DE2847612C3 - Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung - Google Patents

Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus einem Aufsatz von R. D. Larrabee, RCA Review, Volume 34, S. 329, 1973, ist es bereits bekannt, einem Flüssigkristall ein Fluoreszenzmaterial zuzusetzen und die Fluoreszenzintensität des Materials durch Anlegen eines elektrischen Felds zu verändern. Der Autor führt jedoch auch aus, daß es ihm nicht gelungen sei, Flüssigkristallmaterialien zu finden oder zu entwickeln, die bei Raumtemperatur ultraviolettes Licht nicht absorbieren. Dadurch wird das erregende Licht durch die Flüssigkristallschicht absorbiert, ohne das Fluoreszenzmaterial nennenswert zu erregen, wenn das in dem Flüssigkristall enthaltene Fluoreszenzmaterial in Abhängigkeit von der Orientierung des Flüssigkristalls veranlaßt werden soll, die Lichtabsorption und damit die Fluoreszenzintensität zu verändern.
Durch die DE-OS 24 33 002 wurde bereits eine verbesserte fluoreszenzwirksame Flüssigkristallanzeige bekannt, bei der im fluoreszent wirksamen Flüssigkristall eine Lichtstreuung oder eine Drehung der Polarisationsebene in Abhängigkeit von der Erregung durch ein elektrisches Feld stattfindet und das emittierte Fluoreszenzlicht sich wirksam nach außen übertragen läßt. Es sind jedoch an dieser fluoreszent wirksamen Flüssigkristallanzeige noch Verbesserungen wünschenswert, um eine Anzeigequalität mit guter Kontrastwirkung zu erhalten.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, bei Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen der eingangs genannten Art einen höheren Anzeigekontrast zu erzielen.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.
Hierdurch läßt sich der Kontrast der Anzeige um mehr als das Hundertfache erhöhen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen enthalten sowie in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält eine fluoreszenzwirksame Flüssigkristallanzeige ein erstes optisches Filter, das auf der Seite des einfallenden Erregerlichts angeordnet ist Dieses erste optische Filter zeigt eine hohe Durchlässigkeit in dem Wellenlängenbereicli, in dem das Fluoreszenzmaterial einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist während in jenem Wellenlängenbereich mit hoher fluoreszenter Wirksamkeit des Fluoreszenzmaterials das Filter auf niedrige Durchlässigkeit hin ausgelegt ist
Das Erregerlicht tritt durch das erste optische Filter weitgehend unbeeinflußt hindurch, soweit die Wellenlängen betroffen sind, für die das Erregerlicht durch das Fluoreszenzmaterial wirksam absorbiert wird (Erregungsstrahlung). Das übrige Erregerlicht bei dem ein nennenswertes Fluoreszenzphänomen im Fluoreszenzmaterial nicht auftritt, hält das optische Filter vom Eintreten in die Flüssigkristallschicht ab. Daher wird im wesentlichen das gesamte Erregerlicht daran gehindert durch unerwünschte und unkontrollierte Streueffekte an der der Erregerlichtseite gegenüberliegenden Seite der Anzeigevorrichtung auszutreten, so daß eine wesentliche Verbesserung des Anzeigekontrasts erzielt wird.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein zweites optisches Filter auf der Anzeigeseite vorgesehen, um das aus dem Fluoreszenzmaterial austretende Fluoreszenzlicht zu filtern und um die Ausbreitung von Licht mit jenen Wellenlängen zu begrenzen, die aus dem Erregerlicht das erste optische Filter passiert haben und vom Fluoreszenzmaterial nicht absorbiert wurden. Das zweite optische Filter wirkt also absorbierend hinsichtlich jener Wellenlängenbereiche des Erregerlichts, die durch das erste optische Filter nicht absorbiert werden, so daß sich eine weitere Steigerung des Anzeigekontrasts erreichen läßt. Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Schnittdarstellung einer herkömmlichen lichtdurchlässigen, also transmissiven Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige,
F i g. 2 die schematische graphische Darstellung des Absorptionsspektrums (ausgezogene Kurve) und des Fluoreszenzwirkungsgrads (gestrichelte Kurve) bei Verwendung einer handelsüblichen Fluoreszenzmaterials bei einer Anzeige mit erfindungsgemäßen Merkmalen,
F i g. 3 und 4 die Schnittdarstellung von in Transmission betriebenen Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeigen gemäß der Erfindung und
F i g. 5 die graphische Darstellung des Lichtdurchlaßgrads (ausgezogene Kurve) eines ersten optischen Filters und jenen eines zweiten optischen Filters (gestrichelte Kurve) bei Anwendung der Erfindung auf
lie transmissiven Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeigen gemäß F i g. 3 und 4.
