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DE3784660T2 - Anzeigevorrichtung. - Google Patents

Anzeigevorrichtung.

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DE3784660T2
DE3784660T2 DE8787202581T DE3784660T DE3784660T2 DE 3784660 T2 DE3784660 T2 DE 3784660T2 DE 8787202581 T DE8787202581 T DE 8787202581T DE 3784660 T DE3784660 T DE 3784660T DE 3784660 T2 DE3784660 T2 DE 3784660T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem elektrooptischen Medium zwischen zwei parallelen transparenten Substraten mit Antriebsmitteln zum Beeinflussen des Transmissionszustands des elektrooptischen Mediums, wobei eines der Substrate ein Muster von wenigstens zwei Leuchtstoffen umfaßt, die Anzeigevorrichtung weiter eine Strahlungsquelle, die sich zum Aussenden ausreichender Kurzwellenstrahlung zum Anregen der Leuchtstoffe eignet, und ein Interferenzfilter zwischen der Strahlungsquelle und den Leuchtstoffen enthält, wobei das Filter im wesentlichen die Kurzwellenstrahlung vollständig durchläßt und im wesentlichen Strahlung aus den Leuchtstoffen ganz reflektiert.
  • Die Anzeigevorrichtungen werden beispielsweise beim Farbfernsehen oder in Farbmonitoren zum Datenwiedergeben in Computersystemen und beispielsweise in Anzeigevorrichtungen in Instrumentenbrettern usw. verwendet.
  • Eine Anzeigevorrichtung der eingangs erwähnten Art ist in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung EP-A-0 267 686 beschrieben. In der in dieser Anmeldung dargestellten Anzeigevorrichtung wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die aus einem flüssigkristallinen Werkstoff zwischen zwei Glasplatten besteht, im Übertragungsbetrieb betrieben. Die Vorrichtung wird an einer Seite mit Ultraviolettstrahlung angestrahlt, während die Vorrichtung an der Seite der Ultraviolettstrahlungsquelle ein Phosphormuster enthält. Mit diesem Muster verknüpfte Gebiete der Anzeigevorrichtung können mittels Schaltelektroden getrennt voneinander geschaltet werden.
  • Die von der Ultraviolettstrahlungsquelle ausgesandte Ultraviolettstrahlung bewirkt eine Umsetzung in den Leuchtstoffschichten in eine Farbe im sichtbaren Teil des Spektrums (beispielsweise in die Primärfarben Rot, Grün und Blau, so daß sichtbares Licht in Abhängigkeit vom Zustand des elektrooptischen Mediums zur Bildung eines (Farb-)Bildes die andere Seite der Vorrichtung erreicht.
  • Zur Verhinderung von Lichtverlust durch Emission und Streuung in der Richtung der Strahlungsquelle während dieser Umsetzung ist ein Interferenzfilter zwischen der Strahlungsquelle und den Leuchtstoffen angeordnet, das im wesentlichen die Kurzwellenstrählung vollständig durchläßt und im wesentlichen die in den Leuchtstoffen erzeugte Strahlung ganz reflektiert.
  • Ohne dieses Filter geht ein großer Teil der in den Leuchtstoffen erzeugten Lichtmenge während der Umsetzung verloren. Faktisch erfolgt die Umsetzung innerhalb einer sehr dünnen Schicht (etwa 2 bis 3 um) an der Seite der einfallenden Ultraviolettstrahlung. Da das erzeugte sichtbare Licht in allen Richtungen ausgestrahlt und also durch die Leuchtstoffe verstreut wird, verläßt ein großer Teil dieses Lichts (etwa 60 bis 70%) die Leuchtstoffschicht an der Seite der Ultraviolettstrahlungsquelle. Dies führt zu einer geringeren Helligkeit, aber außerdem kann ein Teil des in den Leuchtstoffen erzeugten Lichts durch Reflexion an mehreren Flächen (beispielsweise eine Glas/Luft-Fläche, wenn der Leuchtstoff zwischen der Ultraviolettstrahlungsquelle und dem elektrooptischen Medium auf einem Glassubstrat angeordnet ist) und dabei unter einem unvorteilhaft großen Raumwinkel oder in unerwünschten Gebieten rückgestreut werden. All dieses führt zu einem Auflösungsverlust und einer Kontrastschwächung.
