DE68915358T2

DE68915358T2 - Transmissive Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Info

Publication number: DE68915358T2
Application number: DE68915358T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Intellectual Akiyama; Kouji Intellectual Prop Suzuki; Mamoru Intellectual P Tominaga
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-28
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2009-07-28
Also published as: JPH02118518A; JP2862571B2; US5159478A; EP0353069A3; DE68915358D1; EP0353069B1; EP0353069A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transmissive Farbanzeigevorrichtung, und genauer auf eine transmissive Farbanzeigevorrichtung, in der ein Farbfilter an einer Anzeigeoberflächeseite einer Flüssigkristallzelle angeordnet ist und eine Lichtquelle auf seiner rückwärtigen Oberflächenseite angeordnet ist.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung findet breite Anwendung als eine Anzeige des flachen Typs mit geringem Stromverbrauch. Besonders in den letzten Jahren sind wesentliche technische Entwicklungen gemacht worden, um die Anzahl von Bildpunktsegmenten und die Größe eines Schirms zu vergrößern. Deshalb ist jetzt für eine binärgepegelte Anzeige eine Vorrichtung verfügbar, die 640 x 400 Bildpunkte und eine Diagonale von 10 Zoll (254 mm) oder mehr hat. Außerdem ist ein Flüssigkristall- Fernsehgerät, das zur Halbtonanzeige fähig ist, indem es einen aktiven Matrix-Typ- Flüssigkristall benutzt, praktisch eingesetzt. Es wird erwartet, daß das aktive Matrixsystem, bei dem Nebensprechen nicht auftritt und die Anzahl von Bildpunktsegmenten einfach erhöht werden kann, als ein zukünftiger großer Schirm benutzt wird.
Von dem aktiven Matrixsystem getriebene bzw. angesteuerte Flüssigkristalle gehören hauptsächlich einem verdrilltnematischen (twisted nematic bzw. TN-) Typ und dann einem Gast-Wirts- (guest host bzw. GH-) Typ an. Der TN-Typ bietet Vorteile, wie z.B. einen hohen Flüssigkristallwiderstand, eine hohe Bildpunktsegment-Spannungshalterate und ein hohes Kontrastverhältnis von 30 bis 100 oder mehr. Der TN-Typ hat jedoch ein Problem eines schmalen Bild- bzw. Betrachtungswinkels (besonders in einer bestimmten Richtung). Der GH-Typ hat einen weiteren Betrachtungswinkel als der des TN-Typs, er ist aber dem TN-Typ in anderen Faktoren unterlegen. Außerdem ist bei dem GH-Typ bei Lichtstrahlung über einen langen Zeitraum hinweg ein Farbstoff entfärbt, um einen Kontrast zu verringern.
Ein schmaler Betrachtungswinkel der TN-Typ-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist besonders bei einer Halbtonanzeige problematisch, in der Flüssigkristallmoleküle schräg ausgerichtet sind. Dieses Problem erscheint als eine Erscheinung, bei der, wenn eine Schirmgröße vergrößert wird, ein Kontrast zwischen oberen und unteren Teilbereichen oder rechten und linken Teilbereichen selbst bei derselben Spannung verschieden ist. Das heißt, die Bildqualität ist verschlechtert, wenn die Schirmgröße vergrößert ist. Außerdem ist die Lichtdurchlässigkeitsabhängigkeit hinsichtlich einer Bildpunktsegmentspannung zwischen der normalen Richtung und der schrägen Richtung auf dem Schirm verschieden. Deshalb ist bei einer Farbanzeige, bei der für jedes Bildpunktsegment ein Farbfilter bereitgestellt ist, ein Farbton in der normalen und schrägen Richtung verschieden. Als Folge sind die Farbinformationen unerwünschterweise gemäß der Betrachtungsrichtung verschieden.
Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung einer herkömmlichen transmissiven Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtung. Auf Fig. 1 Bezug nehmend, bezeichnet die Bezugsnummer 61 ein aktives Matrixsubstrat; 62 eine Polarisierungsplatte; 63 eine Bildpunktsegmentelektrode; 64 eine Zählerelektrode; 65 eine TN-Typ-Flüssigkristallschicht; 66 eine Farbfilterschicht; 67 eine Glasplatte; 68 eine Polarisierungsplatte; 69 eine Lichtquelle; und 70 eine Lichtstreuplatte, die vor der Lichtquelle 69 angeordnet ist.
