RU2196353C2 - Element of liquid-crystal display - Google Patents
Element of liquid-crystal display Download PDFInfo
- Publication number
- RU2196353C2 RU2196353C2 RU2000132990/28A RU2000132990A RU2196353C2 RU 2196353 C2 RU2196353 C2 RU 2196353C2 RU 2000132990/28 A RU2000132990/28 A RU 2000132990/28A RU 2000132990 A RU2000132990 A RU 2000132990A RU 2196353 C2 RU2196353 C2 RU 2196353C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mask
- liquid crystal
- layer
- light
- slots
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к индикаторной технике, в частности к цветным жидкокристаллическим дисплеям, в которых селекция цветов производится разнесенными по плоскости светофильтрами с тремя первичными цветами (триадами), а модуляция каждого из цветов производится посредством жидкого кристалла (ЖК). The invention relates to indicator technology, in particular to color liquid crystal displays, in which the selection of colors is carried out along the plane with light filters with three primary colors (triads), and the modulation of each of the colors is carried out by means of a liquid crystal (LCD).
Известен элемент ЖК-дисплея, содержащий слой ЖК, размещенного между двумя подложками с прозрачными электродами и ориентирующими покрытиями на внутренних сторонах, 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. A known element of the LCD display containing a layer of an LCD placed between two substrates with transparent electrodes and orienting coatings on the inside, and a triad of filters that transmit light from one of the three primary wavelengths: R - red, G - green, B - blue [1 ]. The filters of the triad are made of polymer, and a dye of one of the primary colors is introduced in each of them. A section of the LCD is located opposite each of the filters, which, with the use of polaroids, regulates the amount of light passing through each of the filters through the application of voltage, which creates a color image.
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 и 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. Кроме того, элемент не может работать в отражательном варианте в режиме с фронтальной подсветкой. The disadvantages of the known display are the low luminosity (a large proportion of the light is absorbed by the light filter) and the high cost due to technological difficulties in manufacturing: usually low-melting polymer must be applied alignment and orientation coatings and transparent electrodes, and these processes are usually high-temperature. The durability of the element is limited, since the LCD can chemically react with the polymer of the light filter and / or with the dye. This can lead to its degradation and loss of performance. In addition, the element cannot work in the reflective version in the mode with frontal illumination.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является элемент жидкокристаллического дисплея, содержащий слой жидкого кристалла, заключенного между двумя подложками с прозрачными электродами, один из которых сплошной, а другой выполнен в виде гребенок с взаимно проникающими зубцами [2]. Период зубцов одной гребенки 2d, суммарный период двух гребенок d. Элемент снабжен входной и выходной масками со щелями. Взаимное положение щелей масок согласовано таким образом, что в отсутствие управляющего напряжения свет сквозь маски не проходит. При подаче управляющего напряжения к сплошному общему электроду и одной из гребенок ЖК переориентируется в частях, находящихся под зубцами. Слой ЖК с участками, имеющими исходную ориентацию и переориентированными, представляет собой фазовую дифракционную решетку. Пучки белого света, прошедшие сквозь щели входной маски, дифрагируют на фазовой дифракционной решетке, образуя систему дифракционных спектров в плоскости выходной маски. В тех местах выходной маски, на которые попадают определенные длины волн, например λ, предусмотрены щели, сквозь которые свет этой длины волны проходит. Когда напряжение приложено к общему и двум гребенчатым электродам, в слое ЖК возникает дифракционная решетка с вдвое меньшим периодом и сквозь те же щели будет проходить свет с вдвое большей длиной волны. Таким образом, элемент обеспечивает получение трех оптически различимых состояний: ТЕМНО, ЦВЕТ 1, ЦВЕТ 2, причем длины волн цветов отличаются строго в два раза. Элемент имеет высокие эксплуатационные свойства, как-то: стабильные цвета, независимые от температуры или разбросов толщины, в контакте со слоем нет химически взаимодействующих с ним слоев и потому долговечность его повышена. The closest in technical essence to the invention is an element of a liquid crystal display containing a layer of liquid crystal enclosed between two substrates with transparent electrodes, one of which is solid and the other is made in the form of combs with mutually penetrating teeth [2]. The period of the teeth of one comb 2d, the total period of two combs d. The element is equipped with input and output masks with slots. The mutual position of the slots of the masks is coordinated in such a way that in the absence of control voltage, the light does not pass through the masks. When a