DE3546005C2

DE3546005C2 -

Info

Publication number: DE3546005C2
Application number: DE3546005A
Authority: DE
Inventors: Takamichi Kanagawa Jp Enomoto; Wasaburo Yokohama Kanagawa Jp Ohta; Sumio Funabashi Chiba Jp Kamoi; Kiyohiro Yokohama Kanagawa Jp Uehara; Fuyuhiko Wako Saitama Jp Matsumoto
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1992-04-30
Also published as: GB8531601D0; GB2170940A; US4793691A; DE3546005A1; GB2170940B

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtung, in der eine Flüssigkristalleinheit als Lichtschaltelement verwendet wird.

Üblicherweise werden für Farbanzeigevorrichtungen Kathodenstrahlröhren verwendet, die vielfach bei Fernsehbildschirmen, Büroautomations-Bauteilen und anderen Anzeigevorrichtungen eingesetzt werden. Die Kathodenstrahlröhren gehören zum Typ der Vakuumröhren mit großer konischer Form. Die mit Kathodenstrahlröhren betriebenen Farbanzeigevorrichtungen müssen daher von einer Hochspannungsquelle versorgt werden, erfordern einen komplexen Steuerkreis und sind insgesamt sehr groß, d. h. nicht beliebig miniaturisierbar.

In jüngerer Zeit wurden plattenförmige Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen entwickelt, die die Herstellung von tragbaren Flüssigkristall-Farbfernsehempfängern ermöglichten. Wie in der US-PS 38 40 695 und der japanischen Zeitschrift "Nikkei Electronics", 1984, Bd. 9-10, S. 211 bis 240 beschrieben ist, umfassen solche tragbaren Flüssigkristall-Farbfernsehempfänger eine Flüssigkristallplatte aus einer Glasplatte mit roten, grünen und blauen Filtern, die jeweils einem Bildelement (Pixel) zugeordnet sind, eine weitere lichtdurchlässige Platte mit einer darauf angeordneten Reihe von Dünnschichttransistoren, ein zwischen den Platten dicht eingeschlossenes verdrilltes nematisches (TN) Flüssigkristallmaterial, ein die Platten sandwichartig umgebendes Paar von Polarisatoren sowie eine hinter der Flüssigkristallplatte angeordnete Lichtquelle. Lichtdurchlässige Pixel-Elektroden sind jeweils mit den Pixel-Farbfilterelementen ausgerichtet. Beim Ansteuern der Dünnschichttransistoren werden Signalspannungen an die Pixel- Elektroden angelegt, um das Durchlassen und Abschalten des Lichts zu steuern.

Obwohl die bekannte Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung mit flachem Profil herstellbar ist, weist sie den Nachteil auf, daß die Farberzeugung und -reproduzierbarkeit infolge der Verwendung des optischen Filters ungenügend sind und die angezeigten Bilder einen schlechten Kontrast aufweisen und nicht gut gesehen werden können.

Bei den bekannten Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtungen, die eine Glasplatte oder ein Siliciumsubstrat aufweisen, müssen die Pixel-Farbfilterelemente auf der Innenoberfläche der Platte oder des Substrats ausgebildet werden, da bei Vorsehen der Farbfilterelemente auf der Außenoberfläche der Platte oder des Substrats in entsprechender Beziehung zu den lichtdurchlässigen Pixel-Elektroden auf der Innenoberfläche eine Farbverschiebung aufgrund der Dicke der Platte bzw. des Substrats hervorgerufen würde. Ein erstes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung besteht darin, zunächst die Farbfilterelemente auf der Innenoberfläche der Platte oder des Substrats auszubilden und dann einen ITO-Film auf die Farbfilter aufzubringen, der die lichtdurchlässigen Pixel-Elektroden trägt. Nach einem anderen Verfahren werden die lichtdurchlässigen Pixel- Elektroden auf der Platte bzw. dem Substrat ausgebildet, worauf man die Farbfilterelemente auf den lichtdurchlässigen Pixel-Elektroden erzeugt. Diese Methoden haben jedoch verschiedene Nachteile. Die Farbfilterelemente werden durch Färben oder galvanisch hergestellt. Um eine bessere Farbreproduktion der Farbanzeige zu erzielen, wird die Dicke der Filterschicht vorzugsweise auf einige bis 10 µm erhöht. Wenn das Farbfilter direkt auf der Innenoberfläche der Platte oder des Substrats ausgebildet wird, ermöglicht die erhöhte Dicke des Farbfilters keine glatte Oberfläche der Filterschicht, wenn ein transparenter, elektrisch leitender Film auf dem Farbfilter erzeugt werden soll. Wenn die Farbfilterelemente auf die lichtdurchlässigen Pixel- Elektroden aufgebracht werden, erhöht sich die zum Ansteuern des Flüssigkristalls erforderliche Schwellenspannung, da das Farbfilter eine Isolierschicht darstellt. Die Dicke des Farbfilters muß deshalb reduziert werden, was wiederum keine ausreichende Farbreproduzierbarkeit ermöglicht.

Aus "Optical Engineering" Vol. 23, Nr. 3 (1984) S. 247-252 ist eine Mehrfarben-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bekannt, bei der als Lichtquelle eine hinter der Flüssigkristallzelle angeordnete Leuchtstoffröhre mit scharfen Peaks im roten, grünen bzw. blauen Bereich des Spektrums verwendet wird. Die mit dieser Lichtquelle erzielbare Farbreinheit wird jedoch als noch unbefriedigend bezeichnet.