Diese herkömmliche Anzeigevorrichtung hat das folgende Problem hinsichtlich eines Betrachtungswinkels. Lichtstrahlen von der Lichtquelle 69 sind durch die Streuplatte 70 in alle Richtungen gestreut. Als Folge können die Lichtstrahlen von einer Flüssigkristallzelle in der normalen Richtung und einer Richtung schräg in bezug auf die Anzeigeoberfläche beobachtet werden. In Fig. 1 sei angenommen, daß Lichtstrahlen, die durch ein bestimmtes Bildpunktsegment, das einer bestimmten Farbe entspricht, in der normalen Richtung durchgelassen bzw. übertragen sind, Lichtstrahlen A sind, und diejenigen in der schrägen Richtung Lichtstrahlen B sind, und Lichtstrahlen, die durch ein Bildpunktsegment neben dem obigen Bildpunktsegment, das einer anderen Farbe entspricht, in der normalen Richtung übertragen sind, Lichtstrahlen A' sind und diejenigen in der schrägen Richtung Lichtstrahlen B' sind. Wenn eine Spannung des letzteren Bildpunktsegments in einen Lichtverschlußzustand gesetzt ist, d.h. wenn eine Verschlußspannung an die Bildpunktsegmentelektrode 63 angelegt ist, ist in der normalen Richtung die Stärke der Lichtstrahlen A' niedrig und diejenige der Lichtstrahlen A hoch. Deshalb können die Strahlen auf dem Schirm an einem Punkt A, der den Lichtstrahlen A entspricht, in einer in Fig. 2 gezeigten Farbtafel als Farbton betrachtet werden. In der schrägen Richtung jedoch ist die Stärke der Lichtstrahlen B' höher als diejenige der Lichtstrahlen A', da der Betrachtungswinkel des Flüssigkristalls schmal ist. Deshalb sind die Lichtstrahlen B' gemischt und zusammen mit den Lichtstrahlen B betrachtet, d.h. die benachbarten Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, sind gemischt. Als Folge sind die Strahlen in der Farbtafel in Fig. 2 in eine Weißrichtung (Pfeilrichtung) bewegt und auf dem Schirm als eine Farbe nahe Weiß betrachtet. Aus diesem Grund ist die Bildqualität eines Fernsehgeräts des flachen Typs, die den herkömmlichen Flüssigkristall benutzt, derjenigen einer Kathodenstrahlröhre unterlegen. Deshalb sind Anwendungen eines solchen Flachtyp-Fernsehgeräts auf Hobbys wie z.B. ein Taschenfernsehgerät beschränkt.
Wie oben beschrieben, ist es schwierig, durch Benutzen der herkömmlichen transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung einen großen Schirm zu erhalten, da der Betrachtungswinkel des Flüssigkristalls schmal ist. Besonders bei einer Farbanzeige ist die Bildqualität bei einer Halbtonanzeige schlecht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer transmissiven Farbanzeigevorrichtung, bei der eine Anzeige auf einem Schirm in einem breiten Betrachtungswinkel überall klar beobachtet sein kann.
Von dem U.S. Patent Nr. 4660936 ist die Bereitstellung einer transmissiven Anzeigeeinheit bekannt, bei der die nachteilige Wirkung von Umgebungslicht auf das Bildkontrastverhältnis verringert ist, indem ein Diffusorschirm bzw. eine Streuscheibe zwischen einer lichtverschließenden Flüssigkristallzelle und dem Polarisationsanalysierer auf der Betrachtungsseite gesetzt ist; eine im wesentlichen kollimierte Lichtquelle ist benutzt.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, wie in Anspruch 1 unten festgelegt ist.
Um die Anzeigevorrichtung nicht nur in der normalen Richtung, sondern auch in einer schrägen Richtung des Anzeigeschirms zu betrachten, müssen Lichtstrahlen im wesentlichen gestreut werden. Zu diesem Zweck sind in einer herkömmlichen Vorrichtung Lichtstrahlen von einer Lichtquelle als gestreute Lichtstrahlen auf eine Flüssigkristallzelle gestrahlt. Wie oben beschrieben, ist jedoch die Durchlässigkeit der Flüssigkristallzellen in Übertragungsrichtungen verschieden. Wenn im wesentlichen kollimierte Strahlen auf die Flüssigkristallzelle gestrahlt sind, wie bei der vorliegenden Erfindung, ist die Stärke der übertragenen Lichtstrahlen in einen Wert moduliert, der durch eine Anwendungsspannung eindeutig bestimmt ist. Wenn die übertragenen Lichtstrahlen gestreut und betrachtet sind, wird ein Modulationsgrad in jeder beliebigen Richtung konstant, und die Bildqualität in einer Halbtonanzeige ist verbessert. Außerdem kann eine gute Bildqualität in einem weiten Betrachtungswinkel erhalten sein, da das herkömmliche Problem eines Farbtonunterschieds, der von der Betrachtungsrichtung bei einer Farbanzeige abhängt, gelöst ist. Ferner ist die Lichtstreufunktion zwischen dem Farbfilter und der Flüssigkristallzelle bereitgestellt oder in dem Farbfilter integriert. Da jedes Bildpunktsegment eindeutig dem Farbfilter entspricht, ist deshalb das Bildpunktsegment nicht verdunkelt, und ein klarer Schirm kann erhalten sein.
