ЭЛЕМЕНТ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ Российский патент 2003 года по МПК G02F1/133 

Изобретение относится к индикаторной технике, в частности к цветным жидкокристаллическим дисплеям, в которых селекция цветов производится светофильтрами с первичными цветами, а модуляция каждого из цветов производится посредством жидкого кристалла (ЖК).

Известен элемент ЖК-дисплея, содержащий слой ЖК, размещенного между двумя подложками с прозрачными электродами, и триаду светофильтров, пропускающих свет одной из трех первичных длин волн: R - красный, G - зеленый, В - синий [1]. Светофильтры триады выполнены из полимера, и в каждом из них внедрен краситель одного из первичных цветов. Напротив каждого из светофильтров расположен участок ЖК, который с помощью поляроидов при приложении напряжения регулирует количество света, проходящего сквозь каждый из светофильтров, благодаря чему и создается цветное изображение.

Недостатками известного дисплея являются малая светосила (большая доля света поглощается светофильтром) и высокая стоимость, обусловленная технологическими трудностями при изготовлении: на обычно легкоплавкий полимер нужно наносить выравнивающие и ориентирующие покрытия, прозрачные электроды, а это процессы обычно высокотемпературные. Долговечность элемента ограничена, т.к. ЖК может химически реагировать с полимером светофильтра и/или с красителем. Это может привести к его деградации и потере работоспособности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является элемент жидкокристаллического дисплея, состоящий из жидкокристаллической ячейки, включающей два поляроида, слой жидкого кристалла, заключенного между двумя прозрачными подложками с прозрачными электродами, и триаду светофильтров, пропускающих свет одной из трех первичных длин волн: R - красный, G - зеленый, В - синий [2]. Светофильтры триады размещены внутри ЖК-ячейки и выполнены из фотополимера. В каждом из элементов триады актиничным светом наведено разное значение двулучепреломления, что позволяет при наличии поляроидов обеспечить прохождение через каждый из элементов триады одной из трех первичных длин волн.

Недостатками известного элемента являются сильная угловая зависимость спектрального состава света, проходящего сквозь элементы триады, и низкая долговечность элемента, т.к. ЖК может химически реагировать с полимером светофильтра и это может привести к его деградации и потере работоспособности.

Целью изобретения является снижение угловой зависимости спектрального состава проходящего света и увеличение долговечности элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в элементе жидкокристаллического дисплея, состоящем из жидкокристаллической ячейки, включающей два поляроида, слой жидкого кристалла, заключенного между двумя прозрачными подложками с прозрачными электродами, и триады светофильтров, триада светофильтров выполнена из входной маски со щелями, линзового растра-конденсора, дифракционной решетки, линзового растра-объектива, выходной маски со щелями, положение которых согласовано со щелями входной маски, причем триада светофильтров расположена с внешней стороны жидкокристаллической ячейки.

Благодаря такой конструкции светофильтр, состоящий из дифракционной решетки, входной и выходной масок и линзовых растров, позволяет произвести сепарацию первичных цветов, причем спектральный состав света после сепарации не зависит от угла наблюдения. Размещение светофильтра вне ЖК-ячейки позволяет устранить его возможное химическое взаимодействие со слоем ЖК и тем самым увеличить долговечность элемента.

На чертеже изображены:
a - конструкция элемента и ход лучей в нем,
б - взаимное расположение электродов жидкокристаллической ячейки.

Элемент жидкокристаллического дисплея (cм. а) содержит ЖК-ячейку, состоящую из слоя жидкого кристалла 1, заключенного между двумя прозрачными подложками 2 и 3, на внутренние стороны которых нанесены прозрачные электроды 4 и 5. Один из прозрачных электродов, например, 4 выполнен сплошным, другой электрод 5 разделен на три участка: 5R, 5G и 5В (cм. в). С внешних сторон подложек размещены поляроиды 6, которые позволяют использовать для модуляции проходящего света один из полевых эффектов в ЖК, например твист-эффект.

На внешней стороне подложки 2 размещены входная маска 7 со щелями, линзовый растр-конденсор 8, дифракционная решетка 9 на твердом прозрачном носителе, линзовый растр-объектив 10 и выходная маска 11.

Лучи белого неполяризованного света 12 (аксиальные и параксиальные) освещают входную маску 7 и узкие пучки света проходят сквозь щели входной маски. Щели входной маски расположены в фокусах линзового растра-конденсора 8, поэтому на его выходе формируется практически параллельный пучок света, равномерно освещающий участки дифракционной решетки.

