85°–90° zwischen den optischen Achsen von den rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilmen festgelegt.
In weiterhin noch bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung legen die optische Achse des ersten Hemmungsfilms und die Durchlassachse des ersten Polarisators einen Winkel Θ1 zwischen der optischen Achse des rückseitigen Hemmungsfilms und der Durchlassachse des rückseitigen Polarisators von etwa 1,5°–7,5° hierzwischen fest.
In weiterhin noch bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung legen die optische Achse des zweiten Hemmungsfilms und die Durchlassachse des zweiten Polarisators einen Winkel Θ2 zwischen der optischen Achse des vorderseitigen Hemmungsfilms und der Durchlassachse des vorderseitigen Polarisators von etwa 1,5°–7,5° hierzwischen fest.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind die Winkel Θ1 und Θ2 im wesentlichen gleich und erzeugen hierdurch eine kontrastreiche Betrachtungszone, welche im wesentlichen symmetrisch zu der 0° horizontalen Betrachtungsachse ist.
Diese Erfindung erfüllt weiterhin die vorstehend beschriebenen technischen Bedürfnisse durch Bereitstellen eines Verfahrens nach Anspruch 19.
In bestimmten weiterhin bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind die Winkel Θ1 und Θ2 derart ausgewählt, daß sie im Bereich von etwa 3°–5° sind.
In bestimmten weiterhin bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind die Winkel Θ1 und Θ2 derart ausgewählt, daß sie im Bereich von etwa 2°–10° sind.
In weiterhin noch bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung nach den Ansprüchen 17 und 18 sind die Hemmungsfilme uniaxial und weisen negative Doppelbrechung auf.
Diese Erfindung wird nun bezugnehmend auf bestimmte Ausführungsbespiele anhand bestimmter Darstellungen beschrieben, wobei:
IN DEN FIGUREN
1 ein Graph ist des Kontrastverhältnisses eines Lichtventils von einem Flüssigkristallpixel nach dem Stand der Technik unter Verwendung von Weißlicht und einer daran angelegten Spannung von etwa 6,8 Volt.
2 ein Graph ist des Kontrastverhältnisses eines Lichtventils nach dem Stand der Technik von 1 unter Verwendung von Weißlicht.
3 ein Verlauf der Intensität gegenüber der Steuerspannung ist für ein Lichtventil gemäß dem Stand der Technik aus den 1 und 2. Dieser Verlauf oder Graph stellt über einen weiten Bereich der horizontalen Betrachtungswinkel bei Steuerspannungen von etwa 3,2 Volt und mehr einen ziemlich großen Inversionsbuckel dar.
4 eine schematische Darstellung ist von optischen Komponenten eines „P-polierten" verdrehten nematischen Normalweiß-Flüssigkristalldisplay nach dem Stand der Technik, das Hemmungsfilme mit Hemmungswerten von mindestens 300 nm aufweist.
5A bis 5D wellenlängenspezifische Kontrastdiagramme oder -graphen sind, die Charakteristika von Betrachtungsachsen des Normalweiß-Flüssigkristalldisplays nach dem Stand der Technik der 4 zeigen. Jede der 5A bis 5D steht für verschiedene Orientierungen der optischen Achsen der vorderseitigen und rückseitigen Polarisatoren vom Normalweiß-Display nach 4.
6 ein Graph ist, der die Winkelbeziehung zwischen den hierin beschriebenen horizontalen und vertikalen Betrachtungsachsen und deren Beziehung mit den konventionellen Winkeln φ und Θ darstellt.
7 eine Computersimulation des Graphen ist mit Kurven des Kontrastverhältnisses eines Normalweiß-Flüssigkristalldisplays, das vorderseitige und rückseitige Hemmungsfilme mit Hemmungswerten von 320 nm aufweist. Das si mulierte Display nach dem 7 bis 10 ist nicht Stand der Technik der vorliegenden Erfindung, wird aber überwiegend zum Zwecke eines späteren Vergleichs mit bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung verwendet.
8 eine Computersimulation des Graphen ist mit Kurven des Kontrastverhältnisses von dem Display aus 7, wobei 5,0 Volt an das Display angelegt sind und die Wellenlänge von 630 nm verwendet wurde.
9 eine Computersimulation des Graphen ist mit Kurven des Kontrastverhältnisses von dem Display aus 7 und 8 unter Verwendung eines Grüns mit einer Wellenlänge von 550 nm und Anlegen einer Spannung von 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial.
10 eine Computersimulation des Graphen ist mit Kurven des Kontrastverhältnisses von dem Display aus 7 bis 9 unter Verwendung eines Blaus mit einer Wellenlänge von 480 nm und Anlegen von 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial.
11(a) ein schematisches Diagramm ist der optischen Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels von einem verdrehten nematischen Normalweiß-Flüssigkristalldisplays dieser Erfindung.
11(b) die Winkelbeziehungen zwischen den entsprechenden optischen Achsen des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung darstellt.
11(c) die Winkelbeziehungen zwischen den entsprechenden optischen Achsen eines anderen Ausführungsbeispiels dieser Erfindung vom Standpunkt eines Beobachters oder Betrachters des Displays aus darstellt.
12 eine Computersimulation des Graphen des Kontrastverhältnisses ist, der Kontrastverhältnisse des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung darstellt, wenn 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt, 120 nm Hemmer verwendet werden und das Rot mit einer Wellenlänge von 630 nm verwendet wird.
13 eine Computersimulation des Graphen des Kontrastverhältnisses des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung ist, wenn 6,0 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt, 120 nm Hemmer verwendet werden und das Rot mit einer Wellenlänge von 630 nm verwendet wird.
14 eine Computersimulation des Graphen des Kontrastverhältnisses von einem Display nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist, wenn ein Grün mit einer Wellenlänge von 550 nm verwendet wird, 120 nm Hemmer verwendet und 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden.
15 eine Computersimulation des Graphen des Kontrastverhältnisses des Displays nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Verwendung eines Grüns mit einer Wellenlänge von 550 nm ist, wenn 6,0 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt und 120 nm Hemmer verwendet werden.
16 eine Computersimulation des Graphen des Kontrastverhältnisses des Displays nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist, wenn ein Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm verwendet wird, 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 120 nm aufweisen.
17 eine Computersimulation des Graphen des Kontrastverhältnisses ist, die Kontrastverhältnisse eines Displays nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung darstellt, wenn ein Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm ver wendet wird, 120 nm Hemmer verwendet und 6,0 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden.
18 eine Computersimulation ist vom Verlauf des Durchlasses gegenüber der Steuerspannung von horizontalen Betrachtungswinkeln für das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 120 nm aufweisen.
19 eine Computersimulation ist vom Verlauf des Durchlasses gegenüber der Steuerspannung von vertikalen Betrachtungswinkeln für das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Verwendung von Weißlicht, wenn die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 120 nm aufweisen.
20 eine Computersimulation ist des Graphen des Kontrastverhältnisses von dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn ein Rot mit einer Wellenlänge von 630 nm verwendet wird, 160 nm Hemmer verwendet und 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt wurde.
21 eine Computersimulation ist des Graphen des Kontrastverhältnisses für das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn ein Grün mit einer Wellenlänge von 550 nm verwendet wird, 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden, und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 160 nm aufweisen.
22 eine Computersimulation ist des Graphen des Kontrastverhältnisses des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, wenn ein Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm verwendet wird, 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 160 nm aufweisen.
23 eine Computersimulation ist des Graphen des Kontrastverhältnisses für das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn ein Rot mit einer Wellenlänge von 630 nm verwendet wird, 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 80 nm aufweisen.
24 eine Computersimulation ist des Graphen des Kontrastverhältnisses für das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn ein Grün mit einer Wellenlänge von 550 nm verwendet wird, 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 80 nm aufweisen.
25 eine Computersimulation ist des Graphen des Kontrastverhältnisses des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, wenn ein Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm verwendet wird, 6,8 Volt an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme einen Hemmungswert von 80 nm aufweisen.
26 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss eines Lichtventils nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches uniaxiale und positiv doppelbrechende rückseitige und vorderseitige Hemmungswerte von 120 nm verwendet, und wobei 6,8 Volt an das Lichtventil angelegt waren.
27 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss des Lichtventils nach 26, wenn 6,0 Volt an das Lichtventil angelegt wurden und uniaxiale und positiv doppelbrechende rückseitige und vorderseitige 120 nm Hemmer verwendet wurden.
28 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss des Lichtventils nach 26, wenn 5,0 Volt hieran angelegt und uniaxiale und positiv doppelbrechen de rückseitige und vorderseitige 120 nm Hemmer verwendet wurden.
29 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss des Lichtventils nach 26, wenn 4,0 Volt hieran angelegt und uniaxiale und positiv doppelbrechende rückseitige und vorderseitige 120 nm Hemmer verwendet wurden.
30 ein Verlauf ist einer mit Weißlicht gemessenen Intensität gegenüber der Steuerspannung von dem Lichtventil der 26, wenn rückseitige und vorderseitige uniaxiale und positiv doppelbrechende 120 nm Hemmer verwendet wurden. Der Verlauf stellt das Graustufenverhalten des Lichtventilpixels bei einer Vielzahl von horizontalen Betrachtungswinkeln entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse dar.
31 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss für ein Normalweiß-Flüssigkristalldisplay nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn rückseitige und vorderseitige 120 nm Hemmungsfilme verwendet wurden und 6,8 Volt an das Display angelegt waren.
32 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss des Flüssigkristalldisplays nach 31, wenn rückseitige und vorderseitige 120 nm Hemmungsfilme verwendet wurden und 6,0 Volt an das Display angelegt waren.
33 ein Graph ist von einem mit Weißlicht gemessenen Kontrastverhältniss des Flüssigkristalldisplays nach 31, wenn rückseitige und vorderseitige 120 nm Hemmungsfilme verwendet wurden, und 5,0 Volt an das Display angelegt waren.
34 ein Graph ist von einem gemessenen Kontrastverhältnis für das Normalweiß-Flüssigkristalldisplay nach 31, wenn 4,0 Volt an das Display angelegt waren, Weißlicht verwendet wurde und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme uniaxial waren und Hemmungswerte von 120 nm aufweisen.
35 einen Verlauf einer gemessenen Intensität gegenüber der Steuerspannung ist, der Ergebnisse für verschiedene horizontale Winkel entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse für das Normalweiß-Flüssigkristalldisplay nach 31, wenn Weißlicht verwendet wurde und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungswerte 120 nm waren.
36 34 ein Graph ist von einem gemessenen Kontrastverhältnis eines Flüssigkristalldisplays nach dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei Weißlicht verwendet wurde, 120 nm Hemmer verwendet und 6,0 Volt an das Display angelegt wurden.
37 eine Kurve ist des gemessenen Kontrastverhältnisses von einem Lichtventil nach einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei Weißlicht verwendet wurde, 6,8 Volt an das Pixel angelegt wurden, die Werte der Hemmungsfilme 120 nm waren und die Hemmungsfilme symmetrisch um –8° gedreht waren.
38A eine Kurve ist des gemessene Kontrastverhältnisses von dem Lichtventil nach 37, wenn 5,0 Volt an das Lichtventil angelegt wurden.
38B ein Graph ist der gemessenen Weißlichtintensität gegenüber der Spannung für das Lichtventil der 37 und 38A.
39 eine Kurve ist des gemessenen Kontrastverhältnisses eines Flüssigkristalldisplays nach dieser Erfindung, wobei Weißlicht verwendet wurde, 120 nm Hemmungsfilme verwendet wurden, 6,0 Volt an das Display angelegt, die Hemmungsfilme symmetrisch um –3° gedreht waren, und die Zellücke „d" etwa 5,1 μm im roten Sub-Pixel und etwa 5,7 μm im grünen und blauen Sub-Pixeln aufgrund der Dicken der Farbfilter betrug.
40 eine Computersimulation eines Graphen ist des Kontrastverhältnisses von einem Flüssigkristalldisplay nach einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, wobei die Hemmungsfilme symmetrisch +4° gedreht sind, 160 nm Hemmer verwendet werden, ein Grün mit einer Wellenlänge von 550 nm verwendet wird und 6,8 Volt angelegt sind.