Das für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignete Flüssigkristallmaterial wird in an sich bekannter Weise aus einer der nematischen, cholestercchen oder smektischen Mesophasen in der Hinsicht ausgesucht, daß sich bei einem im Flüssigkristallrcaterial enthaltenen organischen Fluoreszenzmaterial die lumineszente Wirksamkeit verändern läßt Das Flüssigkristallmaterial enthält außerdem einzeln oder in Kombination be- ίο stimmte Additive, um eine vorgeschriebene Leitfähigkeit zu erhalten, Aktivierungszusätze, um die Anteile bzw. Rückstände der cholesterischen Mesophase einzustellen oder Orientierungszusätze, um eine Orientierung des Flüssigkristalls zu erreichen. Die äußere is Stimulierung zur Änderung des Ordnungszustands (Phasenzustand) der Flüssigkristallmoleküle erfolgt durch ein elektrisches Feld, ein magnetisches Feld, thermische Erregung, mechanische Kraft oder dergleichen.
Die in F i g. 1 dargestellte herkömmliche transmissive Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige umfaßt ein Paar von Glassubstraten Xa und Xb, darauf aufgebrachte Transparentelektroden 2, zur molekularen Orientierung des Flüssigkristalls bestimmte Schichten 3, Abstandsstücke 4, ein Flüssigkristallmaterial 5, ein Fluoreszenzmaterial 6 und eine Stromversorgungsquelle 7. Die Transparentelektroden 2 sind in bekannter Weise in solchen Musterverteilung angeordnet, daß sich eine bestimmte Information darstellen läßt; sie bestehen aus Ιη2θ3 und sind durch ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen aufgebracht Die der Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienenden Schichten 3 bestehen aus S1O2 und sind ebenfalls durch Verdampfung oder dergleichen von handelsüblichen Materialien aufgebracht. Die Abstandsstücke 4 bestehen aus Epoxyharz.
Aus der Reihe der zur Verfügung stehenden Fluoreszenzmaterialien sind z. B. Coumarin 7 der Firma Eastman Kodak Co oder das von der Firma Hoechst AG unter der Handelsbezeichnung Samaron Brilliant Yellow H6GL vertriebene Material verwendbar. Das Fluoreszenzmaterial 6 wird in einem Anteil von etwa 0,005 bis etwa 1,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Flüssigkristallmaterial 5, zugesetzt Die Flüssigkristall-Zusammensetzung für den Gegenstand der Erfindung hat die Eigenschaft, daß Fluoreszenzlicht bei Raumtemperatur emittiert wird. Die Zusammensetzungen werden in üblicher Weise hergestellt Das in der Zusammensetzung enthaltene Fluoreszenzmaterial 6 wird vorzugsweise im Flüssigkristall-Material 5 gelöst gehalten.
Von der Stromversorgungsquelle 7 aus wird ein elektrisches Feld über die Flüssigkristall-Zusammensetzung angelegt, um die Änderung des Ordnungszustands einzuleiten. Ein Betrachter ist auf der Anzeigeseite mit Bezugshinweis 8 angedeutet Auf der der Anzeigeseite gegenüberliegenden Lichterregerseite befindet sich eine Erregerlampe (Strahlungsquelle) 10, deren Licht durch einen dahinter angeordneten konkaven Spiegel 11 in bestimmter Weise gerichtet und verteilt wird. Über eine Diffusorplatte 9 gelangt das Erregerlicht in das Glassubstrat Xb und wird in die Flüssigkristallzusammensetzung gestreut Das Erregerlicht dient zur Erregung des Fluoreszenzphänomens im Fluoreszenzmaterial 6; der hierbei absorbierte Wellenlängenbereich ist als Erregungsstrahlung bezeichnet.
Ein Phasenübergang in der Flüssigkristall-Zusammensetzung, ausgelöst durch das angelegte elektrische Feld, erfolgt zwischen der cholesterischen und der nematischen Mesophase. Dabei dient die fokal-konische Textur der cholesterischen Mesophase für die aktive Anzeige unter Ausnutzung der Moleküle des Fluoreszenzmaterials als Lichtstreuzentren für die Fluoreszenz, während die homotrope Orientierung der nematischen Mesophase für die nichtaktive Anzeige herangezogen wird.
