ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭКРАН Российский патент 2008 года по МПК G02F1/13 

Изобретение относится к области отображения оптической информации, а именно к конструкции жидкокристаллических экранов (ЖКЭ).

Известны ЖКЭ, основными элементами которых являются: блок ультрафиолетовой задней подсветки, матрица фотолюминесцентных пятен, поляризатор, задняя стенка жидкокристаллической ячейки (ЖКЯ), матрица электродов и электронных элементов (TFT-матрица с разводкой), формирующих изображение, слой жидкого кристалла, общий прозрачный электрод, светофильтры основных цветов, передняя стенка ЖКЯ и выходной поляризатор (анализатор). Они также могут включать различные светопроводы, светофильтры, рассеиватели, просветляющие покрытия, защитные слои и другие элементы (Патенты США №№4799050; 5267062).

Прототипом предлагаемого изобретения является жидкокристаллический экран с системой задней подсветки, включающей источник ультрафиолетового света, матрицу пятен фотолюминофора основных цветов под соответствующими субпикселями ЖКЯ и матрицу микролинз, создающих изображение этих пятен в слое жидкого кристалла (Патент США №5,396,406).

Недостатком ЖКЭ по прототипу является необходимость использования сложного в изготовлении и монтаже микролинзового растра, а также ограниченный угол обзора изображения на экране (снижение яркости и искажение цветопередачи, в частности из-за смешения цветов соседних субпикселей, при больших углах обзора). Неизбежные неточности в фокусировке приведут к потерям света и качества изображения. Недостатком его является также то, что изображение, как и в экранах-аналогах, получается в поляризованном свете.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества изображения, расширение угла обзора изображения, получение изображения в неполяризованном свете и увеличение к.п.д. подсветки, а также создание новых возможностей при конструировании ЖКЭ.

Указанная цель достигается тем, что ЖКЭ содержит (по порядку, следуя со стороны подсветки): блок задней УФ-подсветки, поляризатор УФ-излучения, заднюю стенку ЖКЯ из материала, прозрачного для УФ-излучения, матрицы формирующих изображение элементов на ее внутренней поверхности, жидкокристаллический слой, общий прозрачный для УФ-излучения электрод, выходной поляризатор УФ-излучения и переднюю стенку ЖКЯ с матрицей, совпадающих с положением субпикселей пятен фотолюминофоров основных цветов на ее внутренней поверхности. Передняя стенка ЖКЯ, в отличие от предыдущих слоев, должна быть прозрачной для видимого света, но может быть выполнена непрозрачной для УФ-излучения или с непрозрачным для УФ-излучения покрытием - для защиты наблюдателя и для предотвращения искажения изображения внешней УФ-засветкой.

Предлагаемый экран может включать и другие общеизвестные элементы с известными свойствами, например, светопроводы, светофильтры, рассеиватели, просветляющие покрытия, защитные и разделительные слои и другие элементы.

В предлагаемом ЖКЭ изображение формируется в ультрафиолетовом свете и преобразуется в видимое цветное изображение матрицей фотолюминофоров. Попавший на красный, зеленый и синий фотолюминофор УФ-поток преобразуется соответственно в красный, зеленый и синий видимый свет, излучаемый во все стороны (как на экране электроннолучевой трубки).

Для утилизации света, излучаемого фотолюминофорами назад, предлагается нанести на его заднюю часть (между ним и выходным поляризатором) прозрачные для УФ-излучения интерференционные (дихроические) зеркала, спектры отражения которых перекрывают спектры излучения соответствующих фотолюминофоров и отражают весь излученный ими свет. Отраженный этими зеркалами свет, с учетом реабсорбции и переизлучения, увеличит яркость изображения.

Для исключения паразитной подсветки видимым светом (например, от источника УФ-излучения) вводится дополнительный вырезающий его светофильтр или хотя бы один из слоев предлагаемого экрана, кроме передней стенки ЖКЯ, выполняется непрозрачным для видимого света.

Поляризатор (или оба поляризатора) может быть выполнен в виде набора параллельных нанотрубных волокон (Science, 2000, 290, р.1331), распределение плотности расположения которых обеспечивает выравнивание интенсивности подсветки по площади экрана (Заявка РФ №2006138997).

