DE69933386T2 - Reflektierende/transmittierende dualmodus-flüssigkristrallanzeige - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dual-Mode-Anzeigevorrichtung, welche in Umgebungslicht- und Hintergrundlicht-Modi betrieben wird oder in reflektiven und transmittierenden Modi. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Dual-Mode-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, welche eine Mehrzahl von Polarisatoren verwendet, einschließlich einem Drahtgitterpolarisator zur selektiven Beeinflussung von Licht.
  • 2. Stand der Technik
  • Eine typische Flüssigkristall-Anzeigenvorrichtung umfasst eine Schicht eines Flüssigkristallmaterials, welches zwischen transparentem vorder- und rückseitigen Platten eingebettet ist. Transparente Elektroden sind an den inneren Oberflächen der transparenten Platten angeordnet und werden zur Anlegung von elektrischen Signalen verwendet, welche die Lichttransmissionseigenschaften der Flüssigkristallschicht verändern. Die transparenten Elektroden sind üblicherweise strukturiert, um die Pixelstruktur der Anzeigevorrichtung zu definieren. Die Oberflächen der transparenten Elektroden sind außerdem zur Sicherstellung einer bevorzugten Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe jeder Oberfläche behandelt.
  • Die bevorzugte und am meisten verbreitete Form von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nutzt den wohlbekannten "twisted nematic" (nematische Drehung) Flüssigkristalleffekt. Der Twisted Nematic-Effekt ist bevorzugt, da er ein hervorragendes Kontrastverhältnis, geringe Ansteuerspannungen und eine scharfe Antwortschwelle bietet, die mit der derzeitigen Ansteuerschaltungstechnologie kompatibel ist und einen weiten Betrachtungswinkel und eine gute Graustufenwiedergabe ermöglicht.
  • In einer üblichen Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem Hintergrundlicht enthält die Anzeige- Lagenanordnung auch lineare Polarisatoren, die an der äußeren Oberfläche der vorderen und hinteren transparenten Platten befestigt sind. Die Flüssigkristallschicht ist an den Oberflächen ausgerichtet, so dass der Polarisationsvektor des durch die Schicht transmittierten Lichts bei Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes um 90° gedreht wird, jedoch bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes nicht gedreht wird.
  • Die Anzeigenvorrichtungs-Lagenstruktur enthält außerdem lineare Polarisatoren, die an den äußeren Oberflächen der vorderen und hinteren transparenten Platten befestigt sind. Die Transmissionsachse des ersten Polarisators ist üblicherweise parallel zu der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe der vorderen transparenten Platte orientiert. Die Transmissionsachse des zweiten Polarisators ist entweder parallel oder orthogonal zu der Transmissionsachse des vorderen Polarisators orientiert.
  • In dem Fall, in dem die Transmissionsachsen der zwei Polarisatoren zueinander orthogonal sind, wird das durch einen Polarisator transmittierte Licht in Abwesenheit eines elektrischen Feldes umorientiert, um durch den gegenüberliegenden Polarisator zu treten, so dass der Bildschirm transparent ist und dem Betrachter hell erscheint. Aus diesem Grund wird eine Twisted-Nematisch-Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit orthogonalen Polarisatoren üblicherweise als in "normal weiß" Modus betrieben bezeichnet. Bei Vorhandenseins eines elektrischen Feldes wird das durch einen Polarisator transmittierte Licht nicht gedreht und daher durch den zweiten Polarisator gesperrt. Daher ist der Bildschirm undurchsichtig und erscheint dem Betrachter dunkel. Auf diese Weise können die transparenten Elektroden zum Anlegen von elektrischen Feldern an ausgewählte Bereiche des Bildschirm verwendet werden, um ein sichtbares Bild in der Form von hellen und dunklen Pixeln zu erzeugen.
  • Twisted-Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, welche mit parallelen Polarisatoren konstruiert sind, werden in einem Betriebsmodus betrieben, der üblicherweise als "normal dunkel" Modus bezeichnet wird. Bei Abwesenheit eines elektri schen Feldes wird das durch einen Polarisator transmittierte Licht umorientiert, um durch den gegenüberliegenden Polarisator blockiert oder absorbiert zu werden, so dass der Bildschirm undurchsichtig ist und den Betrachter dunkel erscheint. Bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes wird das von einem Polarisator transmittierte Licht nicht gedreht und durch den zweiten Polarisator transmittiert. Daher ist der Bildschirm dann transparent und erscheint dem Betrachter hell.
  • In vielen Anwendungen wird die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung durch eine Lichtquelle beschienen, welche hinter der Rückseite der Lagerstruktur angeordnet ist und wird von der gegenüberliegenden Seite betrachtet. In diesem Fall ist das sichtbare Bild durch das Licht erzeugt, welches durch den Bildschirm zu einem Zeitpunkt hindurchtritt. In anderen Anwendungen jedoch, z.B. bei tragbaren Kommunikationseinrichtungen, ist eine geringe Leistungsaufnahme wichtig und die Anzeigevorrichtung wird vorwiegend durch Umgebungslicht beleuchtet. In diesem Fall wird ein reflektives Element hinter der Flüssigkristalllagenstruktur derart angeordnet, dass das Umgebungslicht durch die Lagenstruktur hindurchtritt, von dem reflektiven Element reflektiert wird und wiederum zurück durch die Lagenstruktur in die entgegengesetzte Richtung auf den Betrachter hindurchtritt. Daher wird das vom Betrachter gesehen Bild durch das Licht hervorgerufen, welches durch die Flüssigkristallvorrichtung zweimal hindurchgetreten ist.
  • Das Problem mit den gegenwärtigen Umgebungslicht-beleuchteten Twisted Nematic-Flüssigkristallvorrichtungen betrifft die Tatsache, dass das Licht zweimal durch die Vorrichtung hindurchtritt. Das signifikanteste Problem, üblicherweise bezeichnet als "Parallaxe", tritt auf, da der Reflektor hinter der hinteren transparenten Platte und dem hinteren linearen Polarisator in einer beträchtlichen Entfernung von der Flüssigkristallschicht angeordnet ist. Das hinter die Anzeigevorrichtung eintretende Umgebungslicht wird räumlich durch die Flüssigkristallschicht moduliert und bildet ein Muster von hellen und dunklen Bereichen, wo das Licht auf den Rückreflektor auftrifft. Nach der Reflektion tritt das Licht durch die Flüssigkristallvorrichtung in der entgegengesetzten Richtung und wird wiederum räumlich moduliert. Da jedoch die Anzeigevorrichtung üblicherweise bei schrägen Winkel bezüglich der Oberfläche der Anzeigevorrichtung betrachtet und beleuchtet wird, liegen die beiden Bilder, welche durch die zwei Durchgänge durch die Flüssigkristalllagenstruktur gebildet werden, üblicherweise nicht übereinander und ein Doppelbild oder Schattenbild wird unter den meisten Bedingungen durch den Betrachter gesehen. Obwohl das Schattenbild gegenwärtig für Anzeigevorrichtungen mit geringer Auflösung akzeptiert ist, wie sie üblicherweise in tragbaren Telefonen und Rechnern verwendet werden, begrenzt dieses Phänomen die Auflösung oder die minimale Pixelgröße bei Umgebungslicht-beleuchteten Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung und verhindert die Anwendung solcher Anzeigevorrichtung in den Anwendungen mit hoher Informationsdichte, wie z.B. bei Laptop-Computern.