Es ist also erforderlich, die elektrooptischen Eigenschaften der Flüssigkristall-Zusammensetzung so zu wählen, daß das Erregerlicht für das Fluoreszenzmaterial und das Fluoreszenzlicht des Fluoreszenzmaterials gestreut werden. Es sei nur ergänzend bemerkt daß die Glassubstrate Xa und \bder Flüssigkristallzelle dabei für die Ausbreitung des Erregerlichts von Bedeutung sind.
Bei der in F i g. 1 dargestellten bekannten Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige besteht jedoch ein Problem darin, daß das restliche Erregerlicht diffus und im wesentlichen in seitlicher Richtung aus der Anzeige herausgestreut wird, außer für jene Wellenlängenbereiche, deren Licht durch das Fluoreszenzmaterial 6 absorbiert wird. Dieses nicht absorbierte Erregerlicht verschlechtert dann die Sichtbarkeit des Fluoreszenzphänomens, und der Anzeigekontrast wird unvermeidlich schlechter.
Die F i g. 3 und 4 zeigen Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigen gemäß der Erfindung. Die bereits in Verbindung mit F i g. 1 erläuterten und auch hier vorhandenen Teile sind mit gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist zwischen dem Glassubstrat Xb und der Diffusorplatte 9 in Ergänzung zu der anhand der F i g. 1 bereits beschriebenen Anzeige ein erstes optisches Filter 12 vorgesehen. Dieses optische Filter 12 weist einen hohen Durchlässigkeitsgrad hinsichtlich jener Wellenlängen auf, für die das Fluoreszenzmaterial 6 einen hohen Absorptionskoeffizienten zeigt, während die Durchlässigkeit für jene Wellenlängen niedrig ist, bei denen das Fluoreszenzmaterial 6 eine Fluoreszenzstrahlung hoher Intensität besitzt. Die durch das Fluoreszenzmaterial gut absorbierbaren Wellenlängenbereiche des Erregerlichts treten durch das optische Filter hindurch, während die restlichen Wellenlängenbereiche des Erregerlichts am Durchtreten durch das optische Filter gehindert werden.
Durch diese Maßnahme wird das nicht absorbierte Erregerlicht daran gehindert, diffus aus der Anzeige herauszustreuen, wodurch der Anzeigekontrast der Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeige deutlich verbessert wird. Im Vergleich zur anhand der F i g. 1 beschriebenen Flüssigkristallanzeige verbessert sich das Kontrastverhältnis um einen Faktor von mehreren zehn bis zu mehreren hundert und gleichzeitig läßt s;ch mit guter Darstellungsqualität eine zweifarbige Anzeige erreichen.
Das Schaubild der F i g. 2 verdeutlicht das Absorptionsspektrum (ausgezogene Kurve) und den Fluoreszenz-Wirkungsgrad (gestrichelte Linie) bei Verwendung eines handelsüblichen Fluoreszenzmaterials 6 bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung. Es zeigt eine hohe Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 400 bis 500 nm und einen hohen Fluoreszenzwirkungsgrad zwischen 500 bis 600 nm. Das erste optische Filter 12 wird hinsichtlich seiner charakteristischen Kennwerte so gewählt, daß sich eine hohe Durchlässigkeit für Wellenlängen von weniger als etwa 500 nm zeigt und eine geringe Durchlässigkeit für darüberlie-
gende Wellenlängenbereiche, d. h, eine Kennlinie, die etwa der ausgezogenen Kurve beim Schaubild der F i g. 5 entspricht
Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist zusätzlich zum ersten optischen Filter 12 ein zweites optisches Filter 13 vorhanden, das dazu dient, jenen Teil des Erregerlichts zu absorbieren, dessen Wellenlängen durch das erste optische Filter 12 nicht absorbiert werden können. Durch die Verwendung des zweiten optischen Filters 13 wird der Anzeigekontrast nochmals deutlich besser. Das zweite optische Filter 13 ist auf der Anzeigeseite unmittelbar anschließend an das Glassubstrat la angeordnet und steht mit diesem in Berührungskontakt oder weist einen gewissen Abstand davon auf.
Das zweite optische Filter 13 zeichnet sich durch einen hohen Durchlässigkeitsgrad für Wellenlängen aus, die der Fluoreszenzstrahlung im Ktuoreszenzmaterial 6 entsprechen. Es zeigt dagegen niedrige Durchlässigkeit für solche Wellenlängenbereiche des Erregerlichts, die durch das erste optische Filter 12 hindurchtreten. In anderen Worten: Das zweite optische Filter 13 zeigt hohe Durchlässigkeit nur für Wellenlängen über etwa 500 nm, was im Schaubild der F i g. 5, welches die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften der Filter angibt, durch die gestrichelte Kurve veranschaulicht ist.