Diese Erfindung kann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine herkömmliche transmissive Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt;
Fig. 2 eine Farbtafel zum Erklären einer Farbtonänderung in bezug auf einen Betrachtungswinkel der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 3 eine Seitenansicht, die eine schematische Anordnung einer transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Schnittansicht, die eine Flüssigkristallzellenstruktur zeigt, die in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung anstelle einer in Fig. 3 gezeigten Flüssigkristallzelleneinheit einverleibt ist;
Fig. 5 und 6 Seitenansichten, die eine schematische Anordnung einer transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, die eine Lichtquelleneinheit einer anderen Anordnung hat;
Fig. 7 eine Ansicht, die eine Anordnung einer Lichtquelleneinheit einer transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine Ansicht, die eine schematische Anordnung eines Ausführungsbeispiels einer transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, in der ein Farbfilter und eine Streuschicht in einer umgekehrten Reihenfolge angeordnet sind, zeigt;
Fig. 9 und 10 Ansichten, die eine Flüssigkristallzelleneinheit eines Ausführungsbeispiels einer transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, in der ein Farbfilter und eine Streuschicht in einer umgekehrten Reihenfolge angeordnet sind, zeigen;
Fig. 11 eine Seitenansicht, die eine schematische Anordnung einer transmissiven Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 und 13 Schnittansichten, die jeweils eine Flüssigkristallzellenstruktur zeigen, die in der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung einverleibt ist;
Fig. 14A bis 14D verschiedene Anordnungen von Farbfilterschichten, die bei der in Fig. 12 gezeigten Flüssigkristallzellenstruktur angewandt sind;
Fig. 15 eine Schnittansicht, die eine Flüssigkristallzellenstruktur gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
Fig. 16A bis 16B Anordnungen von ersten und zweiten Farbfilterschichten, die in der in Fig. 15 gezeigten Flüssigkristallzellenstruktur einverleibt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung einer transmissiven Flüssigkristall- Farbanzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie wohl bekannt ist, umfaßt eine Flüssigkristallzelle im Grunde ein aktives Matrixsubstrat 1, ein Glassubstrat 5, auf dem eine transparente Elektrode 4 gebildet ist, und eine TN-Flüssigkristallschicht 3, die zwischen den Substraten 1 und 5 versiegelt bzw. umschlossen ist. Anzeigeelektroden 2 sind in einer Matrixweise auf der Oberfläche des Substrats 1 in Kontakt mit der Schicht 3 gebildet. Polarisierungsschichten 6 und 7 sind auf beiden Oberflächen der Flüssigkristallzelle gebildet. Ein Glassubstrat 10, das eine Farbfilterschicht 9 hat, ist an der Anzeigeoberflächenseite der Flüssigkristallzelle über einer Lichtstrahlstreuschicht oder einem Lichtstrahlstreufilm 8 angeordnet. Die Schicht 9 ist durch Anordnen von roten, grünen und blauen Farbfiltersegmenten in einer Matrixweise gebildet. Die Schicht 8 umfaßt z.B. einen Film mit kleinen Wellen, ein transparentes Glied mit Streufeinteilchen, die darin verteilt sind, oder eine Mikrolinsenanordnung. Die Schicht 9 ist durch ein Färbungsverfahren oder ein Druckverfahren unter Verwendung eines Pigments oder ein Elektroabscheidungsverfahren gebildet. Eine Lichtquelle 11 ist hinter der Flüssigkristallzelle angeordnet. Lichtstrahlen von der Lichtquelle 11 sind durch eine sphärische Linse 12 und eine Linse 13 kollimiert und als kollimierte Lichtstrahlen auf die Flüssigkristallzelle gestrahlt. In diesem Fall müssen die kollimierten Lichtstrahlen nicht streng kollimierte Lichtstrahlen sein. Das heißt, die kollimierten Lichtstrahlen müssen nur in einem Zustand sein, in dem ein Streuungsgrad ausreichend klein ist, d.h. die meisten der ausgestrahlten Lichtstrahlen fallen im wesentlichen senkrecht auf die Flüssigkristallzelle.
Die Lichtquelle 11 ist beispielsweise eine Halogenlampe oder Leuchtstofflampe. Die Linse 13 kann eine herkömmliche Brechlinse oder eine Fresnel-Linse sein. Tritt Moiré aufgrund eines Unterschieds zwischen einem Furchenabstand und einem Bildsegmentabstand der Fresnel-Linse auf, ist eine Streuplatte 14, die einen niedrigen Streuungsgrad hat und deshalb die kollimierten Lichtstrahlen geringfügig streut, nach der Linse angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und unterdrückt dadurch wirksam das Moiré.
Die Flüssigkristallzelle ist tatsächlich so gefertigt, wie folgt. Das heißt, ein Elektrodenmaterial ist abgeschieden, um die transparente Elektrode 4 auf dem Glassubstrat 5 zu bilden. Die Farbfilterschicht 9 ist auf einem anderen Glassubstrat 10 gebildet, und die Streuschicht 8 zum Streuen von Lichtstrahlen und die Polarisierungsschicht 7 sind darauf gebildet. Das Glassubstrat 10, das diese Schichten hat, ist an dem Glassubstrat 5 angehaftet. Eine Substratstruktur, in der eine Vielzahl von Funktionsschichten integral gestapelt sind, ist gegenüberliegend und an das aktive Matrixsubstrat 1 mit einer kleinen Lücke gesiegelt, und die Flüssigkristallschicht 3 ist in die Lücke injiziert. In einem Testbeispiel ist ein Abstand zwischen der transparenten Elektrode 4 und der Farbfilterschicht bei 250 um aufrechterhalten. Eine schwarze Matrix 51 zum Verhindern, daß Lichtstrahlen dort hindurchgehen, kann um ein Farbfilter jedes Bildpunktsegments bereitgestellt sein, um Lichtstrahlen von der Region zwischen benachbarten Bildpunkten abzuschließen. Die schwarze Matrix kann in eine Maschenform gebildet sein, die sich über der Farbfilterschicht 9 befindet und mit dem Farbfilter so ausgerichtet ist, daß die schwarze Matrix 51 nach einer Region zwischen benachbarten Bildpunktsegmenten zu liegt.
Die transmissive Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung dieses Ausführungsbeispiels, die hergestellt ist, wie oben beschrieben ist, hat einen viel weiteren Betrachtungswinkel als derjenige einer herkömmlichen Vorrichtung und ein Kontrastverhältnis von 50 oder mehr durch 40º vertikal und 60º horizontal. In der herkömmlichen transmissiven Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung ändert sich ein Farbton, während bzw. in dem Maße wie ein Betrachtungswinkel von der normalen Richtung der Anzeigeoberfläche geneigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel jedoch kann eine gute Bildqualität erhalten sein, selbst in der schrägen Richtung, ohne den Farbton zu ändern, obwohl die Lichtstärke geringfügig verringert ist. Außerdem sind Bildpunktsegmente nicht verdunkelt, und ein klares Bild ist erhalten, da sich die Lichtstreuschicht sehr nahe an der Farbfilterschicht befindet. Ferner sind reflektierte und gestreute Lichtstrahlen nicht vermehrt, selbst wenn externe Lichtstrahlen auf die Anzeigeoberfläche gestrahlt sind. Deshalb kann die Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung in einer hellen Umgebung benutzt werden, da der Schirm nicht weiß gemacht wird.