  • Ein weiteres Problem mit gegenwärtigen Umgebungslichtbeleuchteten Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist der zusätzliche Verlust von Helligkeit, welcher aufgrund der Absorption der linearen Polarisatoren auftritt. Es ist zu beachten, dass dies kein Problem mit theoretischen Polarisatoren wäre, welche 100% einer Polarisation transmittieren, während 100% der orthogonalen Polarisation absorbiert werden. Jedoch transmittieren gegenwärtige lineare Polarisatoren nur 85% oder weniger der bevorzugten Polarisation. Die zusätzliche Absorption während des zweiten Durchtritts durch die Flüssigkristalllagenstruktur resultiert in einem Verlust von wenigstens 30% der möglichen Anzeigehelligkeit.
  • Ein drittes Problem mit Umgebungslicht-beleuchteten Flüssigkristallanzeigevorrichtungen besteht darin, dass bei ihrer Leistungsfähigkeit Kompromisse einzugehen sind, um die Beleuchtung durch ein internes Licht zu ermöglichen, wenn das Umgebungslicht unzureichend ist. Das übliche Verfahren, um die interne Beleuchtung zu ermöglichen, ist die Verwendung von teiltransmissiven Reflektoren oder Transflektoren hinter dem Flüssigkristallbildschirm, so dass etwas Licht in das Display durch eine Lichtquelle im hinteren Teil des Bildschirm eingebracht werden kann. Jedoch wird natürlich die Helligkeit des reflektiven Modus um den Anteil des Umgebungslicht verringert, welches durch den Transflektor transmittiert wird und die Menge der Beleuchtung, die zur adäquaten Beleuchtung des Displays von der Rückseite erforderlich ist, muss erhöht werden, um das Licht zu verstärken, welches zu der Quelle durch den Transflektor zurückreflektiert wird.
  • Um das Parallaxenproblem in Umgebungslicht-beleuchteten Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen zu beseitigen, wurden alternative Verfahren vorgeschlagen. Ein Verfahren, welches in den US-Patenten 4,492,432 und 5,139,340 beschrieben wird, besteht in der Verwendung von alternativen Flüssigkristall Elektro-optischen Effekten, die nur einen Polarisator an der Vorderseite der Anzeigevorrichtung erfordern. Da der hintere Polarisator nicht benötigt wird, kann der hintere Reflektor an der inneren Oberfläche der hinteren transparenten Scheibe und in unmittelbarer Nähe der Flüssigkristallschicht angeordnet sein. Während dieses Verfahren das Parallaxenproblem beseitigt, bieten Displays mit diesem Verfahren nicht den hohen Kontrast, die weiten Betrachtungswinkel, das schnelle Ansprechverhalten und die gute Grauskalendarstellung, welche durch die Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen bereitgestellt wird. Zusätzlich können diese Anzeigen nicht von hinten beleuchtet werden, wenn das Umgebungslicht unzureichend ist.
  • Ein weiteres Verfahren ist das der Polymer-dispersierten-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen (PDLC), bei denen die Flüssigkristallschicht selbst als diffuser Reflektor wirkt und damit den Bedarf für Polarisatoren oder separate Reflektoren beseitigt. Während dieses Verfahren das Potential für Anzeige mit hoher Helligkeit bietet, erfordert ein PDLC hohe Ansteuerungsspannungen und komplexe Ansteuerungswellenformen, die mit gegenwärtigen Ansteuerungsschaltungstechnologien nicht kompatibel sind. Es gibt immer noch keine Alternative welche hohen Bildkontrast, weite Betrachtungswinkel, schnelleres Ansprechverhalten und gleichmäßige Grauskalendarstellung durch eine Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung bereitstellt. Es wäre natürlich wünschenswert ein Verfahren zum Umgang mit der Parallaxe in der Anzeige zu entwickeln, während die Vorteile der Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung erhalten werden.
  • Ein Verfahren im Stand der Technik, um die voranstehenden Nachteile zu überwinden, ist in dem US-Patent 4,688,897 von Grinberg bereitgestellt, welches versucht, die Umgebungslichtbeleuchteten Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen durch Aufnahme eines reflektiven Drahtgitter-Polarisatos innerhalb der Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu verbessern. Das Drahtgitter reflektiert Licht welches entlang der Längsachse der Drähte polarisiert ist und transmittiert Licht der orthogonalen Polarisation. Das transmittierte Licht muss innerhalb oder hinter der Anzeigevorrichtung zur Bereitstellung einer Anzeige mit hohem Kontrast absorbiert werden. Das Drahtgitter wirkt als rückwärtiger Polarisator, als spiegelnder Reflektor und als hinterer elektrischer Kontakt für die Flüssigkristallschicht.
  • Trotz der erzielten Vorteile war das vorstehende Gerät primär für den Betrieb mit Umgebungslicht beschrieben. Obwohl Hintergrundlicht bereitgestellt wurde, bietet das genannte Gerät keine Lösung wie das Umgebungslicht zu absorbieren ist, welches durch den reflektiven Drahtgitterpolarisator transmittiert wird, während gleichzeitig das Licht von der Quelle hinter dem Bildschirm nicht absorbiert oder gedämpft werden wird. Es ist zu beachten, dass Hintergrundbeleuchtungen für Flüssigkristallanzeigen üblicherweise komplexe optische Systeme sind, die zum Auffangen von Licht von einer oder mehreren Lampen und zum Verteilen des Lichts in gleichmäßiger Form über die Oberfläche der Anzeigevorrichtung ausgelegt sind. Diese Hintergrundbeleuchtungen enthalten üblicherweise Bestandteile wie Lichtleiter, Diffusoren und Reflektoren. Wenn also das Umgebungslicht, welches durch den Drahtgitterpolarisator transmittiert wird, im wesentlich absorbiert wird, wird ein Anteil dieses Lichtes von den Hintergrundlichtbauteilen reflektiert und zurück durch die Anzeigevorrichtung treten und damit den Anzeigekontrast verringern. Eine Anzeigevorrichtung wie sie von Grinberg beschrieben wird, wird daher einem Kompromiss zwischen dem Kontrastverhältnis des Umgebungslichtbeleuchteten Betriebsmodus und der Helligkeit in dem Hintergrund beleuchteten Modus erfordern.
  • Andere reflektive Polarisatorentechnologien wurden entwickelt, einschließlich cholesterischer Polarisatoren und mehrschichtiger doppelbrechender Polymerfilme, wie in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 862 076 A1 beschrieben, welche einen Polarisator auf der oberen Seite einer Flüssigkristallanzeige zeigt und ein Lichtstreuungsbauteil und einen Separator für polarisiertes Licht auf der unteren Seite der Flüssigkristallanzeige. Der polarisierte Lichtseparator besteht aus einer Mehrzahl von abwechselnden Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Daher ist der Polarisator von dem Flüssigkristall durch eine Mehrzahl von Schichten und das Lichtstreuungsbauteil getrennt.
  • In Zukunft können diese Arten von reflektiven Polarisatoren innerhalb von Flüssigkristallvorrichtungen in einer Art genutzt werden, welche das Parallaxenproblem beseitigt, doch es besteht weiterhin ein Bedarf für eine verbesserte Umgebungslicht-beleuchtete Anzeigevorrichtung, welche das Parallaxenproblem überwindet während die Leistungsfähigkeitsvorteile des Twisted Nematic-Flüssigkristalleffekts erhalten bleiben. Zusätzlich besteht weiterhin ein Bedarf für Dual-Mode-Umgebungsbeleuchtete und intern beleuchtete Anzeigevorrichtungen.