41 eine Querschnittansicht ist von einem Flüssigkristallpixel nach bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung.
42 eine ausgeschnittene Teilansicht ist, die ein aktives Matrix-Flüssigkristalldisplay nach bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung darstellt, das eine Vielzahl von Pixeln enthält.
43 eine Computersimulation eines Graphen ist des Kontrastverhältnisses von einem LCD nach einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme uniaxial sind, aber negative Doppelbrechungswerte haben. Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme dieses Ausführungsbeispiels weisen jeweils Hemmungswerte Δ_ZX = Δ_ZY = –160 nm mit Δ_ZX = d*(n₂–n_X) auf, wobei „n" der Brechungsindex und „d" die Dicke des Films ist. Folglich sind die optischen Achsen dieser Filme in die „Z" Richtung ausgerichtet.
44 eine Computersimulation eines Graphen ist des Kontrastverhältnisses von einem LCD nach einem noch anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei das LCD eine Zellücke von 5,7 μm aufweist, 6,0 Volt angelegt sind, und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme biaxial mit negativen Hemmungswerten sind. Die rückseitigen und vorderseitigen Filme dieses Ausführungsbeispiels weisen Hemmungswerte Δ_ZX und Δ_ZY von –160 nm bzw. –60 nm auf. Eine Wellenlänge von 550 nm wurde bei diesem Graphen verwendet.
45 ein Graph ist des gemessenen Kontrastverhältnisses von einem Lichtventilpixel nach einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei 6,0 Volt angelegt waren, biaxiale rückseitige und vorderseitige von Allied Signal Corporation erhältliche Hemmungsfilme verwendet wurden, und das Lichtventil „X-poliert" war.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
11(A) ist eine schematische Ansicht der optischen Komponenten und ihrer jeweiligen Orientierungen in einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Das durch Reiben in X-Richtung ausgerichtete" (im folgenden kurz „X-poliert" bezeichnet) Normalweiß-LCD (oder das Pixel) diese Ausführungsbeispiels offenbart, wie in 11(a) gezeigt, einen an der Lichteintrittsseite von der Flüssigkristalllage 5 angeordneten rückseitigen linearen Polarisator 1, einen ausrittsseitigen oder vorderseitigen linearen Polarisator 9, der an der Lichtaustrittsseite der Flüssigkristalllage 5 angeordnet ist, eine(n) rückseitige(n) Hemmungsfilm oder -platte 3, angeordnet zwischen der Flüssigkristalllage und dem rückseitigen Polarisator 1, und einen vorderseitigen Hemmungsfilm oder -platte 7, angeordnet zwischen der Flüssigkristalllage 5 und dem vorderseitigen linearen Polarisator 9. Die Hemmungsfilme dieses Ausführungsbeispiels sind bevorzugt uniaxial and weisen positive Doppelberechnungswerte (ΔN) auf. Ein Beispiel für in der Praxis dieser Erfindung nützliche uniaxiale positiv doppelbrechende Hemmungsfilme sind die kommerziell erhältlichen Filme von z. B. Nitto Corp., Japan oder Nitto Denko American, Inc., New Brunswick, New Jersey, und zwar als Modell mit der Nummer NRF-RF120 (120 nm Hemmer).
Zusätzlich sind biaxiale Hemmungsfilme z. B. von der Allied Signal Corporation erhältlich und negative doppelbrechende uniaxiale/biaxiale, lösliche Polyimid-Hemmungsfilme sind von der Universität von Akron erhältlich, und können ebenso in bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung verwendet werden.
Normal einfallendes Licht 11 von einem konventionellen Hintergrundbeleuchtungssystem, wie es Z. B. in dem US Patent Nr. 5,161,041 offenbart ist, wird auf den rückseitigen linearen Polarisator 1 gerichtet. Das Flüssigkristallmaterial 5 ist bevorzugter Weise vom verdrehten nematischen Typ und verdreht mindestens eine normal einfallende sichtbare Wellenlänge des Lichts um etwa 80°–100° (am bevorzugtesten um etwa 90°), so wie es durch die Flüssigkristalllage 5 hindurch tritt. Der durch die Flüssigkristalllage bereitgestellte Drehwert ist abhängig von: der Wellenlänge des sich hierdurch ausbreitenden Lichts, der Dicke "d" der Flüssigkristalllage 5, der Doppelbrechung der Flüssigkristalllage, und der Orientierung der rückseitigen und vorderseitigen Polierzonen. Das Flüssigkristallmaterial oder -lage ist bevorzugter weise etwa 4,5 μm–6,0 μm dick und hat bei Raumtemperatur einen Doppelberechnungswert von 0,084.
Zwischen dem rückseitigen Hemmungsfilm 3 und der Flüssigkristalllage 5 ist ein rückseitiger Orientierungsfilm 21 angeordnet, der eine in Richtung B₁ orientierte Orientierungsachse oder Polierzone aufweist. Der rückseitige in Richtung B₁ orientierte Orientierungsfilm 21 dient zum Ausrichten von Molekülen benachbart zum rückseitigen Orientierungsfilm der Flüssigkristalllage in diese Richtung B₁. Das Display aus 11(a) ist ebenso mit einem vorderseitigen Orientierungsfilm 22 oder Polierzone versehen, welche r) eine Orientierungsrichtung B₂ aufweist. Die Richtung B₂ des vorderseitigen Orientierungsfilms ist bevorzugter weise im wesentlichen senkrecht zur Richtung B₁ des rückseitigen Orientierungsfilms. Der Zweck des vorderseitigen Orientierungsfilms ist, wie im Falle des rückseitigen Orientierungsfilms, die Moleküle der Flüssigkristalllage entlang der Grenzfläche zwischen der Flüssigkristalllage 5 und dem vorderseitigen Orientierungsfilm in Richtung B₂ auszurichten. Wie hierin nachstehend genauer beschreiben sein wird, ist die rückseitige Orientierungsrichtung B₁ von unten rechts nach oben links ausgerichtet und die vorderseitige Orientierungsrichtung B₂ ist von oben rechts nach unten links ausgerichtet, welche nicht mit den hierin in 4 gezeigten Richtungen der Polierung im US Patent Nr. 5,184,236 zu verwechseln sein sollten. Der Effekt der Ausrichtung dieser zwei Orientierungsfilme ist eine Flüssigkristalllage mit einer Drehung von 80° bis 100° (am bevorzugtesten um etwa 90°) bereitzustellen.
Der rückseitige lineare Polarisator 1 ist derart angeordnet, daß dessen Durchlassachse P_R im wesentlichen parallel zur Orientierungs- oder Polierrichtung B₂ des vorderseitigen Orientierungsfilms ist. Der vorderseitige oder austrittsseitige lineare Polarisator 9 ist derart angeordnet, daß dessen Durchlassachse P_F im wesentlichen senkrecht zur Durchlassachse P_R des rückseitigen linearen Polarisators 1 ist. Weil die Durchlassachse P_R des rückseitigen linearen Polarisators 1 im wesentlichen senkrecht zur Orientierungs- oder Polierrichtung B₁ von dessen benachbarten Orientierungsfilm 21 ist, legt dies fest, was „Quer"-Polieren (d. h. „X-poliert") bedeutet. „P"-(d. h. parallel)Polieren bedeutet einfach, daß die Richtung des Polierens des Polierfilms benachbart zu dessen Polarisator parallel zur Polarisationsrichtung ist. Diese Anordnung der Durchlassachsen der rückseitigen und vorderseitigen Polarisatoren legt ebenso eine verdrehte nematische Normalweiß-Flüssigkristalldisplayzelle derart fest, daß, wenn das Licht aus dem vorderseitigen linearen Polarisator 9 austritt, es durch einen Betrachter oder Beobachter gesehen werden kann, wenn das Display im Ausschaltzustand sich befindet.
Dieses Ausführungsbeispiel verwendet eine „X-polierte" optische Anordnung, weil eine derartige Anordnung überragende Ergebnisse in Bezug auf eine „P-polierte" Orientierung bereitstellt. Eine „P-polierte" Anordnung kann ebenso in bestimmten anderen Ausführungsbeispielen dieser Erfindung verwendet werden.
Der rückseitige Hemmungsfilm 3, welcher bevorzugter aber nicht notwendiger Weise vom uniaxialen Typ ist, hat seine optische Achse R_R in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Durchlassachse P_R des rückseitigen Polarisators 1 ausgerichtet. Auch ist die optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zur Richtung B₁ des rückseitigen Orientierungsfilms ausgerichtet. Der Hemmungswert (d*ΔN) des rückseitigen Hemmungsfilms 3 ist bevorzugter Weise im Bereich von etwa 80 bis 200 nm, noch bevorzugter etwa 100 bis 160 nm, und am meisten bevorzugt etwa 120 bis 140 nm.
Die vorderseitigen und rückseitigen Hemmungsfilme sind bevorzugter Weise in diesem und in anderen Ausführungsbeispielen dieser Erfindung mit etwa gleichen Abständen vom Flüssigkristallmaterial entfernt positioniert.
Der vorderseitige Hemmungsfilm 7, der sich auf der gegenüberliegenden Seite des Flüssigkristalllage 5 befindet, ist wie der rückseitige Hemmungsfilm 3 ebenso bevorzugter Weise uniaxial. Die optische Achse R_F des vorderseitigen Hemmungsfilms 7 ist bevorzugt in eine im wesentlichen parallele Richtung zur Durchlassachse P_F des vorderseitigen oder austrittsseitigen linearen Polarisators 9 orientiert. Die optische Achse R_F des vorderseitigen Hemmungsfilms 7 ist bevorzugter weise ebenso in eine im wesentlichen senkrechte Richtung zur Orientierungsrichtung B₂ des vorderseitigen Orientierungsfilms orientiert. Die hierbei nur zum Festlegen der Orientierung der optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme verwendeten Ausdrücke „im wesentlichen parallel" und „im wesentlichen senkrecht" bedeuten, daß die Achsen der Hemmungsfilme derart in einer Art und Weise von ± etwa 10° ausgerichtet sind, solange nicht anderes gesagt ist.
Der Hemmungswert des vorderseitigen Hemmungsfilms 7 ist bevorzugter Weise der selbe wie der des rückseitigen Hemmungsfilms 3. Mit anderen Worten ist der Hemmungswert (d*ΔN) des vorderseitigen Hemmungsfilms 7 im Bereich von etwa 80 bis 200 nm, noch bevorzugter etwa 100 bis 160 nm, und am meisten bevorzugt etwa 120 bis 140 nm.
Die Vorteile der Verwendung von etwa 80 bis 200 nm Hemmungsfilmen nach den Lehren dieser Erfindung beinhaltet im Ergebnis eine größere Betrachtungszone und die Fähigkeit zum vertikalen Verschieben der Betrachtungszone aus einem Inversionsgebiet ohne wesentliche Verformung der Betrachtungszone.
Die Hemmungswerte der vorderseitigen und rückseitigen Hemmungsfilme sind bevorzugter Weise auch etwa dieselben, um eine im wesentlichen symmetrische Betrachtungszone um die 0° horizontalen Betrachtungsachse festzulegen. Je größer die Differenz zwischen den Hemmungswerten der Hemmungsfilme 3 und 7 ist, desto größer ist der Verlust an Symmetrie der Betrachtungszone um die 0° horizontalen Betrachtungsachse. Dies kann bei bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung wünschenswert sein.
Normal einfallendes Weißlicht 11 von einem konventionellen Hintergrundbeleuchtungssystem ist auf ein in 11(a) gezeigtes Normalweiß-Flüssigkristalldisplay gerichtet und auf den rückseitigen linearen Polarisator 1 und dessen Durchlassachse P_F gerichtet. Der rückseitige lineare Polarisator 1 polarisiert das normal einfallende Weißlicht 11 linear in eine Richtung P_R. Das Licht schreitet dann, nach dem Polarisieren durch den Polarisator 1, durch den rückseitigen Hemmungsfilm 3, der einen spezifischen Hemmungswert im Bereich von etwa 80 bis 200 nm aufweist. Nachdem es durch den rückseitigen Hem mungsfilm 3 übertragen und von dessen optischer Achse R_R beeinflusst worden ist, schreitet das Weißlicht dann durch den rückseitigen Polier- oder Orientierungsfilm mit einer Orientierungsrichtung B₁ und in das Flüssigkristallmaterial 5. Bei Durchschreiten des Flüssigkristallmaterials 5 verdreht das verdrehte nematische Material das normal einfallende Weißlicht um etwa 80° bis 100°, noch bevorzugter etwa 90°.