In "Funkschau" 1977, Heft 21, S. 962-966 wird für Farbfernseher eine Bildschirmstruktur mit Hinterbeleuchtung beschrieben, bei der Farbstreifen in den Farben Rot, Grün und Blau durch entsprechende rote, grüne oder blaue, UV- angeregte Leuchtstoffstreifen erzeugt werden.

In der DE-OS 30 22 543 ist eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung bekannt, bei der das Farbfilter aus einem Film von bei Tageslicht fluoreszierendem Material besteht. Hierdurch wird das von einer Lichtquelle emittierte und durch das Filter hindurchtretende Licht in den Wellenlängen des Fluoreszenzlichts verstärkt und man erhält eine Anzeige von heller Farbe, die für das als zusätzliche Lichtquelle wirkende fluoreszierende Material charakteristisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit hoher Farbreproduzierbarkeit, die eine hohe Farbreinheit ermöglicht und nur geringe Farbverschiebungen erfährt und beim Ansteuern des Flüssigkristalls keine erhöhte Schwellenspannung erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 5 gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen dieser Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen auseinandergezogenen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Betriebsweise der Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm der Kenndaten der Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtung von Fig. 1;

Fig. 4 einen auseinandergezogenen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Betriebsweise der Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung von Fig. 4;

Fig. 6 ein Diagramm der Kenndaten einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 7-9 Diagramme, aus denen die Beziehung zwischen dem Lichtemissionsspektrum eines fluoreszierenden Körpers und dem Lichttransmissionsspektrum eines Farbfilters hervorgeht;

Fig. 10 einen auseinandergezogenen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtung;

Fig. 11 ein schematisches Diagramm der Betriebsweise der Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung von Fig. 10;

Fig. 12 einen auseinandergezogenen Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung; und

Fig. 13 ein schematisches Diagramm der Betriebsweise der Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung von Fig. 12.

In der Zeichnung sind gleiche Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristallzelle, die allgemein mit 11 bezeichnet ist. Die Flüssigkristallzelle 11 umfaßt eine obere Platte 13, eine parallel zu der oberen Platte 13 und beabstandet dazu angeordnete untere Platte 15 und ein zwischen den oberen und unteren Platten 13, 15 und einem Dichtungsglied 17 eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial 19. Die oberen und unteren Platten 13, 15 stützen eine lichtdurchlässige Pixel-Elektrode 21 und eine lichtdurchlässige gemeinsame Elektrode 23. Die Pixel-Elektrode 21 umfaßt eine Matrix von Elektrodenelementen. Die Flüssigkristallzelle 11 ist sandwichartig von einem ersten Polarisator 31, der von dem Betrachter gesehen werden kann, und einem zweiten Polarisator 33 umschlossen, dessen Absorptionsachse parallel zu der des ersten Polarisators 31 ist. Die Flüssigkristallzelle 11 und die ersten und zweiten Polarisatoren 31, 33 bilden zusammen eine 90°-TN-Flüssigkristalleinheit 35, die als Lichtschaltelement fungiert.

Die Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung umfaßt ferner ein Farbfilter 41, das unter der Flüssigkristallzelle 11 angeordnet ist und mosaikartig gemusterte Pixel-Filter 41a, 41b, 41c aufweist, die rotes (R), grünes (G) bzw. blaues (B) Licht durchlassen. Die Pixel-Filter 41a, 41b, 41c sind jeweils mit den entsprechenden Elektrodenelementen der transparenten Pixel-Elektrode 21 ausgerichtet.

Eine Fluoreszenzschicht 43 ist auf der unteren Oberfläche des zweiten Polarisators 33 vorgesehen. Sie enthält fluoreszierende Materialien, die zur Emission von rotem (R), grünem (G) bzw. blauem (B) Fluoreszenzlicht befähigt sind. Der Gehalt an den fluoreszierenden Materialien wird im Hinblick auf den gewünschten Farbton geeignet eingestellt. Unter der Fluoreszenzschicht 43 ist eine Ultraviolettlampe 45 als Energiequelle zur Stimulation der Lichtemission der fluoreszierenden Materialien angeordnet.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, emittieren die fluoreszierenden Materialien (Kreise für R, Quadrate für G und Dreiecke für B) der Fluoreszenzschicht 43 bei Anschalten der Ultraviolettlampe 45 Licht in den Farben R, G und B, wie dies durch die Pfeile , →, angezeigt ist. Das emittierte Licht fällt auf die Pixel-Filter 41a, 41b, 41c des Farbfilters 41. Die roten Pixel-Filter 41a (R) lassen das rote Licht durch (R ), die grünen Pixel- Filter 41b (G) das grüne Licht (G→) und die blauen Pixel-Filter 41c (B) das blaue Licht (B ). Das durchgelassene Licht trifft dann auf die Flüssigkristalleinheit 35. Da die Elemente der transparenten Pixel-Elektrode 21 mit den Pixel-Filtern 41a, 41b, 41c jeweils ausgerichtet sind, kann das durch die Flüssigkristalleinheit 35 tretende Licht durch Anlegen von Spannungen in Form von Farbbildsignalen an die Elemente der transparenten Pixel-Elektrode 21 über (nicht gezeigte) Dünnschichttransistoren oder MIM-Elemente gesteuert werden. Die Flüsigkristalleinheit 35 gestattet nur den Durchtritt von Licht durch die Pixel-Filter, die den Pixel- Elektrodenelementen 21 entsprechen, an die Spannung angelegt ist. Das durch die Flüssigkristalleinheit 35 tretende Licht kann als vollfarbiges Bild betrachtet werden. Fig. 2 illustriert den Zustand, bei dem rotes und grünes Licht im Verhältnis 2 : 1 durchtreten.

