DE2847612C3 - Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung - Google Patents
Fluoreszenz-Flüssigkristall-AnzeigevorrichtungInfo
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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.
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.
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)
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.
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