Nach Verlassen der Flüssigkristalllage 5 (mit dessen entlang der vorderseitigen Oberfläche hiervon ausgerichteten Molekülen in Richtung B₂), schreitet das Licht durch (nicht gezeigte) Farbfilter und in und durch den vorderseitige Hemmungsfilm 7. Farbfilter können zum Beispiel rote, grüne, blaue, weiße oder eine Kombination hiervon sein, wie gezeigt und diskutiert in z. B. US Patent Nr. 4,632,514, dessen Offenbarung hierdurch unter Bezugnahme darauf eingeführt ist. Nach Durchschreiten des vorderseitigen Hemmungsfilms 7 und beeinflusst durch deren optische Achse R_F, erreicht das farbgefilterte Licht den vorderseitige Polarisator 9. Ist das Flüssigkristalldisplay im unbetätigten oder Ausschalt-Zustand (keine Spannung oberhalb V_TH, der Grenzwertspannung, ist an das Flüssigkristallmaterials angelegt) schreitet das verdrehte Licht durch den vorderseitige Polarisator 9 und das Display erscheint hell, weiß oder gefärbt. Ist das Display in seinem betätigten oder Einschalt-Zustand (eine Spannung größer als V_TH ist an das Flüssigkristallmaterial angelegt) wird das Licht im wesentlichen blockiert auf ein spannungsabhängiges Maß durch den vorderseitige Polarisator 9, und das Display erscheint dem Betrachter verdunkelt.
Auf jeder Seite des Flüssigkristallmaterials bereitgestellte Elektroden sind konventionell nach dem Stand der Technik und sind in den Zeichnungen der 11(a) bis 11(c) zum Zwecke der Einfachheit nicht gezeigt.
11(b) stellt die Winkelbeziehung zwischen den jeweiligen Achsen der Polarisatoren, Hemmungsfilme und Orien tierungsfilme des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung dar. Die 11(b) und 11(c) sind perspektivische Ansichten von der Betrachterseite des Flüssigkristalldisplays. Wie in 11(b) gezeigt, sind die Durchlassachse P_F des vorderseitigen Polarisators, die optische Achse R_F des vorderseitige Hemmungsfilms und die Orientierungsrichtung B₁ des rückseitigen Orientierungsfilms etwa parallel zueinander. Auch die Durchlassachse P_R des rückseitigen Polarisators, die optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms und die Richtung B₂ des vorderseitigen Orientierungsfilms sind ebenso etwa parallel zueinander. Folglich ist ein Winkel von etwa 90° zwischen den Orientierungen dieser beiden Gruppen von Richtungen, wie in 11(b) gezeigt, festgelegt. Die Anordnung der Winkel, wie in 11(b) des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung gezeigt, stellt bevorzugter Weise eine im wesentlichen symmetrische Betrachtungszone um die 0° vertikalen Betrachtungsachse oder für den Leser bereit.
Die +X und +Y Richtungen sind in den 11(b) und 11(c) gezeigt und die +Z Richtung kommt aus den Figuren auf den Betrachter oder Leser zu.
11(c) ist eine perspektivische Ansicht, die die Winkelbeziehung zwischen den vorstehend diskutierten optischen Richtungen eines anderen Ausführungsbeispiels dieser Erfindung darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 3 und 7 negativ derart verdreht, um die Zentralstelle der Betrachtungszone des Displays auf eine Position unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse zu verschieben, während dessen Kontur im wesentlichen erhalten bleibt. Dieses in 11(c) dargestellte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet dieselben Parameter wie in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben mit Ausnahme für die Orientierungen der optischen Achsen der Hemmungsfilme. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung legen die Durchlassachsen P_F und P_R der vorderseitige und rückseitigen linearen Polarisatoren in diesem Ausführungsbeispiel hierzwischen einen Winkel von etwa 90° fest. Auch die Richtungen B₁ und B₂ sind im wesentlichen senkrecht zueinander und sind etwa parallel zu den entsprechenden Durchlassachsen P_F und P_R der vorderseitige und rückseitigen Polarisatoren.
Der Unterschied zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel und diesem Ausführungsbeispiel ist, daß in diesem in 11(c) gezeigten Ausführungsbeispiel die optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms so verdreht ist, um einen Winkel Θ1 zwischen der Durchlassachse des rückseitigen Polarisators und der optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms festzulegen. Auch die optische Achse R_F des vorderseitigen Hemmungsfilms bei diesem Ausführungsbeispiel ist so verdreht, um einen Winkel Θ2 zwischen der Durchlassachse P_F des vorderseitigen Polarisators und der optischen Achse R_F des vorderseitige Hemmungsfilms festzulegen.
Wie in 11(c) dargestellt, ist die optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms im Uhrzeigersinn bzgl. zu den Richtung P_R und B₂ gedreht, während die optische Achse R_F des vorderseitige Hemmungsfilms gegen den Uhrzeigersinn bzgl. zu den Richtungen P_F und B₁ gedreht ist. Wie in 11(c) gezeigt, sind die Winkel Θ1 und Θ2 bevorzugter Weise im wesentlichen gleich zueinander und legen hierdurch eine Betrachtungszone für das Normalweiß-Display fest, welche im wesentlichen symmetrisch etwa zu der 0° horizontalen Betrachtungsachse ist. Weil die optische Achse R_F des vorderseitigen Hemmungsfilms gegen den Uhrzeigersinn gedreht wurde und die optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms im wesentlichen im gleichen Maße im Uhrzeigersinn gedreht wurde, ist das Display dieses Ausführungsbeispiels sozusagen eines, deren Hemmungsfilme in einer symmetrischen Art und Weise negativ gedreht sind. Der Ausdruck "symmetrisch" bedeutet, daß die Winkel Θ1 und Θ2 im wesentlichen gleich zueinander sind. Z. B., falls beim durch 11(c) dargestellten Normalweiß-Display dessen rückseitige und vorderseitige Hemmungsfilmachsen "sym metrisch –8° gedreht" wurden, so würden deren Winkel Θ1 und Θ2 jeweils etwa 4° betragen. Folglich wäre der Winkel δ zwischen den Richtungen R_R und R_F etwa 82°, wenn die Hemmungsfilme dieses Ausführungsbeispiels symmetrisch um –8° gedreht würden. Es sollte dann klar sein, daß falls die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme symmetrisch um –4° gedreht sein wären, die Winkel Θ1 und Θ2 jeweils etwa 2° und der Winkel δ zwischen den optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme etwa 86° betragen würden.
Der Zweck des Drehens der optischen Achsen R_R und R_F der rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme ist, die Zentralstelle der Betrachtungszone vertikal zu verschieben, während deren Kontur noch im wesentlichen aufrechterhalten wird. In dem Flüssigkristalldisplay nach dem Stand der Technik wünschen häufig verschiedene Abnehmer verschiedene Betrachtungscharakteristika, wie die Position der Betrachtungszone. Wegen unterschiedlicher Anforderungen für verschiedene Abnehmer ist es vorteilhaft, ein Display zu haben, dessen Betrachtungszone, in Übereinstimmung mit Abnehmerbedürfnissen, mittels einfacher Drehung der optischen Achsen des rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilms, vertikal verschoben werden kann. Durch symmetrische negative Drehung der optischen Achsen R_R und R_F der Hemmungsfilme auf einen vorbestimmtes Maß, ist die Betrachtungszone, im wesentlichen unter Erhalt einer Kontur, verschoben auf eine Position im wesentlichen zentriert unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse und folglich entfernt zum oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse vorhandenen Inversionszentrum. Solche Verschiebungen in Bezug auf Betrachtungszonen werden diskutiert und nachstehend grafisch gezeigt unter Bezugnahme auf diese und andere Ausführungsbeispiele dieser Erfindung.
Ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches verwandt ist mit dem in 11(c) offenbarten Ausfüh rungsbeispiel, zeigt die Situation, ist der die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme auf einen vorbestimmten positiven Wert symmetrisch gedreht sind. Werden die optischen Achsen R_R und R_F z. B. symmetrisch um +6° gedreht, ist die optische Achse R_R gegen den Uhrzeigersinn bzgl. zu den Richtungen P_R und B₂ um 3° gedreht, während die Hemmungsachse R_F um 3° im Uhrzeigersinn zu den entsprechenden Richtungen B₁ und P_F gedreht ist. Folglich legen die rückseitigen und vorderseitige optischen Hemmungsachsen R_R und R_F die Winkel Θ1 und Θ2 von etwa 3° zwischen ihren Achsen und den Durchlassachsen ihrer entsprechend benachbarten Polarisatoren fest. In dieser Situation, in der die optischen Achsen R_R und R_F um +6° symmetrischen gedreht werden, ist der Winkel δ etwa 96°. Sind die optischen Achsen der Hemmungsfilme in einem positiven Sinne symmetrisch gedreht, ist das Ergebnis eine Verschiebung der Betrachtungszone auf eine Position im wesentlichen zentriert oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse.
Die 12 bis 25 sind Computersimulationen des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, die den Effekt von verschiedenen Steuerspannungen, Hemmungswerten und Wellenlängen darstellen.
12 und 13 sind Graphen einer Computersimulation des Kontrastverhältnisses von dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei ein Rot mit einer Wellenlänge von 360 nm verwendet wurde. Mit Bezug auf die 12 und 13 ist die Zellücke "d" 5,70 μm, und die optischen Achsen R_R und R_F der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme sind parallel zu den Durchlassachsen der entsprechenden rückseitigen und vorderseitigen linearen Polarisatoren. Die rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme 3 und 7 haben jeweils Hemmungswerte von 120 nm in den computersimulierten Graphen dieser Figuren, wie auch in den 14 bis 19.
In 12 war V_ON 6,8 Volt und V_OFF war 0,9 Volt. Wie in 12 gesehen werden kann, sind die Kontrastverhältnisse, insbesondere horizontal, der roten Wellenlänge extrem gut. Die Kurve des 30 : 1 Kontrastverhältnisses erstreckt sich über den Graphen in beide horizontalen Richtungen, während die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses sich in die positive vertikale Richtung über den Graphen erstreckt. Die Kurve für das 30 : 1 Kontrastverhältnis erstreckt sich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse insgesamt auf etwa 110° und horizontal von etwa –55° bis etwa +55°. Zudem erstreckt sich die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse von etwa –46° bis etwa +46°. Dies sind signifikante Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik.
13 ist ein Graph des Kontrastverhältnisses, welches die mit Bezug auf 12 oben beschriebenen Parameter mit der Ausnahme verwendet, daß V_ON 6,0 Volt war. Es kann in 13 gesehen werden, daß die Betrachtungszone bei Absenkung des Parameters v_ON oder Steuerspannung vertikal verkleinert ist und leicht aufwärts in die positive vertikale Betrachtungsrichtung verschoben ist. Beträgt, wie in 13, die Steuerspannung 6,0 Volt, erstreckt sich die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse, horizontal auf Werte von etwa ±55°.
Die 14 bis 15 sind Graphen von computersimulierten Kontrast-(oder Kontur-)verhältnissen unter Verwendung des Grüns mit der Wellenlänge von 550 nm bei dem Display des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung. Die Zellücke "d" in Bezug auf die 14 und 15 war 5,70 μm und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 3 und 7 hatten Hemmungswerte von 120 nm. 14 stellt den Fall dar, bei dem V_ON 6,8 Volt betrug, während 15 ein V_ON von 6,0 Volt aufwies. Wie in 14 gezeigt, erstreckt sich die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachsen insgesamt auf etwa 90°, in horizontalen Winkeln von etwa –55° bis etwa +55°. Wie in 15 gesehen werden kann, ist durch Erhöhung der Steuerspannung die Betrachtungszone leicht vertikal verengt und ist aufwärts auf eine Position im wesentlichen zentriert oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse verschoben.