control voltage is applied to a continuous common electrode and one of the combs, the LC is reoriented in the parts under the teeth. The LC layer with regions with the initial orientation and reoriented is a phase diffraction grating. The white light beams passing through the slits of the input mask are diffracted on a phase diffraction grating, forming a system of diffraction spectra in the plane of the output mask. In those places of the output mask to which certain wavelengths fall, for example, λ, slots are provided through which light of this wavelength passes. When a voltage is applied to a common and two comb electrodes, a diffraction grating with a half time period appears in the LC layer and light with a double wavelength will pass through the same slits. Thus, the element provides three optically distinguishable states: DARK,
Недостатком известного элемента является ограниченный набор цветов (всего два) и потому невозможность создания полноцветного дисплея. Другим существенным недостатком является жесткая связь между длинами волн, а именно: длины волн в дисплее отличаются строго в два раза, что затрудняет возможности получения гаммы смешанных цветов, которая может быть реализована только при наличии трех независимых цветов и достаточной яркости. Еще одним недостатком является невозможность работы в отражательном варианте при фронтальной подсветке. A disadvantage of the known element is a limited set of colors (only two) and therefore the inability to create a full-color display. Another significant drawback is the rigid connection between wavelengths, namely: the wavelengths in the display are strictly twofold, which makes it difficult to obtain a gamut of mixed colors, which can only be realized if there are three independent colors and sufficient brightness. Another disadvantage is the inability to work in a reflective version with frontal illumination.
Обеспечение возможности получения полноцветного изображения и работы в отражательном варианте является целью изобретения. Providing the possibility of obtaining a full color image and working in a reflective form is the aim of the invention.
Поставленная цель достигается тем, что в известный элемент, содержащий слой жидкого кристалла, заключенного между двумя прозрачными подложками с прозрачными электродами, один из которых выполнен в виде гребенки, входную маску со щелями, введены линзовый растр-конденсор в промежуток между входной маской и первой подложкой, поглощающая маска с зеркально отражающими участками, линзовый растр-объектив в промежуток между второй подложкой и поглощающей маской, во входной маске предусмотрены входные и выходные щели, положение которых оптически согласовано с положением зеркально отражающих участков поглощающей маски, площадь элемента условно разделена на три подобласти, в пределах которых период гребенок различен в каждой из подобластей, расположение зеркально отражающих участков поглощающей маски в пределах каждой подобласти одинаково, причем обеспечено отражение одного из трех различных цветов в пределах каждой из подобластей, разного в каждой из подобластей. This goal is achieved by the fact that in the known element containing a layer of liquid crystal enclosed between two transparent substrates with transparent electrodes, one of which is made in the form of a comb, an input mask with slots, a lens raster-condenser is introduced into the gap between the input mask and the first substrate , an absorbing mask with specularly reflecting areas, a lens raster-lens in the gap between the second substrate and the absorbing mask, entrance and exit slots are provided in the input mask, the position of which is optical ki is consistent with the position of the mirror-reflecting sections of the absorbing mask, the area of the element is conditionally divided into three subregions, within which the period of the combs is different in each of the subregions, the location of the mirror-reflecting sections of the absorbing mask within each subregion is the same, and one of three different colors is reflected in within each of the subdomains, different in each of the subdomains.
Благодаря такой конструкции в слое ЖК можно сформировать три независимые фазовые решетки одинакового периода и с помощью системы входных и выходных щелей во входной маске, поглощающей маски с отражательными участками и системы линзовых растров выделить три независимых один от другого цвета, позволяющих получить полную гамму цветов в дисплее на базе предложенного элемента. Элемент рассчитан на работу в отражательном варианте. Thanks to this design, three independent phase gratings of the same period can be formed in the LC layer and, using a system of input and output slots in the input mask, absorbing masks with reflective sections, and a lens raster system, select three colors that are independent of one another, allowing to obtain a full gamut of colors in the display based on the proposed item. The element is designed to work in a reflective version.
На чертеже изображены конструкция элемента и ход лучей в нем. The drawing shows the design of the element and the path of the rays in it.