  • Es wäre daher vorteilhaft, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit verringerter Parallaxe zu entwickeln. Es wäre außerdem vorteilhaft, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu entwickeln, welche einen Betrieb mit hoher Helligkeit bei entweder Umgebungsbeleuchtung oder interner Beleuchtung ermöglicht, ohne den Anzeigekontrast in einem der Modi zu verschlechtern.
  • ZIELE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in effizienter Weise durch verfügbares Umgebungslicht und ohne Parallaxe beleuchtet werden kann.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in effizienter Weise durch verfügbares Umgebungslicht beleuchtet werden kann oder in effizienter Weise durch eine innere Quelle beleuchtet werden kann, wenn das Umgebungslicht unzureichend ist.
  • Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in eine Anzeigevorrichtung zum selektiven Beeinflussen von Licht von entweder einer Umgebungslichtquelle oder einer zugeordneten internen Lichtquelle zur Herstellung eines sichtbaren Bildes realisiert, welches in einer Betrachtungsorientierung sichtbar ist, die eine Vorderseite definiert. Das Licht von jeder Quelle kann unpolarisiert sein oder kann als orthogonale Komponenten aufweisend charakterisiert sein, wie z.B. erste und zweite Polarisationen. Die Anzeigevorrichtung hat einen ersten Polarisator zum Polarisieren des Lichtes, so dass Licht mit im wesentlich einer Polarisationsorientierung durch den ersten Polarisator hindurchtritt. So kann der erste Polarisator eine erste Polarisation hindurchtreten lassen und eine zweite Polarisation absorbieren.
  • Die Anzeigevorrichtung hat polarisationsverändernde Mittel, die auf angelegte elektrische Felder reagieren und hinter dem ersten Polarisator zur selektiven Veränderung der Polarisationsorientierung des Lichtes von einer Polarisationsorientierung in eine andere Polarisationsorientierung beim Durchtreten durch die polarisationsverändernde Mittel ausgelegt sind. Die polarisationsverändernde Mittel können Schichten von Flüssigkristallmaterial sein, welches zwischen transparenten Platten geschichtet ist.
  • Die Anzeigevorrichtung hat zwei Polarisatoren die hinter den polarisationsverändernden Mittel zum Durchlassen von Licht von im wesentlichen einer Polarisationsorientierung durch den zweiten Polarisator und reflektieren des Lichtes von im wesentlichen einer anderen Polarisationsorientierung zurück durch die polarisationsverändernden Mittel und den ersten Polarisator angeordnet sind. Der zweite Polarisator ist vorzugsweise unmittelbar in der Nähe oder in Kontakt mit den polarisationsverändernden Mittel zur Verhinderung von Parallaxen angeordnet. Der zweite Polarisator ist ein Drahtgitterpolarisator.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der zweite Polarisator im wesentliche eine parallele Anordnung von dünnen, lang gestreckten Elementen. Die lang gestreckten Elemente wechselwirken mit den elektromagnetischen Wellen des Lichtes um (i) Licht mit einer Polarisationsorientierung senkrecht zu den Elementen zu transmittieren und (ii) Licht mit einer Polarisationsorientierung parallel zu den Elementen zu reflektieren. Der zweite Polarisator ist ein Drahtgitterpolarisator.
  • Die Anzeigevorrichtung weist außerdem eine hinter dem zweiten Polarisator angeordnete Lichtquelle zum Hervorbringen und Lenken von Licht auf den zweiten Polarisator auf. Diese Lichtquelle weist üblicherweise einen Lichtemitter und ein oder mehrere optische Elemente, wie z.B. Lichtleiter, Reflektoren, Prismenplatten und Diffusoren auf, die zu einer gleichmäßigen Beleuchtung über die Oberfläche der Anzeige erforderlich sind.
  • Die Anzeigevorrichtung hat Absorptionsmittel, die zwischen dem zweiten Polarisator und der Lichtquelle angeordnet sind. Um eine maximale Effizient in sowohl dem Umgebungslichtbeleuchteten und Hintergrundbeleuchteten Betriebsmodi ohne Verschlechterung der Helligkeit oder des Kontrastverhältnisses der Anzeige in einem der Modi zu erzielen, verhindern die Absorptionsmittel, dass das durch den zweiten Polarisator tretende Umgebungslicht von der Reflektion zurück durch die Anzeigevorrichtung abgehalten wird, jedoch das von der Lichtquelle erzeugte Licht nicht abgeschwächt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Absorptionsmittel einen dritten linearen Polari sator und ein ¼-Wellenverzögerungsplättchen (¼-Plättchen) auf. Der zweite Polarisator und der dritte Polarisator sind bezüglich einander derart orientiert, dass der dritte Polarisator Licht hindurchtreten lässt, was die gleiche Polarisationsorientierung aufweist, wie Licht, welches durch die zweiten Polarisatormittel hindurchtritt. Die λ/4-Platte ist zwischen dem dritten Polarisator und dem Lichtemitter angeordnet. Der dritte Polarisator und die λ/4-Platte wirken zusammen als Zirkularpolarisator zur Absorption von an den Oberflächen der Lichtquelle oder anderen Komponenten im hinteren Bereich der Anzeigevorrichtung reflektierten Lichts.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Absorptionsmittel vorteilhafterweise eine Platte aus einem Material auf, welches Licht absorbiert und welches entfernbar zwischen den zweiten Polarisatormitteln und der Lichtquelle angeordnet ist. Die Platte verhindert in vorteilhafter Weise Rückreflexionen, wenn die Anzeigevorrichtung in Umgebungslichtbeleuchtung betrieben wird, kann jedoch zur Ermöglichung eines Betriebs mit interner Beleuchtung entfernt werden.
  • Die verschiedenen Komponenten können bezüglich einander in verschiedenen Kombinationen konfiguriert werden. Der erste Polarisator kann Licht mit im wesentlichen einer ersten Polarisationsrichtung passieren lassen. Die polarisationsverändernden Mittel können selektiv Licht von einer ersten Polarisationsorientierung in eine zweite Polarisationsorientierung verändern. Der zweite Polarisator kann Licht mit im wesentlichen der ersten Polarisationsorientierung passieren lassen und Licht mit im wesentlichen der zweiten Polarisationsrichtung reflektieren. Alternativ kann der zweite Polarisator Licht mit im wesentlichen der zweiten Polarisationsorientierung passieren lassen und Licht mit im wesentlichen der ersten Polarisationsorientierung reflektieren. Der dritte Polarisator, sofern verwendet, lässt Licht der Polarisationsorientierung, wie der zweite Polarisator, hindurchtreten.