Die 16 bis 17 sind Kurven eines computersimulierten Kontrastverhältnisses des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, wobei das Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm verwendet wurde und die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme Hemmungswerte von 120 nm hatten. In den 16 und 17 war die Zelllücke ebenfalls 5,70 μm. Wie es der Fall in Bezug auf die rote und grüne Wellenlänge war, ergab es sich, daß sobald V_ON von 6,8 Volt (16) auf 6,0 Volt (17) gesenkt ist, sich die Betrachtungszone aufwärts im wesentlichen oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse verschiebt und vertikal in Bezug auf die vertikalen durch die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses abdeckten Gesamtwinkel schrumpft.
18 ist der Graph einer Steuerspannung über den Durchlass, der den Durchlass bei verschiedenen Steuerspannungen in einem Bereich von horizontalen Betrachtungswinkeln (–60° bis +60°) entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse darstellt. Mit Ausnahme der ±60° Kurven, zeigt sich hier kein wesentlicher Inversionseffekt auf diese Kurven des Durchlasses gegenüber Steuerspannung über alle Graustufen-Steuerspannungs-Zonen von etwa 2 bis 6 Volt. Mit anderen Worten, über alle Graustufen-Steuerspannungs-Zonen ist wenn die Steuerspannung erhöht ist, der Durchlass entsprechend geringer, so daß gutes Graustufenverhalten entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse über alle horizontale Winkel, wie in 18 gezeigt und festgelegt, bereitgestellt ist. Man braucht einfach den Graphen der 18 mit dem Graphen nach dem Stand der Technik in 3 zu vergleichen, um zu sehen, das die Anordnungen der optischen Parameter des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung den Inversionseffekt über verschiedene horizontale Betrachtungswinkel verringert und ein verbessertes Graustufenverhalten bei NW Flüssigkristalldisplays bereitstellt.
Die Kurven der 19 repräsentieren verschiedene vertikale Betrachtungswinkel entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse mit prozentualem Durchlass, welche generell, möglicherweise mit Ausnahme des +40° vertikalen Betrachtungswinkels, mit steigender Steuerspannung sinken. Der Inversionseffekt ist nur mit Bezug auf die vertikalen Betrachtungswinkel von +30° bis +40° zu sehen. Mit anderen Worten, über einen großen Bereich von Graustufen-Steuerspannungen ist, sobald die Spannung erhöht ist, der Durchlass entsprechend verringert, so daß exzellentes Graustufenverhalten über den vertikalen Bereich bereitgestellt ist. Die Zelllücke in den 18 bis 19 war 5,70 μm. Es sei angemerkt, daß Weißlicht bei der Aufnahme der Kurven der Steuerspannung über den Durchlass in 18 und 3 verwendet wurde. Die vorhandenen großen Inversionsbuckel in 3 erscheinen in 18 bis 19 nicht, was eine Verbesserung durch diese Erfindung über den Stand der Technik darstellt.
Die 20 bis 22 sind Graphen von computersimulierten Kontrastverhältnissen des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, wobei die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 3 und 7 Hemmungswerte von 160 nm hatten, V_ON 6,8 Volt betrug und die Zellücke "d" 5,70 μm war.
20 stellt den Fall dar, bei dem ein Rot mit einer Wellenlänge von 630 nm verwendet wurde. Im Vergleich zum Fall, bei dem das LCD des ersten Ausführungsbeispiels 160 nm Hemmungsfilme (20) verwendete mit dem Fall, bei dem 120 nm Hemmungsfilme (12) verwendet wurden, ist der Unterschied, daß wenn rückseitige und vorderseitige Hemmungswerte von 120 nm verwendet wurden, sich die Kontrastverhältnisse sowohl in der horizontalen als auch in vertikalen Richtungen zu hören Werten erstrecken. Mit Bezug auf zum Beispiel die rote Wellenlänge von 630 nm, wie in 12 (120 nm Hem mungsfilm) und 20 (160 nm Hemmungsfilm) gezeigt, erstreckte sich die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses in 12 horizontal auf insgesamt etwa 110° horizontal von etwa –55° bis horizontal etwa +55°, während im Gegensatz hierzu, die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses im 160 nm Fall (20) sich horizontal auf Winkel von etwa ±45° erstreckt. Die in 12 gezeigte bumerangförmige Kontur der Betrachtungszone war im wesentlichen beseitigt, wenn die 160 nm Hemmungsfilme verwendet wurden, wie in 20 gezeigt. Auch die Kurve des 30 : 1 Kontrastverhältnisses in 20 erstreckte sich an manchen Stellen auf höhere Werte als die der 30 : 1 Kurve von 12. Insgesamt stellen beide Fälle, einer mit Hemmungsfilmen von 120 nm und der andere mit Hemmungsfilmen von 160 nm, exzellente Ergebnisse insoweit dar, daß ihre entsprechenden Betrachtungszonen sich auf große horizontale und vertikale Betrachtungswinkel erstrecken.
21 stellt den Fall dar, bei dem das Grün mit der Wellenlänge von 550 nm bei dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wurde und die rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilm 3 und 7 Hemmungswerte von 160 nm hatten. Dieser Graph zeigt, daß die Verwendung von 160 nm Hemmungsfilmen im ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung eine Betrachtungszone bereitstellte, welche sich zu großen Betrachtungswinkeln sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtungen erstreckte.
22 stellt den Fall dar, bei dem das Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm in Kombination mit 160 nm Hemmungsfilmen verwendet wurde. In dem Fall, bei dem 160 nm Hemmungsfilme verwendet wurden, waren die Betrachtungszonen geringfügig verkleinert mit Bezug auf die 120 nm Fälle, wobei die Kurven des Kontrastverhältnisses noch exzellent sind.
Die 23 bis 25 sind computersimulierte Graphen des Kontrastverhältnisses vom ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, bei denen die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 3 und 7 Hemmungswerte von 80 nm hatten, V_ON 6,8 Volt betrug und die Zellücke "d" 5,70 μm war. 23 stellt den Fall dar, bei dem ein Rot mit einer Wellenlänge von 360 nm verwendet wurde. 24 stellt den Fall dar, bei dem das Grün mit einer Wellenlänge von 550 nm verwendet wurde, und 25 stellt den Fall dar, bei dem das Blau mit einer Wellenlänge von 480 nm verwendet wurde. Die 23 bis 25 repräsentieren alle Kurven von exzellenten Kontrastverhältnissen für das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wenn Hemmungswerte von 80 nm verwendet wurden. Die Displays der 12 bis 25 setzen alle uniaxiale positive doppelbrechende Hemmungsfilme ein.
Die Erfindung wird nun in Bezug auf bestimmte Beispiele wie folgt beschrieben:
BEISPIEL 1
In diesem ersten Beispiel weist ein „X-poliertes" Lichtventil eine Zellücke „d" von etwa 5,86 μm und bei Raumtemperatur eine Doppelbrechung (ΔN) des Flüssigkristalls von 0,084 auf und wurde wie folgt hergestellt und getestet. Das verwendete Flüssigkristallmaterial ist von E. Merck Ltd. oder seiner US-Repräsentanten E. M.Industries, Inc. Hawthorne, New York als Modell Nr. ZLI-4718 erhältlich. Daten von dem Lichtventil dieses Beispiels sind in den 26 bis 30 dargestellt.
Der Lichtventilpixel dieses Beispiels war insoweit ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, daß der rückseitige lineare Polarisator eine Durchlassachsenrichtung in etwa parallel zu der optischen Achse des rückseitigen Hemmungsfilms aufweist, und die optische Achse des rückseitigen Hemmungsfilms in etwa parallel zu der Durchlassachse des vorderseitigen oder austrittsseitigen linearen Polarisators war. Die Orientierungs- oder Polierrichtung des rückseitigen Orientierungsfilms war annähernd senkrecht zur optischen Ach se des rückseitigen Hemmungsfilms, und war annähernd parallel zur optische Achse des vorderseitigen Hemmungsfilms. Die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme legten hierzwischen einen Winkel δ von etwa 90° fest.
Die Orientierungsrichtung des vorderseitigen Orientierungsfilms war annähernd parallel zur Richtung der optischen Achse des rückseitigen Hemmungsfilms, und war im wesentlichen senkrecht zur Richtung des rückseitigen Orientierungsfilms. Weißlicht (RGB mit dreifach an Peak) wurde beim Testen des Lichtventils dieses Beispiels (siehe 26 bis 30) verwendet. Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme waren vom uniaxialen Typ und hatten positive Doppelbrechungswerte. Sowohl die rückseitigen als auch die vorderseitigen Hemmungsfilme hatten Hemmungswerte von 120 nm. Die Temperatur betrug etwa 35°C bis 40°C.
26 stellt die experimentellen Daten dar, wobei für dieses Beispiel die Steuerspannung V_ON 6,8 Volt betrug und V_OFF 0,2 Volt war. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses, wie gesehen werden kann, erstreckt sich horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse horizontal bis etwa ±50° und legt hierdurch einen gesamten horizontalen Betrachtungsbereich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse von etwa 100° fest. Dieser 100° Bereich wird zu vergleichen sein mit den etwa 77° Bereich, nach dem Stand der Technik, der in 1 gezeigt, und dem nach dem Stand der Technik in 5d gezeigten horizontalen Bereich von etwa 65°. Mit anderen Worten ist die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses von diesem Beispiel bei 6,8 Volt im wesentlichen verbessert gegenüber Displays und Lichtventilen nach dem Stand der Technik. In diesem Zusammenhang ist es auch zu bemerken, daß die in 26 gezeigte Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses sich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse über eine wesentliche Distanz erstreckt, d. h. sich über einen Gesamtwinkel von etwa 75° aufspannt.
27 stellt den Fall dar, bei dem V_ON 6,0 Volt für das Normalweiß-Lichtventil dieses ersten Beispiels war. Wenn V_ON von 6, 8 Volt auf 6,0 Volt verringert war, wurde eine realistischere V_ON an den Pixel angelegt und die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses erstreckte sich horizontal leicht weiter als die in 26 gezeigte.
28 stellt den Fall dar, bei dem V_ON auf 5,0 Volt für das Lichtventil dieses ersten Beispiels verringert wurde. In diesem Fall, beidem 5,0 Volt an den Pixel angelegt waren, legt die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses einen Bereich von etwa 112° entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse fest. Dieser ist signifikant größer als der durch die Kurven des beschriebenen und hierin dargestellten 10 : 1 Kontrastverhältnisses nach dem Stand der Technik festlegt.
29 stellt den Fall dar, bei dem V_ON für das Lichtventil dieses ersten Beispiels 4,0 Volt betrug. Sobald 4,0 Volt an das Display angelegt waren, erstreckte sich die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses in beiden horizontalen Richtungen über den Graphen. Sobald die Spannung verringert ist, wie dies der Fall in 29 ist, schrumpft die vertikale Betrachtungszone und ist leicht aufwärts verschoben, eine Bedingung, die generell im Hinblick auf jede der dargestellten Verringerungen in der Spannung richtig ist.
30 ist der Verlauf einer Intensität über die Steuerspannung dieses Beispiels, der die Effekte der Graustufen-Steuerspannungen für unterschiedliche horizontale Betrachtungswinkel darstellt, die von –60° bis +60° entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse reichen. Wie in 30 zu sehen, ist das Graustufenverhalten dieses Pixel insoweit sehr gut, daß die Inversionsbuckel relativ klein oder nicht existent für einen gezeigten Bereich von hierin festgelegten horizontalen Betrachtungswinkeln sind. Mit anderen Worten, das horizontalen Graustufenverhalten dieses Lichtventils ist gut, weil so wie die Steuerspannung steigt, die Intensität für die meisten Anteile entsprechend sinkt. Sobald folglich die Steuerspannung dieses Pixels von einer Graustufen-Spannung zu einer anderen erhöht ist, sinkt die Intensität des Pixels. Diese dargestellten, in dem Graphen in 30 gezeigten, verbesserten Ergebnisse sind zu vergleichen mit den mittelmäßigen Ergebnissen der dargestellten Graphen nach dem Stand der Technik, 3, in der die Inversionsbuckel, die bei etwa 3,2 Volt beginnen, relativ groß sind und sich das in den Bereich im wesentlichen über 200 fL erstrecken. Kurz gesagt sind die Graustufen-Charakteristika des Lichtventils dieses Beispiels signifikant verbessert gegenüber dem Stand der Technik.