Элемент жидкокристаллического дисплея содержит слой 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, 5 выполнен в виде гребенки, для чего в нем участками в виде прямоугольных окон удален проводящий слой. Ширина окна а, расстояние между окнами b. Таким образом, период гребенчатой структуры a+b=d и он различен на каждой из трех подобластей R, G, B, на которые условно разделен элемент. Электрод 4 электрически разделен на три подобласти (4R, 4G, 4B) с тем, чтобы можно было осуществлять независимую подачу управляющих напряжений к каждой из трех подобластей элемента. На внешней стороне подложки 2 размещены входная маска 6 с входными щелями 7 и выходными щелями 8 и линзовый растр-конденсор 9. The liquid crystal display element contains a layer of
С наружной стороны подложки 3 размещены линзовый растр-объектив 10 и поглощающая подложка 11 с зеркальными участками 12 и 13, причем зеркальный участок 13 расположен в плоскости поглощающей маски 11, а участок 12 расположен под некоторым углом к плоскости поглощающей маски. A lens raster-
Оптические оси линзовых растров 9 и 10 совпадают. Входные щели 7 входной маски 6 смещены от положения оптических осей линзовых растров, но располагаются в фокальной плоскости линзового растра-конденсора 9. The optical axis of the
Лучи белого неполяризованного света 14 (аксиальные и параксиальные) освещают входные 7 и выходные 8 щели входной маски 6. Лучи света, прошедшие входные щели в отсутствие управляющих напряжений, распространяются вдоль смещенной оси Oi-Оi и посредством растровой оптической системы (конденсор-объектив) образуют в плоскости поглощающей маски 11 (участок Оi) изображение входной щели в белом свете. Поскольку в месте расположения этого изображения расположены поглощающие участки маски 11, то весь прошедший через входные щели свет будет поглощен. Таким образом, в отсутствие управляющего напряжения реализуется первое оптическое состояние элемента: ТЕМНО.The rays of white non-polarized light 14 (axial and paraxial) illuminate the input 7 and output 8 slots of the
Лучи белого света 14, прошедшие сквозь выходные щели 8 (паразитная засветка) в отсутствие управляющих напряжений, распространяются по направлению оси Оо-Oо. (Для того, чтобы не загружать чертеж, лучи паразитной засветки не изображены.) Эти лучи образуют в плоскости поглощающей маски 11 (участок Oо) изображение выходной щели в белом свете. Поскольку в месте расположения этого изображения расположены поглощающие участки маски 11, то весь прошедший через выходные щели свет также будет поглощен и оптическое состояние ТЕМНО не будет нарушено паразитным светом, проникающим сквозь выходные щели 8 входной маски 6.The rays of white light 14, passing through the output slit 8 (spurious illumination) in the absence of control voltages, propagate in the direction of the axis O about -O about . (In order not to load the drawing, parasitic rays of light are not shown.) These rays form in the plane of the absorbing mask 11 (section O about ) the image of the exit slit in white light. Since the absorbing sections of the
Если приложить управляющее напряжение к электроду 5 и одной или нескольким подобластям электрода 4R, 4G, 4B, то в слое ЖК в этих подобластях возникнет периодическая система участков с переориентированным ЖК и ЖК с исходной ориентацией. Система участков с разной ориентацией ЖК представляет собой фазовую дифракционную решетку. Периоды дифракционных решеток на каждой из трех подобластей различны и выбраны следующим образом. If a control voltage is applied to the
Примем за систему основных цветов, соответствующую Международному стандарту CIE:
В - синий 0,440 мкм,
G - зеленый 0,528 мкм=(0,440•1,2) мкм,
R - красный 0,660 мкм=(0,440•1,5) мкм.We accept for the system of primary colors that comply with the International Standard CIE:
B - blue 0.440 μm,
G - green 0.528 μm = (0.440 • 1.2) μm,
R - red 0.660 microns = (0.440 • 1.5) microns.
Свет, прошедший сквозь фазовую дифракционную решетку, с помощью линзового растра-объектива 10 сформирует в плоскости поглощающей маски 11 систему дифракционных спектров ±m порядков. The light transmitted through the phase diffraction grating, using a lens raster-
Углы относительно нулевого максимума (направление Oi-Оi), 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.The angles relative to the zero maximum (direction O i -O i ), at which certain wavelengths are observed, are determined by the expression
sinφ = ± mλ / 2d,
where φ is the angle at which light with a wavelength λ propagates, m is the number of the diffraction maximum (takes integer values), d is the comb period.