Линзовый растр-объектив 10 формирует изображение источника света (щели входной маски 7) в своей фокальной плоскости, т.е. на выходной маске 11. При наличии на пути оптических лучей дифракционной решетки в плоскости выходной маски будут сформированы окрашенные изображения щелей входной маски, размещенные под разными углами относительно осевой линии О-О, т.е. дифракционные спектры разных порядков.

Примем за систему основных цветов следующую:
В - синий 0,440 мкм,
G - зеленый 0,528 мкм,
R - красный 0,660 мкм.

Углы относительно нулевого максимума (осевое направление О-О), под которыми наблюдаются определенные длины волн, определяются выражением
sinϕ = ±mλ/2d,
где ϕ - угол, под которым распространяется свет с длиной волны λ; m - номер дифракционного максимума (принимает целые значения); d - период гребенки.

Под углом ϕ_в в плоскости выходной маски 11 будет сфокусирован синий цвет В, под углом ϕ_G будет сфокусирован зеленый цвет G, под углом ϕ_R будет сфокусирован красный цвет R.

Под этими углами в выходной маске предусмотрены прозрачные окна 13, которые пропускают свет на выход светофильтра. Плоскость маски условно разделена на три участка: 11R, 11G и 11В (cм. а). В пределах каждого из участков положение щелей выходной маски относительно осевой линии О-О различно (расстояния l_R, l_G, l_B) и обеспечивает прохождение только одного из заданных первичных цветов на каждом из участков.

Спектральный состав пропускаемого щелью света определяется положением щели выходной маски относительно осевой линии, на которой находится и щель входной маски, и шириной щели выходной маски и не зависит от углов наблюдения.

Эти параметры задаются конструктивно и независимо для каждого из цветов, по потребности могут варьироваться. Так, если требуются более чистые цвета, ширина щелей должна быть минимальной. Тогда интенсивность проходящего света будет тоже минимальной. Если требуется большая интенсивность и допустимы не очень чистые цвета, ширина щелей может быть увеличена до размера вплоть до 1/3 ширины всего спектра.

После того как исходно белый свет прошел через щели выходной маски и приобрел на каждом из участков окраску одного из первичных цветов, посредством ЖК-ячейки, разделенной на 3 участка: 5R, 5G, 5В, и поляроидов 6 производится модуляция его интенсивности. Прикладывая управляющие напряжения к электроду и любому из участков 5R, 5G и 5В, можно независимо управлять интенсивностью любого цвета и создавать любые цветовые комбинации, что является необходимым условием для построения полноцветных дисплеев.

Дифракционная решетка 9 может быть любого типа, с любым, предпочтительно малым технологически доступным периодом и с максимальной эффективностью.

Поскольку светофильтры вынесены за пределы ЖК-ячейки, то проблема химического взаимодействия ЖК и светофильтра не существует.

Таким образом, введение в состав элемента светофильтра на основе дифракционной решетки, линзовых растров и масок позволило получить угловую независимость спектрального состава света, модулируемого элементом, а вынесение светофильтра из зоны контакта с ЖК позволило увеличить долговечность элемента и тем самым достичь поставленной цели.

Источники информации
1. Патент РСТ (WO) 85/04962, МКИ 6 G 02 F 1/133, опублик. 19.04.85 г.

2. Патент США 5389698, C 08 F 2/46, МКИ 6 G 02 F 1/133 (НКИ 522/2), опублик. 14.02.95 г.

Элемент жидкокристаллического дисплея включает жидкокристаллическую ячейку и триаду светофильтров с первичными цветами. Триада светофильтров выполнена из входной и выходной масок со щелями, содержит пассивную дифракционную решетку, линзовые растры: конденсор и объектив. Технический результат - повышение яркости изображений и устойчивости к неблагоприятным условиям эксплуатации. 1 ил.

Элемент жидкокристаллического дисплея, состоящий из жидкокристаллической ячейки, включающей два поляроида, слой жидкого кристалла, заключенного между двумя прозрачными подложками с прозрачными электродами, и триады светофильтров, отличающийся тем, что триада светофильтров выполнена из входной маски со щелями, линзового растра-конденсора, дифракционной решетки, линзового растра-объектива, выходной маски со щелями, положение которых согласовано со щелями входной маски, триада светофильтров расположена с внешней стороны жидкокристаллической ячейки.