BEISPIEL 2
In diesem zweiten Beispiel wurde ein mehrfarbiges Flüssigkristalldisplay unter Verwendung von TFTs als Schaltvorrichtungen in einer aktiven Matrixanordnung wie folgt konstruiert. Das "X-polierte" Normalweiß-Flüssigkristalldisplay weist eine Zellücke "d" von etwa 5,1 μm für den roten Subpixel, welches einen rot gefärbten Filter beinhaltete, und eine Zellücke "d" von etwa 5,7 μm für das grüne und blaue Subpixel auf, welche jeweils grüne und blaue Farbfilter enthielten. Der Unterschied in der Zelllücke für die unterschiedlichen Subpixel beruht auf den unterschiedlichen Dicken der Farbfilter. Die Doppelberechnung des LC Materials war 0,084 bei Raumtemperatur. Das Flüssigkristallmaterial wurde von Merck Modell Nr. ZLI 4718, erworben. Das Display hatte einen rückseitigen linearen Polarisator mit einer Durchlassachse im wesentlichen senkrecht zur Durchlassachse des vorderseitigen oder austrittsseitigen linearen Polarisators. Ein rückseitiger Hemmungsfilm mit einer optischen Achse etwa parallel zur Durchlassachse des rückseitigen Polarisators wurde zwischen dem rückseitigen Polarisator und dem Flüssigkristallmaterial eingefügt. Ein vorderseitiger Hemmungsfilm mit einer optischen Achse etwa parallel zur Durchlassachse des vorderseiti gen Polarisators wurde ähnlich zwischen dem vorderseitige Polarisator und dem Flüssigkristallmaterial eingelegt. Ein rückseitiger Orientierungsfilm wurde mit einer Orientierungsrichtung etwa senkrecht zur optischen Achse des rückseitigen Hemmungsfilms und etwa parallel zur Durchlassachse des vorderseitigen Polarisators bereitgestellt. Ein vorderseitiger Orientierungsfilm wurde mit einer Orientierungsrichtung im wesentlichen parallel zur Durchlassachse des rückseitigen Polarisators und etwa senkrecht zur optischen Achse des vorderseitigen Hemmungsfilms bereitgestellt.
Die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme legten hierzwischen einen Winkel δ von etwa 90° fest. Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme hatten beide Hemmungsfilm von 120 nm. Die vorderseitige und rückseitigen Hemmungsfilm hatten beide positive Doppelbrechungswerte und waren vom unaxialen Typ, der von Nitto Denko America, New Brunswick, New Jersey vertrieben wird. Weißlicht wurde beim Testen dieses Displays verwendet und die gemessenen Ergebnisse sind in den 31 bis 35 aufgeführt.
31 stellt die Kurven des Kontrastverhältnisses dar, sobald eine V_ON von 6,8 Volt an dieses Normalweiß-Flüssigkristalldisplay angelegt war. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses, wie gesehen werden kann, erstreckt sich horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse insgesamt auf mindestens etwa 120°. Dieser Bereich ist signifikant größer als die vorstehend diskutierten Kurven des 10 : 1 Kontrastverhältnisses nach dem Stand der Technik festgelegten Bereiche. Die Kurve des 30 : 1 Kontrastverhältnisses nach 31 erstreckt sich ähnlich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse in horizontalen Winkeln von etwa ±42° horizontal. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses dieses Beispiels erstreckt sich, sobald 6,8 Volt an das Display angelegt waren, vertikal entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse von etwa –40° bis etwa +35° vertikal. Wiederum ist dieser vertikale durch die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses festge legte Bereich dieses Beispiels signifikant verbessert gegenüber dem Stand der Technik.
32 stellt die Situation dar, bei der 6,0 Volt an das Normalweiß-Flüssigkristalldisplay dieses Beispiels angelegt waren. Wie aus 32 gesehen werden kann, sobald 120 nm Hemmungsfilme verwendet werden und 6,0 Volt an das Display angelegt sind, erstreckt sich die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses noch mindestens auf insgesamt etwa 120° horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse. Dieses Flüssigkristalldisplay stellt exzellente Kurven des Kontrastverhältnisses über sehr große Bereiche der Betrachtungswinkel deutlich heraus.
33 stellt die Situation dar, in der 5,0 Volt an das Display dieses Beispiels angelegt waren. Wie gezeigt, erstreckt sich die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses noch mindestens insgesamt auf etwa 120° horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse, sobald 5,0 Volt an das Display angelegt waren. Die Betrachtungszone sinkt vertikal, wie vorstehend beschrieben, sowie die Spannung fällt.
34 stellt die Situation dar, in der 4,0 Volt an das Display dieses Beispiels angelegt waren. Wiederum erstrecken sich ebenfalls die Kurven des 10 : 1 Kontrastverhältnisses über den Graphen horizontal entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse, die einen Bereich von mindestens etwa 120° festgelegt. Zusammenfassend stellen die 31 bis 34 dar, daß das erfindungsgemäße Normalweiß weiße Display dieses Beispiels exzellente Kontrastverhältnisse über einen großen Bereich von Steuerspannungen, insbesondere in den horizontalen Richtungen, aufweist.
35 ist der Verlauf einer Steuerspannung gegenüber der Intensität des Displays dieses Beispiels, wobei Weißlicht verwendete wurde. Dieser Verlauf für einen Bereich von horizontalen Betrachtungswinkeln erstreckt sich von –60° bis +60° entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse. Hier ist keine Inversion bei irgendeiner Spannung für die verschiedenen hierin festgelegten horizontalen Betrachtungswinkel ersichtlich. Mit anderen Worten, sowie die Graustufen oder Steuerspannungen steigen, sinkt in Verbindung hiermit die Intensität des vom Display emittierten Lichts, sodaß exzellentes Graustufenverhalten für das Display dieses Beispiels bereitgestellt ist. Der Verlauf der 35, sobald verglichen mit dem von 3, stellt heraus wie die LCDs dieser Erfindung sichtbar die nach dem Stand der Technik vorhandenen Inversionsbuckel beseitigt, welche es den Displays dieser Erfindung ermöglichen, erfolgreich über einen weiten Bereich von Graustufen-Spannungen verwendet zu werden.
BEISPIEL 3
Ein „X-poliertes" Normalweiß-Flüssigkristalldisplay wurde konstruiert mit einer Zelllücke von 5,1 μm für den roten Subpixel, der einen roten Farbfilter beinhaltete, und 5,7 μm für die grünen und blauen Subpixel, die jeweils grüne und blaue Farbfilter beinhalteten. Das ΔN des Flüssigkristallmaterials war bei etwa Raumtemperatur 0,084. Das Flüssigkristallmaterial war das Modell mit der Nr. ZLI4718 von Merck. Dieses Flüssigkristalldisplay wurde mittels eines konventionellen TFT aktiven Matrixanordnung gesteuert.
Das Normalweiß-Display enthielt einen rückseitigen Polarisator, einen rückseitigen Hemmungsfilm, ein rückseitiges Substrat, eine rückseitige Elektrode, einen rückseitigen Orientierungsfilm, eine Flüssigkristallage, einen vorderseitigen Orientierungsfilm, eine vorderseitige Elektrode, ein vorderseitiges Substrat, einen vorderseitigen Hemmungsfilm, und einen vorderseitigen oder austrittsseitigen Polarisator, und zwar in dieser Reihenfolge. Die Durchlassachse des rückseitigen Polarisators war annähernd parallel zur optischen Achse des rückseitigen Hemmungsfilms und der Orientierungsrichtung des vorderseitigen Orientierungsfilms. Die Durchlassachse des vorderseitige Polarisators war annähernd parallel zur optischen Achse des vorderseitigen Hemmungsfilms und der Orientierungsrichtung des rückseitigen Orientierungsfilms. Die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme legten hierzwischen einen Winkel von etwa 90° fest. Die Hemmungswerte sowohl für die rückseitigen und vorderseitigen Filme war 120 nm. Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme waren vom uniaxialen Typ und hatten einen positiven Doppelberechnungswert.
36 stellt Kurven des Kontrastverhältnisses für dieses Beispiel dar, sobald Weißlicht für das Display verwendete wurde und eine Steuerspannung von 6,0 Volt angelegt wurden. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses erstreckte sich, wie gesehen werden kann, entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse auf horizontale Winkel von mindestens etwa ±60°. Auch die Kurve des 30 : 1 Kontrastverhältnisses dieses Beispiels erstreckte sich, sobald 6,0 Volt an das Display angelegt waren, entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse auf horizontale Winkel von etwa ±44°. Diese sind signifikante Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik. Auch die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses, wie in 36 gezeigt, erstreckt sich entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse auf vertikale Winkel von etwa ±33°. Weißlicht wurde bei der Aufnahme der durch diesen Graphen generierten Daten verwendet.
BEISPIEL 4
Bei diesem Beispiel eines „X-polierten" Normalweiß-Lichtventils nach dieser Erfindung wurde konstruiert, wobei die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme symmetrisch um –8° gedreht wurden und hierdurch die Betrachtungszone auf eine Position im wesentlichen zen triert unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse unter Erhalt dessen Kontur und Integrität verschoben wurde.
In diesem Beispiel wurde das Lichtventil wie folgt konstruiert. Ein rückseitiger linearer Polarisator wurde mit einer Durchlassachse P_R versehen, die eine erste Richtung festgelegt. Ein vorderseitiger linearer Polarisator wurde mit einer Durchlassachsen P_F bereitgestellt, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung eine zweite Richtung festgelegt. Die Orientierung des rückseitigen Orientierungsfilms war im wesentlichen parallel zur zweiten Richtung, die mittels der Durchlassachsen P_F des vorderseitige Polarisators festgelegt war. Die Orientierungsrichtung des vorderseitigen Orientierungsfilms war im wesentlichen parallel zur Richtung der Durchlassachse, die mittels der Durchlassachse P_R des rückseitigen Polarisators festgelegt war.
Ein rückseitiger Hemmungsfilm vom uniaxialen Typ mit einem positiven Doppelberechnungswert war zwischen dem rückseitigen Polarisator und dem rückseitigen Orientierungsfilm angeordnet. Ein vorderseitiger Hemmungsfilm vom uniaxialen Typ mit einem positiven Doppelberechnungswert war zwischen dem vorderseitigen Polarisator und dem vorderseitigen Orientierungsfilm bereitgestellt.
Weil die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme symmetrisch um –8° gedreht waren, betrugen die Winkel Θ1 und Θ2 entsprechend mit einem Winkel δ von 82°, der den Winkel zwischen den optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme festgelegt. Mit anderen Worten war die optische Achse R_F des vorderseitigen Hemmungsfilms im Uhrzeigersinn um 4° bzgl. zur Durchlassachse P_F des vorderseitigen Polarisators gedreht. Auch die optische Achse R_R des rückseitigen Hemmungsfilms war im Uhrzeigersinn um 4° bzgl. der Durchlassachse P_R des rückseitigen linearen Polarisators gedreht. Demnach legten die Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme hierzwischen einen Winkel von 82° fest, der durch den Winkel δ in 11(c) dargestellt ist.
Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme dieses Beispiels weisen Hemmungswerte von 120 nm auf. Das Flüssigkristallmaterial war das Modell mit der Nr. ZLI4718 von Merck Ltd. Die Zelllücke "d" einer Flüssigkristalllage war 5,86 μm für den Lichtventilpixel dieses Beispiels und die Doppelberechnung des LC war 0,084. Die Temperatur in diesem Beispiel, wie auch in allen anderen hierbei diskutierten Beispiele, war etwa 35°C bis 40°C, so weit nicht anders spezifiziert ist.