  • Man betrachte zunächst den Fall, in dem die ersten und zweiten linearen Polarisatoren zum Hindurchtreten von Licht einer ersten Polarisationsorientierung ausgerichtet sind. Bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes wird Umgebungslicht, welches durch den ersten Polarisator hindurchtritt, durch die Flüssigkristallschicht umorientiert, um durch den zweiten Polarisator reflektiert zu werden, so dass die Anzeige einem Betrachter hell erscheint. Jedoch wird von der internen Lichtquelle emittiertes Licht und durch den zweiten Polarisator transmittiertes Licht durch die Flüssigkristallschicht umorientiert, um durch den ersten Polarisator absorbiert zu werden, so dass die Anzeigevorrichtung undurchlässig für intern erzeugte Licht ist. Daher arbeitet die Anzeigevorrichtung in einem "normal weiß" Modus unter Umgebungslicht und in einem "normal dunkel" Modus mit interner Beleuchtung. Das Entgegengesetzte ist der Fall, wenn der zweite Polarisator zur Reflexion von Licht der Polarisationsrichtung orientiert ist, welches durch den ersten Polarisator transmittiert wird. Die Umkehrung des Bildkontrastes kann durch Veränderung der Pixelansteuerungssignale, welche an die Anzeigevorrichtung angelegt werden, kompensiert werden.
  • Die Flüssigkristallschicht ist in einer Mehrzahl von Bildelementen aufgeteilt die unabhängig arbeiten, um entweder die Polarisationsorientierung des Lichtes zu verändern oder es der Polarisationsorientierung des Lichtes erlauben in unbeeinflusster Weise hindurchzutreten. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Anzeigevorrichtung in vorteilhafter Weise Steuermittel zum selektiven Aktivieren der Bildelemente zum Bilden des erwünschten Anzeigebildes. Die Steuermittel haben wenigstens zwei Betriebsmodi, einschließlich einem Umgebungslichtmodus und einem Hintergrundbeleuchtungsmodus. Die Anzeigevorrichtung hat vorzugsweise außerdem Schaltermittel zum Umschalten zwischen dem Umgebungslicht- und Hintergrundlicht-Modus der Steuermittel.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und alternative Aspekte der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit dem begleitenden Zeichnungen klar.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Dual-Mode-reflektiv/transmissiven Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht einer Dual-Mode-reflektiv/transmissiven Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 3 und 4 sind schematische Ansichten einer Dual-Mode-reflektiv/transmissiven Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 und 6 sind schematische Ansichten einer Dual-Mode-reflektiv/transmissiven Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen verschiedenen Elemente der vorliegenden Erfindung numerisch bezeichnet werden und anhand derer die Erfindung derart besprochen wird, dass ein Fachmann die Erfindung herstellen und ausführen kann.
  • Um die Merkmale der Erfindung darzustellen, wird sie mit Bezug auf eine Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben. Wie jedoch anhand des Lesens der Beschreibung klar wird, ist die Erfindung keinesfalls zur Verwendung einer derartigen Anzeigevorrichtung begrenzt und kann in geeigneter Weise mit Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ohne Twist (Drehung), oder Twist-Winkel abweichend von 90° verwendet werden. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Anzeigevorrichtung, bezeichnet mit 10, zur ausgewählten Beeinflussung von Licht von entweder einer Umgebungslichtquelle 17 oder einer zugeordneten internen Lichtquelle 21 zur Hervorbringung eines Bildes gezeigt, welches in einer Betrachtungsausrichtung sichtbar ist, welche eine Vorderseite definiert. Vorzugsweise ist die Anzeigevorrichtung 10 eine Dual-Mode-reflektiv/transmissiv-Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
  • Die Anzeigevorrichtung 10 hat polarisationsverändernde Mittel zur selektiven Veränderung der Polarisationsorientierung des Lichts von einer Polarisationsorientierung in eine andere Polarisationsorientierung, während das Licht durch die polarisationsverändernden Mittel tritt. Vorzugsweise sind die Polarisationsverändernden Mittel eine Flüssigkristallschicht 11, die zwischen einer ersten transparenten Platte 12 und einer zweiten transparenten Platte 13 eingebettet ist. Eine erste transparente Elektrodenschicht 14 ist auf der Oberfläche der ersten transparenten Platte 12 benachbart zu dem Flüssigkristallmaterial 11 angeordnet. Eine zweite Elektrode ist auf der Oberfläche der zweiten transparenten Platten 13 angeordnet. Die zweite Elektrode kann ein reflektiver Polarisator sein, der auf der Oberfläche der zweiten transparenten Platte 13, benachbart zu der Flüssigkristallschicht 11 getragen wird, wie unten beschrieben.
  • Durch geeignete Behandlung der Oberflächen der transparenten Platten 12 und 13 werden die Moleküle des Flüssigkristallmaterials 11 veranlasst, sich parallel zu der Oberfläche der Platten 12 und 13 in eine Vorzugsrichtung auszurichten. Derartige Verfahren und Behandlungen sind dem Fachmann wohl bekannt. In einer Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind die transparenten Platten 12 und 13 derart orientiert, dass die Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle auf der Platte 12 orthogonal zu der Orientierung der Flüssigkristall auf der Platte 13 ist. Diese Orientierung bewirkt den Twisted-Effekt in dem Flüssigkristallmaterial in entspanntem Zustand. Dieser Effekt ist durch Fergason beschrieben (US-Patent 3,731,986).
  • Die Twisted Nematic-Flüssigkristallschicht 11 ist ein Beispiel für polarisationsverändernde Mittel. Es ist klar, dass beliebige Mittel zur ausgewählten Veränderung der Polarisationsorientierung des Lichtes von einer Polarisationsorientie rung in eine andere Polarisationsorientierung verwendet werden können, einschließlich beispielsweise einer homeotropen Flüssigkristallschicht.
  • Die Anzeigevorrichtung 11 hat erste Polarisationsmittel zum Polarisieren des Lichtes derart, dass das Licht mit im wesentlichen einer Polarisationsorientierung durch die ersten Polarisatormittel hindurchtritt. Vorzugsweise sind die ersten Polarisatormittel ein absorbierender Linearpolarisator 16, der zwischen der ersten Glasplatte 12 und sowohl der Umgebungslichtquelle 17 und einem Betrachter 18 angeordnet ist, so dass die Flüssigkristallschicht 11 hinter dem ersten Polarisator 16 angeordnet ist. Ein absorbierender Linearpolarisator ist ein Beispiel für Polarisatormittel. Beliebige Mittel zum Polarisieren des Lichtes, so dass Licht mit im wesentlichen einer Polarisationsorientierung hindurchtritt, können verwendet werden.
  • Die Anzeigevorrichtung 10 hat ferner zweite Polarisatormittel, die hinter der Flüssigkristallschicht 11 angeordnet sind, um Licht von im wesentlichen einer Polarisationsrichtung durch die zweiten Polarisatormittel hindurchtreten zu lassen und Licht von im wesentlichen einer anderen Polarisationsorientierung zurück durch die Flüssigkristallschicht 11 zu reflektieren. Vorzugsweise sind die zweiten Polarisatormittel ein reflektiver Polarisator 15. Die ebenfalls anhängige US-Anmeldung Nr. 116,715 offenbart verschiedene Ausführungsformen einer reflektiven Polarisatoreinrichtung.
  • Die zweiten Polarisatormittel oder der reflektive Polarisator 15 ist ein Drahtgitterpolarisator. Der Drahtgitterpolarisator hat eine im wesentlichen parallele Anordnung von dünnen, lang gestreckten Elementen. Die Elemente bietet Mittel zur Wechselwirkung mit elektromagnetischen Wellen des Lichts, um im wesentlichen Licht mit einer Polarisationsorientierung senkrecht zu den Elementen zu transmittieren und Licht mit einer Polarisationsorientierung parallel zu den Elementen zu reflektieren.
