CN1014360B - 显示装置 - Google Patents
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Abstract
在一种受激发而进入透射状态并且基于各(LCD)转换元件与荧光图案(8)的组合的显示装置(LCD)(/)中〔该图案(8)是用例如紫外光源(10)来激发的〕，通过在射线源(10)和荧光层(8)之间设置一个干涉滤光片(14)的方法，显著地增加了光线输出量。
Description
本发明涉及一种显示装置，它包括在两块平行的透明基片之间的电光媒质，该基片具有用于影响该电光媒质的透射状态的激励装置，所述两块基片之一具有至少由两种发光材料构成的图案，所述显示装置包括一个适合于发射波长足够短的射线以激发所述发光材料的射线源。
所述各种显示装置用于例如彩色电视或者各种计算机系统中为数据显示目的的彩色监视器，以及用于例如各种仪表控制板中的各种显示装置等。
英国专利第2，154，355号说明书中描述了开头一段中提到的那种显示装置。在该说明书所说明的装置中，由两块玻璃板之间的液晶材料所构成的液晶显示装置受激励而进入透射状态。该装置是用在其一侧的紫外（UV）线曝光的，而在该紫外线光源一侧的所述玻璃板涂有用荧光粉构成的图案。可借助各开关电极对与该图案相关的各区域分别地进行开关控制。
由紫外光源发射的紫外线在各发光层中变换成光谱中可见光部分的彩色（例如，变换成红、绿和兰各基色），从而可见光以随电光媒质的状态而定的方式射到该装置的另一侧面，形成一种（彩色）图象。
但是，在这种变换中损失了在荧光粉中所产生的大部分光线。
实际上，该变换是在入射紫外线的所述侧面上一层很薄的薄层（大约2至3微米）中进行的。因为所产生的可见光是向四面八方发射的、并且还受到荧光粉的散射，所以其大部分（约60%至70%）离开在紫外光源一侧的荧光层。这当然导致亮度降低，并且在荧光粉中产生的一部分光线可经由从各种表面（例如当紫外光源和电光媒质之间的发光材料被设置在玻璃基片上时的玻璃-空气表面）的反射、然后又以不适宜的大空间角而反向散射或者散射或者在一些不希望的区域里反向散射。所有这些，将导致降低分辨率和减小对比度。
本发明的目的是要提供一种至少基本上消除了所述各种缺陷的显示装置。这是基于这样的认识，即值得注意的是，可以基本上避免由于在射线源方向上的发射和散射而造成的光线的损失。
为此目的，根据本发明的显示装置的特征在于：在射线源和各发光材料之间设置一种干涉滤光片，以便使该滤光片基本上完全透射短波长的射线、并且基本上完全反射各发光材料中所产生的射线。
通过采用这样的干涉滤光片，可以使用于激发所需的射线〔例如254毫微米特征波长（汞的共振谱线）或360-380毫微米波长范围的射线〕能在所有入射角通过、或者在所选择的角度范围内通过。此外，该滤光片的存在使荧光层中产生的、并且沿射线源方向射出的光线在所有入射角方向上被该滤光片基本上全部反射回去。于是，相对于无干涉滤光片的装置时的输出而言，就可获得光线输出增益（可能是2至3倍）。
另一个优点是：基本上不存在以设置在射线源附近的各表面为背景的各种反射，因为在该射线源方向上的所有射线基本上都被该滤光片反射回去。因此，显著地改善了分辨率和对比度。
的确，由于该干涉滤光片上以及荧光层中的各种反射的结果，象点出现小的空间扩展（约10-20微米），但是相对于各象点的通常尺寸，这种扩展是细小的。此外，用这种方法部分地消除了各象点之间的可能的空间间隔（这种间隔可能带来麻烦）。
根据本发明的显示装置的第一实施例的特征在于：在所述射线源和所述电光媒质之间设置所述干涉滤光片和各种发光材料，同时，该电光媒质包括一种用于控制发光材料中所产生的射线的光学转换装置。
