DE19504421A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung.

Eine optoelektronische Anzeigevorrichtung ist eine lichtempfan­ gende Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine LCD-Vorrichtung oder eine PLZT-Vorrichtung. Die lichtempfangende Anzeigevor­ richtung besitzt eine Grundstruktur, die ein zwischen den in Längsrichtung und in Querrichtung ausgerichteten Elektroden sandwichartig angeordnetes Flüssigkristallmaterial oder opto­ elektronisches PLZT-Material umfaßt. Auf der Vorderseite ist ein Analysator und auf der Rückseite ein Polarisator angeord­ net. Um bei Verwendung einer derartigen Vorrichtung eine voll­ farbige Anzeige zu erhalten, sind auf der Rückseite eine Weiß­ lichtquelle (Hintergrundlichtquelle) und auf der Vorderseite auf jedem Bildpunkt (Pixel) Rot-, Grün- und Blau-Farbfilter angeordnet, um das optoelektronische Material anzuregen.

Die Struktur einer derartigen optoelektronischen Anzeigevor­ richtung wird im einzelnen in der beiliegenden Fig. 1 veran­ schaulicht. Bezugnehmend auf diese Figur wird von einer Hinter­ grundlichtquelle bzw. einer Hintergrundbeleuchtung 1 Weißlicht von der Rückseite emittiert, von einem Polarisator 2 wird von dem emittierten Hintergrundlicht nur Licht einer vorgeschrie­ benen Richtung ausgewählt, und von einem Analysator 6 wird das ausgewählte Licht empfangen. Zwischen dem Polarisator 2 und dem Analysator 6 ist zwischen den in Querrichtung und in Längsrich­ tung angeordneten Elektroden 3 und 5 ein optoelektronisches Material 4 sandwichartig angeordnet. Auf der Vorderseite ist auf einem Träger 10 ein Muster aus einem Farbfilter 7 ausgebil­ det. In einem anderen Grundsystem kann das Muster des Farbfil­ ters 7 zwischen der Elektrode 5 und dem Analysator 6 angeordnet sein. In diesen obengenannten Systemen kann die Anordnung des Farbfilters kritisch sein.

Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die TN (verdreht nema­ tisches)-, STN (superverdreht nematisches)- oder ferroelektri­ sches Flüssigkristall als optoelektronisches Material verwen­ det, das die Hauptstromaufnahme der Flüssigkristallanzeigevor­ richtung hervorruft, nutzt eine optoelektronische Wirkung, durch die sich die molekulare Orientierung des Flüssigkristall­ materials aufgrund eines angelegten elektrischen Feldes oder aufgrund von Wärme verändert. Da eine derartige Vorrichtung bei einer niedrigen Spannung arbeitet, nur wenig elektrische Lei­ stung verbraucht und die Abmessungen des Anzeigemusters frei wählbar sind, besitzt diese Vorrichtung einen weiten Anwen­ dungsbereich, der sowohl Flachtafelanzeigen, beispielsweise zur Verwendung in einem Flüssigkristall-Farbfernseher, als auch Laptop-Computer, digitale Anzeigevorrichtungen und Digitaluhren umfaßt.

PLZT, ein anderes optoelektronisches Material, ist ein trans­ parentes ferroelektrisches Material, das durch die allgemeine Formel (Pb_1-xLa_x) (Zr_1-yTi_y)_1-x/₄O₃ (0<x0,3, 0y1,0) dargestellt wird. Aufgrund des Zusammensetzungsverhältnisses des Materials zeigt es verschiedene elektrische und optische Eigenschaften. In jüngster Zeit wurden unter Verwendung dieses Materials For­ schungs- und Entwicklungsarbeiten an verschiedenen Anzeigevor­ richtungen (Photo-Modulatoren, Photo-Schaltern, Photo-Ver­ schlußblenden usw.) durchgeführt.