  • Wie oben beschrieben, kann der reflektive Polarisator 15 elektrisch leitfähig sein oder mit einem transparenten Leiter beschichtet sein, so dass er als zweite Elektrode wirken kann. Die transparente Elektrodenschicht 14 oder der reflektive Polarisator 15 können derart strukturiert und in leitfähige Abschnitte aufgeteilt sein, dass die Bildelementeanzeigevorrichtung definiert werden und Mittel zum ausgewählten Anlegen von elektrischen Feldern an diese Elemente zum Bilden eines Anzeigebildes bereitgestellt werden.
  • Die Anzeigevorrichtung 10 weist lichtemittierende Mittel auf, die hinter dem reflektiven Polarisator 15 zum Hervorbringen und Leiten von Licht auf dem reflektiven Polarisator 15 angeordnet sind. Die lichtemittierenden Mittel können jede beliebige interne Beleuchtungsquelle 21 sein. Wie oben beschrieben, kann die Lichtquelle 21 einen Lichtemitter und ein oder mehrere optische Elemente, wie z.B. Lichtleiter, Reflektoren, Prismenplatten und Diffusoren aufweisen, wie sie zur gleichmäßigen Beleuchtung über die Oberfläche der Anzeigeschirms verwendet werden.
  • Zusätzlich weist die Anzeigevorrichtung 10 vorzugsweise Absorptionsmittel 19 zum Absorbieren des Lichtes auf, welches durch den zweiten Polarisator 15 tritt. Die Absorptionsmittel 19 sind hinter dem zweiten Polarisator oder der Rückplatte 13 und zwischen dem zweiten Polarisator 15 und der Beleuchtungsquelle 21 angeordnet. Die Absorptionsmittel 19 sind ausgelegt, um Umgebungslicht, welches durch den zweiten Polarisator 15 hindurchtritt, an der Rückreflexion durch die Anzeigevorrichtung zu hindern ohne die Helligkeit der Anzeige wesentlich zu verringern, wenn die interne Beleuchtungsquelle 21 verwendet ist.
  • 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die Absorptionsmittel 19 umfassen vorzugsweise dritte Polarisatormittel zum Polarisieren von Licht, so dass im wesentlich Licht einer Polarisation durch die dritten Polarisatormittel hindurchtritt, während Licht einer anderen Polarisation absorbiert wird. Die dritten Polarisatormittel sind vorzugsweise ein Linearpolarisator 23. Wieder können die dritten Polarisatormittel beliebige Mittel zum Polarisieren von Licht sein.
  • Zusätzlich weisen die Absorptionsmittel 19 vorzugsweise Polarisationsumorientierungsmittel zum Umorientieren der Polarisationsorientierung des Lichtes auf, während das Licht durch diese hindurchtritt, so dass die Polarisationsorientierung jedes durch den dritten Polarisator 23 und die Polarisationsumorientierungsmittel hindurchtretenden Lichtes und von der Beleuchtungsquelle 21 zurück durch die Polarisationsumorientierungsmittel reflektieren Lichtes von einer Polarisation in eine andere umorientiert wird und daher durch den dritten Polarisator 23 absorbiert wird. Die Polarisationsumorientierungsmittel sind hinter dem dritten Polarisator 23 oder zwischen dem dritten Polarisator 23 und der Beleuchtungsquelle 21 angeordnet. Die Polarisationsumorientierungsmittel sind vorzugsweise ein λ/4-Plättchen 25, welches an der zweiten transparenten Platte 13 befestigt ist, wobei das Plättchen 25 zwischen dem dritten Polarisator 23 und der internen Beleuchtungsquelle 21 angeordnet ist. Die Polarisationsumorientierungsmittel können beliebige Mittel zum Umorientieren der Polarisationsorientierung des Lichtes sein, so dass Licht, welches durch den dritten Polarisator 23 hindurchtritt und an der Beleuchtungsquelle 21 reflektiert wird, absorbiert wird.
  • Der dritte Polarisator 23 und das λ/4-Plättchen 25 sind ein Beispiel für Absorptionsmittel. Beliebige Mittel zum Absorbieren von Licht, welches durch den zweiten Polarisator 15 hindurchtritt und durch den zweiten Polarisator 15 rückreflektiert werden könnte, kann verwendet werden.
  • Die Polarisatorkomponenten können in verschiedenen Arten orientiert sein, die den Zielen der Erfindung gerecht werden. Beispielsweise können der erste Polarisator 16, der Reflexionspolarisator 15 und der zweite absorbierende Polarisator 23 zum Hindurchtreten von Licht mit einer Richtung der Polarisation orientiert sein, welche parallel zu den Flüssigkristallmolekülen an der inneren Oberfläche der transparente Platte 12 ist.
  • Unter Bezug auf 3 ist der Betrieb der Anzeigevorrichtung 10 unter Umgebungslichtbeleuchtung dargestellt. In 3 sind die zwei transparenten Platten nicht gezeigt und die Flüssigkristallschicht ist bestehend aus zwei Bildelementen dargestellt, bezeichnet durch die Bereiche 29 und 33, welche eine Mehrzahl von Bildelementen repräsentieren. Die Bildelemente sind zum Zwecke der Darstellung zueinander benachbart gezeigt. Daher sind die polarisationsverändernden Mittel, oder die Flüssigkristallschicht 11, in eine Mehrzahl von Bildelementen aufgeteilt, von denen zwei dargestellt sind. Die Bildelemente arbeiten unabhängig, entweder um die Polarisationsorientierung des Lichtes zu verändern, oder um die Polarisationsorientierung des hindurchtretenden Lichtes unbeeinflusst zu lassen.
  • In Abwesenheit von einer angelegten Spannung ist das Flüssigkristallmaterial im entspannten Zustand, dargestellt durch den Bereich 29. Umgebungslicht, bezeichnet mit 30, wird durch den ersten Polarisator 16 mit einer ersten Orientierung, bezeichnet mit X, transmittiert und tritt in die Flüssigkristallschicht 11 ein. Der Twist der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle bewirkt, dass der Polarisationsvektor des Lichtes in eine zweiten Orientierung, bezeichnet mit Y, gedreht wird, während das Licht durch die Flüssigkristallschicht tritt, so dass das Licht die Flüssigkristallschicht mit den Polarisationsvektor in einer Orientierung verlässt, wie es für eine Reflexion von dem reflektiven Polarisator 15 erforderlich ist. Das reflektierte Licht wird beim Durchtritt durch die Flüssigkristallschicht erneut gedreht, so dass es durch den Polarisator 16 zu dem Betrachter hindurchtritt, wie mit 32 bezeichnet. Daher erscheint der Bereich 29 und andere Bereiche oder Pixel der Anzeige, bei denen kein elektrisches Feld angelegt ist, hell.