所述荧光粉最好是发射可见光、例如红、绿和兰三基色，而电光媒质通常是一种液晶媒质、虽然也可以用各种验电式显示器来代替。
第二实施例的特征在于：所述干涉滤光片安置在所述电光媒质和所述各种发光材料之间（在所述电光媒质的远离射线源的一侧），而所述电光媒质包括一种用于控制激发发光材料的射线的转换装置。
关于所采用的干涉滤光片的种类，还有各种可能性。例如，可以选择一种所谓全电介质多层滤光片，这种滤光片包括至少20层（最好是30至40层）具有高、低交替的折射率的薄层。这种滤光片的优点是：只要选择所述材料使其对激发射线和所产生的光线都是透明的、那么在该滤光片中就不发生对光的吸收作用。所选择的层数（至少20）还保证了用于整个可见光谱的非常宽的反射带宽。从另一方面来说，一种有益的方案是选择一种金属-电介质滤光片、它只包括3至5层具有交替的金属层和电介质层的薄层。
对于荧光粉来说，也有各种可能的选择。当使用以254毫微米汞谐振谱线为基本谱线的射线源时，下列组合物是非常令人满意
的：
-用BaMg2Al16O27与Eu的组合物作为兰光荧光粉（峰值发射波长为450毫微米），
-用CeMgAl11O19和Tb的组合物作为绿光荧光粉（峰值发射波长为545毫微米），
-用Y2O3和Eu的组合物作为红光荧光粉（峰值发射波长为612毫微米）。
各相关的发射波长令人满意地适合于人眼各三基色受体中每一种的最高灵敏度，这就使突出的彩色重显成为可能。如果使用一种主要具有长波紫外线的射线源（例如高压汞灯），则下列组合物是非常合适的：ZnS和Ag的组合物（兰光）、（Zn，Cd）S和Cu，Al的组合物（绿光）以及Y2O2S和Eu的组合物（红光）。
下面将参照附图举例详细描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的显示装置的第一实施例的简略横截面图;
图2是根据本发明的显示装置的第二实施例的简略横截面图;
图3是用于这些显示装置的一种干涉滤光片的简略横截面图;以及
图4是用于这些显示装置中的第二种干涉滤光片的简略横截面图。
图1图示表示显示装置1，在本实施例中，液晶显示装置具有作为电光媒质的液晶2，该煤质存在于例如由玻璃构成的两个平行透明基片3和4之间。在这些基片上形成透明的条形电极5和6，在本实施例中是用氧化锡构成各电极的，这些电极限定了由各
转换元件构成的矩阵的界限。在本实施例中，各电极涂有例如由氧化硅构成的定向材料7的薄层。
此外，该装置包括由各种发光材料构成的图案8，这些发光材料按照给定的排列方式设置，并且在本实施例中当它们受到来自射线源10的例如紫外光9的照射时就辐射红、绿和兰光。所述各红色、绿色和兰色荧光点与由各电极5和6限定的转换点重量合，而液晶2起光学转换装置的作用、它可对荧光粉中所产生的光线进行转换控制。在相关的实施例中，该装置还包括用于可见光的偏光镜11和分析器12。该装置还包括由对紫外透明的材料、例如石英构成的基片13。
根据本发明，干涉滤光片14（它对紫外光9基本上是完全透明的、并且对荧光粉中产生的光线基本上产生全反射）是设置在射线源10和荧光粉图案8之间的。由此，可达到以下目的：通过该滤光片14反射荧光层8中所产生的光线（否则，这些光线将会从滤光片14一侧离开荧光层8），并由此对所述总的光输出做出贡献。和没有设置干涉滤光片14的情况相比，用这种方法得到了较强的亮度（2至3倍）。
因为该滤光片对于荧光层8中产生的光线基本上产生全反射，所以避免了在位于荧光层8和射线源10之间的各表面上的各种不希望的反射，因此这种显示装置的分辨率和对比度就得到显著的改善。