Die Lichtstreuschicht 8 muß Lichtstrahlen, die darauf einfallen, nicht völlig isotrop streuen, sondern muß sie nur durch einen bestimmten Winkelbereich in bezug auf einen Beobachter streuen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Diffusionsschicht 8 unabhängig von der Farbfilterschicht 9 gebildet. Die Schichten 8 und 9 können jedoch integral gebildet sein, d.h. das Farbfilter selbst kann die Lichtstreufunktion haben. Auf diese Weise können Herstellungsschritte vereinfacht sein, und der Abstand zwischen der transparenten Elektrode und dem Farbfilter kann verringert sein. Als Folge ist ein Öffnungsverhältnis vergrößert, um einen hellen Schirm zu verwirklichen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der transmissiven Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben.
Die Fig. 4 zeigt eine Struktur eines Flüssigkristallzellenteilbereichs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein polarisierendes Glassubstrat als ein aktives Matrixsubstrat 21 benutzt. Ähnlich wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Bildpunktsegmentelektroden 22 auf der Oberfläche des Substrats in Kontakt mit einer Flüssigkristallschicht 23 gebildet. Ähnlich besteht ein Zählersubstrat 25, auf dem eine transparente Elektrode 24 gebildet ist, aus polarisierendem Glas. Eine Lichtbrechungsschicht und eine Farbfilterschicht 27 sind auf der Oberfläche des Zählersubstrats 25 gebildet. Wenn kollimierte Lichtstrahlen auf die transmissive Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung, die die obige, in Fig. 4 gezeigte Anordnung hat, gestrahlt sind, können dieselben Effekte wie diejenigen des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels erhalten sein.
Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel, das in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt eine Vielzahl von Lichtquellen 32 als eine Lichtquelleneinheit und eine Vielzahl von sphärischen bzw. Kugelspiegeln 33 zum Kollimieren von Lichtstrahlen von den Lichtquellen. Auf Fig. 5 Bezug nehmend, bezeichnet die Bezugsnummer 31 eine Flüssigkristallzelle, die die Lichtstreufunktion beinhaltet, die in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erklärt ist; 34 eine Fresnel-Linse; und 35 eine Steuplatte mit einem niedrigen Streuungsgrad. Auf diese Weise kann die Lichtquelleneinheit ein Satz von einer Vielzahl von Punktlichtquellen sein.
In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, sind als Einrichtung zum Kollimieren von Lichtstrahlen von einer Lichtquelleneinheit 42 Lichtwellenleitern 43, die eine Honigwabenstruktur bilden, die z.B. aus einer Al-Legierung zum Leiten von Lichtstrahlen besteht, benutzt. Das Innere jedes Lichtwellenleiters ist geschwärzt, um Reflexion der Lichtstrahlen zu verhindern, wodurch sie die Lichtstrahlen wesentlich kollimieren. Die Bezugsnummer 41 bezeichnet eine Flüssigkristallzelle, die die Lichtstreufunktion beinhaltet; und 44 eine Streuplatte, die einen niedrigen Streuungsgrad hat.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Fig. 7 gezeigt ist, ist eine lineare Lichtquelle 52 einem halbzylindrischen reflektierenden Spiegel 53 gegenüberliegend angeordnet. Lichtstrahlen von der Lichtquelle 52 sind durch den reflektierenden Spiegel 53 in strahlende Lichtstrahlen umgewandelt, die einen hohen Kollimationsgrad in nur einer axialen Richtung haben. In Fig. 7 bezeichnet die Bezugsnummer 51 eine Flüssigkristallzelle, die dieselbe Lichtstreufunktion beinhaltet wie die jedes der obigen Ausführungsbeispiele. Ein Betrachtungswinkel der Flüssigkristallzelle hat normalerweise eine Richtfähigkeit, d.h. er ist oft weit in einer Richtung und schmal in einer Richtung, die senkrecht zu dieser ist. In diesem Fall kann der Betrachtungswinkel durch Erhöhen eines Kollimationsgrads der Lichtquelle in nur der Richtung, in der der Betrachtungswinkel schmal ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wirksam verbessert sein.