Die Fluoreszenzschicht 43 kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß man fluoreszierende Teilchen in einem Bindemittel dispergiert. Da jedes der fluoreszierenden Teilchen Licht emittiert, kann die Fluoreszenzschicht 43 als gleichmäßige planare Lichtquelle wirken, die eine helle und gleichmäßige Farbanzeige in Kombination mit einer hohen Lichtemissionsleistung ermöglicht. Die Fluoreszenzschicht 43 eignet sich daher für großdimensionierte Anzeigeschirme.

Wenn das Fluoreszenzlicht R, G, B durch die jeweiligen Farbfilter (R, G, B) tritt, addieren sich die Lichtkomponenten zu klaren R-, G- bzw. B-Lichtern und ermöglichen eine gute Farbreproduktion. Der Fluoreszenzkörper kann auch so angeordnet werden, daß sich die Farben des von ihm emittierten Farblichts nicht überlappen. Das Farbfilter sollte auch derart angeordnet sein, daß sich die Filterfarben nicht überlappen, oder aber die Farben des von dem Farbfilter durchgelassenen Lichts weichen von den drei Grundfarben ab und ergeben eine Farbmischung.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden die Wellenlängenbereiche (X_b, X_g, X_r) an den Halbamplitudenniveaus der Lichttransmissionsspektren der R-, G-, B-Pixel-Filter so gewählt, daß sie nicht miteinander überlappen. Die Lichtdurchlässigkeit der Pixel-Farbfilter ermöglicht eine Verstärkung des von der Fluoreszenzschicht 43 emittierten Lichts für eine Farbanzeige von guter Farbreproduktion.

Zur Vermeidung einer Überlappung der Wellenlängenbereiche an den Halbamplitudenniveaus können die Pixel-Filter aus Farbmaterialien hergestellt werden, die eine scharfe Absorptions-Wellenlängenverteilung aufweisen, oder aber man regelt die Dichten der Farbmaterialien in den Pixel-Filtern. Hierbei werden die Dichten der Farbmaterialien verringert, wenn keine Wellenlänge außer den gewünschten Farben zur Verfügung steht, oder aber man erhöht die Dichten der Farbmaterialien, die zur Absorption von anderen Wellenlängen befähigt sind, wenn derartige andere Wellenlängen als die gewünschten Farben zur Verfügung stehen. In diesem Fall wird nur absorbiertes Licht von dominanten Wellenlängen durchgelassen, während die Durchlässigkeit für andere Wellenlängenbereiche verringert ist.

Die Pixel-Filter können aus Farbmaterialien, z. B. Farbstoffen oder Pigmenten, nach einem Färbe-, Druck- oder Galvanisierverfahren hergestellt werden. Als Farbstoffe eignen sich z. B. Chinacridon- oder Phthalocyanin-Pigmente.

Die Fluoreszenzschicht kann dadurch hergestellt werden, daß man pulverförmige fluoreszierende Materialien in einem Bindemittelharz gleichmäßig dispergiert und die Mischung auf den zweiten Polarisator 33 aufträgt. Fluoreszierende Materialien, die rotes Licht emittieren, sind z. B. MgO, MgF₂, GeO₂ : Mn-Verbindungen und Y₂O₃. Fluoreszierende Materialien, die grünes Licht emittieren, sind z. B. Zn₂SiO : Mn, LaPO₄ : Ce und Tb. Fluoreszierende Materialien, die blaues Licht emittieren, sind z. B. (SrCaBa)₅(PO₄)Cl : Eu und Sr₅(PO₄)₃Cl : Eu. Als Bindemittel eignen sich z. B. Acrylharze oder faserförmige Harze, wie Nitrocellulose oder Triacetat.

Beispielsweise können Pixel-Filter unter Verwendung von Chinacridon-Pigment, Phthalocyaninblau und Phthalocyaningrün als Farbstoffen, deren Absorptionswellenlängenbereiche am Halbamplitudenniveau nicht miteinander überlappen, und Y₂O₂S : Eu (rot), ZnSiO₃ (Mn) (grün) und ZnS : ZnO : Ag (blau) als fluoreszierende Materialien hergestellt werden. Die Pixel-Filter und die Fluoreszenz-Pixel werden als Punkte ausgebildet, so daß dieselben Pixel-Farben ausgerichtet sind. Bestrahlt man die Fluoreszenzschicht mit UV-Licht, so wird ein Bild mit klaren blauen, grünen und roten Farben reproduziert.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der die Fluoreszenzschicht ein Matrixmuster von Pixel- Fluoreszenzelementen umfaßt, wobei diese Pixel- Fluoreszenzelemente, die Pixel-Filter und die Pixel- Elektrodenelemente ausgerichtet sind.

Die Fluoreszenzschicht 43 hat ein Fluoreszenz- Pixelmuster aus Pixel-Fluoreszenzelementen 43a, 43b, 43c, die ein rot fluoreszierendes Material R (Kreise), ein grün fluoreszierendes Material G (Dreiecke) und ein blau fluoreszierendes Material B (Quadrate) umfassen. Die Fluoreszenzschicht 43 kann mehr fluoreszierende Materialien R, G, B enthalten als die Fluoreszenzschicht 43 von Fig. 1. Die Energie des durch die Fluoreszenzschicht 43 zur Anzeige tretenden Lichts R, G, B ist daher höher und die Bildanzeige ist schärfer und besser zu beobachten.

