DE2363219C3

DE2363219C3 - Fliissigkristallanzeigeelement mit Farbwechseldarstellung

Info

Publication number: DE2363219C3
Application number: DE2363219A
Authority: DE
Inventors: Komei Hirakata Asai; Masakazu Nishinomiya Fukai; Akio Katano Moriyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-12-19
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2363219B2; FR2211154A5; JPS4984670A; US3864022A; GB1446628A; JPS5942287B2; DE2363219A1; CA1005893A

Description

Zustand unterschiedlicher Färbung oder Farbtönung sein. Weiterbin muß zumindest einer der dem Flüssigkristall zugesetzten Farbstoffe ein Farbstoff sein, der unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes aus einem farblosen Zustand in einen gefärbten Zustand umschlägt oder aber keine oder nur eine optisch nicht ins Gewicht fallende Farbänderung zeigt

Im Anzeigeelement der Erfindung erfolgt die Anzeige also in der Weise, daß dem Untergrundbereich, der dem Ruhezustand das Kristalls entspricht, und dem Bildbereich, der dem angeregten Kristallzustand entspricht, unterschiedliche Färbungen zugeordnet werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß auch bei Verwendung großer Farbstoffkonzentrationen und damit beim Auftreten nicht ausgerichteter Farbstoffmolekflle in Abwesenheit eines elektrischen Feldes solche nicht ausgerichteten Farbstoffrnoleküle mit anderen Farbstoffmolekülen vermischt und zur Darstellung anderer Färbungen verwendet werden. Bei entsprechender Zusammensetzung der Farbstoffe wird dadurch erreicht, daß der Kontrast zwischen Untergrundbereich und Biidbereich nicht vermindert wird. Da eier Anzeigekontrast also aus dem Kontrast zweier verschiedener Farben abgeleitet wird und nicht auf dem Unterschied zwischen einem ungefärbten Untergrund und einem gefärbten Anzeigebereich aufbaut, kann im Anzeigeelement der Erfindung die Farbstoffkonzentration im Flüssigkristall wesentlich erhöht werden, ohne eine Kontrastverscblecbterung in Kauf nehmen zu müssen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von S Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert Es zeigen

Fig. la und Ib Absorptionsspektren gefärbter Flüssigkristalle,

F i g. 2 ein Spannung-Frequenz-Diagramm zur Erläuterung der Betriebsbedingungen für das Anzeigeelement der Erfindung,

Fig.3A, 3B und 3C in schematischer Darstellung Orientierungskonfigurationen der Moleküle des flüssigen Kristalls in Anzeigeelementen gemäß der Erfin-■s dung,

Fig.4a—4d in schematischer Darstellung Ausrichtungskonfigurationen der Moleküle in Anzeigeelementen gemäß der Erfindung und

Fig.5 das elektrische Feldverhalten des optischen μ Absorptiomverlaufs für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Vom Standpunkt des elektrischen Feld rerhaitens der Anzeigeeigenschaften können die Farbstoffe nach den

vier in der Tabelle I gezeigten Gruppen klassifiziert werden, wobei der Farbwechsel beim Umschalten der elektrischen Feldbedingungen zugrunde gelegt ist

Tabelle I

Farbe in Abwesenheit Farbe in Gegenwart eines elektrischen Feldes eines elektrischen Feldes

A gefärbt farblos oder praktisch

farblos

B farblos oder praktisch gefärbt farblos

C gefärbt gefärbt mit unter

schiedlicher Färbung

D gefärbt keine oder praktisch

keine Farbänderung

Die in der vorstehenden Tabelle 1 wiedergegebene Klassifizierung basiert auf der relativen Beziehung zwischen der Ausrichtungskonfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls und der Absorptionsachsen der nach Maßgabe der Moleküle des flüssigen Kristalls ausgerichteten Farbstoffmoleküle. Insbesondere spielt die Färbungsänderung bei Verwendung eines nematischen flüssigen Kristalls eine Rolle, wenn der Kristall eine homöotrope Struktur und eine negative dielektrische Anisotropie aufweist, wobei beim Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes eine Rotationsumorientierung der Moleküle stattfindet