Die Fig. 8 zeigt eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8 bezeichnen dieselben Bezugsnummern wie in Fig. 3 dieselben Teile, und eine ausführliche Beschreibung von ihnen wird weggelassen. In dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Farbfilterschicht 9 auf der inneren Oberfläche eines Glassubstrats 5, die einer Flüssigkristallzelle gegenüberliegt, gebildet. Ein Graufilter 15 zum Verhindern der Reflexion von externen Lichtstrahlen ist an dem äußersten Teilbereich der Anzeigeoberflächenseite der Flüssigkristallzelle angeordnet. Da die externen Lichtstrahlen durch das Filter 15 zweimal übertragen sind, d.h. wenn sie einfallend und von einer Streuplatte 8 reflektiert sind, sind reflektierte Komponenten der Strahlen weitgehend verringert. Deshalb kann ein Einfluß der externen Lichtstrahlen ausreichend verringert sein.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann Reflexion von externen Lichtstrahlen durch Anordnen einer schwarzen Matrix 16 außerhalb einer Streuplatte 8 wirksam verhindert werden. Ein Teilbereich der Matrix 16 entspricht einem schwarzen Matrixteilbereich einer Farbfilterschicht 9 und einem Verdrahtungsteilbereich eines aktiven Matrixsubstrats 1 und ist eine Region, die keine übertragenen Lichtstrahlen hat. Deshalb ist die Bildqualität entsprechend verschlechtert, wenn externe Lichtstrahlen von diesem Teilbereich reflektiert sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das die obige Anordnung hat, ist jedoch die Verschlechterung der Bildqualität unterdrückt, um ein Bild klar zu machen. In der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung ist ein Graufilter vorzugsweise gebildet, um Reflexion von externen Lichtstrahlen zu verhindern, wie in der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung. Wenn die Streuplatte nach der Farbfilterschicht angeordnet ist, wie in den in Figuren 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen, sind Lichtstrahlen von einem Bildpunktsegment aufgrund von Lichtstrahlenkomponenten in der schrägen Richtung von der Lichtquelle geringfügig abgelenkt bzw. zerstreut, bevor sie die Streuplatte erreichen. Da die Lichtstrahlen bereits durch das Farbfilter übertragen sind, tritt jedoch kein Farbunterschied auf. Weil die Dicke des Substrats, das der Flüssigkristallzelle gegenüberliegt, nicht weitgehend verringert sein muß, kann daher die Lücke der Flüssigkristallzelle konstant gehalten sein, während dem Flüssigkristall eine mechanisch ausreichende Festigkeit gegeben sein kann.
Die Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung, die durch geringfügiges Modifizieren der in Fig. 7 gezeigten Struktur erhalten ist. In dieser Vorrichtung ist eine Mikrolinsenanordnung 17 anstelle der Lichtstreuschicht 8 benutzt. Diese Struktur hat einen Vorteil eines kleinen Lichtverlusts. In dieser Struktur ist die Gleichförmigkeit der Lichtstreuung geringfügig verschlechtert. Die Gleichförmigkeit kann jedoch durch Einfügen einer Lichtstreuschicht, die einen niedrigen Lichtstreuungsgrad hat, zwischen der Mikrolinsenanordnung 17 und der Polarisationsschicht 7 verbessert sein.
Es werden noch weitere Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren 11 bis 16B beschrieben.
Die Fig. 11 zeigt eine schematische Anordnung einer transmissiven Flüssigkristall- Farbanzeigeeinrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine in Fig. 11 gezeigte Flüssigkristallzelle umfaßt auch ein aktives Matrixsubstrat 1, ein Zählerglassubstrat 5 und einen TN-Flüssigkristall 3, der zwischen den Substraten 1 und 5 umschlossen ist. Anzeigeelektroden 2 sind auf der Oberfläche des Substrats 1 in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht 3 angeordnet, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Polarisationsschichten 6 und 7 sind auf beiden Oberflächen der Flüssigkristallzelle gebildet. Eine erste Farbfilterschicht 9 ist auf einer Anzeigeoberflächenseite der Flüssigkristallzelle über eine Lichtstreuschicht 8 gebildet. Die Schicht 8 umfaßt einen Film mit kleinen Wellen, ein transparentes Glied, das Streufeinteilchen enthält, die darin verteilt sind, eine Mikrolinsenanordnung oder ähnliches. Die Schicht 9 ist durch ein Färbungsverfahren, ein Druckverfahren, ein Elektroabscheidungsverfahren oder ähnliches gebildet. Anstelle des Bildens der ersten Farbfilterschicht 9 auf der Lichtstreuschicht 8 kann die Schicht 9 auf einem anderen Substrat (z.B. einem Film oder Glas) gebildet und dann auf die Schicht 8 angehaftet sein. Ähnlich kann die Lichtstreuschicht 8 an der Seite entweder der ersten Farbfilterschicht 9 oder der Polarisationsschicht 7 gebildet sein oder auf einem unabhängigen Substrat gebildet und dann auf einer noch weiteren Schicht angehaftet sein. Es sei beachtet, daß die Farbfilterschicht 9 eine schwarze Matrix 51 hat. Eine weitere Lichtstreuschicht kann zwischen der Elektrode 67 und dem Filter 67 gebildet sein, und die Farbfilter 9 und 67 können in eine Einheitsstruktur gebildet sein, die in die Vorrichtung montiert ist, in der eine Kombination der linearen Lichtquelle und des lichtreflektierenden Spiegels benutzt ist.
Eine Lichtquelleneinheit 1 ist auch hinter der Flüssigkristallzelle angeordnet. Von einer Lichtquelle 1 ausgestrahlte Lichtstrahlen sind auch durch eine Kombination eines reflektierenden Spiegels 12 und einer Linse 13 kollimiert, wie oben beschrieben ist. Die Lichtquelle 1 ist z.B. eine Halogenlampe oder eine Leuchtstofflampe. Die Linse 13 kann entweder eine Fresnel-Linse oder eine herkömmliche Brechlinse sein. Tritt Moiré aufgrund eines Unterschieds zwischen einem Furchenabstand und einen Bildpunktsegmentabstand der Fresnel-Linse auf, ist auch eine Streuplatte 14 mit einem niedrigen Streuungsgrad hinter der Linse auf eine selbe Weise, wie in Fig. 3 gezeigt ist, angeordnet, wie in Fig. 11 durch eine gestrichelte Linie angegeben ist. Als Folge kann das Moiré wirksam unterdrückt sein.