Die Pixel-Filter 41a, 41b, 41c können auf der oberen Platte 13 oder der transparenten Elektrode oder einem anderen geeigneten Träger ausgebildet werden. Vorzugsweise werden die Pixel-Filter jedoch auf der Platte der Flüssigkristallzelle vorgesehen und zwar auf der gesamten äußeren Oberfläche, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die transparente Elektrode angeordnet ist. Nachdem die Pixel-Elektrodenelemente und Pixel-Filter auf entgegengesetzten Oberflächen einer Platte ausgebildet sind, können sie ohne große Positionsabweichung und unabhängig von der Genauigkeit beim Zusammenbau präzise positioniert werden. Da das Farbfilter 41 auf der Plattenoberfläche vorgesehen ist, die nicht mit dem Flüssigkristallmaterial in Kontakt steht, kann die Filmdicke des Farbfilters ausreichend vergrößert werden. Dieser Aufbau ermöglicht die Anzeige von Bildern mit guter Farbreproduktion und gestattet die Anwendung einer breiten Auswahl von Farbmaterialien und Verfahren zur Herstellung des Farbfilters. Obwohl die Platten der Flüssigkristallzelle aus Glas bestehen können, werden sie vorzugsweise aus Kunststoffolien hergestellt. In diesem Fall kann ihre Dicke reduziert werden, so daß bei Vorsehen des Farbfilters und der transparenten Elektrode auf gegenüberliegenden Oberflächen der Platte ein Streuen des durch das Farbfilter tretenden Lichts und ein Mischen der Farben bei vergrößertem Betrachtungswinkel verhindert werden. Die Kunststoffolie kann z. B. aus uniaxial gerecktem Polyester, biaxial gerecktem Polyester, Polyethersulfon, Polysulfon, Polycarbonat oder Triacetat bestehen oder eine geschützte Folie aus einem dieser Materialien sein, auf die ein anorganisches oder organisches Material aufgetragen ist. Die Kunststoffolie ist flexibel und kann in ihrer Dicke reduziert werden. Gewöhnlich beträgt die Dicke der Kunststoffolie 120 µm oder weniger, vorzugsweise 80 bis 100 µm.

In den in Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen ist die Fluoreszenzschicht so angeordnet, daß die Wellenlängenbereiche an den Halbamplitudenniveaus der Lichtemissionsspektren (ausgezogene Linien in Fig. 6) der verwendeten fluoreszierenden Materialien in den Wellenlängenbereichen an den Halbamplitudenniveaus der Lichttransmissionsspektren (gepunktete Linien in Fig. 6) der entsprechend gefärbten Pixel-Filter enthalten sind. Beispielsweise liegt der Wellenlängenbereich am Halbamplitudenniveau des Lichtemissionsspektrums (ausgezogene Linie B in Fig. 6) des Blaulicht emittierenden Fluoreszenzmaterials im Bereich von 430 bis 470 nm, während der Wellenlängenbereich am Halbamplitudenniveau des Lichttransmissionsspektrums (gepunktete Linie B in Fig. 6) des Blaulicht durchlassenden Pixel-Filters im Bereich von 410 bis 490 nm. Läßt man Farblicht von den fluoreszierenden Materialien durch die Farbfilter treten, so werden die Farben zu R-, G-, B-Licht addiert, das näher an den Grundfarben liegt. Dies zusammen mit der Tatsache, daß das von den fluoreszierenden Materialien emittierte Licht eine hohe Energie aufweist, ermöglicht es, helle Farbbilder mit guter Farbreproduktion anzuzeigen. Die Flüssigkristallzelle mit der in Fig. 6 gezeigten Charakteristik kann dieselbe sein wie die in den Fig. 1 und 4. Eine weitere Ausführungsform kann somit durch Bestimmen der Spektraleigenschaften der fluoreszierenden Materialien und des Farbfilters von Fig. 1 und 4 entsprechend denen von Fig. 6 erhalten werden.

Der in den roten Pixel-Filtern verwendete Farbstoff kann z. B. Lanylrot GG sein. Der in den blauen Pixel-Filtern verwendete Farbstoff kann z. B. Suminol-Mahlgelb MR oder Cibacron-Türkisblau TG-E sein. Der in den blauen Pixel- Filtern verwendete Farbstoff kann z. B. Cyanin 6B sein. Als Pigmente eignen sich z. B. rotes Chinacridon-Pigment, Phthalocyaninblau und Phthalocyaningrün. Obwohl die Pixel-Filter dichroitische Spiegel sein können, die durch Vakuumaufdampfen hergestellt und als Farbfilter verwendet werden, ist es hinsichtlich der Produktionsgeschwindigkeit bevorzugt, die Pixel-Filter aus Farbstoffen oder Pigmenten nach einem Druckverfahren herzustellen.

Die fluoreszierenden Materialien werden hauptsächlich in Pulverform angewandt. Beispiele für Fluoreszenzmaterialien zur Emission von Rotlicht sind Y₂O₂S : Eu (Yttriumoxysulfid : Europium) und Y₂O₂ : Eu (Yttriumoxid : Europium). Beispiele für fluoreszierende Materialien, die grünes Licht emittieren, sind ZnSiO₃ (Mn) (Mangan-dotiertes Zinksilicat), ZnS : CuAl (Zinksulfid, dotiert mit Kupfer und Aluminium), (ZnCd)S : Cu (Zinksulfid, Cadmium: dotiert mit Kupfer) und (ZnCd)S : Ag (Zinksulfid, Cadmium: dotiert mit Silber). Beispiele für fluoreszierende Materialien zur Emission von blauem Licht sind ZnS : Ag (Zinksulfid: dotiert mit Silber) und (ZnS, ZnO) : Ag (Zinksulfid, Zinkoxid: dotiert mit Silber).