37 ist ein Graph des Kontrastverhältnisses, das die Betrachtungszone des Lichtventils dieses Beispiels darstellt, sobald 6,8 Volt und Weißlicht hierzu angelegten war. Die Betrachtungszone ist auf eine Position etwa 10° unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse, wie gezeigt, zentriert (d. h. auf etwa der –10° vertikalen Betrachtungsachse), als einer Folge der symmetrischen Drehung der optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme um –8°.
Dieses Beispiel stellt die Situation dar, in der die Betrachtungszone von einem Display oder Pixel auf eine Position im wesentlichen unterhalb der 0° horizontalen Betrachtungsachse verschoben ist, wobei die Integrität oder Symmetrie der Betrachtungszone um die 0° horizontale Betrachtungsachse im wesentlichen erhalten bleibt, weil die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme im wesentlichen gleiche Hemmungswerte hatten.
38A stellt die Betrachtungszone des Lichtventils dieses Beispiels dar, sobald 5,0 Volt und Weißlicht hierzu angelegt waren. Wie in 38A zu sehen, ist die Betrachtungszone noch um die –10° vertikale Betrachtungszone zentriert und mit exzellenten Kontrastverhältnissen bei großen Betrachtungswinkeln versehen. Als ein Ergebnis des Verrin gerns der V_ON von 6,8 Volt auf 5,0 Volt, kann es in 38A gesehen werden, daß die Betrachtungszone um das Zentrum der Betrachtungszone leicht vertikal verengt und leicht horizontal gestreckt wurde.
Der mit diesen Lichtventil dieses Beispiels verbundene Vorteil ist, daß die zentrierte Position der Betrachtungszone für ein vorgegebenes Flüssigkristalldisplay oder -pixel hiervon nach den bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung vertikal von einer Position zu einer anderen verschoben werden kann, während die Symmetrie der Betrachtungszone in Übereinstimmung mit den spezifischen Bedürfnissen verschiedener Abnehmer im wesentlichen erhalten bleibt. Diese Verschiebungen der Betrachtungszone sind mittels einfacher, bevorzugter Weise symmetrischer, Drehung der optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitige in Hemmungsfilme von bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung auszuführen.
38B stellt das mit den vertikalen Betrachtungswinkeln oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse für das Display dieses Beispiels verbundenen Problem der Inversionsbuckel dar. Die Betrachtungszone des Displays dieser Erfindung ist auf eine Stelle unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse entfernt von diesen in 38B dargestellten Inversionsgebieten zentriert. Folglich ist das Graustufenverhalten mittels Zentrierung der Betrachtungszone auf eine Position beabstandet zu den Inversionszonen verbessert und hierdurch Versionseffekte für entfernte Betrachtungswinkel begrenzt.
BEISPIEL 5
Ein vielfarbiges "X-poliertes" Normalweiß-Flüssigkristalldisplay wurde konstruiert und wie folgt mit Weißlicht getestet. Das ein konventionelles TFT Matrixfeld beinhaltende Display, umfasste einen rückseitigen linearen Polarisator mit einer Durchlassachse, die eine erste Richtung festlegt, einen vorderseitigen oder austrittsseitigen linearen Polarisator mit einer Durchlassachse, die eine zweite Richtung festlegt, wobei die ersten und zweiten Richtungen im wesentlichen senkrecht zueinander waren, ein rückseitiger Hemmungsfilm zwischen dem rückseitigen Polarisator und der Flüssigkristalllage und eine optische Achse im wesentlichen parallel zur Durchlassachse des rückseitigen Polarisators hat, einen vorderseitigen Hemmungsfilm mit einer optischen Achse im wesentlichen parallel zur Durchlassachse des vorderseitigen Polarisators hat, ein rückseitiger Orientierungsfilm mit einer Orientierungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung, welche mittels der Durchlassachse des rückseitigen Polarisators festgelegt ist, einen vorderseitigen Orientierungsfilm mit einer Orientierungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Durchlassachse des vorderseitigen Polarisators und schließlich eine Flüssigkristalllage eingelegt zwischen den Orientierungsfilmen. Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme haben positive Doppelberechnungswerte und waren vom uniaxialen Typ. Weiterhin hatten die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme jeweils einen Hemmungswert von 120 nm.
Die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme waren symmetrisch um –3° gedreht. Folglich waren, in Bezug auf 11(c), die Winkel Θ1 und Θ2 jeweils 1,5°, und der Winkel δ war 87° bei dem Display dieses Beispiels.
39 ist ein Graph des Weißlicht-Kontrastverhältnisses, daß die gemessenen Ergebnisse zeigt, sobald das Flüssigkristalldisplay dieses Beispiels eine angelegte Spannung von 6,0 Volt zur aktiven Matrix hatte, V_OFF 0,2 Volt war, und V_COMM 8,14 Volt war. Wie in 39 gezeigt, sind die Kontrastverhältnisse insoweit exzellent, daß sich die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses signifikant unter halb eines horizontalen Bereichs von 120° entlang der 0° vertikalen Achse erstreckt. Weiterhin legt das 30 : 1 Kontrastverhältnis entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse einen Gesamtbereich von etwa 100° fest, welcher signifikant größer ist als nach dem Stand der Technik. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses in der vertikalen Richtung deckt einen Bereich entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse zwischen etwa –20° vertikal und mindestens etwa 40° vertikal ab.
Wie in 39 gesehen werden kann, war die –3° symmetrische Drehung der Hemmungsfilme nicht genug, um die Betrachtungszone unterhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse zu verschieben. Dies kann auf mit bestimmten optischen Elementen dieses Displays verbundenen Herstellungsabweichungen zurückzuführen sein. Nichtsdestotrotz sind sowohl horizontal als auch vertikal die Betrachtungszone und Kontrastverhältnisse exzellent.
Die Zellücke "d" des in diesem Beispiel hergestellten Displays war 5,1 μm im roten Subpixel, wo ein roter Farbfilter bereitgestellt war, und 5,7 μm sowohl in dem grünen als auch dem blauen Subpixel, in denen jeweils grüne und blaue Farbfilter bereitgestellt waren. Der Unterschied in den Zelllücken "d" zwischen den Subpixeln ist ein Ergebnis, wie in den anderen Beispielen auch, der unterschiedlichen Dicken der Farbfilter. Mit anderen Worten, weil das rote Farbfilter eine größer Dicke als das grüne und blaue Farbfilter hat, ist die Zelllücke "d" bei den roten Subpixel kleiner als in den grünen und blauen Subpixeln. Die Doppelbrechung des LC Materials bei Raumtemperatur war 0,084. Das linksdrehende Flüssigkristallmaterial war das Modell mit der Nr. ZLI4718 von Merck.
BEISPIEL 6
In diesem Beispiel wurde ein "X-poliertes" NW Lichtventilpixel konstruiert und unter Verwendung von Weißlicht gete stet. Ein rückseitiger linearer Polarisator mit einer Durchlassachse wurde bereitgestellt, der eine erste Richtung festlegt und ein vorderseitiger linearer Polarisator wurde bereitgestellt mit einer Durchlassachse, die eine zweite Richtung festlegt, worin die ersten und zweiten Richtungen im wesentlichen senkrecht zueinander waren, so daß ein Normalweiß-Lichtventil festgelegt ist. Ein rückseitiger Hemmungsfilm mit einer annähernd parallel zur Durchlassachse des rückseitigen Polarisators verlaufenden optischen Achse wurde zwischen dem rückseitigen Polarisator und einem rückseitigen Orientierungsfilm bereitgestellt. Der rückseitige Orientierungsfilm hat eine Polier- oder Orientierungsrichtung im wesentlichen parallel zur Richtung, die durch die Durchlassachse des vorderseitigen Polarisators festgelegt ist. Ein vorderseitiger Hemmungsfilm mit einer optischen Achse etwa parallel zur Durchlassachsen des vorderseitigen Polarisators wurde zwischen dem vorderseitigen Polarisator und einem vorderseitigen Orientierungsfilm angeordnet. Der vorderseitige Orientierungsfilm weist eine Orientierungs- oder Polierrichtung im wesentlichen senkrecht zu der des rückseitigen Orientierungsfilms auf.
In diesem Beispiel waren die rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme vom biaxialen Typ. Biaxiale Hemmungsfilme können durch zwei getrennte Hemmungswerte: d*Δ_ZX und d*Δ_ZY charakterisiert werden. Die lokalen optischen X-Achsen der rückseitigen und vorderseitigen biaxialen Hemmungsfilme in diesem Lichtventil waren etwa parallel zu ihren benachbarten Durchlassachsen der Polarisatoren orientiert. Die lokale X-Achse eines biaxialen Hemmungsfilms bedeutet hierbei die Achse, die in der Richtung den höchsten Brechungsindex hat (n_X ist immer der größte Brechungsindex und n_Z ist der kleinste). Die X-, Y- und Z-Richtungen (Achsen) der biaxialen Hemmungsfilme sind hierbei von den X-, Y- und Z-Richtungen (6) des Displays getrennt und verschieden. In diesem Beispiel hat die Achse, die den Hemmungswert von d*Δ_ZX = –168 nm aufweist, den höchsten oder größten Brechungsindex. Sowohl die rücksei tigen als auch die vorderseitigen biaxialen Hemmungsfilme sind von Allied Signal Corporation als Probe mit der Nr. 4,0 erhalten worden. Die Brechungsindices der biaxialen Hemmungsfilme dieses Beispiels waren n_X = 1,4305, n_Y = 1,4275 und n_Z = 1,4261. Das Flüssigkristallmaterial hatte bei Raumtemperatur eine Doppelbrechung von 0,084 und war das Modell mit der Nr. ZLI4718 von Merck. Die Filme hatten folglich Hemmungswerte d*Δ_ZX = –168 nm und d*Δ_ZY = –53,3 nm.
45 ist ein Graph des Kontrastverhältnisses, der die gemessenen Ergebnisse des Lichtventils dieses Beispiels darstellt. In 45 war V_ON 6,0 Volt und V_OFF war 0, 2 Volt. Wie gezeigt, erstreckt sich die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses horizontal über den Graphen entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse, die einen horizontalen Betrachtungsbereich von mehr als etwa 120° festlegt. Weiterhin legt die Kurve des 30 : 1 Kontrastverhältnisses einen Gesamtbetrachtungsbereich entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse von etwa 95° bis etwa 100° fest. Dies ist eine signifikante Verbesserung über den Stand der Technik. Die Kurve des 10 : 1 Kontrastverhältnisses in der vertikalen Richtung entlang der 0° horizontalen Betrachtungsachse deckt einen Bereich von etwa 75° ab.
Dieses Beispiel macht klar, daß sobald ein Lichtventil gemäß dieser Erfindung mit biaxialen rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilmen versehen ist, eine exzellente Betrachtungszone und Kontrastverhältnisse sich ergeben, die eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellen.
BEISPIEL 7
40 ist eine Computersimulation eines Graphen des Kontrastverhältnisses, der ein simuliertes Flüssigkristalldisplay nach einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfin dung darstellt, bei dem die optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitige Hemmungsfilme symmetrisch um +4° gedreht sind. Auf Grund dieser positiven Drehung ist das Zentrum der Betrachtungszone auf eine Position im wesentlichen oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse verschoben. Wie gezeigt, ist die Betrachtungszone dieses Displays wegen der symmetrischen +4° Drehung der Hemmungsfilme um die +20° vertikale Betrachtungsachse zentriert.
Mit Bezug auf 11(c) ist sozusagen, daß die Achse R_F dieses Ausführungsbeispiels im Uhrzeigersinn bzgl. P_F und B₁ gedreht oder orientiert worden ist, wobei P_F und B₁ zwischen sich einen Winkel von 2° festlegen. Die Achse R_R dieses Ausführungsbeispiels ist ebenso gegen den Uhrzeigersinn um 2° bzgl. zu P_R und B₂ orientiert. Im Ergebnis beträgt der Winkel δ zwischen den optischen Achsen der Hemmungsfilme 94° wegen der symmetrischen +4° Drehung der Hemmungsfilmachsen. Das Display dieses Ausführungsbeispiels ist wünschenswert in Situationen, in denen eine oberhalb der 0° vertikalen Betrachtungsachse zentrierte Betrachtungszonen gewünscht ist. Die Simulation der 40 verwendet eine V_ON von 6,8 Volt, eine grüne Wellenlänge von 550 nm sowie 160 nm Hemmer. Die Durchlassachsen der Polarisatoren sind gegenüberliegend den optischen Achsen der Hemmungsfilme Anstand können, um die Anordnung der Betrachtungszone in bestimmten anderen Ausführungsbeispielen dieser Erfindung zu verschieben, gedreht werden. Die Drehung der Polarisatorachsen stellt allerdings nicht so gute Ergebnisse bereit wie die Drehung der Hemmungsachse.
