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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenstrahlröhre, welche an der Vorderseite ihres Bildschirmes mit einem optischen Schirm versehen ist, der eine Anzahl parallel zu den Abtastzeilen des Kathodenstrahles angeordneter, eine elektrooptische Substanz, beispielsweise Flüssigkristalle, enthaltender Streifen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten im wesentlichen senkrecht auf die Kathodenstrahlrichtung stehende, lichtdurchlässige Elektroden tragen, welche zur Lichtsteuerung mit einem Spannungsgeber verbunden sind.
Eine Anordnung der genannten Art ist durch die DE-OS 2452392 bekanntgeworden, welche eine Farbbildwiedergabevorrichtung betrifft, bei der der optische Schirm als elektrisch steuerbares Farbfilter ausgebildet ist. Das Farbfilter besteht aus parallelen, streifenförmigen Flüssigkristallen, die unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind. Es können auch separate Filterstreifen für rotes, grünes und blaues Licht vorgesehen sein. Die Ansteuerung der Streifen erfolgt in Abhängigkeit von einem Farbhelligkeitssignal.
Die Ansteuerung einer Schicht aus Flüssigkristallen ist auch aus der DE-OS 1487777 bekannt, die sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen und Sichtbarmachen eines elek- trischen Feldes bezieht. Bei einer Ausführungsform gemäss dieser DE-OS treffen Elektronenstrahlen auf eine Flüssigkristall-Steuereinheit, die anstatt des Phosphor-Leuchtschirms herkömmlicher
Kathodenstrahlröhren vorgesehen ist. Diese Flüssigkristall-Steuereinheit modifiziert die Eigen- schaften von Licht, das von ihr zurückgestreut wird oder durch sie hindurchgeht. Zur Abrundung des Standes der Technik sei erwähnt, dass das Anlegen elektrischer Felder an Flüssigkristalle zum Zwecke einer Datenanzeige oder Lichtsteuerung hinlänglich bekannt ist, wofür die
DE-OS 1955977,2226959, 2363219 und 2408389 einen Beleg darstellen.
Bei vielen Anwendungsfällen von Kathodenstrahlröhren, z. B. als Anzeigeröhren in einer
Flugzeugkanzel, tritt das Problem auf, dass der Bildkontrast infolge starker nicht abzuschirmender
Umgebungsbeleuchtung sehr schwach ist.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung des angeführten Nachteiles, also die Verbesserung der eingangs genannten Kathodenstrahlröhre dahingehend, dass sie einen stärkeren Bildkontrast aufweist. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Spannungsgeber der gegebenenfalls mit Polarisationsfiltern überzogenen Elektroden mit der Zeilenabtaststeuerung der Kathodenstrahlröhre elektrisch gekoppelt ist und die Lichtdurchlässigkeit wenigstens des jeweils vom Kathodenstrahl getroffenen Streifens gewährleistet.
Das Neue an der erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre ist, dass die Streifen des optischen Schirmes, von denen bereits zwei genügen, um gute Anzeigecharakteristika bei heller Umgebung zu erhalten, in Abhängigkeit von der Rasterposition des Kathodenstrahles angesteuert werden.
Dies erfolgt so, dass gerade jener Bereich durchsichtig gemacht wird, auf den der Strahl trifft.
Um ein Flackern zufolge Parallaxeneffekt bei Betrachtung des Schirmes unter einem Winkel zu vermeiden, kann jeder Streifen auf Lichtdurchlässigkeit geschaltet werden, bevor der Kathodenstrahl auf ihn trifft. Sobald sich der Strahl vom jeweiligen Streifen wegbewegt und die Lichtaussendung aufgehört hat, wird der Streifen umgeschaltet, so dass er lichtabsorbierend und nichtreflektierend wird.