的确，由于红光、绿光和兰光从干涉滤光片14反射的结果，在荧光层8中发生受激发的矩阵点的空间扩展，但是这种扩展通常是可以忽略的（10至20微米）。此外，这种空间扩展有时可能
有积极的效果，因为此时空间上完全分离的各彩色区域对人眼视线来说基本上是相切的（甚至彼此有轻微程度的重叠），大多数观察者对这种现象感到舒适。
对于液晶材料8，可以选择各种类型的材料。例如，可以采用各种所谓扭曲向列型材料，也可以采用基于双折射工作原理的各种材料〔例如欧洲专利0，131，216中（为270°扭曲）或者联邦德国专利34，31，871中（为180°扭曲）中所描述的〕或者采用各种铁电体液晶材料。
另一方面，本发明也可以用于其他各种受激发而处在透射状态的电光显示装置、例如各种（干式的）验电式显示器。
图2表示根据本发明的装置的另一个实施例。所述液晶材料2起紫外线转换装置的作用，而所述荧光图案8是出现在该装置的观察侧面上的。可以通过使所述液晶材料和所采用的紫外光波长最佳化的方法来获得最大对比度。在相关的实施例中，关于所述液晶材料，可选用由Messrs.Hoffman-Laroche提供的液态ROTN3010，而激励射线9的波长是大约370毫微米。所述晶胞结构使得在两个定向层7的表面之间发生大约270°的指向矢扭曲（SBE晶胞）。此外，图1和图2中相同的各标号表示相同的各元件。应当指出，现在偏光镜11和分析器12是适合于紫外线的，同时基片3和4对紫外光也是透明的。如果需要的话，可以在分析器12和干涉滤光片14之间设置一块附加的（对紫外光透明的）玻璃板。分析器12和滤光片14也可以交换位置。
关于干涉滤光片14的结构，存在各种可能性。例如可以采用所谓“全电介质”多层滤光片，该滤光片包括至少20层，这些层
交替地具有高的和低的折射率。图3表示这样一种滤光片14，它包括30至40层层21和层22，各层21由具有低折射率的材料构成、而各层22由具有高折射率的材料构成。例如，对于层21可选择氟化镁（MgF2）或氧化硅（SiO2），这些材料可适合于所有波长。对于层22，可以选择的材料有例如适合于所有波长的氧化铪（HfO2）、或者适合于λ＞350毫微米的氧化锆（ZrO2）、或者适合于λ＞370毫微米的材料氧化钛（TiO2）、氧化钽（Ta2O5）和氧化铌（Nb2O5）中的一种。这些材料的选择还依赖于射线源10的选择。
另一种方法是：该滤光片可以是一种由3至5层构成的“金属一电介质”滤光片的形式（见图4），在本实施例中，这5层交替地含有金属层23和电介质层24。两滤光片都可以用各种电子束气相淀积技术来制造，而图4的滤光片还可以用阴极真空喷镀的方法来获得。
在所述第一实施例中，射线源10是一种紫外光源，它直接发射254毫微米的汞谐振线谱（例如，一种具有石英管壳的低压汞灯）。虽然在此波长下还必须选择石英用于作基片3和13，但是已经知道一些在此波长下用于显示兰光、绿光和红光的非常有效的荧光粉、例如：
-BaMg2Al16O27和Eu的组合物、作为兰光荧光粉、λmax＝450毫微米;
-CeMgAl11O19和Tb的组合物、作为绿光荧光粉、λmax＝545毫微米;
-Y2O3和Eu的组合物、作为红光荧光粉，λmax＝
612毫微米。
在本实施例中，还可以选择例如高压汞灯的长波紫外光源作为射线源。
为所述第二实施例选择了一种发射具有350至390毫微米波长范围的射线的射线源、例如一种高压汞灯。
当然，本发明不限于所涉及的各实施例，对于本专业的技术人员来说，在本发明范围内作出若干种变化是可能的。例如，当选用具有较长波长（350至390毫微米）的射线源时，对于第一实施例可选用普通玻璃代替石英玻璃，并且下列组合物适合于作为荧光粉：ZnS和Ag的组合物（兰光荧光粉），（Zn，Cd）S和Cu、Al的组合物（绿光荧光粉）以及Y2O2S和Eu的组合物（红光荧光粉）。