BEISPIEL 8
43 ist eine Computersimulation von einem Flüssigkristalldisplay nach einem weiteren anderen Ausführungsbeispiel eines "X-polierten" NW-LCDs dieser Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem dargestellten und beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung mit der Ausnahme, daß die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme 3 und 7 negativ doppelbrechend und uniaxial sind. Die optischen Achsen dieser Hemmungsfilme sind in die „Z" Richtung oder mit anderen Worten in eine Richtung näherungsweise senkrecht zu den durch die Hemmungsfilme festgelegten Ebenen orientiert. Das in 43 simulierte Display dieser Erfindung hatte eine Zellücke von 5,70 μm, verwendete eine Wellenlänge von 550 nm beim Testen des Displays, eine V_ON von 6,0 Volt, war "X-poliert" und hatte eine Temperatur von etwa 30°C.
Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme dieses Ausführungsbeispiels hatten Hemmungswerte von d*Δ_ZX = d*Δ_ZY = –160 nm. Weil d*Δ_ZX = d*Δ_ZY ist, sind diese Filme "uniaxial".
Der Hemmungswert ist als d*(n_Z–n_X) festgelegt, wobei „n" der Brechungsindex einer bestimmten Achse und „d" die Dicke des Hemmungsfilms ist. Die Hemmungsfilme dieses Ausführungsbeispiels waren negativ, da der Parameter n_X größer war als es der Parameter n_Z war. Die X, Y und Z Richtungen der biaxialen Hemmungsfilme sind hierbei getrennt und vorschieden für von den Koordinaten des Displays festgelegten X-, Y- und Z-Richtungen.
Der Ausdruck n_X entspricht hierbei immer dem größten Brechungsindex und n_Z entspricht immer dem kleinsten. Die rückseitigen und vorderseitigen Polarisatoren hatten Durchlassachsen, die im wesentlichen senkrecht zueinander standen. Der rückseitigen Hemmungsfilm war zwischen dem rückseitigen Polarisator und dem rückseitigen Orientierungsfilmen angeordnet und der vorderseitige Hemmungsfilm ist zwischen dem vorderseitigen Polarisator und dem vorderseitigen Orientierungsfilm angeordnet. Die negativen doppelbrechenden uniaxialen Hemmungsfilme dieser Ausführungsbeispiels sind von der Universität Akron erhältlich und werden im US Patent mit der Nr. 5,071,997 als lösliche Polyimide und/oder Copolyimide offenbart.
Wie in 43 gesehen werden kann, erreicht dieses Ausführungsbeispiel überragende Kontrastverhältnisse bei sehr großen Betrachtungswinkeln. Zum Beispiel liegt die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses auf der 0° vertikalen Betrachtungsachse einen Bereich von annähernd 100° horizontal fest. Dies ist eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik.
BEISPIEL 9
44 ist eine Computersimulation eines Graphen des Kontrastverhältnisses von einem anderen NW Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, welches biaxiale vorderseitige und rückseitige Hemmungsfilme mit Hemmungswerten d*Δ_ZX = –160 nm und d*Δ_ZY = –60° verwendet. Weil die Hemmungswerte negativ sind, haben die Hemmungsfilme negative Doppelbrechung. d*Δ_ZX ist als d*(n_Z–n_X) festgelegt, wobei n_X der größte Brechungsindex in dem Film und n_Z der kleinste ist. Folglich ist hierbei d*Δ_ZX immer der größte Hemmungswert. Der Graph aus 44 wurde unter Verwendung der Parameter V_ON = 6,0 Volt, einer LC Doppelbrechung von 0,084, einer V_OFF von 0,9 Volt, einer Zelllücke von 5,70 μm, eine Temperatur von etwa 30°C, einer "X-polierten" Konfiguration, und einer Wellenlänge von 550 nm aufgenommen. Die lokale X'-Achse ist die Achse mit dem größten Brechungsindex oder n_X. Die lokale optische Achsen X' von jedem Hemmungsfilm ist im wesentlichen parallel zu der benachbarten Polarisatordurchlassachse orientiert. Mit anderen Worten ist die lokale Achse X' des rückseitigen Hemmungsfilms im wesentlichen parallel zur Durchlassachse des rückseitigen Polarisators und die lokale optische Achse X' des vorderseitigen biaxialen Hemmungsfilms ist im wesentlichen parallel zur vorderseitigen Polarisatordurchlassachse. Die lokale optische Achse X' in diesem Ausführungsbeispiel hat den vorstehend genannten Hemmungswert d*Δ_ZX = –160 nm, weil n_X der größte Brechungsindex war. Die rückseitigen und vorderseitige Polarisatorachsen legen hierzwischen einen Winkel von etwa 90° fest. Die Achse mit dem kleinsten Brechungsindex, oder n_Z, ist etwa senkrecht zu den durch die Hemmungsfilme festgelegten Ebenen orientiert. Wie in 44 gezeigt, erreicht das Ausführungsbeispiel dieser Erfindung unter Verwendung der vorstehend genannten biaxialen Hemmungsfilme exzellente Kontrastverhältnisse bei großen Betrachtungswinkeln. Auch legt die Kurve des 50 : 1 Kontrastverhältnisses entlang der 0° vertikalen Betrachtungsachse einen Bereich von etwa 100° horizontal fest.
Die in dem oben beschriebenen Beispielen der Displays oder Lichtventile vorhandenen spezifischen Elektroden und Substrate sind konventioneller Art und werden zum Zweck der Vereinfachung nicht beschrieben oder gezeigt.
41 ist eine Querschnittansicht der strukturellen Anordnung eines durch diese Erfindung eingeführten typischen Flüssigkristalldisplaypixels. Die in den 11(a) bis 11(c) gezeigte und beschriebene optische Anordnung kann in Verbindung mit der in 41 gezeigten strukturellen Anordnung verwendet werden. Normal einfallendes Licht tritt in das Pixel ein und schreitet zuerst durch den rückseitigen linearen Polarisator 1 und ist hierdurch polarisiert. Nach Durchschreiten des Polarisators 1 durchschreitet das normal einfallende Licht den rückseitigen Hemmungsfilm 3 und das rückseitige transparente Substrat 19. Die transparenten Substrate 19 und 20 sind bevorzugter Weise aus Glas hergestellt, können aber ebenso aus Plastik, Quarz und dergleichen hergestellt sein. Nach Durchschreiten des rückseitigen transparenten Substrates 19 tritt das Licht dann in die unteren Pixelelektroden 24 ein und tritt ohne im wesentlichen optisch beeinflusst zu sein dort hierdurch. Das Licht durchschreitet dann den rückseitigen Orientierungsfilm 21, eine Flüssigkristalllage 5, einen vorderseitigen Orientierungsfilm 22, und die vorderseitige Elektrodenlage 25. Nach Durchschreiten der Elektrode 25 wandert das Licht dann durch das vorderseitige transparente Substrat 20, einen vorderseitigen Hemmungsfilm 7 und schließlich kommt es zum vorderseitigen oder austrittsseitigen linearen Polarisator 9. Ist das Pixel im Ausschaltzustand, durchschreitet das Licht den linearen Polarisator 9 in Richtung auf den Betrachter. Ist das Pixel im Einschaltet- oder betätigten Zustand, absorbiert der austrittsseitigen Polarisator 9 das Licht des Pixels und das Display erscheint verdunkelt. Auch können (nicht gezeigt) Farbfilter an jedem Punkt zwischen den transparenten Substraten und bevorzugter Weise zwischen dem vorderseitigen Substrat 20 und der Elektrodenlage 25 bereitgestellt sein, um hierdurch ein Vielfarbpixel zu erzeugen, das eine Vielzahl von gefärbten Subpixel beinhaltet. Es ist leicht zu verstehen, daß Hemmungsfilme 3 und 7 auch als Polierlagen dienen können. In solch einem Ausführungsbeispiel sind die Filme 3 und 7 an die Stelle von dem Polierfilmen 21 und 22 getreten und entsprechend angeordnet. Es ist weiterhin zu verstehen, das Hemmungsfilme 3 und 7, sofern sie nicht die Polierfilme 21 und 22 ersetzen, zwischen ihre entsprechenden Steuerelektroden (24 und 25) und dem Glassubstrat (19 und 20) entsprechend angeordnet werden können. Durch Anordnen der optischen Elemente dieser strukturellen Anordnung (41), wie durch bestimmte optische Ausführungsbeispiele dieser Erfindung gelehrt, können die vorstehend genannten verbesserten Kontrastverhältnisse über vorbestimmte Bereiche von Betrachtungswinkel erreicht werden.
Eine alternative durch diese Erfindung eingeschlossene strukturellen Anordnung ist ein Normalweiß-Pixel ähnlich zu dem in 41 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die vorderseitigen und rückseitigen Hemmungsfilme 3 und 7 zwischen den Substraten 19 und 20 angeordnet sind. Der rückseitige Hemmungsfilm ist zwischen z. B. dem rückseitigen Substrat 19 und der rückseitigen Elektrode 24 eingelegt und der vorderseitige Hemmungsfilm ist zwischen dem vorderseitige Substrat 20 und der vorderseitigen Elektrode 25 angeordnet. Alle Ausführungsbeispiele dieser Erfindung können in einer strukturellen Anordnung mit exzellenten Kontrastverhältnissen über einen großen Bereich von Betrachtungswinkeln realisiert werden.
Weiterhin können die Hemmungsfilme nach bestimmten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung an die Wellenlänge oder Farbe von jedem Subpixel angepasst oder geformt werden, die durch unsere anhängige Patent Anmeldung, am 2. Dezember 1993 eingereicht, mit dem Titel " Liquid Crystal Display With Patterned Retardation Films" gelehrt wird, deren Offenbarung unter Bezugnahme darauf hiermit eingeführt ist. Mit anderen Worten kann ein Hemmungsfilm innerhalb eines roten Subpixels einen anderen Hemmungswert als ein Hemmungsfilm in einem grünen oder blauen Subpixel haben.
42 ist eine teilweise geschnittene Teilansicht von einer typischen aktiv Matrixanordnung von einem Flüssigkristallpixel, die es hierdurch in diese Erfindung einbezogen ist. Die rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme, wie nicht spezifisch in 42 gezeigt sind, zwischen ihren benachbarten Polarisatoren 1 und 9 und ihren benachbarten Substraten 19 und 20 eingelegt. In 42 gezeigte individuelle Pixel 30 sind mittels konventioneller TFTs 31 gesteuert, welche als Schaltvorrichtung zum selektiven Steuern jedes Pixels 30 dienen. Konventionelle ITO Elektroden 33 verbinden die individuellen TFTs 31 mit ihren entsprechenden Pixeln 30. Parallel leitende Zeilenlinien 35 steuern sowohl die Gatter als auch Zielelektroden der TFTs 31. Spaltenlinien 37 steuern die anderen Gatter und Zielelektroden von einem TFT und hierdurch werden selektiv die einzelnen Pixel 30 angesteuert, sobald sowohl ihre Gatter- als auch Zielelektroden eines spezifischen TFT versorgt sind.
Die Simulationen, Lichtventile und Displays der 7 bis 45 waren hierbei 12 Uhr ausgerichtet bzw. poliert. Die rückseitigen Orientierungs- oder Polierrichtungen gingen von unten rechts nach oben links und die vorderseitigen Orientierungs- oder Polierrichtungen gingen von oben rechts nach unten links.
Der Winkel für die Vorschräglage der Displays, Lichtventile und Simulationen der 1 bis 3 und 7 bis 45 hierin betrugen etwa 3° und der Wert für „d/p" (Dicke/natürliches Gefälle des Flüssigkristallmaterials) der Flüssigkristalllage dieser Figuren war auf etwa 0,25 gesetzt.