Die Streifen kann aus PLZT-Material (polykristallines Blei-Zirkonat-Titanat) hergestellt sein, vorzugsweise sind sie jedoch Flüssigkristallzellen, von denen jede aus einer Flüssigkristallschicht besteht, welche zwischen zwei Platten aus einem durchsichtigen elektrisch leitenden Material wie z. B. Zinnoxyd eingeschlossen ist. Das Flüssigkristallmaterial kann mit einem pleochroischen Farbstoff vermischt sein und nach dem an sich bekannten Gast-Wirt-Wechselwirkungsmodus verwendet werden.
Die optischen Effekte von Flüssigkristallzellen sind gewöhnlich bei polarisiertem Licht am deutlichsten ; daher sind die Elektroden erfindungsgemäss gegebenenfalls mit Polarisationsfiltern überzogen.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der optische Schirm ein erstes Polarisationsfilter, eine im wesentlichen um 900 verwundene, nematische Flüssigkristallzelle und ein zweites Polarisationsfilter. Bei einer Variante dieser Ausführungsform verlaufen die Achsen der Polarisationsfilter parallel zueinander und sind parallel oder senkrecht zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle an den Grenzflächen ausgerichtet, so dass im verwundenen Zustand
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der Zelle der Vektor des elektrischen Feldes des Lichtes, das durch das erste Polarisationsfilter polarisiert wurde, durch die Zelle um praktisch 90 gedreht wird und das Licht nicht durch das zweite Polarisationsfilter hindurchtreten kann, wodurch der Schirm opak wird.
Durch Anlegen einer Spannung an die Zelle werden die Flüssigkristallmoleküle, welche eine positive elektrische Anisotropie besitzen, wieder zurückorientiert und gestatten nun den direkten Durchgang des Lichtes durch die Zelle, wodurch der Schirm lichtdurchlässig wird. Bei einer andern Variante dieser Ausführungsform liegen die Achsen des ersten und zweiten Polarisationsfilters im wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander mit dem Ergebnis, dass die Effekte der Anlegung einer Spannung an die Zellen beim Betrieb des Schirmes umgekehrt werden. Der Flüssigkristall kann vom rein nematischen Typ sein oder er kann nematisch sein und eine kleine Menge eines cholesterischen Flüssigkristalles zugesetzt enthalten, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung enthält der optische Schirm ein Polarisationsfilter und eine verwundene nematische Flüssigkristallzelle, in der ein pleochroischer Farbstoff mit dem Flüssigkristall vermischt ist. Eine solche Zelle ist, je nach der angelegten Spannung, entweder absorbierend oder durchlässig für polarisiertes Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können Flüssigkristallmaterialien benutzt werden, welche den Freedericksz-Effekt zeigen. Diese Materialien können mit oder ohne pleochroische Farbstoffe verwendet werden, wie nachstehend beschrieben wird.
Der Schirm ist vorzugsweise dann lichtdurchlässig, wenn keine Spannung angelegt wird, wodurch er"unfallsicher"in dem Sinne ist, dass die Kathodenstrahlröhrenanzeige auch dann sichtbar bleibt, wenn die Stromzufuhr zum Schirm ausfällt. Der Schirm kann aber auch so konstruiert sein, dass man ihn bei einem derartigen Ausfall von der Vorderseite der Kathodenstrahlröhre mechanisch abnehmen kann.
Der Schirm kann auch einen Antireflexionsüberzug aufweisen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun an Hand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen Fig. l eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre, Fig. 2 eine Ansicht einer Flüssigkristallzelle ; Fig. 3 die Anordnung der Moleküle in einem nematischen Flüssigkristall ; Fig. 4A und 4B auseinandergenommene perspektivische Ansichten von Polarisationsfiltern und einer verwundenen nematischen Flüssigkristallzelle, Fig. 5 eine Ansicht eines Polarisationsfilters und einer verwundenen nematischen Flüssigkristallzelle, die einen pleochroischen Farbstoff enthält, Fig. 6A und 6B, 7A und 7B Seitenansichten im Schnitt von nematischen Flüssigkristallen, die den Freedericksz-Effekt zeigen, sowie Fig. 8A und 8B die Verwendung von Polarisationsfiltern und einer nematischen Flüssigkristallzelle, die den Freedericksz-Effekt zeigt.