  • Durch die Verwendung eines Interferenzfilters wird die zum Anregen erforderliche Strahlung, beispielsweise mit einer kennzeichnenden Wellenlänge von 254 nm (Hg-Resonanzlinie) oder in einem Wellenlängenbereich von 360 . . . 380 nm, entweder für alle Einfallswinkel oder für einen ausgewählten Winkelbereich durchgelassen. Weiter bewirkt das Filter daß in der Leuchtstoffschicht erzeugtes und in der Richtung der Strahlungsquelle ausgesandtes Licht, vom Filter für alle Einfallswinkel nahezu vollständig reflektiert wird. Im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne Interferenzfilter wird dabei ein Lichtausgangsgewinn erhalten, das um den Faktor 2 bis 3 betragen kann.
  • Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß im wesentlichen keine Reflexionen an Oberflächen erfolgen, die näher bei der Strahlungsquelle liegen, weil im wesentlichen sämtliche Strahlung in Richtung der Quelle vom Interferenzfilter reflektiert wird. Danach werden die Auflösung und der Kontrast erheblich verbessert.
  • Im Ausführungsbeispiel nach EP-A-0 267 686 werden das Interferenzfilter und die Leuchtstoffe zwischen der Strahlungsquelle und dem elektrooptischen Medium angeordnet, während das elektrooptische Medium einen Lichtschalter für die in den Leuchtstoffen erzeugte Strahlung enthält.
  • Die Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einer anderen Anordnung des Interferenzfilters in bezug auf das elektrooptische Medium und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzfilter zwischen dem elektrooptischen Medium und den Leuchtstoffen an der von der Strahlungsquelle abgewandten Seite des elektrooptischen Mediums angeordnet ist, während das elektrooptische Medium einen Schalter für die die Leuchtstoffe anregende Strahlung enthält.
  • Die Leuchtstoffe strahlen vorzugsweise sichtbares Licht aus, beispielsweise die drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, während das elektrooptische Medium im allgemeinen ein flüssigkristallines Medium sein wird, obgleich auf andere Weise elektroskopische Anzeigevorrichtungen verwendbar sind.
  • Es gibt auch mehrere Möglichkeiten für die Art des benutzten Interferenzfilters. Beispielsweise kann ein sog. gesamtdielektrisches Mehrschichtfilter mit wenigstens 20, aber vorzugsweise 30 bis 40 Schichten mit abwechselnd einem hohen und einem niedrigen Brechungsindex gewählt werden. Ein Vorteil dabei ist, daß im Filter keine Absorption auftritt, vorausgesetzt die gewählten Stoffe sind sowohl für die anregende als auch die erzeugte Strahlung transparent. Die ausgewählte Schichtzahl (wenigstens 20) gewährleistet auch ein sehr breites Reflexionsband für das ganze sichtbare Spektrum. Andererseits ist eine vorteilhafte Wahl ein metalldielektrisches Filter mit nur 3 bis 5 Schichten abwechselnd aus einer Metallschicht und einer Schicht aus dielektrischem Material.
  • Auch gibt es eine größere Wahl in Leuchtstoffen. Bei der Verwendung einer Strahlungsquelle, die auf der 254 nm Hg-Resonanzlinie basiert, ist folgende Kombination besonders vorteilhaft: - BaMg&sub2;Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7;:Eu als blauer Leuchtstoff (Höchstemission bei 450 nm); - CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;:Tb als grüner Leuchtstoff (Höchstemission bei 545 nm); - Y&sub2;O&sub3;:Eu als roter Leuchtstoff (Höchstemission bei 612 nm).