На чертеже приведена схема предложенного ЖКЭ без детализации (не показаны рассеиватель, просветляющие покрытия, защитные слои, отражатели и т.д.). Цифрами обозначены: 1 - светопровод, 2 - поляризатор, 3 - задняя стенка ЖКЯ, 4 - TFT-матрица с разводкой, 5 - жидкокристаллический слой, 6 - общий электрод, 7 - выходной поляризатор, 8 - интерференционные зеркала, 9 - фотолюминофоры, 10 - передняя стенка ЖКЯ, 11 - источник ультрафиолетового излучения.

Примером конкретного исполнения предлагаемого изобретения может служить ЖКЭ с размером изображения 132,5×99,4 мм и разрешающей способностью 640×480 полноцветных элемента изображения. В качестве УФ-источника использовано десять УФ-светодиодов мощностью по 2 ватта, излучающих на длине волны 350 нм. Светопровод и задняя стенка ЖКЯ выполнены из кварца или ультрафиолетового стекла УФС8. Светопровод имеет толщину 2 мм, задняя стенка - 0,7 мм. Передняя стенка ЖКЯ выполнена из непрозрачного для УФ-излучения бесцветного неувиолевого стекла толщиной 2,0 мм. Дихроические зеркала выполнены из чередующихся слоев двуокиси кремния и легированного фтором оксида цинка. Проводящие слои оксида цинка выполняют одновременно функции общего электрода ЖКЯ. Матрица фотолюминофоров выполнена из люминофоров красного (марка ФЛК-1), зеленого (марка ФЛ3-525) и синего (марка ФЛС-75) цветов свечения.

Преимущества предлагаемого ЖКЭ: предельно большой угол обзора - 180°; изображение получается в неполяризованном свете; более глубокий черный цвет (уменьшение паразитного света за счет потерь при переизлучении в фотолюминофоре); повышенная яркость за счет использования всего излучения фотолюминофоров и отсутствия таких потерь, как при используемой в прототипе фокусировке цветных пятен подсветки; экранировка TFT-матрицы от внешнего света; расширение возможностей при конструировании жидкокристаллических экранов, связанное с наличием у некоторых фотолюминофоров (фосфоров) времени высвечивания (отличающегося для разных материалов в широких пределах).

Изобретение относится к измерительной технике. Жидкокристаллический экран (ЖКЭ) содержит ультрафиолетовый источник света и жидкокристаллическую ячейку (ЖКЯ), включающую последовательно расположенные слои: поляризатор УФ-излучения, заднюю прозрачную для УФ-излучения стенку, матрицу формирующих изображение элементов, жидкокристаллический слой, выходной поляризатор УФ-излучения, матрицу фотолюминофоров основных цветов в соответствии с числом и расположением субпикселей, переднюю прозрачную для видимого света стенку ЖКЯ. Технический результат - отсутствие потерь при фокусировке цветных пятен подсветки, предельно большой угол обзора - 180°, получение изображения в неполяризованном свете, повышение яркости за счет использования всего излучения люминофоров, получение более глубокого черного цвета. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Жидкокристаллический экран, включающий источник ультрафиолетового излучения (УФ-излучения) задней подсветки и жидкокристаллическую ячейку (ЖКЯ), отличающийся тем, что ЖКЯ включает последовательно расположенные слои: поляризатор УФ-излучения, заднюю прозрачную для УФ-излучения стенку, матрицу формирующих изображение элементов, жидкокристаллический слой, выходной поляризатор УФ-излучения, матрицу соответствующих субпикселям фотолюминофоров основных цветов, прозрачную для видимого света переднюю стенку.2. Экран по п.2, отличающийся тем, что передняя стенка ЖКЯ выполнена непрозрачной для УФ-излучения или имеет непрозрачное для него покрытие.3. Экран по п.1, отличающийся тем, что между слоем люминофоров и выходным поляризатором выполнен слой из селективных (дихроических) зеркал, спектры отражения которых перекрывают спектры излучения соответствующих фотолюминофоров.4. Экран по п.2, отличающийся тем, что между слоем люминофоров и выходным поляризатором выполнен слой из селективных (дихроических) зеркал, спектры отражения которых перекрывают спектры излучения соответствующих фотолюминофоров.5. Экран по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что один или оба поляризатора выполнены в виде набора параллельных нанотрубных волокон, распределение плотности расположения которых обеспечивает выравнивание интенсивности подсветки по площади экрана.