Eine Kathodenstrahlröhre-10- (Fig. l) mit einem Bildschirm --11-- ist unmittelbar an dessen Vorderseite mit einem optischen Schirm --12-- versehen. Der Schirm --12-- weist eine Anzahl von Streifen --13a bis 13f-- auf, die parallel zu den Abtastzeilen des Kathodenstrahles ausgerichtet sind, wie durch die strichlierten Linien bei --14-- angedeutet ist. Jeder Streifen - enthält eine elektrooptische Substanz und ist von dem jeweils benachbarten Streifen --13-elektrisch isoliert.
Von der Kathodenstrahlröhre --10-- wird in die Rasterstellung des Kathodenstrahles auf dem Bildschirm --11-- angebendes Signal --15-- abgeleitet und einem Spannungs- geber --16-- zugeführt. Dieser leitet elektrische Signale 17 in solcher Weise an die Streifen - -13--, dass ein Streifen --13c-- unmittelbar vor dem Darüberstreichen des Kathodenstrahles lichtdurchlässig ist, während die andern Streifen --13-- absorbierend und nichtreflektierend sind.
Um eine Parallaxe zwischen den Streifen und dem Kathodenstrahlraster zu vermeiden, kann der nächste Streifen --13d-- umgeschaltet werden, so dass er lichtdurchlässig wird, ehe der Raster - die Verbindungslinie zwischen den Streifen --13c und 13d-- überquert. Während der Raster - sich auf dem Schirm --12-- nach unten bewegt und die Lichtemission hinter dem Streifen - erlöscht, kann der Streifen --13c-- zu einem zweckmässigen Zeitpunkt auf absorbierend und nichtreflektierend geschaltet werden.
Ein typischer Streifen --13-- in Form einer Flüssigkristallzelle (Fig. 2) umfasst eine Schicht - aus Flüssigkristallmaterial zwischen Elektroden --19, 20-- aus einem elektrisch leitenden,
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durchsichtigen Material wie z. B. Zinnoxyd, Indiumoxyd oder deren Gemisch. Über Anschlüsse - -21, 22--, die an den Elektroden --19 bzw. 21-- befestigt sind, wird eine Spannung an die Zelle gelegt. Die Elektroden --19, 20-- sind gegebenenfalls mit Schichten aus durchsichtigem Material wie Glas oder mit Polarisationsfiltern --23, 24-- überzogen. Die Ausrichtung der Moleküle in einem nematischen Flüssigkristall ist in Fig. 3 veranschaulicht.
In Fig. 4 ist ein Streifen --13-- für eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, bei der ein verwundenes nematisches Flüssigkristallmaterial verwendet wird. In einer verwundenen nematischen Zelle sind die Kristallmoleküle über die Dicke der Zelle bis zu einem Winkel von gewöhnlich 900 verwunden, wie bei --25-- in Fig. 4a gezeigt ist. Unter dem Einfluss einer Gleichoder Wechselspannung können sich die Moleküle wieder rück-ausrichten, wie bei --26-- in Fig. 4b ersichtlich ist. Polarisiertes Licht, das die Zelle in ihrem verwundenen Zustand passiert, erfährt eine Drehung des Vektors seines elektrischen Feldes um einen Winkel von 900.
Ein Streifen --13--, wie in Fig. 4 dargestellt, besteht aus einem ersten Polarisationsfilter --27--, Glasplatten --101, 102--, durchsichtigen Elektroden --19, 20--, die ein verwundenes nematisches Flüssigkristallma- terial --18-- einschliessen, und ein mit gleicher Polarisationsrichtung (Pfeile 29) wie das erste Polarisationsfilter parallel zu diesem angeordnetes zweites Polarisationsfilter --28--. Licht, das durch das erste Polarisationsfilter --27-- durchtritt, wenn sich der Flüssigkristall im verwun-
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--27-- polarisiertfilter --28-- hindurchtreten kann. Der Streifen --13-- ist daher lichtundurchlässig.