На участке В период решетки принимаем за d. Тогда на участках G и R период решетки будет соответственно 1,2d и 1,5d. At the site In the lattice period, we take for d. Then, in sections G and R, the lattice period will be 1.2d and 1.5d, respectively.
Под углом φB в плоскости поглощающей маски 11 будет сфокусирован синий цвет В, под углом φG будет сфокусирован зеленый цвет G, под углом φR будет сфокусирован красный цвет R.At an angle φ B in the plane of the absorbing
Поскольку периоды решеток в каждой из подобластей различны и равны соответственно d, 1,2d и 1,5d, то величины углов φR,φG,φB, будут также различны. Следовательно, в каждой из подобластей на отражающие участки 12, 13 будут приходиться разные строго определенные длины волн, поскольку отражающие участки расположены на одинаковом расстоянии l от оси Oi-Oi. Так, в подобласти В на отражающие участки попадут лучи синего цвета (В), в подобласти G - лучи зеленого цвета (G), в подобласти R - лучи красного цвета (R). Лучи одного цвета, отраженные от плоского 13 и наклонного 12 участков, при помощи линзового растра-объектива 10 собираются в точке К, дополнительно дифрагируют на решетке, попадают в точку L и при помощи линзового растра-конденсора 9 фокусируются на внутренней стороне входной маски 6.Since the periods of the lattices in each of the subdomains are different and equal to d, 1,2d and 1,5d, respectively, the angles φ R , φ G , φ B , will also be different. Therefore, in each of the subdomains, the
В местах фокусировки отраженных лучей одного цвета расположены выходные щели 8, через которые свет определенной длины волны выходит из элемента. At the places of focusing of reflected rays of the same color,
Таким образом, в элементе реализуются четыре оптических состояния: ЦВЕТ 1 (R красный), ЦВЕТ 2 (G зеленый), ЦВЕТ 3 (B синий) и состояние ТЕМНО, что позволяет получать полноцветную систему отображения информации. Thus, four optical states are realized in the element: COLOR 1 (R red), COLOR 2 (G green), COLOR 3 (B blue) and the DARK state, which allows obtaining a full-color information display system.
Спектральный состав выходящего из элемента света определяется взаимным положением выходной щели 8 входной маски 6 и отражательных участков 12 и 13 и шириной щели выходной маски. The spectral composition of the light emerging from the element is determined by the mutual position of the
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 выходящего света будет тоже минимальной. Если требуется большая интенсивность и допустимы не очень чистые цвета, ширина щелей может быть увеличена. Зависимость спектрального состава пропускаемого света от каких-либо параметров ЖК, например от толщины слоя, температуры или углов наблюдения, отсутствует, поскольку свет, вышедший через выходные щели, представляет собой точечный источник с широкой и равномерной индикатрисой рассеяния. Это свойство элемента является весьма важным эксплуатационным параметром. These parameters are set constructively and independently for each of the colors, they can vary according to need. So, if cleaner colors are required, the width of the slots should be minimal. Then the intensity of the outgoing light will also be minimal. If high intensity is required and not very clear colors are acceptable, the width of the slots can be increased. There is no dependence of the spectral composition of the transmitted light on any LC parameters, for example, on the layer thickness, temperature, or viewing angles, since the light emerging through the exit slots is a point source with a wide and uniform scattering indicatrix. This property of the element is a very important operational parameter.
В элементе реализуются четыре оптических состояния: ЦВЕТ 1 (R красный), ЦВЕТ 2 (G зеленый), ЦВЕТ 3 (B синий) и состояние ТЕМНО, что позволяет получать полноцветную систему отображения информации. Каждый из цветов может модулироваться независимо один от другого. The element implements four optical states: COLOR 1 (R red), COLOR 2 (G green), COLOR 3 (B blue) and the DARK state, which allows receiving a full-color information display system. Each of the colors can be modulated independently of one another.