Eine zweite Farbfilterschicht 76 ist ferner auf dem Zählersubstrat 5 gebildet, und eine transparente Elektrode 77 ist darauf gebildet. Das zweite Farbfilter 76 hat ebenfalls eine schwarze Matrix 78.
Ein Betrieb dieses Ausführungsbeispiels ist wie folgt. Das heißt, die Bezugssymbole a und b in Fig. 12 bezeichnen Strahlengänge zum Übertragen von Lichtstrahlen senkrecht und schräg zur Flüssigkristallzelle. In der Vorrichtung ist ein Polarisationswinkel gemäß einer über die Bildpunktsegmentelektrode 2 und die transparente Zählerelektrode 77 angelegten Spannung verschieden. Daher ist in dem Strahlengang eine Lichtstärke der Lichtstrahlen gemäß dem Polarisationswinkel geändert, wenn die Lichtstrahlen durch die Polarisationsschicht 7 übertragen und aus der Polarisationsschicht 7 herausgetreten sind.
Die aus der Schicht 7 herausgetretenen Lichtstrahlen sind durch die Lichtstreuschicht 8 schräg zerstreut und können deshalb zusätzlich zur normalen Richtung in jeder beliebigen Richtung beobachtet sein, wenn sie von der Anzeigeoberflächenseite her betrachtet sind. Lichtstrahlen entlang dem Strahlengang b sind auf die Flüssigkristallzelle schräg einfallend. In dem Strahlengang b sind die durch die Polarisationsschicht 7 ausgetretenen Lichtstrahlen entlang dem Gang b von denen des Gangs a verschieden, weil der Polarisationswinkel bei der Übertragung durch die Flüssigkristallzelle von dem des Strahlengangs a verschieden ist. Jedoch sind Farben der ersten und zweiten Farbfilterschichten 9 und 76 unterschiedlich (in diesem Ausführungsbeispiel blau (B) bzw. rot (R)), wie in Fig. 12 gezeigt ist, so daß eine Komponente, d.h. eine blaue Komponente der Lichtstrahlen durch die zweite Farbfilterschicht 76 d.h. das blaue Filter, hindurchgehen darf, aber es ist verhindert, daß die Komponente durch die erste Farbfilterschicht 76, d.h. das rote Filter, hindurchgeht. Deshalb ist kein Problem dargestellt, weil verhindert ist, daß die Lichtstrahlen dort hindurchgehen, und nicht gesehen sein können.
Die Flüssigkristall-Farbanzeigevorrichtung dieser Erfindung hat einen Betrachtungswinkel, der viel weiter ist als der einer herkömmlichen Vorrichtung. Das heißt, ein Kontrastverhältnis von 50 oder mehr ist durch 45 vertikal und 5 horizontal erhalten. Außerdem ist eine gute Bildqualität erhalten, weil ein herkömmliches Problem darin, daß ein Farbton sich ändert, wenn ein Betrachtungswinkel von der normalen Richtung der Anzeigeoberfläche geneigt ist, gelöst ist.
Wenn nur das erste Farbfilter zu verwenden ist, können das erste Farbfilter, die Polarisationsschicht und die Lichtstreuschicht auf der Flüssigkristallzellenseite des Zählersubstrats 5 gebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel können jedoch die Polarisationsschicht 7 und die Lichtstreuschicht 8 auf der Anzeigeoberflächenseite des Zählersubstrats 5, d.h. außerhalb der Flüssigkristallzelle angeordnet sein. Wie wohl bekannt ist, können gleichförmige Kennlinien einer Flüssigkristallzelle nicht erhalten sein, wenn nicht eine Zellenlücke (Intervall zwischen den Elektroden 2 und 77) schmal ist (mehrere Mikrometer, in diesem Ausführungsbeispiel 6 um) und eine Lückenschwankung klein, ungefähr + 0,1 bis 1 um, ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Gleichförmigkeit einer Zellenlücke ausreichend erhalten sein, da nur das zweite Farbfilter innerhalb der Flüssigkristallzelle angeordnet sein kann. Das zweite Farbfilter kann beispielsweise durch ein Färbungsverfahren, das eine gute Flachheit liefert, gebildet sein, während das erste Farbfilter durch ein Druckverfahren, das nur schlechte Flachheit aber guten Lichtwiderstand und Massenherstellbarkeit liefert, gebildet ist. Eine Kombination ist nicht auf diese eine beschränkt, so lange die zweite Farbfilterschicht 76 eine Flachheit hat. Deshalb kann, weil Flachheit für das erste Farbfilter 9, die Polarisationsschicht 7 oder die Lichtstreuschicht 8, von denen jede optimale optische Kennlinien hat, nicht erforderlich ist, ein Wärmewiderstand oder ähnliches vorteilhaft gewählt werden.
Außerdem ist das reflektierte Streulicht nicht vermehrt, selbst wenn durch das erste Farbfilter exteme Lichtstrahlen auf die Anzeigeoberfläche gestrahlt sind. Deshalb kann die Anzeigevorrichtung dieses Ausführungsbeispiels in einer hellen Umgebung benutzt sein, da der Schirm nicht weiß gemacht ist.
Mehrere Farbfilter können benutzt sein, um die optischen Kennlinien als Ganzes zu verbessern. Außerdem kann die Dichte des zweiten Farbfilters verringert sein, um die Dicke zu verringern.
Die Fig. 13 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel hat ein erstes Farbfilter 79 selbst eine lichtstreuende Funktion. Eine schwarze Matrix 51 kann ähnlich angeordnet sein. In diesem Ausführungsbeispiel können Herstellungsschritte durch gleichzeitiges Bilden einer Lichtstreuschicht und eines Farbfilters vereinfacht sein.