Da die obengenannten Vorrichtungen einen Polarisator verwenden, ist die Helligkeit (Luminanz) aufgrund der geringen Lichtaus­ beute gering. Da das von der Hintergrundlicht, d. h. dem Weiß­ licht, ausgesandte Licht durch das PLZT- oder Flüssigkristall­ material, die Elektroden, den Polarisator und einen Farbfilter gehen sollte, wird weiterhin die Lichtintensität, verglichen mit dem ursprünglich emittierten Weißlicht, beträchtlich ver­ mindert. Da die LC- oder PLZT-Verschlußblende den Ausbreitungs­ winkel des Hintergrundlichts einschränkt, ergibt das durch ei­ nen Lichtverschlußblende geschickte Licht nur einen sehr engen Sichtwinkel.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anzeige­ vorrichtung bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine opto­ elektronische Anzeigevorrichtung bereitgestellt werden, die einen breiteren Sichtwinkel und eine größere Helligkeit auf­ weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrich­ tung gelöst, die folgende Bestandteile aufweist:
eine Hintergrundlichtquelle, deren Hauptemissionspeak im Bereich von 380-420 nm liegt;
einen Polarisator zur Selektion von Licht einer vorge­ schriebenen Richtung aus dem von der Hintergrundlichtquel­ le emittierten Licht;
einen Analysator zum Empfangen des selektierten Lichts;
ein zwischen dem Polarisator und dem Analysator angeord­ netes Elektrodenpaar;
ein zwischen dem Elektrodenpaar angeordnetes optoelektro­ nisches Material; und
eine Leuchtstoff-Schicht mit phosphoreszierenden Stoffen, die durch Licht aus der Hintergrundlichtquelle anregbar sind.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung verwendet phosphores­ zierende Stoffe (Phosphore), die anstelle des in einer herkömm­ lichen optoelektronischen Vorrichtung verwendeten Farbfilters durch Photoenergie aus dem tiefblauen Bereich des Lichts anreg­ bar sind; weiterhin wird erfindungsgemäß anstelle des weißen Hintergrundlichts eine Lichtquelle verwendet, die Licht im tiefblauen Bereich emittiert. Die erfindungsgemäße Anzeigevor­ richtung weist durch die Verwendung einer tiefblaues Licht emittierenden Hintergrundlichtquelle und einer durch die Lichtquelle angeregten Schicht mit phosphoreszierenden Stoffen einen weiten Sichtwinkel und eine verbesserte Helligkeit auf.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beilie­ genden Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrich­ tung aus dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;

Fig. 3 ein Emissionsspektrum eines ein tiefblaues Licht emittierenden phosphoreszierenden Stoffes, nämlich SrMgP₂O₇:Eu bei Anregung durch ein Licht mit einer Wellenlänge von 254 nm;

Fig. 4 ein Emissionsspektrum eines ein blaues Licht emittie­ renden phosphoreszierenden Stoffes, nämlich Sr₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu bei Anregung durch ein Licht mit einer Wellenlänge von 254 nm;

Fig. 5 ein Emissionsspektrum eines ein grünes Licht emittie­ renden phosphoreszierenden Stoffes, nämlich SrGa₂S₄:Eu bei Anregung durch ein Licht mit einer Wellenlänge von 394 nm;

Fig. 6 ein Emissionsspektrum eines ein rotes Licht emittie­ renden phosphoreszierenden Stoffes, nämlich 3,5MgO·0,5MgF₂·GeO₂:Mn bei Anregung durch ein Licht mit einer Wellenlänge von 394 nm.

Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Hintergrundlichtquelle han­ delt es sich um eine Lichtquelle, die wenigstens einen ein tie­ fes Blau emittierenden phosphoreszierenden Stoff aus der Gruppe von SrP₂O₇:Eu (420 nm), SrMgP₂O₇:Eu (394 nm), Sr₃(PO₄)₂:Eu (408 nm), (Sr,Ba)Al₂Si₂O₈:Eu (400 nm), Y₂Si₂O₇:Ce (385 nm), ZnGa₂O₄:Li,Ti (380 nm), YTaO₄:Nb (400 nm), CaWO₄ (410 nm), BaFX:Eu (wobei X ein Halogen bedeutet, 380 nm), (Sr,Ca)O·2B₂O₃:Eu (380-450 nm), SrAl₁₂O₁₄:Eu (400 nm) und Y₂SiO₅:Ce (400 nm) umfaßt. Die Zahlen in Klammern entsprechen der Wellenlänge des Hauptpeaks einer jeden Verbindung.

Für das zu den obengenannten phosphoreszierenden Stoffen gehö­ rende SrMgP₂o₇:Eu ist in der Fig. 3 ein Emisionsspektrum ange­ geben, wenn der Stoff durch ultraviolettes Licht von 254 nm angeregt wird.