  • Wenn eine Spannung zwischen der transparenten Elektrode 14 und dem reflektiven Polarisator 15 angelegt ist, drehen die Flüssigkristallmoleküle zu einer Ausrichtung mit dem elektrischen Feld und Ent-Twisten die Molekülorientierung, bezeichnet durch den Bereich 33. In diesem Fall tritt durch den ersten Polarisator 16 transmittiertes Umgebungslicht durch die Flüssigkristallschicht 11, ohne eine Veränderung in der Richtung des Polarisationsvektors. Daher wird das Licht durch die Pola risatoren 15 und 23 mit minimaler Absorption transmittiert. Das Licht wird bei Durchtritt durch das λ/4-Plättchen 25 zirkular polarisiert. Ein Anteil des Lichtes wird von der äußeren Oberfläche des Plättchens 25 und den Oberflächen der Lichtquelle 21 reflektiert. Nach der Reflexion wird das Licht zurück durch das λ/4-Plättchen 25 und in eine Linearpolarisation mit einer Polarisationsachse orthogonal zu der durch den Polarisator 23 hindurchgelassenen konvertiert. Daher wird das reflektierte Licht, bezeichnet mit 34, in dem Polarisator 23 absorbiert und Anteile der Anzeige mit angelegtem elektrischen Feld erscheinen dunkel.
  • Unter Bezug auf 4 wird der Betrieb der Anzeigevorrichtung 10 bei interner Beleuchtung dargestellt. Wenn die Beleuchtungsquelle 21 verwendet wird, wird eine Polarisation durch den Polarisator 23 absorbiert und die orthogonale Polarisation, bezeichnet mit X, wird durch die beiden Polarisatoren 23 und den reflektiven Polarisator 15 transmittiert. Wenn keine Spannung an die Flüssigkristallschicht angelegt ist, gezeigt bei Bereich 29, wird die Richtung der Polarisation des Lichtes bei der Transmission durch die Flüssigkristallschicht gedreht, so dass Licht in dem Polarisator 16 absorbiert wird, bezeichnet bei 36. Daher erscheinen die Bereiche der Anzeige ohne angelegte Spannung dunkel. Mit einer an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung, bezeichnet bei Bereich 33, wird die Polarisation des Lichtes nicht gedreht und das Licht wird durch den Polarisator 16 zu dem Betrachter transmittiert, bezeichnet bei 38.
  • Der dritte Polarisator 23 und die λ/4-Platte 25 wirken in vorteilhafter Weise zum Absorbieren von Umgebungslicht, welches durch den reflektierenden Polarisator 15 transmittiert wird und erhalten daher das hohe Kontrastverhältnis der Anzeigevorrichtung in dem Umgebungslichtmodus, ohne die Helligkeit der Anzeige im Hintergrund beleuchteten Modus negativ zu beeinflussen.
  • Es ist zu beachten, dass die Polarität der Anzeigevorrichtung umgekehrt wird wenn die interne Lichtquelle verwendet wird. Unter Umgebungslichtbeleuchtung erscheint die Anzeige vorrichtung in solchen Bereichen hell, in denen keine Spannung über die Flüssigkristallschicht angelegt ist. Mit rückwärtiger Beleuchtung erscheint die Anzeigevorrichtung in Bereichen ohne Spannung dunkel und hell in Bereichen in denen Spannung angelegt ist. In dem Fall einfacher Anzeigevorrichtung, wie z.B. in Uhren verwendeten numerischen Anzeigevorrichtungen, kann die Kontrastumkehr nicht kompensiert werden, da diese Anzeigevorrichtungen keine Möglichkeiten bieten, um ein elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht in die Anzeigeelemente umgebenden Bereichen anzulegen. Daher stellt eine typische Anzeige dunkle Ziffern auf einem hellen Hintergrund unter Umgebungslichtbeleuchtung dar, und helle Zeichen auf einem dunklen Hintergrund bei Hintergrundbeleuchtung. Es wird angenommen, dass diese Veränderung der Anzeigedarstellung für diese Anwendungen akzeptabel ist.
  • Die Umkehrung des Bildkontrastes ist in vielen anderen Anzeigeanwendungen eindeutig inakzeptabel. Wenn die Kontrastumkehr nicht kompensiert wird, wäre beispielsweise der Rasen in einem Videobild bei Umgebungslichtbeleuchtung grün, bei Hintergrundbeleuchtung jedoch Magenta. Glücklicherweise kann die Kontrastumkehr durch geeignete Veränderungen in den elektrischen Signalen kompensiert werden, welche an die Matrix-Anzeigen angelegt werden, unter Verwendung einer beliebigen der wohlbekannten Single-Scan-, Double-Scan- oder Active-Matrix-Adressierungsverfahren. Um eine derartige Kompensation bereitzustellen weist die Anzeigevorrichtung 10 Steuermittel auf, um selektiv die Bildelemente zum Bilden des gewünschten Anzeigebildes zu aktivieren. Die Steuermittel können ein Controller 40 sein, der Pixelansteuerungssignale zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung erzeugt. Der Controller 40 hat wenigstens zwei Betriebsmodi, einschließlich eines Umgebungslichtmodus und einem Hintergrund-beleuchteten Modus. Zusätzlich kann die Anzeigevorrichtung außerdem Schaltmittel zum Schalten zwischen dem Umgebungslicht und Hintergrundmodus aufweisen. Die Schaltmittel können einen Schalter 42 zur Stromversorgung des Hintergrundlichtes und Umschalten zwischen dem Hintergrundlicht- und Umgebungslichtmodus der Steuermittel sein. Vorzugsweise stellt der Controller 40 Ansteuerungssignale zur Auswahl von Bildelementen in dem Umgebungslichtmodus bereit, so dass die Anzeigevorrichtung 10 in einem "normal weiß"-Modus arbeitet. Zusätzlich kehrt der Controller 40 vorzugsweise den Kontrast der Bildelemente um, welche Ansteuerungssignale im Hintergrundlicht-Modus empfangen, jedoch derart, dass das Erscheinungsbild des Bildes der Anzeigevorrichtung bei Umgebungslicht- und Hintergrundlicht-Modus gleich bleibt.
  • Es ist außerdem zu bemerken, dass die beschriebene Beziehung zwischen der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle und der drei Polarisatoren in der Anzeigevorrichtung nicht die einzige mögliche oder praktische Orientierung ist. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung ebenfalls zum Betrieb mit einer Orientierung der Flüssigkristallmoleküle ausgelegt sein, die orthogonal zu derjenigen des ersten absorbierenden Polarisators 16 ist statt mit dem ersten Polarisator ausgerichtet zu sein, wobei die anderen Polarisatoren in der beschriebenen Orientierung bleiben. Ein ähnlicher Effekt kann auch durch Drehen der zwei rückwärtigen Polarisatoren 15 und 23 um 90° erreicht werden, während der Frontpolarisator 16 in der beschriebenen Orientierung bleibt.
  • Wie oben beschrieben kann der erste Polarisator 16 zum Hindurchtreten von Licht mit im wesentlichen einer ersten Polarisationsorientierung ausgelegt sein, während die Flüssigkristallschicht 11 zur gezielten Veränderung von Licht aus einer ersten Polarisation zu einer zweiten Polarisation ausgelegt ist. Der zweite Polarisator 15 kann zum Hindurchtreten von Licht mit im wesentlichen der ersten Polarisationsorientierung ausgelegt sein und Licht mit im wesentlichen der zweiten Polarisationsrichtung reflektieren. Daher sind die Absorptionsmittel 19 zum Absorbieren von Licht ausgelegt, welches durch die zweiten Polarisationsmittel tritt. Alternativ kann der zweite Polarisator zum Hindurchtreten von Licht mit dem wesentlichen der zweiten Polarisationsorientierung ausgelegt sein und zum Reflektieren von Licht mit dem wesentlichen der ersten Polarisationsrichtung. Dann sind die Absorp tionsmittel 19 wiederum zum Absorbieren von Licht ausgelegt, welches durch die zweiten Polarisationsmittel hindurchtritt.