在第二实施例中，可以把所述荧光层和所述干涉滤光片完全设置在外侧壁上（观察侧壁上）。为了避免视差，此时紫外光9必须是基本上平行的。
如上所述，对于所述电光元件的广泛选择也是可能的（即：各种类型的液晶显示，例如扭曲向列型液晶显示、SBE、HBE、场效应液晶显示、各种验电式显示等）。
最后，可以在荧光层的另一侧（观察侧）上设置一个与所述各荧光点对齐的图案形的第二干涉滤光片，在这种情况下各滤光片部分仅让处于小空间角范围内的光线通过，并且在该小角度范围内可获得附加的亮度，这是因为对于在大于20°至35°（相对于该滤光片上的法线而言）的角度范围内传播的光线来说，反射大大增加了，例如在同时提交的申请PHN11.999中对于各种单色
显示装置已作的描述那样。
对于前面提到的空间扩展进行补偿的步骤在各种数据显示装置（各种数据图形显示装置）中可能是有用的。
Claims (10)
1、一种包括两块平行的透明基片之间的电光媒质的显示装置，该基片具有用于影响电光媒质透射状态的激发装置，所述基片之一具有由至少两种荧光材料构成的图案，所述显示装置包括一个射线源，该射线源适合于发射波长短到足以激发各荧光材料的射线，其特征在于：
在射线源和各荧光材料之间设置一块干涉滤光片，该滤光片基本上完全通过所述短波射线、并且基本上完全反射在各荧光材料中所产生的射线。
2、如权利要求1中所要求的显示装置，其特征在于：
所述干涉滤光片和所述各种荧光材料被设置在所述射线源和所述电光媒质之间，同时，所述电光媒质包括一种用于控制在所述各荧光材料中所产生的射线的光学转换装置。
3、如权利要求1中所要求的显示装置，其特征在于：
所述干涉滤光片被设置在所述电光媒质和所述各荧光材料之间、并且在电光媒质的远离所述射线源的一侧，同时，所述电光媒质包括一种用于控制激发荧光材料的射线的转换装置。
4、如权利要求1所要求的显示装置，其特征在于：所述电光媒质包括一种液晶材料。
5、如权利要求1所要求的显示装置，其特征在于：所述干涉滤光片是一种电介质滤光片：它包括至少20层交替地具有高的和低的折射率的电介质层，所述各层基本上可完全通过所述激发射线、并且基本上可完全反射各荧光材料中所产生的射线。
6、如权利要求5中所要求的显示装置，其特征在于：
-具有高折射率的各层由下列各材料中的一种或几种构成：氧化铪（HfO2）、氧化锆（ZrO2）、氧化钛（TiO2）、氧化钽（Ta2O5）或氧化铌（Nb2O5），
-具有低折射率的各层由下列各材料中的一种或几种构成：氟化镁（MgF2）或氧化硅（SiO2）。
7、如权利要求1至5中任一项所要求的显示装置，其特征在于：所述干涉滤光片包括3至5层、这些层交替地是金属层和电介质材料层。
8、如权利要求1至5中任一项所要求的显示装置，其特征在于：
-所述射线源发射具有254毫微米中心波长的射线，
-选择下列各材料中的一种或多种材料构成荧光粉图案：
BaMg2Al16O27和Eu的组合物，作为兰光荧光粉，
CeMgAl11O19和Tb的组合物，作为绿光荧光粉，
Y2O3和Eu的组合物，作为红光荧光粉，
9、如权利要求1至5中任一项所要求的显示装置，其特征在于：所述射线源可发射360至380毫微米波长范围内的射线。
10、如权利要求1至5中任一项的显示装置，其特征在于：在由荧光材料构成的图案的另一侧上、设置一个图案形的第二干涉滤光片，同时，对于扩散在相对于所述滤光片法线的、大于20°至35°的角度范围内的光线来说、反射大大地增强。
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