Die Fluoreszenzschicht kann dadurch hergestellt werden, daß man diese fluoreszierenden Materialien in einem geeigneten Bindemittel, z. B. einem Acrylharz oder Faserharz, wie Nitrocellulose oder Triacetat, dispergiert und das Gemisch auf den ersten Polarisator aufträgt. Die Fluoreszenzschicht kann nach einem photolithographischen Verfahren oder Druckverfahren als Muster aus roten, grünen und blauen Pixel-Elementen hergestellt werden.

Als Farbmaterialien für die Pixel-Filter des Farbfilters sind vorstehend Chinacridon- und Phthalocyanin-Pigmente beschrieben worden, es können jedoch auch Anthrachinon- Pigmente angewandt werden. Die Chinacridon- und Anthrachinon-Pigmente eignen sich als rote Materialien, die Phthalocyanin-Pigmente als blaue und grüne Materialien.

Die Chinacridon-Pigmente haben die allgemeine Formel:

in der X₁ und X₂ Wasserstoffatome oder Substituenten sind, vorzugsweise Wasserstoff-, Chlor- oder Bromatome, Methylgruppen oder Schwefel.

Das Lichttransmissionsspektrum der Chinacridon-Pigmente der Formel (I) hat einen Wellenlängenbereich, der am Halbamplitudenniveau nicht bis in den Wellenlängenbereich des grünen Lichtes reicht. Durch Verwendung eines Chinacridon-Pigments als Farbmaterial für die roten Pixel-Filter kann daher eine Farbmischung mit Grün vermieden werden.

Als Beispiel wird ein Chinacridon-Pigment der Formel (I), bei dem X₁ und X₂ Wasserstoffatome sind, in einem Bindemittelharz dispergiert und in einer Dicke von etwa 3 µm aufgetragen. Das erhaltene Filter hat ein Lichttransmissionsspektrum, wie es mit T_R in Fig. 7(A) angegeben ist. Die Kurve E_R in Fig. 7(A) stellt das Lichtemissionsspektrum eines rot fluoreszierenden Materials dar.

Anthrachinon-Pigmente, die ebenfalls als rote Farbmaterialien verwendbar sind, haben z. B. die allgemeine Formel:

in der X₁ und X₂ H oder NH₂ bedeuten. Das Pigment, bei dem X₁ und X₂ NH₂ sind, ist als Farbmaterial für die roten Pixel-Filter besonders bevorzugt.

Als Beispiel wird ein Anthrachinon-Pigment der Formel (II), bei dem X₁ und X₂ NH₂ sind, in einem Bindemittelharz dispergiert und in einer Dicke von etwa 3 µm aufgetragen. Das erhaltene Filter zeigt ein Lichttransmissionsspektrum, wie es mit T_R1 in Fig. 7(B) angegeben ist. Die Kurve E_R in Fig. 7(B) stellt das Lichtemissionsspektrum eines rot fluoreszierenden Materials dar.

Die als grüne Farbmaterialien verwendbaren Phthalocyanin- Pigmente haben z. B. die allgemeinen Formeln (III), (IV) oder (V):

in der X₁, X₂, X₃ und X₄ Cl oder Br bedeuten und n₁, n₂, n₃ und n₄ Werte von 1 bis 4 haben;

in der Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄ Cl oder Br bedeuten und m₁, m₂, m₃ und m₄ Werte von 1 bis 4 haben.

in der X₅, X₆, X₇ und X₈ H oder COONa bedeuten.

Ein besonders bevorzugtes Phthalocyanin-Pigment enthält 8 bis 16 Chlor- und Bromatome pro Molekül der allgemeinen Formel (III) und 8 bis 16 Chloratome pro Molekül der allgemeinen Formel (IV).

Die Phthalocyanin-Pigmente der allgemeinen Formel (III), (IV) und (V) haben Spektraleigenschaften, die sie als Farbmaterialien für die grünen Pixel-Filter der Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung geeignet machen, sowie Wellenlängenbereiche am Halbamplitudenniveau, die sich nicht in die Wellenlängenbereiche des blauen und roten Lichts erstrecken, so daß eine Farbmischung wirksam verhindert wird.

Als Beispiel wird das Phthalocyanin-Pigment der Formel (III), bei dem X₁ bis X₄ Cl sind und 15 bis 16 Chloratome im Molekül enthalten sind, in einem Bindemittelharz dispergiert und in einer Schichtdicke von etwa 3 µm aufgetragen. Das Lichttransmissionsspektrum des erhaltenen Filters ist als T_G in Fig. 8 angegeben. Die Kurve E_G bedeutet das Lichtemissionsspektrum eines grün fluoreszierenden Materials.

Die als blaue Farbmaterialien geeigneten Phthalocyanin- Pigment haben z. B. die allgemeine Formel (VI):

in der X₁, X₂, X₃ und X₄ Wasserstoffatome oder Substituenten sind, vorzugsweise Wasserstoffatome, Cholin oder

Die Phthalocyanin-Pigmente der Formel (VI) haben Spektraleigenschaften, die sie als Farbmaterialien für die blauen Pixel-Filter der Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtung geeignet machen und eine Farbmischung verhindern, da sich der Wellenlängenbereich am Halbamplitudenniveau nicht in den Wellenlängenbereich des grünen Lichts erstreckt.