  • Jedes der bekannten Verfahren zur Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige kann angewendet werden, solange darauf geachtet wird, dass das Umgebungslicht entweder durch die Beleuchtungsquelle absorbiert wird oder ohne wesentliche Änderungen der Polarisation reflektiert wird.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die Anzeigevorrichtung einen hohen Kontrast und eine hohe Effizienz in sowohl dem reflektiven Modus mit Umgebungslichtbeleuchtung und dem transmissiven Modus mit interner Beleuchtungsquelle bietet. In beiden Modi leiten die hellen Bereiche der Anzeige im wesentlichen das gesamte Licht einer Polarisation der verfügbaren Beleuchtung an den Betrachter. Zusätzlich sind in den beiden Modi die dunklen Bereiche der Anzeige sehr dunkel, da im wesentlichen das gesamte Licht der unerwünschten Polarisation innerhalb der Anzeigevorrichtung absorbiert wird. Es gibt daher keinen Kompromiss zwischen der Effizienz im reflektiven Modus gegenüber der Effizienz in dem transmissiven Modus, wie es bei der Verwendung eines Transflektors in gegenwärtigen Anzeigevorrichtungen der Fall ist.
  • Die Verwendung der Erfindung kann unter verschiedensten Umständen auftreten, von heller Umgebungslichtbeleuchtung, wie beispielsweise Sonnenlicht, zu den Bedingungen in einer dunklen Nacht. Aufgrund der Konstruktion der Anzeigevorrichtung gibt es jedoch Bedingungen, in denen es nicht ausreichend Umgebungslicht zur Beleuchtung der Anzeige gibt, jedoch das verfügbare Umgebungslicht trotzdem eine Verschlechterung des Kontrastes und der Sichtbarkeit der Anzeige verursacht. Eine Straightforward-Lösung für die Bedingungen besteht darin, die interne Beleuchtungsquelle heller zu machen. Dies erhöht die Leistungsanforderungen der Anzeigevorrichtung und macht die Anzeigevorrichtung außerdem heller als es für andere Bedingungen erforderlich wäre. Aus diesen Gründen bietet eine dimmbare Lichtquelle, in der die Helligkeit der internen Lichtquelle eingestellt werden kann um an die Umgebungsbedingungen angepasst zu werden, einen besonderen Nutzen und leichte Bedienung.
  • Unter Bezug auf die 5 und 6 wird eine alternative Ausführungsform der Anzeigevorrichtung, allgemein bezeichnet mit 600, gezeigt, welche im Umgebungslichtmodus, wie in 5 gezeigt, betrieben ist und dem internen Beleuchtungsmodus, gezeigt in 6. Die alternative Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 600 ist in den meisten Belangen ähnlich zu den Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung 10, die in den 1 bis 4 gezeigt ist. In der alternativen Ausführungsform weist die Anzeigevorrichtung 600 jedoch eine Scheibe/einen Bogen eines Materials 610 auf, welcher Licht absorbiert und welcher entfernbar hinter dem zweiten Polarisator 15 angeordnet ist. Daher absorbiert die Scheibe 610 jedes Licht, was durch den zweiten reflektiven Polarisator 15 hindurchtritt.
  • In dem Umgebungslichtbeleuchtungs-Modus, welcher in 5 gezeigt ist, arbeitet die alternative Ausführungsform der Anzeigevorrichtung im wesentlichen genauso, wie die bevorzugten Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung 10, wie sie in 3 gezeigt sind. Im Modus mit interner Beleuchtung, wie er in 6 gezeigt ist, ist die Scheibe 610 entfernt und der reflektierende Polarisator 15 lässt nur Licht einer Polarisation, z.B. der ersten Polarisation X, wie bei 190 gezeigt, hindurchtreten. Das verbleibende Licht mit der anderen Polarisationsorientierung, z.B. der zweiten Polarisation Y, wird zu der Beleuchtungsquelle zurück reflektiert, wie bei 192 gezeigt.
  • Das durch den reflektiven Polarisator 15 reflektierte Licht kann recycelt werden (zu der Polarisationsorientierung X konvertiert und zurück zu der Vorderseite des Displays geleitet werden). Das Licht kann durch Aufnahme von zweiten Polarisationsumorientierungsmitteln zum Umorientieren der Polarisationsorientierung und Reflektormittel zum Reflektieren von Licht zurück zu dem zweiten polarisationsverändernden Mitteln und dem zweiten Polarisator 15 recycelt werden. Die polarisationsverändernden Mittel können eine λ/4-Platte 184 sein und die reflektierenden Mittel können ein Reflektor 180 sein, entweder innerhalb oder außerhalb zu der Beleuchtungsquelle 21. Das reflektierte Licht wird von der zweiten Polarisationsrichtung Y in eine zirkulare Polarisation durch das Wellenplättchen 184 konvertiert, wie bei 194 gezeigt. Nach Reflexion zurück zu der Vorderseite der Anzeigevorrichtung durch den Reflektor 180 wird das Licht von der zirkularen Polarisation in die Linearpolarisation mit der Orientierung X konvertiert, wie bei 196 gezeigt. Auf diese Weise wird das Licht recycelt und die Anzeigevorrichtung verwendet in effektiver Weise das Licht, statt einen Teil des Lichtes zu verwerfen.
  • Die Scheibe 610 kann ein in geeigneter Weise behandelter Polymerfilm sein, wie z.B. Mylar. Zusätzlich kann die Scheibe 610 auf einer Rolle oder einem Zylinder gewickelt sein, welcher mit der Anzeigevorrichtung gekoppelt ist, um die Scheibe in dem Modus mit interner Beleuchtung aus dem Lichtweg zu entfernen.
  • Während die Erfindung offenbart ist und bestimmte Ausführungsformen von ihre ausführlich beschrieben sind, soll die Erfindung nicht allein auf diese Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Viele Abwandlungen, die dem Fachmann einleuchten, liegen innerhalb des Bereichs der Erfindung. Während die Erfindung beispielsweise und mit Bezug auf Twisted Nematic-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen beschrieben wurde, kann die Erfindung auch in anderer Weise angewendet werden, einschließlich in Anzeigevorrichtungen mit anderen Flüssigkristallmaterialien oder elektro-optischen Effekten. Es ist daher beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt wird.