Wenn eine Spannung zwischen den Elektroden --19, 20-- (Fig. 4b) angelegt wird, richten sich die Flüssigkristallmoleküle wieder aus, das Licht wird beim Durchgang durch das Flüssigkristallmaterial - nicht mehr gedreht und passiert daher das zweite Polarisationsfilter --28--, wie durch den Pfeil Y angezeigt wird, so dass der Streifen --13-- lichtdurchlässig wird. Bei einer andern Anordnung liegen die Polarisationsrichtungen rechtwinkelig zueinander, wie durch die Pfeile 29a angezeigt wird, in welchem Falle der Streifen --13-- lichtdurchlässig ist, wenn keine Spannung an den Elektroden --19, 20-- liegt, und bei Anlegen einer Spannung lichtundurchlässig wird.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung ist ein pleochroischer Farbstoff (der aus einer einzelnen Substanz oder aus einem Substanzgemisch bestehen kann) mit dem Flüssigkristallmaterial --18-- in verwundener nematischer Form vermischt. Die Moleküle des Farbstoffes richten sich entsprechend der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle aus und haben die Eigenschaft, in einer Ausrichtung polarisiertes Licht zu absorbieren und in einer andern Ausrichtung nichtabsorbierend zu sein.
Ein Streifen --13-- gemäss dieser Ausführungsform ist in Fig. 5 schematisch veranschaulicht.
Er besitzt ein einziges Polarisationsfilter --30-- und eine verwundene nematische Flüssigkristallzelle --31--, wobei das Flüssigkristallmaterial einen pleochroischen Farbstoff enthält. Beim Betrieb wird Licht durch das Filter --30-- polarisiert ; es wird von dem Farbstoff in der einen Ausrichtung absorbiert, wodurch der Streifen --13-- lichtabsorbierend und nichtreflektierend wird, und in der andern Ausrichtung durchgelassen, wodurch der Streifen --31-- lichtdurchlässig wird. Diese Effekte werden durch Einschalten oder Ausschalten einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden der Zelle --31-- umgekehrt, je nach den relativen Ausrichtungen des Polarisationsfilters --30-- und der Zelle --31--.
Wenn auch für die obigen Ausführungsformen eine Betätigung durch Änderung der Höhe der Spannung beschrieben wurde, ist es dem Fachmann bekannt, dass bei vielen Flüssigkristallmaterialien ein viel rascheres Ansprechen erreicht werden kann, wenn man eine sogenannte "Zwei- frequenzenschaltung"anwendet. Hiebei wird Wechselspannung kontinuierlich an die Flüssigkristallzelle angelegt. Die Wiederausrichtung der Flüssigkristallzellen wird durch Umschalten von niedriger Frequenz auf sehr hohe Frequenz, oder umgekehrt bewirkt.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung werden nematische Flüssigkristalle verwendet, die so angeordnet sind, dass sie einen positiven oder negativen Freedericksz-Effekt ausüben.
Für den positiven Freedericksz-Effekt ist ein dünner (z. B. 6 bis 25 11m dicker) Film aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie zwischen zwei elektrisch leitend beschichteten Glasplatten vorgesehen, wobei die Elektrodenoberflächen so be-
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handelt wurden, dass sie eine parallele homogene Textur im unbetätigten Zustand besitzen (Fig. 6a).
Wenn die Flüssigkristallzelle zwischen gekreuzten oder parallelen Linearpolarisatoren so einge- schlossen ist, dass die optische Achse der Zelle bei : ir/4 zur Transmissionsachse eines der Polarisa- toren liegt, scheint die Kombination lichtdurchlässig und farblos zu sein. Bei Anlegen einer
Spannung an die Zelle (Fig. 6b) richten sich die Flüssigkristallmoleküle wieder aus, wobei der
Grad der Wiederausrichtung von der angelegten Spannung abhängt. Bei Erhöhen der Spannung werden durch die Anordnung zunehmend Wellenlängen des Farbspektrums absorbiert, bis sie allen- falls vollkommen lichtabsorbierend wird.