Als Beispiel wird das Phthalocyanin-Pigment der Formel (VI), bei dem X Wasserstoff ist, in einem Bindemittelharz dispergiert und in einer Schichtdicke von etwa 3 µm aufgetragen. Das Lichttransmissionsspektrum des erhaltenen Filters ist mit T_B in Fig. 9 bezeichnet. Die Kurve E_B bedeutet das Lichtemissionsspektrum eines blau fluoreszierenden Materials.

Das Farbfilter kann dadurch hergestellt werden, daß man diese Pigmente jeweils in Bindemittelharzen dispergiert und musterartig nach einem Druckverfahren, z. B. Siebdruck, oder einem Photoätzverfahren unter Verwendung eines Photoresists aufbringt. Die Pigmente sollten vorzugsweise in Form von Feinteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 2 µm oder weniger vorliegen. Das Farbfilter hat vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 5 µm. Im Falle der Verwendung von Anthrachinon-Pigmenten beträgt die Dicke des Farbfilters vorzugsweise 1 bis 3 µm.

Es ist auch möglich, mehrere Farbmaterialien zu verwenden und dadurch den Farbton jedes Pixel-Filters zu regeln.

Zur Anzeige von getreuen Farbbildern in Abhängigkeit von den angelegten Bildsignalen sollten die transparenten Pixel-Elektrodenelemente der Flüssigkristallzelle mit den Pixel-Filtern des Farbfilters ausgerichtet sein. Durch Vorsehen der transparenten Elektrode und der Farbfilter auf gegenüberliegenden Oberflächen einer Platte der Flüssigkristallzelle können Versetzungen zwischen Elektrode und Farbfilter weitgehend vermieden werden.

Wenn die transparente Pixel-Elektrode und das Farbfilter auf einer Glasplatte erzeugt werden, besteht eine Grenze hinsichtlich der Miniaturisierbarkeit des gesamten Aufbaus. Betrachtet man nämlich das angezeigte Bild aus einem großen Betrachtungswinkel, d. h. nicht direkt von oben, sondern schräg, so kann Licht von Farbpixel-Filtern, die nicht dem angezeigten Bild entsprechen, durch die Pixel-Elektrode treten und beobachtet werden. In diesem Fall kommt es zu einer Erscheinung, die als Farbverschiebung bezeichnet wird.

Durch die oben beschriebenen Ausführungsformen kann eine verbesserte Farbreproduktion erreicht werden.

Eine Verringerung von Farbverschiebungen kann dadurch erreicht werden, daß man mindestens eine der Platten der Flüssigkristallzelle in Form einer dünnen (vorzugsweise 120 µm oder weniger, insbesondere 80 bis 100 µm) Kunststoffolie ausbildet und das Farbfilter auf die Oberfläche der Kunststoffolie aufbringt, die nicht mit dem Flüssigkristallmaterial in Kontakt ist. Farbverschiebungen entstehen in Abhängigkeit von der Dicke der Platte, auf die das Farbfilter aufgebracht ist. Das Problem der Farbverschiebungen kann im wesentlichen dadurch gelöst werden, daß man die Platte möglichst dünn macht. Eine Verringerung der Plattendicke ist auch wirksam bei Farbmischungen, die ebenfalls in Abhängigkeit von der Plattendicke entstehen.

Besonders bevorzugt ist es als Platte (15) in den vorstehenden Ausführungsformen eine Kunststoff-Dünnfolie zu verwenden.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Problem der Farbverschiebungen gelöst ist. Transparente Pixel-Elektroden 21a, 23a bestehen aus transparenten Pixel-Elektrodenelementen. Die Platte 15a, auf die die transparente Pixel-Elektrode 21a aufgebracht ist, hat die Form einer Kunststoffolie mit einer Dicke von vorzugsweise 120 µm oder weniger, insbesondere 80 bis 100 µm. Die Lichtquelle 45a ist eine Weißlichtlampe. Fig. 11 zeigt schematisch die Betriebsweise der Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung von Fig. 10 bei der Anzeige von Farbbildern.

Lichtquellen, die fluoreszierende Materialien als Lichtemissionskörper verwenden, sind besonders vorteilhaft für die Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung, da sie eine planare Lichtquelle zur Emission von Streulicht darstellen und eine gleichmäßige Lichtmenge erzeugen. Bei Verwendung einer Lichtquelle mit fluoreszierenden Materialien als Lichtemissionskörpern ist es bevorzugt, daß das emittierte Licht weißes Licht oder nahezu weißes Licht ist. Wenn das von der Lichtquelle emittierte Licht rötlich oder bläulich ist, hat auch das angezeigte Farbbild einen rötlichen oder bläulichen Ton. Um das von der Lichtquelle emittierte Licht weiß oder nahezu weiß zu machen, sollte der Lichtemissionskörper eine Mischung von fluoreszierenden Materialien umfassen, die rotes, grünes und blaues Licht emittieren. Diese fluoreszierenden Materialien sollten in ausgewogenen Mengen so gemischt werden, daß sich das rote, grüne und blaue Licht zu weißem oder nahezu weißem Licht vermischt. Im folgenden ist ein Beispiel für einen fluoreszierenden Lichtemissionskörper zur Emission von weißem Licht angegeben:

Die fluoreszierenden Materialien MgO MgF₂ GeO₂ : Mn- Verbindung (rot), Zn₂SiO₄ : Mn (grün) und (SrCaBa)₅(PO₄)₃Cl : Eu (blau) werden in gleichen Mengen vermischt und mit Nitrocellulose als Bindemittel im Gewichtsverhältnis 1 : 4,5, bezogen auf die fluoreszierenden Materialien, vermengt. Die Mischung wird dann auf eine Triacetatfolie aufgetragen und getrocknet, wobei eine Fluoreszenzschicht von etwa 6 µm Dicke erhalten wird. Bei UV-Bestrahlung der Fluoreszenzplatte emittiert deren gesamte Oberfläche weißes Licht und kann somit als gleichmäßige planare Lichtquelle verwendet werden, ohne daß eine Reflexions- oder Diffusionsplatte erforderlich ist.