Claims (14)

  1. Eine Dual-Mode-Anzeigevorrichtung (10, 600) zum selektiven Einwirken auf Licht von entweder einer Umgebungslichtquelle (17) oder einer zugehörigen internen Lichtquelle (21), um ein sichtbares Bild zu erzeugen, das in einer eine Vorderseite definierenden Beobachtungsrichtung sichtbar ist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste Polarisationseinrichtung (16), die derart eingerichtet ist, daß sie Licht so polarisiert, daß durch die erste Polarisationseinrichtung Licht mit im wesentlichen einer Polarisationsrichtung durchgelassen wird; und eine hinter der ersten Polarisationseinrichtung angeordnete Polarisationsänderungseinrichtung (11) zum selektiven Ändern der Polarisationsrichtung des Lichts von einer Polarisationsrichtung in eine andere Polarisationsrichtung, wenn es die Polarisationsänderungseinrichtung durchläuft; gekennzeichnet durch einen hinter der Polarisationsänderungseinrichtung angeordneten Drahtgitterpolarisator (15) zum Durchlassen von Licht von im wesentlichen einer Polarisationsrichtung durch den Drahtgitterpolarisator und zum Reflektieren von Licht von im wesentlichen einer anderen Polarisationsrichtung zurück durch die Polarisationsänderungseinrichtung und die erste Polarisationseinrichtung; eine hinter dem Drahtgitterpolarisator angeordnete Absorptionseinrichtung (19), die zum Absorbieren von durch den Drahtgitterpolarisator durchgelassenem Licht eingerichtet ist; und eine hinter dem Drahtgitterpolarisator angeordnete lichtemittierende Einrichtung (21) zum Erzeugen und Lenken von Licht auf den Drahtgitterpolarisator.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Polarisationsänderungseinrichtung (11) ferner eine Flüssigkristallschicht (11) enthält, die zwischen einer ersten transparenten Platte (12) und einer zweiten transparenten Platte (13) angeordnet ist, und wobei der Drahtgitterpolarisator (15) eine im wesentlichen parallele Anordnung von dünnen länglichen Elementen enthält, die zwischen der Flüssigkristallschicht und der zweiten transparenten Platte angeordnet sind.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Drahtgitterpolarisator (15) eine im wesentlichen parallele beabstandete Anordnung von dünnen länglichen Elementen aufweist, die in einer Schicht angeordnet sind, wobei die Elemente Mittel zur Interaktion mit den elektromagnetischen Wellen des Lichts bereitstellen, um (i) Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zu den Elementen im wesentlichen zu transmittieren und (ii) Licht mit einer zu den Elementen parallelen Polarisationsrichtung zu reflektieren.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Absorptionseinrichtung (19) einen dritten Polarisator (23) aufweist, und wobei der Drahtgitterpolarisator (15) und der dritte Polarisator derart zueinander ausgerichtet sind, daß der dritte Polarisator Licht durchläßt, das die gleiche Polarisationsrichtung wie von dem Drahtgitterpolarisator durchgelassenes Licht hat.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Absorptionseinrichtung (19) ferner eine zwischen dem dritten Polarisator und der lichtemittierenden Einrichtung (21) angeordnete ¼ Wellenverzögerungsplatte (25) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Polarisationseinrichtung (16) derart eingerichtet ist, um Licht durchzulassen, das im wesentlichen eine erste Polarisationsrichtung hat, wobei die Polarisationsänderungseinrichtung (11) derart eingerichtet ist, daß sie Licht von der ersten Polarisationsrichtung in eine zweite Polarisationsrichtung selektiv ändert, wobei der Drahtgitterpolarisator (15) derart eingerichtet ist, daß er Licht durchläßt, das im wesentlichen die erste Polarisationsrichtung hat und Licht reflektiert, das im wesentlichen die zweite Polarisation hat, und wobei die Absorptionseinrichtung (19) derart eingerichtet ist, daß sie von dem Drahtgitterpolarisator durchgelassenes Licht absorbiert.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Polarisationseinrichtung (16) derart eingerichtet ist, daß sie Licht durchläßt, das im wesentlichen eine erste Polarisationsrichtung hat, wobei die Polarisationsänderungseinrichtung (11) derart eingerichtet ist, daß sie Licht von der ersten Polarisationsrichtung in eine zweite Polarisationsrichtung selektiv ändert, wobei der Drahtgitterpolarisator (15) derart konfiguriert ist, daß er Licht durchläßt, das im wesentlichen die zweite Polarisationsrichtung hat, und Licht reflektiert, das im wesentlichen die erste Polarisationsrichtung hat, und wobei die Absorptionseinrichtung (19) derart konfiguriert ist, daß sie von dem Drahtgitterpolarisator durchgelassenes Licht absorbiert.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Absorptionseinrichtung (19) aufweist: eine Materialschicht (23), die Licht absorbiert und die entfernbar hinter dem Drahtgitterpolarisator (15) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner mit: einer zwischen dem Drahtgitterpolarisator (15) und der lichtemittierenden Einrichtung (21) angeordneten zweiten Polarisationsneuausrichtungseinrichtung (25) zum Neuausrichten der Polarisationsrichtung des Lichtes, wenn das Licht die zweite Polarisationsneuausrichtungseinrichtung durchläuft; und einer hinter der zweiten Polarisationsneuausrichtungseinrichtung angeordneten Reflektoreinrichtung (21) zum Reflektieren von Licht zurück durch die Polarisationsneuausrichtungseinrichtung.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Polarisationsneuausrichtungseinrichtung (25) eine Verzögerungsplatte ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polarisationsänderungseinrichtung (11) in mehrere Bildelemente (29, 33) unterteilt ist, die unabhängig voneinander arbeiten, um (i) die Polarisationsrichtung des Lichtes zu ändern oder (ii) der Polarisationsrichtung des Lichtes zu ermöglichen, unbeeinträchtigt hindurchzulaufen; und ferner mit einer Steuereinrichtung (40) zum selektiven Aktivieren der Bildelemente zum Bilden des gewünschten Anzeigebildes, wobei die Steuereinrichtung wenigstens zwei Betriebsmodi hat, die einen Umgebungslichtmodus und einen Hintergrundbeleuchtungsmodus definieren; und mit einer Schalteinrichtung (42) zum Umschalten zwischen dem Umgebungslichtmodus und dem Hintergrundbeleuchtungsmodus der Steuereinrichtung.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung (40) Steuersignale liefert, um Bildelemente (29, 33) im Umgebungslichtmodus derart auszuwählen, daß die Anzeigevorrichtung (10, 600) im Normally-White-Mode arbeitet; und wobei die Steuereinrichtung in dem Hintergrundbeleuchtungsmodus die Bildelemente umkehrt, die Steuersignale empfangen, so daß das Anzeigebild im Umgebungsmodus und im Hintergrundbeleuchtungsmodus gleich bleibt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Polarisationsänderungseinrichtung (11) ein Flüssigkristallmaterial ist.
  14. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer hinter dem Drahtgitterpolarisator (15) angeordneten dritten Polarisationseinrichtung (19), die derart eingerichtet ist, daß sie Licht so polarisiert, daß im wesentlichen Licht einer Polarisation durch die dritte Polarisationseinrichtung hindurchläuft, während Licht einer anderen Polarisation absorbiert wird; einer hinter dem Drahtgitterpolarisator angeordneten lichtemittierenden Einrichtung (21) zum Erzeugen und Lenken von Licht auf den Drahtgitterpolarisator und einer zwischen der dritten Polarisationseinrichtung und der lichtemittierenden Einrichtung angeordneten Wellenverzögerungsplatte (25) zum Neuausrichten der Polarisationsrichtung des Lichtes von einer Polarisation in eine andere Polarisation, wenn das Licht durch die Wellenplatte hindurchläuft, so daß die Polarisationsrichtung von allem Licht, das durch die dritte Polarisationseinrichtung und die Wellenplatte hindurchläuft und von der lichtemittierenden Einrichtung zurück durch die Wellenplatte reflektiert wird, von einer Polarisation in eine andere neuausgerichtet wird und somit von dem Drahtgitterpolarisator absorbiert wird.
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