  • Die zugeordneten Emissionswellenlängen sind zufriedenstellend geeignet für die Höchstempfindlichkeit jeder der drei Farbrezeptoren des Auges; dies macht eine hervorragende Farbwiedergabe möglich. Bei der Verwendung einer Strahlungsquelle hauptsächlich mit Langwellen-Ultraviolettstrahlung (beispielsweise eine Hochdruckquecksilberlampe), sind beispielsweise ZnS:Ag (blau) (Zn,Cd)S:Cu,Al (grün) und Y&sub2;O&sub2;S:Eu (rot) besonders geeignet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
  • Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Interferenzfilter zur Verwendung in derartigen Anzeigevorrichtungen, und
  • Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Interferenzfilter zur Verwendung in derartigen Anzeigeanordnungen.
  • In Fig. 1 ist schematisch eine Anzeigevorrichtung 1 dargestellt, in diesem Ausführungsbeispiel eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem Flüssigkristall 2 als elektrooptisches Medium, das sich zwischen zwei parallelen transparenten Substraten 3 und 4 befindet, die für Ultraviolettstrahlung transparent sind. Transparente streifenförmige Elektroden 5 und 6 sind auf diesen Substraten vorgesehen, in diesem Ausführungsbeispiel Elektroden aus Zinnoxid, die eine Matrix von Schaltelementen bestimmen. Die Elektroden sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Schicht von Orientierungsmaterial 7 beispielsweise aus Siliziumoxid bedeckt.
  • Außerdem enthält die Vorrichtung ein Muster 8 aus Leuchtstoffen (Phosphoren), die entsprechend einer vorgegebenen Anordnung vorgesehen sind und in diesem Ausführungsbeispiel mit rotem, grünem und blauem Licht strahlen, wenn sie beispielsweise durch ultraviolettes Licht 9 aus einer Strahlungsquelle 10 angestrahlt werden. Die roten, grünen und blauen Leuchtstoffpunkte fallen mit den durch die Elektroden 5 und 6 bestimmten Schaltpunkten zusammen, während der Flüssigkristall 2 als Lichtschalter für das in den Leuchtstoffen erzeugte Licht dient.
  • Der Flüssigkristallwerkstoff 2 arbeitet als Ultraviolettstrahlungsschalter und das Leuchtstoffmuster 8 befindet sich an der Beobachterseite der Anzeigevorrichtung. Der Flüssigkristallwerkstoff und die Ultraviolettwellenlänge können bei ihrer Verwendung derart optimiert werden, daß maximaler Kontrast erreicht wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Flüssigkeit ROTN 3010 von der Firma Hoffmann-La Roche für den Flüssigkristallwerkstoff und wird die Wellenlänge der anregenden Strahlung 9 mit einem Wert von etwa 370 nm gewählt. Die Zellenstruktur ist derart, daß zwischen den Oberflächen der beiden Orientierungsschichten 7 eine Verdrehung des Wellenrichters von etwa 270 Grad auftritt (SBE-Zelle). Der Polarisator 11 und der Analysator 12 eignen sich für Ultraviolettstrahlung. Nach Bedarf kann eine zusätzliche Glasplatte (transparent für ultraviolettem Licht) zwischen dem Analysator 12 und dem Störfilter 14 angeordnet werden. Der Analysator 12 und das Filter 14 können auch ihre Stellen wechseln. Die Vorrichtung enthält weiter eine zusätzliche Substratschicht 13.