Wie oben beschrieben, werden fluoreszierende Materialien als Lichtquelle verwendet, wobei der Wellenlängenbereich am Halbamplitudenniveau des von den fluoreszierenden Materialien emittierten Fluoreszenzlichts in den Wellenlängenbereichen am Halbamplitudenniveau der Lichttransmissionsspektren der entsprechend gefärbten Pixel-Filter enthalten ist.

Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform die Fluoreszenzschicht und das Farbfilter voneinander getrennt sind, können sie nach einer anderen Ausführungsform auch integral ausgebildet sein. Fig. 12 zeigt eine derartige erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der eine Licht emittierende Schicht 42 auf einer transparenten Trägerplatte 50 angeordnet ist und sowohl als Licht emittierender Körper als auch als Farbfilter wirkt.

Die Licht emittierende Schicht 42 umfaßt ein Punkt- oder Streifen-Pixelmuster von roten Pixel-Elementen 42a, grünen Pixel-Elementen 42b und blauen Pixel- Elementen 42c, die mit den transparenten Pixel- Elektrodenelementen in der Flüssigkristallzelle 10 ausgerichtet sind. Die roten Pixel-Elemente 42a enthalten ein fluoreszierendes Material, das rotes Licht emittiert und ein gefärbtes lichtdurchlässiges Material zum Durchlassen von rotem Licht, die grünen Pixel-Elemente 42b enthalten ein fluoreszierendes Material, das grünes Licht emittiert, und ein gefärbtes lichtdurchlässiges Material zum Durchlassen von grünem Licht, und die blauen Pixel-Elemente 42c enthalten ein fluoreszierendes Material, das blaues Licht emittiert, und ein gefärbtes lichtdurchlässiges Material zum Durchlassen von blauem Licht. Die gefärbten lichtdurchlässigen Materialien sind z. B. Farbstoffe oder Pigmente, wie sie vorstehend als Farbmaterialien für das Farbfilter genannt sind.

Beispiele für Lichtemissionsspektren von rot (R), grün (G) und blau (B) fluoreszierenden Materialien sind die ausgezogenen Linien in Fig. 6, während Beispiele für Lichttransmissionsspektren von gefärbten lichtdurchlässigen Materialien für R, G und B die gepunkteten Linien in Fig. 6 sind.

Das Mischungsverhältnis der fluoreszierenden Materialien zu den gefärbten lichtdurchlässigen Materialien wird so gewählt, daß die fluoreszierenden Materialien Strahlung wirksam absorbieren und Licht von genügender Intensität emittieren. Der Anteil des von den gefärbten lichtdurchlässigen Materialien, welche Farbstoffe oder Pigmente enthalten, durchgelassenen Lichts beträgt mindestens 50%.

Das Mischungsverhältnis der fluoreszierenden Materialien in einer Menge P und der gefärbten lichtdurchlässigen Materialien in einer Menge T liegt vorzugsweise im Bereich 10<P/T<1/10, je nach den verwendeten Materialien.

Die Licht emittierende Schicht kann dadurch hergestellt werden, daß man z. B. die fluoreszierenden Materialien und Farbstoffe zusammen mit einem Bindemittelharz in einem geeigneten Lösungsmittel zu einer homogenen Mischung vermengt und das Gemisch als mosaik- oder streifenförmige Pixel-Elemente nach einem Druckverfahren oder Lichtdruckverfahren aufbringt.

Wenn UV-Strahlung aus einer UV-Lampe 45, wie in Fig. 13 gezeigt, auf die Licht emittierende Schicht 42 fällt, werden die in den Pixel-Elementen 42a, 42b, 42c enthaltenen fluoreszierenden Materialien zur Lichtemission angeregt. Beispielsweise emittieren die grünen Pixel-Elemente 42b grünes Fluoreszenzlicht, das beim Filtern durch die gefärbten lichtdurchlässigen Materialien für Grün gemischt wird, so daß ein hochreines G-Licht (→) auf die Flüssigkristallzelle 10 fällt. R- und B-Licht wird auf ähnliche Weise erzeugt. Unter Verwendung der Flüssigkristallzelle 10 als Lichtschalter können vollfarbige Bilder angezeigt werden.

Der Abstand 42d zwischen den Pixel-Elementen der Licht emittierenden Schicht 42 kann als schwarzer Streifen gesehen werden, wenn man zwischen die UV-Lampe 45 und die Licht emittierende Schicht 42 ein Filter einbringt, das UV-Strahlung durchläßt, für sichtbares Licht jedoch undurchlässig ist. Das Flüssigkristallmaterial kann vor Zersetzung durch die UV-Strahlung bewahrt werden, wenn man zwischen der Licht emittierenden Schicht 42 und der Flüssigkristallzelle 10 ein Filter anordnet, das UV- Strahlung nicht durchläßt, jedoch Licht mit Wellenlängen von 400 nm und darüber durchläßt.