Es sei beachtet, daß eine Lichtstreuschicht 8 einfallende Lichtstrahlen nicht völlig isotrop streuen muß, sondern die Lichtstrahlen nur durch einen bestimmten Winkel in bezug auf einen Beobachter streuen muß.
Obwohl Farbfilter verschieden angeordnet sein können, ist eine in Fig. 14A gezeigte Anordnung in diesem Ausführungsbeispiel am meisten bevorzugt. In diesem Ausführungsbeispiel haben Bildpunktsegmente in Kontakt mit einer bestimmten Farbkomponente unterschiedliche Farben, und eine Abschlußwirkung kann für schräges Licht in jeder beliebigen Richtung erhalten sein. Die Figur 14B zeigt eine schräge Mosaikanordnung. In Fig. 14B ist jedoch die Abschlußwirkung für schräge Lichtstrahlen in dieser Richtung schwach, da Bildpunktsegmente, die dieselbe Farbe haben, in einer Richtung von linken unteren zu rechten oberen Ecken nebeneinanderliegen. In Fig. 14C ist die Wirkung für schräge Lichtstrahlen in einer Längsrichtung schwach. Dieses Problem kann gelöst werden, indem eine Lichtquelle so verbessert wird, daß einfallende Lichtstrahlen in diesen Richtungen ausreichend verringert sind. Außerdem kann, da ein Flüssigkristall eine Richtung hat, entlang der ein Betrachtungswinkel weit ist, diese Richtung mit der Richtung zusammenfallend gemacht sein, die nur eine schwache Wirkung für schräge Lichtstrahlen hat, um das obige Problem wirksam zu lösen.
Bei der optischen Anordnung, die den halbkreisförmigen Spiegel 53 enthält, der sich entlang der Längsrichtung erstreckt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, hat eine Flüssigkristallzelleneinheit vorzugsweise eine Farbfilteranordnung, die in Fig. 14D gezeigt ist. In der in Fig. 14D gezeigten Anordnung ist jeder Farbfilterstreifen in der horizontalen Richtung erstreckt, entlang der ein Betrachtungswinkel weit ist. Mit dieser Anordnung ist nicht nur kein Problem im Betrachtungswinkel aufgrund von horizontalem schrägen Licht gestellt, sondern es kann auch die Lichtausnutzungseffizienz erhöht sein, um die Helligkeit der Schirms zu verstärken. In dem Fall des in Fig. 14C gezeigten Längsstreifens kann eine Richtung, entlang der ein Betrachtungswinkel eines Flüssigkristalls weit ist, so eingestellt bzw. festgelegt sein, daß er einer vertikalen Richtung entspricht. Wenn die vertikale Kollimation in einem Ausführungsbeispiel, in dem die in Fig. 7 gezeigte optische Anordnung so angeordnet ist, daß sie bei 90º gedreht ist, ist die in Fig. 14C gezeigte Farbfilteranordnung vorzugsweise anstelle der in Fig. 14d gezeigten Anordnung benutzt.
Die Fig. 15 zeigt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel. Auf Fig. 15 Bezug nehmend, sind Breiten von schwarzen Matrizen 51 eines ersten Farbfilters 9, das in Fig. 16A gezeigt ist, und eines zweiten Farbfilters 76, das in Fig. 16B gezeigt ist; unterschiedlich zueinander eingestellt, wodurch schräges Licht in der obigen Farbfilteranordnung abgeschlossen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Breite einer schwarzen Matrix zwischen Farbfiltersegmenten derselben Farbe in dem ersten Farbfilter vergrößert. Als Folge kann Licht entlang einem Strahlengang d in Fig. 15 wirksam abgeschlossen sein. Es sei beachtet, daß diese Wirkung durch Verbreitern der schwarzen Matrix des zweiten Farbfilters verwirklicht sein kann.
In den obigen Ausführungsbeispielen ist der TN-Flüssigkristall benutzt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf einen GH-Flüssigkristall angewandt sein. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf ein Flüssigkristall-Anzeigegerät nicht nur des aktiven Matrixtyps sondern auch eines einfachen Matrixtyps angewandt sein.
Wie oben beschrieben worden ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine transmissive Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bereitgestellt, in der ein Betrachtungswinkel weit ist, ein Farbton sich nicht ändert, auch wenn ein Schirm in einer schrägen Richtung betrachtet ist, und derselbe Farbton und Kontrast auf einem breiten Schirm erhalten sein können, wenn dieser in vielen Richtungen betrachtet ist. Selbst wenn schräges Licht von einer Lichtquelle mehr oder weniger vorhanden ist, kann dieses Licht wirksam unterdrückt sein.
Deshalb muß die Kollimation der Lichtquelle nicht streng eingestellt bzw. festgelegt sein. Als Folge kann die Lichtquelleneinheit dünn gemacht sein und eine Vielzahl von Lampen oder ähnliches haben, d.h. eine geeignete Lichtquelle kann hergestellt sein.
In jedem der obigen Ausführungsbeispiele ist der TN-Flüssigkristall benutzt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf einen GH-Flüssigkristall angewandt werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nicht nur des aktiven Matrixtyps sondern auch eines einfachen Matrixtyps angewandt sein.
Wie oben beschrieben worden ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die transmissive Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bereitgestellt, in der ein Betrachtungswinkel weit ist, ein Farbton sich nicht ändert, auch wenn ein Schirm in einer schrägen Richtung betrachtet ist, und derselbe Farbton und Kontrast auf einem breiten Schirm erhalten sein können, wenn dieser in vielen Richtungen betrachtet ist.