Der bevorzugte phosphoreszierende Stoff umfaßt wenigstens einen blau-emittierenden phosphoreszierenden Stoff aus der Gruppe von Sr₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺ (447 nm), (Sr_0,9Ca_0,1)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu (452 nm), BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu (450 nm), Ba_3-xSr_xMgSi₂O₈:Eu (x ist 0∼, 440∼460 nm), Ba₅SiO₄Cl₆:Eu (440 nm), ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Al, ZnS:Ag und ZnS:Ag,Ga; wenigstens einen grün-emittierenden phosphoreszie­ renden Stoff aus der Gruppe von SrAl₂O₄:Eu (520 nm), SrGa₂S₄:Eu (518 nm), Ca₃SiO₄Cl₂:Eu (510 nm), Ba_2-xSr_xSiO₄:Eu²+ (x ist 0∼2, 505∼575 nm), Y₃Al₅O₁₂:Ce (540 nm), BaZrO₃:Eu, ZnS:Cu, ZnS:Cu,Al und ZnS:Cu,Au,Al; und wenigstens einen rot-emittierenden pho­ sphoreszierenden Stoff aus der Gruppe von 6MgO·As₂O₅:Mn (655 nm), 3,5MgO·0,5MgF₂·GeO₂:Mn (655 nm), Na₅Eu(W_1-xMo_xO₄)₄ (x ist 0∼1), K₅Eu(W_1-xMO_xO₄)₄ (x ist 0∼1), SrY₂S₄:Eu, SrY₂S₄:Mn und Y₂O₂5:Eu, NaGd_1-xEu_xTiO₄ (x ist 0∼1). Hier entsprechen die Zahlen in Klammern der Wellenlänge des Hauptemissionspeaks einer jeden Verbindung bei Anregung mit einem tiefblauen Hintergrundlicht.

In den Fig. 4-6 sind Emissionsspektren von blau (Sr₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu)-, grün (SrGa₂S₄:Eu)- und rot (3,5MgO·0,5MgF₂ GeO₂:Mn)-emittierenden, zu den obengenannten Phosphoren gehö­ renden phosphoreszierenden Verbindungen bei Anregung durch ein tiefblaues Licht einer Wellenlänge von 394 nm dargestellt. Eine geeignete Auswahl unter den blauen, grünen und roten phospho­ reszierenden Stoffen wird eine Farbanzeigevorrichtung mit guten Eigenschaften ergeben.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung ist bevorzugt weiterhin mit einem das Hintergrundlicht durchlassenden Spiegel zur Re­ flexion des von den phosphoreszierenden Stoffen in alle Rich­ tungen emittierten Lichts nach vorne durch die Vorrichtung ge­ richtet ausgestattet, um die Emissionseffizienz zu verbessern. Dieser Spiegel läßt das Hintergrundlicht hindurch, während das von den phosphoreszierenden Stoffen emittierte Licht reflek­ tiert wird.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung verwendet als Hinter­ grundlichtquelle Licht aus dem tiefblauen Bereich des Lichts anstelle von Weißlicht und anstelle eines Farbfilters durch das Licht aus dem tiefblauen Bereich angeregt werdende phosphores­ zierende Stoffe, um den Sichtwinkel und die Helligkeit stark zu verbessern. Das durch die herkömmliche optoelektronische Vor­ richtung mit dem Farbfilter tretende Licht wird geradlinig übertragen, während das von den erfindungsgemäß verwendeten phosphoreszierenden Stoffen emittierte Licht omnidirektionale Emissionseigenschaften aufweist, wodurch der Sichtwinkel ver­ bessert wird. Da das Hintergrundlicht nicht durch einen Farb­ filter tritt, ist weiterhin die vom Farbfilter bewirkte Höhe der Lichtabschwächung verringerbar, was zu einer Nettoerhöhung der Helligkeit führt.

Als erfindungsgemäße Hintergrundlichtquelle wird Licht aus dem tiefblauen Bereich des Spektrums ausgewählt, wobei der Flüssigkristall in einer LCD-Vorrichtung vom Ultraviolettlicht chemisch verändert wird, das Ultraviolettlicht die PLZT-Vor­ richtung nicht durchdringt und die Intensität des durchgelasse­ nen Lichts abgeschwächt wird, wenn eine Nah-Ultraviolettlampe verwendet wird.