Die Licht emittierende Schicht 42 kann auf dem Polarisator 33 oder auf der äußeren Oberfläche der Platte 15, weniger auf der transparenten Trägerplatte 50 angeordnet sein. Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß besonders gute Ergebnisse erreicht werden, wenn man die Licht emittierende Schicht 42 auf der äußeren Oberfläche der Platte 15 vorsieht und diese aus einer Kunststoff-Dünnfolie herstellt.

In den vorstehenden Ausführungsformen wird ein verdrilltes nematisches Flüssigkristallmaterial angewandt. Als Lichtschaltelemente können jedoch beliebige andere Flüssigkristallmaterialien verwendet werden, z. B. Guest- Host- oder Zweifrequenz-gesteuerte Flüssigkristallmaterialien. Die Flüssigkristallzelle kann nach geeigneten Verfahren, z. B. dem aktiven Matrix- Verfahren, betrieben werden.

In jeder der beschriebenen Ausführungsformen können die Polarisatoren, die Flüssigkristallzelle und die Trägerplatte für die Fluoreszenzschicht oder Licht emittierende Schicht einen einheitlichen (einstückigen) Aufbau haben. Beide Platten der Flüssigkristallzelle können aus Kunststoffolien bestehen, um die gesamte Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung flacher zu gestalten.

Claims

1. Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung, umfassend

- eine Flüssigkristalleinheit (35) mit einer Flüssigkristallzelle (11) zum Steuern des Durchlassens von Licht in Abhängigkeit von einer Bildinformation, wobei die Flüssigkristallzelle eine lichtdurchlässige Pixel-Elektrode (21) mit Pixel-Elektroden elementen, ein Paar von Platten (13, 15) und ein zwischen diesen Platten (13, 15) dicht eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial (19) aufweist,
- eine Lichtquelle (45), die hinter der Flüssigkristallzelle (11) angeordnet ist, mit einem fluoreszierenden Lichtemissionskörper (43), der beim Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung Fluoreszenzlicht emittiert, wobei das Fluoreszenzlicht jeweils einen diskreten Peak für Rot (R), Grün (G) und Blau (B) aufweist und sich die Wellenlängenbereiche dieser Peaks am Halbamplitudenniveau nicht überlappen,
- ein Farbfilter (41) zum Durchlassen des von der Lichtquelle (45) emittierten Lichts mit verschiedenfarbigen Pixel-Filtern (41a, 41b, 41c), die so ausgebildet sind, daß die Wellenlängenbereiche am Halbamplitudenniveau des Lichtemissionssektrums des fluoreszierenden Lichtemissionskörpers (43) in den Wellenlängenbereichen am Halbamplitudenniveau der Lichttransmissionsspektren der Pixel-Filter (41a, 41b, 41c) enthalten sind.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixel-Filter (41a, 41b, 41c) Pixel-Filter, welche rotes Licht (R) durchlassen, Pixel- Filter, welche grünes Licht (G) durchlassen, und Pixel- Filter, welches blaues Licht (B) durchlassen, umfassen und der fluoreszierende Lichtemissionskörper (43) fluoreszierende Materialien enthält, welche rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Licht emittieren.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Platten (13, 15) eine Kunststoff-Dünnfolie ist, wobei das Farbfilter (41) auf der Oberfläche der Kunststoffolie vorgesehen ist, welche nicht mit dem Flüssigkristallmaterial (19) in Kontakt ist.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fluoreszierende Lichtemissionskörper (43) als Pixel-Muster von Pixel- Elementen (43a, 43b, 43c), welche mit den Pixel- Filtern (41a, 41b, 41c) ausgerichtet sind, angeordnet ist.

5. Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung, umfassend

- eine Flüssigkristalleinheit mit einer Flüssigkristallzelle (10) zum Steuern des Durchlassens von Licht in Abhängigkeit von einer Bildinformation, wobei die Flüssigkristallzelle (10) eine lichtdurchlässige Pixel-Elektrode (21) mit Pixel-Elektroden elementen, ein Paar von Platten (13, 15) und ein zwischen diesen Platten (13, 15) dicht eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial (19) aufweist,
- eine Lichtquelle (45), die hinter der Flüssigkristallzelle (10) angeordnet ist, mit einem fluoreszierenden Lichtemissionskörper (42), der beim Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung Fluoreszenzlicht emittiert, wobei das Fluoreszenzlicht jeweils einen diskreten Peak für Rot (R), Grün (G) und Blau (B) aufweist und sich die Wellenlängenbereiche dieser Peaks am Halbamplitudenniveau nicht überlappen, wobei der Lichtemissionskörper (42) in einem Pixel-Muster von Pixel-Elementen (42a, 42b, 42c) aus fluoreszierenden Materialien, welche rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Licht emittieren, angeordnet ist und außerdem gefärbte lichtdurchlässige Materialien in den Pixel-Elementen (42a, 42b, 42c) enthält, welche das von den fluoreszierenden Materialien emittierte Licht selektiv durchlassen, und wobei die fluoreszierenden Materialien so ausgewählt sind, daß die Wellenlängenbereiche am Halbamplitudenniveau der Lichtemissionsspektren der fluoreszierenden Materialien in den Wellenlängenbereichen am Halbamplitudenniveau der Lichttransmissionsspektren der gefärbten lichtdurchlässigen Materialien enthalten sind.