  • Es gibt mehrere Möglichkeiten für die Struktur des Interferenzfilters 14. Beispielsweise kann ein sog. "gesamtdielektrisches" Mehrschichtfilter verwendet werden, das eine Mindestzahl von 20 Schichten mit abwechselndem hohem und niedrigem Brechungsindex umfaßt. In Fig. 2 ist ein derartiges Filter 14 mit 30 bis 40 Schichten 21 und 22 dargestellt, wobei die Schichten 21 aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex und die Schichten 22 aus einem Material mit hohem Brechungsindex bestehen. Beispielsweise wird Magnesiumfluorid (MgF&sub2; oder Siliziumoxid (SiO&sub2;) für die Schichten 21 gewählt, und diese Werkstoffe sind für alle Wellenlängen geeignet. Für die Schichten 22 gewählte Werkstoffe sind beispielsweise Haftniumoxid (HfO&sub2;, das für alle Wellenlängen geeignet ist, oder Zirkonoxid (ZrO&sub2;, geeignet für λ > 350 nm, oder eines der Werkstoffe Titanoxid (TiO&sub2;), Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;) oder Nioboxid (Nb&sub2;O&sub5;), die sich für λ > 370 nm eignen. Ihre Auswahl ist ebenfalls von der Wahl der Strahlungsquelle 10 abhängig.
  • Auf andere Weise kann das Filter die Form eines "metalldielektrischen" Filters (siehe Fig. 3) mit 3 bis 5 Schichten haben, wobei in diesem Ausführungsbeispiel 5 Schichten abwechselnd aus einer Metallschicht 23 und eine dielektrische Schicht 24 haben. Beide Filter können mittels Elektronenstrahlaufdampftechniken hergestellt werden, während das Filter nach Fig. 4 auf andere Weise durch Kathodenzerstäubung erhältlich ist.
  • Eine Strahlungsquelle 10 wird gewählt, die Strahlung im Wellenlängenbereich von 350 . . . 390 nm aussendet, beispielsweise eine Hochdruckquecksilberlampe.
  • Als Alternative für die Strahlungsquelle 10 kann eine Ultraviolettstrahlungsquelle gewählt werden, die die 254 nm Hg-Resonanzlinie direkt aussendet (beispielsweise eine Niederdruckquecksilberlampe mit einem Quarzkolben). Obgleich bei dieser Wellenlänge der Quarz auch für die Substrate 3 und 13 gewählt werden müssen, sind bei dieser Wellenlänge besonders wirksame Leuchtstoffe für die Anzeige in Blau, Grün und Rot bekannt, wie z. B.: - BaMg&sub2;Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7;:Eu als blauer Leuchtstoff, λmax = 450 nm; - CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;:Tb als grüner Leuchtstoff, λmax = 545 nm; - Y&sub2;O&sub3;:Eu als roter Leuchtstoff, λmax = 612 nm.
  • Eine Langwellen-Ultraviolettstrahlungsquelle, wie z. B. eine Hochdruckquecksilberlampe ist alternativ als Strahlungsquelle wählbar.
  • Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, denn es sind für den versierten Fachmann mehrere Abwandlungen innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich. Beispielsweise wenn eine Strahlungsquelle mit einer längeren Wellenlänge (350 . . . 390 nm) gewählt wird, kann Normalglas statt Quarzglas gewählt werden und sind ZnS:Ag (blauer Leuchtstoff), (Zn,Cd)S:Cu,Al (grüner Leuchtstoff) und Y&sub2;O&sub2;S:Eu (roter Leuchtstoff) als Leuchtstoffe geeignet.
  • Die Leuchtstoffschicht und das Interferenzfilter können ganz an der Außenseite (Beobachterseite) angebracht werden. Zur Parallaxverhinderung muß das Ultraviolettlicht 9 dabei im wesentlichen parallel verlaufen.
  • Wie bereits erwähnt, ist eine große Auswahl in bezug auf das elektrooptische Element möglich (mehrere Typen von LCD, wie z. B. TN-LCD, SBE, HBE, FELCD, elektroskopische Anzeigen usw.).
  • Schließlich kann ein musterförmiges zweites Interferenzfilter an der anderen Seite (Beobachterseite) der Phosphorschicht angebracht werden, das mit den Leuchtstoffpunkten aufzeichnet, in der die Filterteile nur Licht unter einem sehr spitzen Raumwinkel durchlassen, und in der zusätzliche Helligkeit bei einem spitzen Winkel erhalten wird, weil die Reflexion hauptsächlich für Lichtstrahlen größer wird, die sich unter einem Winkel von mehr als 20 bis 35 Grad zur Normalen auf dem Filter erstrecken, wie zum Beispiel für Monochrom-Anzeigevorrichtungen in EP-A-0 275 601 beschrieben wurde, die gleichzeitig eingereicht wurde.