Die erfindungsgemäß verwendete Hintergrundlichtquelle emittiert Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 380-420 nm. Falls die Wellenlänge unter 380 nm liegt und es sich bei dem opto­ elektronischen Material um einen Flüssigkristall handelt, wird das Flüssigkristallmaterial abgebaut. Falls die Wellenlänge unter 380 nm liegt und eine PLZT-Vorrichtung verwendet wird, wird zwischenzeitlich ein Abschneiden des Ultraviolettlichts induziert, so daß die Lichtintensität zur Anregung der phospho­ reszierenden Stoffe auf der Vorderseite zu schwach ist. Ande­ rerseits wird, falls die Wellenlänge über 420 nm liegt, der Farbwiedergabebereich zu eng.

Der phosphoreszierende Stoff kann in der erfindungsgemäßen An­ zeigevorrichtung unter Verwendung eines Verfahrens eingesetzt werden, das dem bei der Bildung einer phosphoreszierenden Schicht bei der herkömmlichen CRT gleicht.

Dies bedeutet, daß zur Absorption des Außenlichts eine schwarze Matrixmusterschicht bereitgestellt und zwischen den schwarzen Matrixmustern eine phosphoreszierende Schicht ausgebildet wird, die Licht einer jeden Farbe durch das Hintergrundlicht emit­ tiert. Im vorliegenden Fall wird die schwarze Matrix in Form einer lichtabsorbierenden Graphitschicht durch ein Photoresist­ verfahren ausgebildet. Zunächst wird durch Waschen der Innen­ seite eines Trägers, Aufbringen einer Photoresistbeschichtung mit einem Polyvinylalkohol, Natriumdichromat, einem Polymer aus Propylenoxid und Ethylenoxid, einer Acrylemulsion und reinem Wasser auf die Innenfläche des Trägers, Trocknung und Ausbil­ dung des beschichteten Trägers ein Photoresistmuster aufge­ bracht. Graphit wird auf die Oberfläche des Trägers, auf der das Photoresistmuster ausgebildet ist, aufgebracht, und sie wird unter Verwendung von Wasserstoffperoxid geätzt, um die Photoresistschicht zu entfernen und hierdurch die schwarze Ma­ trixschicht auszubilden. Anschließend wird auf die Oberfläche der schwarzen Matrixschicht eine Aufschlämmung mit dem phospho­ reszierenden Stoff mit phosphoreszierenden Stoffteilchen eines ersten Typs, von reinem Wasser und Polyvinylalkohol aufge­ bracht, getrocknet, exponiert, entwickelt, gewaschen und ge­ trocknet, um eine erste phosphoreszierende Schicht zu bilden. Eine zweite phosphoreszierende Schicht und eine dritte phospho­ reszierende Schicht werden anschließend nach dem gleichen Ver­ fahren ausgebildet, um eine phosphoreszierende Schicht mit drei farbemittierenden phosphoreszierenden Stoffen auszubilden.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäß bevorzugten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung. Ein Hintergrundlicht 1′ auf der Rückseite (auf der linken Seite der Zeichnung) emittiert Licht aus dem tiefblauen Bereich, ein Polarisator 2 selektiert aus dem Hintergrundlicht nur Licht mit einer vorgeschriebenen Richtung, und ein Analysator 6 empfängt das selektierte Licht. Weiterhin sind zwischen dem Polarisator 2 und dem Analysator 6 eine in Querrichtung angeordnete Elek­ trode 3, ein optoelektronisches Material 4 und in Längsrichtung angeordnete Elektroden 5 angeordnet. Auf der Vorderseite (der rechten Seite der Zeichnung) sind ein phosphoreszierendes Mu­ ster 8 und eine schwarze Schicht 9 auf dem Träger 10, bei­ spielsweise einem Glas, ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung weist im Gegensatz zum Farbfilter einer herkömmlichen Vorrichtung eine jede Farbe emittierende phosphoreszierende Schicht auf. Das vom Hinter­ grundlicht emittierte und durch den Polarisator tretende Licht tritt durch das optoelektronische Material in Abhängigkeit da­ von, ob an das transparente Elektrodenpaar eine Spannung ange­ legt wird oder nicht, auf verschiedenen Wegen hindurch. Das hindurchtretende Licht wird entweder hindurchgelassen oder vom Analysator abgeschnitten. Das hindurchgelassene Licht regt den vorgegebenen phosphoreszierenden Stoff auf der phosphoreszie­ renden Schicht an, und der angeregte phosphoreszierende Stoff emittiert Licht der entsprechenden Wellenlänge in alle Richtun­ gen.