Ein herausragender Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der genannten wesentlichen Steigerung des Anzeigekontrasts durch selektives Steuern des Erregerlichts, das durch das Fluoreszenzmaterial 6 absorbiert wird sowie der vom Fluoreszenzmaterial 6 emittierten Fluoreszenz, und zwar durch Verwendung des ersten optischen Filters 12 bzw. des zweiten optischen Filters 13. Der durch das Fluoreszenzmaterial 6 absorbierbare Anteil (Erregungsstrahlung) des Erregerlichts und jene Wellenlängen, die dem vom Fluoreszenzmaterial 6 emittierten Fluoreszenzlicht entsprechen, werden durch das zweite optische Filter 13 bzw. durch das erste optische Filter 12 absorbiert. Bei der Erfindung wird das physikalische Phänomen ausgenutzt, daß das zur Erregung absorbierte Wellenlängenband des Erregerlichts vom Band des Fluoreszenzlichtes abweicht. Die Wellenlängen des absorbierten Erregerlichts sind kürzer als die des Fluoreszenzlichts.
Beispiel
Die herkömmliche Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige gemäß F i g. 1 weist die folgenden konstruktiven Einzelheiten auf:
ίο Die Stärke der Glassubstrate la und \b beträgt 3,0 mm. Die Transparentelektroden 2 sind aus In^ mit einer Dicke von 0,05 μπι (500 Ä) hergestellt. Die zur Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienenden Schichten 3 bestehen aus S1O2 mit einer Dicke von 0,1 μπι (1000 A) mit der obenerwähnten oberflächenaktiven Beschichtung. Die Abstandsstücke 4 bestehen aus Epoxyharz. Das Flüssigkristalimaterial 5 ist ein Flüssigkristallgemisch des Typs 605 der Firma Hoffman La Roche Inc, mit einem Zusatz von 15 Gewichtsprozent der optisch aktiven Substanz CB-15 der Firma BDH Chemicals Ltd, und Coumarin 7 von der Firma Eastman Kodak Co. wird in einer Menge von 0,3 Gew.-% zugesetzt.
Dazu im Vergleich und in Ergänzung zu obigem weist die Ausführungsform nach Fig.3 als erstes optisches Filter 12 den Filtertyp B-440 (ein Blaufilter mit einer maximalen Durchlässigkeit von ca. 45% bei einer Wellenlänge von ca. 440 nm) der Firma Hoya Glass Works, Ltd, auf. Wird als Erregerlicht eine Wellenlänge
jo von 550 nm gewählt, so ist das Kontrastverhältnis bei der Fluoreszenzflüssigkristallanzeige nach F i g. 3 etwa um den Faktor 100 besser als bei Fig. 1. Die Flüssigkristallzusammensetzung zeigt bei dieser Ausführungsform in der nematischen Mesophase blaue
)-■> Farbe, wenn die anliegende Spannung über 2,SxIO4VZCm beträgt, während die cholesterische Mesophase in grüner Farbe erscheint, wenn die anliegende Spannung niedriger gewählt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für Transmissionsbetrieb enthaltend
— Flüssigkristallmaterial,
— Fluoreszenzmaterial, das in dem Flüssigkristallmaterial enthalten ist, dessen Fluoreszenzintensität von seiner Molekülanordnung abhängt, die durch die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle bestimmt wird, und dessen Erregungsstrahlung in einem anderen Wellenlängenbereich liegt als dessen Fluoreszenzstrahlung,
— eine Strahlungsquelle zur Erzeugung der Erregungsstrahlung für die Anregung der Fluoreszenz,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strahlungsquelle (10) und dem Flüssigkristallmaterial (5) ein optisches Filter (12) angeordnet ist, das den Wellenlängenbereich der Erregungsstrahlung durchläßt und den der Fluoreszenzstrahlung absorbiert
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites optisches Filter (13) auf der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Betrachterseite der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, das den Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung durchläßt und den der Erregungsstrahlung absorbiert
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwellenlänge zwischen dem Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung und jenem der Erregungsstrahlung bei etwa 500 nm liegt.
DE2847612A 1977-11-07 1978-11-02 Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung Expired DE2847612C3 (de)

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