Beim negativen Freedericksz-Effekt ist ein nematischer Flüssigkristall mit negativer dielek- trischer Anisotropie in gleicher Weise wie für den positiven Effekt angeordnet, wobei jedoch die
Zellwände in solcher Weise behandelt wurden, dass eine homöotrope Ausrichtung resultiert (Fig. 7a).
Bei Anlegen einer Wechselspannung an die Zelle reorientieren sich die Flüssigkristallmoleküle (Fig. 7b) und geben einen ähnlichen spektralen Effekt wie den oben beschriebenen.
Viele Kathodenstrahlanzeigen sind monochrom, so dass die spektralen Besonderheiten des
Freedericksz-Effektes mit Vorteil angewendet werden können. Flüssigkristallzellen --31a-- mit gekreuzten Polarisatoren --27a, 28a-- sind im lichtdurchlässigen Zustand in Fig. Sa und im licht- absorbierenden Zustand in Fig. 8b dargestellt. Das Umschalten der Zellen kann rascher und wirk- samer gemacht werden, wenn doppelbrechende Blätter zwischen den Zellen --31a-- und einen der
Polarisatoren --27a, 28a-- angeordnet werden.
Der Freedericksz-Effekt kann auch bei pleochroischen Farbstoffen, die im Flüssigkristallmaterial gelöst sind, angewendet werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung umfassen zwei Zellen vom Freedericksz- oder verwundenen nematischen Typ mit darin gelösten pleochroischen Farbstoffen, die jeweils aneinandergrenzen und orthogonale Orientierungen aufweisen. Es kann auch ein Flüssigkristallmaterial des Typs bei dem ein Wechsel von der cholesterischen zur nematischen Phase auftritt, mit einem pleochroischen Farbstoff verwendet werden, wobei das Flüssigkristallmaterial cholesterisch mit positiver oder variabler dielektrischer Anisotropie sein kann. Der dynamische Streueffekt kann bei einem nematischen oder mit einem cholesterischen, grosse Windungshöhe aufweisenden Flüssigkristallmaterial mit negativer oder variabler dielektrischer Anisotropie im Gemisch mit einem pleochroischen Farbstoff angewendet werden.
Der Typ, der für die Streifen --13-- in einem speziellen Schirm --12-- verwendeten Zelle, richtet sich nach der Zweckmässigkeit. Ist beispielsweise der Schirm --12-- in einem Stück mit der Kathodenstrahlröhre --10-- konstruiert, empfiehlt es sich, dass die Streifen --13-- jedem Typ angehören, der lichtdurchlässig ist, wenn keine Spannung angelegt ist. Auch die Zahl der Streifen - auf einem speziellen Schirm --12-- kann beliebig gewählt werden, wobei wahrscheinlich die maximale Aussenbeleuchtung, vor der der Bildschirm --11-- der Kathodenstrahlröhre --10-- abgeschirmt werden soll, den Ausschlag geben wird. Bedeutende Vorteile können bereits bei Schirmen --12- : " mit nur zwei Streifen --13-- erzielt werden. Vorzugsweise werden aber mehr als zwei Streifen --13-- verwendet.
Eine Obergrenze der Streifenanzahl ergibt sich im allgemeinen aus Zweckmässigkeitserwägungen.
Es ist vorteilhaft, jeden Schirm --12-- mit einem Antireflexionsüberzug zu versehen. Wenngleich die Streifen --13-- als aus gesonderten Flüssigkristallzellen gebildet beschrieben wurden, kann auch nur eine einzige Zelle verwendet werden, wobei die Elektroden --19, 20-- geätzt sind, um die Zelle in eine Vielzahl von Streifen --13-- zu unterteilen.
Die Beschreibung der verschiedenen Effekte von Flüssigkristallen wurde sehr kurz gehalten, weil diese Effekte dem Fachmann bekannt sind und es eine umfangreiche Literatur gibt, in der jeder Effekt in allen Einzelheiten beschrieben ist.
Bei der Erfindung können auch PLZT-Materialien polykristallines Blei-Zirkonat-Titanat verwendet werden.