Da die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung wie oben gezeigt durch die Verwendung der phosphoreszierenden Stoffe zur omnidi­ rektionalen Emission farbigen Lichts und einer Lichtquelle zur Anregung des phosphoreszierenden Stoff jede Farbe wiedergibt, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vergleich zu her­ kömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Anzeigevorrich­ tungen einen verbesserten Sichtwinkel und eine erhöhte Hellig­ keit auf.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann anstelle einer optoelektronischen Anzeigevorrichtung, beispielsweise einer LCD-Vorrichtung vom STN- oder vom TFT-Typ, einer FLCD- oder PLZT-Vorrichtung, eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Anzeigevorrichtung, die die nachfolgenden Bestandteile aufweist: eine Hintergrundlichtquelle, deren Hauptemissionspeak im Bereich von 380-420 nm liegt;
einen Polarisator zur Selektion von Licht einer vorge­ schriebenen Richtung aus dem von der Hintergrundlichtquel­ le emittierten Licht;
einen Analysator zum Empfangen des selektierten Lichts;
ein zwischen dem Polarisator und dem Analysator angeord­ netes Elektrodenpaar;
ein zwischen dem Elektrodenpaar angeordnetes optoelektro­ nisches Material; und
eine Leuchtstoff-Schicht mit phosphoreszierenden Stoffen, die durch Licht aus der Hintergrundlichtquelle anregbar sind.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintergrundlichtquelle wenigstens ein Material aus der Gruppe von SrP₂O₇:Eu, SrMgP₂O₇:Eu, Sr₃(PO₄)₂:Eu, (Sr, Ba )Al₂Si₂O₈: Eu, Y₂Si₂O₇ : Ce, ZnGa₂O₄: Li, Ti, YTaO₄ : Nb, CaWO₄, BaFX:Eu (wobei X ein Halogen bedeutet), (Sr,Ca)O·2B₂O₃:Eu, SrAl₁₂O₁₄:Eu und Y₂SiO₅:Ce aufweist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phosphoreszierenden Stoffe wenigstens einen blau- emittierenden phosphoreszierenden Stoff aus der Gruppe von Sr₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺, (Sr_0.9Ca_0.1)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu, BaMg₂Al₁₆O₂₇: Eu, Ba_3-xSr_xMgSi₂O₈: Eu (x ist 0∼3), Ba₅SiO₄Cl₆: Eu, ZnS:Ag,Cl, ZnS:Ag,Al, ZnS:Ag und ZnS:Ag,Ga; wenigstens einen grün-emittierenden phosphoreszierenden Stoff aus der Gruppe von SrAl₂O₄: Eu, SrGa₂S₄: Eu, Ca₃SiO₄Cl₂: Eu, Ba_2-xSr_xSiO₄: Eu (x ist 0∼2), BaZrO₃: Eu²⁺, Y₃Al₅O₁₂ : Ce, ZnS:Cu, ZnS:Cu,Al und ZnS:Cu,Au,Al; und wenigstens einen rot-emittierenden phosphoreszierenden Stoff aus der Gruppe von 6MgO·As₂O₅:Mn, 3,5MgO·0,5MgF₂·GeO₂:Mn, SrY₂S₄:Eu, Na₅Eu(W_1-xMo_xO₄)₄ (x ist 0∼1), K₅Eu(W_1-xMO_xO₄)₄ (x ist 0∼1), SrY₂S₄:Mn, Y₂O₂5: Eu, NaGd_1-xEu_xTiO₄ (x ist 0∼1) aufweisen.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit den phosphoreszierenden Stoffen Muster aus rot, grün und blau emittierenden phosphoreszierenden Stoffen und eine schwarze Matrixschicht, bevorzugt aus Kohleschwarz, zwischen den Mustern phosphoreszierender Stoffe aufweist.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Material aus der Gruppe von Flüssigkristallmaterial und PLZT ausgewählt wird.