  • Eine derartige Maßnahme, in der die zuvor erwähnte räumliche Erweiterung ausgeglichen ist, kann in Datenanzeigevorrichtungen (Datengraphikanzeigen) nützlich sein.

Claims (8)

1. Anzeigevorrichtung (1) mit einem elektrooptischen Medium (2) zwischen zwei parallelen transparenten Substraten (3, 4) mit Antriebsmitteln (17) zum Beeinflussen des Transmissionszustands des elektrooptischen Mediums, wobei eines der Substrate ein Muster (8) von wenigstens zwei Leuchtstoffen umfaßt, die Anzeigevorrichtung weiter eine Strahlungsquelle (10), die sich zum Aussenden ausreichender Kurzwellenstrahlung (9) zum Anregen der Leuchtstoffe eignet, und ein Interferenzfilter (14) zwischen der Strahlungsquelle (10) und den Leuchtstoffen enthält, wobei das Filter im wesentlichen die Kurzwellenstrahlung ganz durchläßt und im wesentlichen die in den Leuchtstoffen erzeugte Strahlung ganz reflektiert, wobei das Interferenzfilter (14) zwischen dem elektrooptischen Medium (2) und den Leuchtstoffen an der von der Strahlungsquelle (12) abgewandten Seite des elektrooptischen Mediums angeordnet ist, während das elektrooptische Medium (2) einen Schalter für die die Leuchtstoffe anregende Strahlung enthält.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Medium (2) ein flüssigkristallines Material enthält.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzfilter (14) ein dielektrisches Filter mit wenigstens 20 Schichten (21, 22) mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex ist, wobei die Schichten im wesentlichen vollständig die anregende Strahlung durchlassen und im wesentlichen vollständig die in den Leuchtstoffen erzeugte Strahlung reflektieren.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (22) mit einem hohen Brechungsindex eines oder mehrerer der Werkstoffe Hafniumoxid (HfO&sub2;), Zirkonoxid (ZrO&sub2;, Titanoxid (TiO&sub2;, Tantaloxid (TaO&sub5;) oder Nioboxid (Nb&sub2;O&sub5;) enthalten, und die Schichten (21) mit niedrigem Brechungsindex eines oder mehrerer der Werkstoffe Magnesiumfluorid (MgF&sub2; oder Siliziumoxid (SiO&sub2; enthalten.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzfilter 3 bis 5 Schichten (28, 24) abwechselnd aus einer Metallschicht (23) und einer Schicht aus dielektrischem Material (24) umfaßt.
6. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10) Strahlung bei einer mittleren Wellenlänge von 254 nm aussendet, und daß eines oder mehrere der folgenden Materialien für das Leuchtstoffmuster gewählt werden. - BaMg&sub2;Al&sub1;&sub6;O&sub2;&sub7;:Eu als blauer Leuchtstoff; - CeMgAl&sub1;&sub1;O&sub1;&sub9;:Tb als grüner Leuchtstoff; - Y&sub2;O&sub3;:Eu als roter Leuchtstoff.
7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 360 . . . 380 nm aussendet.
8. Anzeigeanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein musterförmiges zweites Interferenzfilter an der anderen Seite des Leuchtstoffmusters angeordnet ist, wenn von der Strahlungsquelle aus gesehen, wobei das Muster des zweiten Interferenzfilters mit dem Leuchtstoffmuster aufzeichnet, während die Reflexion der zweiten Interferenzfilter stark ansteigt für Lichtstrahlen, die unter einem Winkel von mehr als 20 bis 35 Grad zur Normalen am Filter verlaufen.
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