Die Computersimulationen wurden unter Verwendung des von Dr. Dwight Berreman, Scotch Plains, New Jersey geschriebenen Simulationsprogramms erstellt. Das Programm ist in einer Veröffentlichung von Dr. Berreman mit dem Titel „Numerical Modelling of Twisted Nematic Devices", in Großbritannien veröffentlicht in Phil. R. Soc. Lond. A309, 203–216 (1983), beschrieben und ausgeführt.
Mit der oben gegebenen Offenbarung werden jedem Fachmann viele andere Eigenschaften, Veränderungen und Verbesserungen offensichtlich. Derartige Eigenschaften, Veränderungen und Verbesserungen werden daher als Teil der Erfindung betrachtet, deren Umfang sich durch die Ansprüche bestimmt.

Claims

Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, die aufweist: einen rückseitigen Lichteingangspolarisator (1), der eine in eine erste Richtung orientierte Durchlaßachse (P_R) aufweist; einen vorderseitigen Lichtaustrittspolarisator (9), der eine Durchlaßachse (P_F) aufweist, die mit Hinblick auf die erste Richtung in eine zweite Richtung orientiert ist, um hierdurch eine normal weiße Anzeige festzulegen; einen rückseitigen Hemmungsfilm (3), der zwischen dem rückseitigen Polarisator (1) und einer Schicht von verdrehtem, nematischen Flüssigkristallmaterial (5) angeordnet ist, worin das Flüssigkristallmaterial (5) mindestens eine normal einfallende sichtbare Wellenlänge des Lichts um etwa 80°–100° dreht, wenn es hierdurch hindurchtritt; einen vorderseitigen Hemmungsfilm (7), der zwischen dem vorderseitigen Polarisator (9) und dem Flüssigkristallmaterial (5) angeordnet ist; worin vorderseitige und rückseitige Hemmungsfilme (7, 3) beide einachsig sind mit positivem oder negativem Hemmungswerten, die von etwa 80 nm bis 200 nm reichen; worin die Durchlaßachsen (P_R, P_F) der Polarisatoren und die optischen Achsen (R_R, R_F) von den Hemmungsfilmen jeweils mit Hinblick auf die anderen so angeordnet sind, um ein hohes Kontrastverhältnis über einen vorbestimmten Bereich von Blickwinkeln zu erreichen; worin die optische Achse (R_R) von dem rückseitigen Hemmungsfilm (3) im wesentlichen etwa ±10° parallel zur Durchlaßachse (P_R) des rückseitigen Polarisators und die optische Achse von dem vorderseitigen Hemmungsfilm (R_F) im wesentlichen etwa ±10° parallel zur Durchlaßachse (P_F) des vorderseitigen Polarisators ist und hierdurch ein Winkel von etwa 70°–110° zwischen den optischen Achsen (R_R, R_F) von den rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilmen (3, 7) festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin vorderseitige und auch rückseitige Hemmungsfilme Hemmungswerte von etwa 100 nm–160 nm aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin rückseitige und vorderseitige Orientierungsmittel (21, 22) zum Ausrichten von Molekülen des Flüssigkristallmaterials (5) enthält, worin die rückseitigen Orientierungsmittel (21) eine durch Reiben ausgerichtete oder Orientierungsrichtung (B1) etwa parellel zur zweiten Richtung aufweisen und die vorderseitigen Orientierungsmittel (22) eine durch Reiben ausgerichtete oder Orientierungsrichtung (B2) etwa parallel zur ersten Richtung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die Stärke der Flüssigkristallschicht von etwa 4,5 μm–6,5 μm beträgt und die Doppelbrechung des Flüssigkristallmaterials von etwa 0,075–0,095 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kontrastverhältnis mindestens 30 : 1 ist bei Blickwinkeln von etwa: i) 0° vertikal, –40° horizontal; ii) 0° vertikal, 30° horizontal; iii) 25° vertikal, 0° horizontal; iv) –5° vertikal, ±25° horizontal, wenn etwa 6,0 Volt an die Vorrichtung angelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kontrastverhältnis mindestens etwa 10 : 1 ist bei Blickwinkeln von etwa: i) 0° vertikal, ±60° horizontal; ii) 30° vertikal, 0° horizontal; und iii) –15° vertikal, ±30° horizontal ist, wenn etwa 6,0 Volt an die Vorrichtung angelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, worin ein Winkel von etwa 80°–100° zwischen den optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin ein Winkel von etwa 85°–90° zwischen den optischen Achsen der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, worin ein Winkel von etwa 88°–90° zwischen den optischen Achsen von der rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilme festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin ein Winkel von etwa 90° zwischen den optischen Achsen (R_F, R_R) von den vorderseitigen und rückseitigen Hemmungsfilmen (7, 3) festgelegt ist, wodurch die optische Achse von dem rückseitigen Hemmungsfilm (3) etwa parallel zur Durchlaßachse (R_R) des rückseitigen Polarisators ist und die optische Achse von dem vorderseitigen Hemmungsfilm (R_F) etwa parallel zur Durchlaßachse (P_F) des vorderseitigen Polarisators ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die vorderseitigen und auch rückseitigen Hemmungsfilme beide Hemmungswerte von etwa 120 nm–160 nm aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die vorderseitigen und auch rückseitigen Hemmungsfilme beide im wesentlichen gleiche Hemmungswerte aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, worin der Hemmungswert von den rückseitigen und auch den vorderseitigen Hemmungsfilmen jeweils etwa 120 nm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Vorrichtung ein Weißlicht-Kontrastverhältnis von mindestens etwa 30 : 1 bei Blickwinkeln von etwa –10° vertikal, ±40° horizontal aufweist, wenn etwa 6,0 Volt daran angelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Vorrichtung ein Weißlicht-Kontrastverhältnis von mindestens etwa 30 : 1 bei Blickwinkeln von etwa –20° vertikal, ±30° horizontal aufweist, wenn etwa 6,0 Volt daran angelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Vorrichtung des weiteren zwei Orientierungsmittel umfaßt und durch Reiben in X-Richtung ausgerichtet ist.
Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, die aufweist: einen rückseitigen Lichteingangspolarisator (1), der eine in eine erste Richtung orientierte Durchlaßachse (P_R) aufweist; einen vorderseitigen Lichtaustrittspolarisator (9) der eine mit Hinblick auf die erste Richtung in eine zweite Richtung orientierte Durchlaßachse (P_F) aufweist, die hierdurch eine normal weiße Anzeige festlegt; einen rückseitigen Hemmungsfilm (3), der zwischen dem rückseitigen Polarisator (1) und einem verdrehten, nematischen Flüssigkristallmaterial (5) angeordnet ist, worin das Flüssigkristallmaterial (5) mindestens eine normal einfallende sichtbare Wellenlänge des Lichtes um etwa 80°–100° verdreht, wenn es hierdurch hindurchtritt; einen vorderseitigen Hemmungsfilm (7), der zwischen dem vorderseitigen Polarisator (9) und dem Flüssigkristallmaterial (5) angeordnet ist; worin vorderseitige und auch rückseitige Hemmungsfilme (7, 3) beide biaxial (7, 3) sind, die negative Hemmungswerte in der Richtung des größten Brechungsindex von –200nm bis –100 nm aufweisen; worin die Durchlaßachsen (P_R, P_F) der Polarisatoren und die optischen Achsen (R_R, R_F) von den Hemmungsfilmen jeweils mit Hinblick auf die anderen so angeordnet sind, daß ein hohes Kontrastverhältnis über einen vorbestimmten Bereich von Blickwinkeln erreichbar ist; worin die optische Achse (R_R) des rückseitigen Hemmungsfilms (3), der den größten Brechungsindex aufweist, im wesentlichen parallel ± etwa 10° zur Durchlaßachse (P_R) des rückseitigen Polarisators ist und die optische Achse des vorderseitigen Hemmungsfilms (R_F), der den größten Brechungsindex aufweist, im wesentlichen parallel ± etwa 10° zur Durchlaßachse (P_F) des vorderseitigen Polarisators ist, wodurch ein Winkel von etwa 70°–100° zwischen den optischen Achsen (R_R, R_F) von den rückseitigen und vorderseitigen Hemmungsfilmen (3, 7), die den größten Brechungsindex aufweisen, festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin die optische Achse von dem rückseitigen Hemmungsfilm (3), der den größten Brechungsindex aufweist, in eine Richtung orientiert ist, die im wesentlichen parallel zu der Durchlaßachse (P_R) von dem rückseitigen Polarisator (1) ist, und die optische Achse des vorderseitigen Hemmungsfilms (7), der den größten Brechungsindex aufweist, im wesentlichen parallel zur Durchlaßachse (P_F) des vorderseitigen Polarisators (9) orientiert ist.
Verfahren zum Verschieben eines Betrachtungsfelds mit dem höchsten Kontrast von einer Flüssigkristallanzeige zu einer zentrierten Position weg von einem Negativbildbereich, das die folgenden Schritte umfaßt: a) Versehen der Flüssigkristallanzeige (5) mit einem ersten Polarisator (1), der eine Durchlaßachse (P_R) aufweist, die eine erste Richtung festlegt; b) Versehen der Anzeige mit einem zweiten Polarisator (9), der eine Durchlaßachse (P_F) aufweist, die eine zweite Richtung festlegt; c) Positionieren des ersten und zweiten Polarisators (1, 9) an sich gegenüberliegenden Seiten von einer verdrehten, nematischen Flüssigkristallschicht (5), die mindestens eine Wellenlänge von normal einfallendem sichtbaren Licht um etwa 80°–100° dreht, wo es hierdurch hindurchtritt. d) Positionieren von ersten und zweiten (3, 7) Hemmungsfilmen (3, 7) mit im wesentlichen gleichen Hemmungswerten an sich gegenüberliegenden Seiten von der Flüssigkristallschicht (5), worin der erste Hemmungsfilm (3) an dem ersten Polarisator (1) angrenzt, und der zweite Hemmungsfilm (7) an dem zweiten Polarisator (9) angrenzt; worin die ersten und auch zweiten Hemmungsfilme (7, 3) entweder einachsig sind mit positiven oder negativen Hemmungswerten, die von etwa 80 nm bis 200 nm reichen, oder vorderseitige und auch rückseitige Hemmungsfilme (7, 3) beide biaxial (7, 3) sind mit negativen Hemmungswerten in der Richtung der größten Brechungsindizes von –200 nm bis –100 nm; e) Orientieren einer Achse (R_R) des ersten Hemmungsfilms, welche die optische Achse des Films ist, wenn der Film einachsig ist und welche die optische Achse des Films ist, die den größten Brechungsindex aufweist, wenn der Film biaxial ist, bezüglich zu der ersten Richtung, um hierzwischen einen Winkel θ1 festzulegen; f) Orientieren einer Achse (R_F) des ersten Hemmungsfilms, welche die optische Achse des Films ist, wenn der Film einachsig ist, und welche die optische Achse des Films ist, die den größten Brechungsindex aufweist, wenn der Film biaxial ist, bezüglich zu der ersten Richtung, um hierzwischen einen Winkel θ2 festzulegen; g) Auswählen von Werten für die Winkel θ1 und θ2 der Art, um das Betrachtungsfeld der Anzeige mit dem höchsten Kontrast auf einen Punkt im wesentlichen unterhalb der 0° vertikalen Blickwinkelachse zu zentrieren, hierdurch Positionieren und Zentrieren des Betrachtungsfelds mit höchstem Kontrast im wesentlichen abseits von einem Negativbildbereich, der oberhalb der 0° vertikalen Blickachse angeordnet ist; worin die Achse (R_R) des ersten Hemmungsfilms (3) im wesentlichen parallel ± etwa 10° zur Durchlaßachse (P_R) des ersten Polarisators ist und die Achse des zweiten Hemmungsfilms (R_F) im wesentlichen parallel ± etwa 10° zur Durchlaßachse (P_F) des zweiten Polarisators ist, wodurch ein Winkel von etwa 70°–110° zwischen den Achsen (R_R, R_F) der ersten und der zweiten Hemmungsfilme (3, 7) festgelegt wird.