Таким образом, введение в состав элемента поглощающей маски с зеркально отражающими элементами, линзового растра-конденсора, линзового растра-объектива, формирование на поле элемента трех независимых дифракционных решеток позволяют получить элемент, работающий на "отражение", с полной гаммой цветов, с повышенной яркостью изображений и более высоким КПД использования света от осветительной системы. Thus, the introduction of an absorbing mask with mirror-reflecting elements, a lens raster-condenser, a lens raster-lens, the formation of three independent diffraction gratings on the field of an element allows to obtain an element that works on "reflection", with a full gamut of colors, with increased brightness images and higher efficiency of the use of light from the lighting system.
Источники информации
1. Патент РСТ (WO) 85/04962, МКИ 6 G 02 F 1/133, опубл. 19.04.1985.Sources of information
1. Patent PCT (WO) 85/04962, MKI 6 G 02
2. Авторское свидетельство СССР 488177, МКИ 2 G 02 B 5/25, опубл. 10.06.1976. 2. Copyright certificate of the USSR 488177, MKI 2 G 02
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000132990/28A RU2196353C2 (en) | 2000-12-29 | 2000-12-29 | Element of liquid-crystal display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000132990/28A RU2196353C2 (en) | 2000-12-29 | 2000-12-29 | Element of liquid-crystal display |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000132990A RU2000132990A (en) | 2002-12-27 |
| RU2196353C2 true RU2196353C2 (en) | 2003-01-10 |
Family
ID=20244152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000132990/28A RU2196353C2 (en) | 2000-12-29 | 2000-12-29 | Element of liquid-crystal display |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2196353C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012106981A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Pixel structure of liquid crystal display utilizing asymmetrical diffraction |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867537A (en) * | 1984-04-20 | 1989-09-19 | Hosiden Electronics Co., Ltd. | Color liquid crystal display device |
| US5528398A (en) * | 1993-05-26 | 1996-06-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Color liquid crystal device having color filters on the substrate with fewer electrodes |
-
2000
- 2000-12-29 RU RU2000132990/28A patent/RU2196353C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867537A (en) * | 1984-04-20 | 1989-09-19 | Hosiden Electronics Co., Ltd. | Color liquid crystal display device |
| US5528398A (en) * | 1993-05-26 | 1996-06-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Color liquid crystal device having color filters on the substrate with fewer electrodes |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012106981A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Pixel structure of liquid crystal display utilizing asymmetrical diffraction |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6130731A (en) | Liquid crystal devices using a linear electro-optic effect | |
| US6631033B1 (en) | Multilayer optical filters | |
| US5016985A (en) | Infrared filter using cholesteric liquids | |
| CA2189780A1 (en) | A subtractive color liquid crystal display utilizing circular notch polarizers | |
| EP0952468B1 (en) | Spatial light modulation device and color display apparatus | |
| JPH04213403A (en) | Variable wavelength optical filter and sensor system | |
| GB2152724A (en) | Multicolor picture display device | |
| WO1995017690A1 (en) | Color filter array | |
| EP0782033B1 (en) | Liquid crystal display having an off-axis full-color holographic filter | |
| EP0409975A1 (en) | Liquid crystal devices using a linear electro-optic effect. | |
| EP3388885B1 (en) | Multiple band pass liquid crystal tunable filter | |
| US6141124A (en) | Color filter and color picture display device using the same | |
| JPH0792566B2 (en) | Color display device | |
| RU2196353C2 (en) | Element of liquid-crystal display | |
| EP1046304A2 (en) | Dichroic filters with low angle sensitivity and projection system incorporating same | |
| JPS61210328A (en) | Color display | |
| US11793398B2 (en) | Medical device for the observation of a partly fluorescent object, using a filter system with a transmission window | |
| JPH09318942A (en) | Color liquid crystal display | |
| US6144427A (en) | Polymer dispersed liquid crystal panel | |
| RU2202817C2 (en) | Liquid-crystal display component | |
| RU2201611C2 (en) | Element of liquid-crystal display | |
| RU2196352C2 (en) | Element of liquid-crystal display | |
| WO2012019878A1 (en) | Display device for displaying stereoscopic images | |
| RU2196351C2 (en) | Element of liquid-crystal display | |
| US20130314631A1 (en) | Pixel structure of liquid crystal display utilizing asymmetrical diffraction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031230 |