Claims

1. Transmissive Farbanzeigevorrichtung, die entlang einem optischen Weg bzw. einem Strahlengang in Folge umfaßt:

(a) eine Erzeugungseinrichtung (11, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) zum Erzeugen von Lichtstrahlen, die mindestens in einem bestimmten ersten Satz von parallelen Ebenen im wesentlichen kollimiert bzw. parallel gerichtet sind, wobei die Lichtstrahlen entlang einer vorbestimmten Kollimationsachse, die zu diesen Ebenen parallel ist, kollimiert sind;

(b) eine Verschlußeinrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77), die eine Vielzahl von Bildpunktsegmenten enthält, um die Lichtstrahlen von der Erzeugungseinrichtung (11, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) abzuschließen, wobei jedes der Vielzahl von Bildpunktsegmenten selektiv das Durchlassen bzw. die Übertragung der Lichtstrahlen erlaubt; eine Streuplatte mit einem niedrigen Streuungsgrad (14), die zwischen der Erzeugungseinrichtung (11, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) und der Verschlußeinrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77) angeordnet ist, um die Lichtstrahlen von der Erzeugungseinrichtung (11, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) ausreichend zu streuen, um Moiréstreifen zu unterdrücken; und

(c) eine Streu- und Farbfiltereinrichtung (7, 44; 9, 27) zum Streuen der Lichtstrahlen von der Verschlußeinrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77), und die Farbfiltersegmente beinhaltet, die gemäß jedem Bildpunktsegment angeordnet sind, wobei jedes der Farbfiltersegmente Lichtstrahlen einer speziellen Farbe der gestreuten Lichtstrahlen überträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Erzeugungseinrichtung (11, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) eine Lichtquelle (11, 32, 42, 52) zum Ausstrahlen von Lichtstrahlen, eine Reflexionseinrichtung (12, 33) zum Reflektieren der Lichtstrahlen von der Lichtquelle (11, 32, 42, 52) und eine Kollimationseinrichtung (13, 43, 53), um die Lichtstrahlen von der Lichtquelle (11, 32, 42, 52) und der Reflexionseinrichtung (12, 33) im wesentlichen zu kollimieren bzw. parallel zu richten, beinhaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Erzeugungseinrichtung (32, 33, 52, 53) eine Vielzahl von Lichtquellen (32, 52) zum Ausstrahlen von Lichtstrahlen, eine Vielzahl von reflektierenden Spiegeln (33, 53), die gemäß den Lichtquellen (32, 52) angeordnet sind, zum Reflektieren der Lichtstrahlen von den Lichtquellen (32, 52) und eine Kollimationseinrichtung (13), um die Lichtstrahlen von den Lichtquellen (32, 52) und den reflektierenden Spiegeln (33, 53) im wesentlichen zu kollimieren, beinhaltet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Erzeugungseinrichtung (11, 12, 13, 32, 33, 42, 43, 52, 53) im wesentlichen kollimierte Lichtstrahlen auch in einem zweiten Satz von Ebenen, der zum ersten Satz von Ebenen senkrecht angeordnet ist, mit denselben vorbestimmten Kollimationsflächen erzeugt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, in dem die Erzeugungseinrichtung (52, 53) einen reflektierenden Spiegel (53), der eine Hauptachse senkrecht zum ersten Satz von Ebenen und mindestens eine lineare Lichtquelle (53), die sich entlang der Hauptachse erstreckt, hat.

6. Vorrichtung nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, in der die Streu- und Farbfiltereinrichtung (9, 27, 79) eine schwarze Matrix (51, 70) beinhaltet, deren Segmente zwischen den Farbfiltersegmenten (9, 27, 76) angeordnet sind, um zu Verhindern, daß die Lichtstrahlen dort hindurchgehen.

7. Vorrichtung nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, in der die Verschlußeinrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77) Flüssigkristallzellen umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Filtereinrichtung (76) umfaßt, die zweite Farbfiltersegmente beinhaltet, die gemäß den ersten Farbfiltersegmenten (9, 27) angeordnet und von dort in der Kollimationsrichtung beabstandet sind, zum selektiven Übertragen von Lichtstrahlen von der Verschlußeinrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77), wobei die ersten und zweiten Farbfiltersegmente (9, 27; 76) zusammenarbeiten, um Strahlen (b, Fig. 12) die zur Kollimationsrichtung (a) schräg sind, zu filtern.

9. Transmissive Farbanzeigevorrichtung nach Anspruch 8, in der jedes der zweiten Farbfilter-(76) Segmente eine Größe hat, die von denen der ersten Farbfiltersegmente (9) verschieden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, in der die Verschlußvorrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77) eine Flüssigkristallzellenstruktur umfaßt, die Flüssigkristallzellen (3, 23, 63) und eine transparente Platte (5), die eine Oberfläche und eine gegenüberliegende Oberfläche hat, die nach den Flüssigkristallzellen (3) zu liegt, hat, beinhaltet, wobei die erste Filtereinrichtung (9, 27) auf der einen Oberfläche der transparenten Platte (5) und die zweite Filtereinrichtung (76) auf der gegenüberliegenden Oberfläche der transparenten Platte (5) gebildet ist.

11. Transmissive Farbanzeigevorrichtung nach irgendeinem vorstehenden Anspruch, in der jedes der Farbfiltersegmente die Lichtstrahlen von der Verschlußeinrichtung (2, 3, 4, 22, 23, 24, 63, 77) streut.