In den Fig. la und Ib sind typische Absorptionskurven eines flüssigen Kristalls gezeigt, der je einen einzigen Typ dieser Farbstoffe enthält In den Figuren ist die Absorption auf der Ordinate als Funktion der Wellenlänge auf der Abszisse dargestellt Die in den Figuren mit O bezeichnete stark ausgezogene Kurve gibt c as Absorptionsspektrum bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes wieder. Die unterbrochen dargestellten Kurven A, B und C beschreiben die Absorptionsspektren in Gegenwart eines elektrischen Feldes, das, einer Schicht eines, flüssigen Kristalls aufgeprägt eine Rotationsumorientierung der Moleküle auslöst Bei Verwendung eines in der vorstehenden Tabelle unter die Gruppe A fallenden Farbstoffs, also bei seiner Zumischung zu einem flüssigen Kristall, wird beim Anlegen eines elektrischen Feldes statt des mit O bezeichneten Absorptionsverlaufes der mit B bezeichnete Absorptionsverlauf erhalten. Entsprechendes gilt für die Kurven A und Q die für flüssige Kristalle erhalten werden, die Farbstoffe der Gruppen D oder C der Tabelle 1 enthalten. Entsprechend der Klassifizierung der Farbstoffe der Gruppe D wird das in Abwesenheit eines elektrischen Feldes im sichtbaren Bereich gemessene Absorptionsspektrum durch ein Anlegen eines elektrischen Feldes im relativen Verlauf praktisch nicht verändert

Das Anzeigeelement gemäß der Erfindung enthält mindestens zwei Farbstoffe verschiedener Färbung, die zumindest zwei verschiedenen der Gruppen A, B, C und Dangehören.

6j Beispiele für die Kombination zweier Farbstoffe mit unterschiedlichem Anzeigeverhalten und Änderung der dargestellten Farbe je nach Kombination sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengefaßt.

Tabelle Il

Farbstoff M
ohne Feld
iUntergrundlärbung)

mit Feld
(Anzeigefärbung)

Farbstoff N

ohne Feld
(Untergrundfärbung)

mit Feld
(Anzeigefärbung)

Farbumschlag de; Elementes ohne Feld mit Feld

(Untergrund- (Anzeige
färbung) färbung)

gefärbt farblos oder fast

(A) farblos (A')

gefärbt gefärbt mit anderer

(C) Färbung (C)

gefärbt unverändert

Die Färbungen A bis Dund A'b'is D'in der Tabelle Il bezeichnen die dem Anzeigeelement verliehene Färbung, während die Kombinationen dieser Bezeichnungen, beispielsweise also A +B oder A'+B', diejenige Färbung bezeichnen, die das Elemen! durch die Kombination der Farbstoffe Λ/und Nerhält.

In der Tabelle II sind Beispiele für den Fall zusammengestellt, daß die Farbstoffe M und N unterschiedlich gefärbt sind und unterschiedliches Anzeigeverhalten zeigen, wenn sie einem flüssigen Kristall zugemischt sind. Die Anzahl der Kombinationen kann durch Erhöhung der Art und der Anzahl der Farbstoffe praktisch beliebig erhöht werden. In Verbindung mit einem nematischen flüssigen Kristall, der in Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine homöotrope Struktur und eine negative dielektrische Anisotropie zeigt, werden mindestens zwei verschiedene Arten der genannten Farbstoffe verwendet Bei der Verwendung eines nematischen flüssigen Kristalls mit negativer dielektrischer Anisotropie kann eine Änderung der homöotropen Struktur durch Anlegen eines elektrischen Feldes herbeigeführt werden, das auf die senkrecht zur Längsachse der Moleküle stehende Dipolkomponente einwirkt. Unter der »homöotropen Struktur« wird dabei in üblicher Weise eine Molekülausrichtung in der Weise verstanden, daß die Längsachsen der Moleküle senkrecht zur Oberfläche der den flüssigen Kristall einschließenden Winde der optischen Zelle ausgerichtet sind. Durch die Steuerung der Ausrichtungskonfiguration solcher Moleküle kann die Absorptionsanisotropie der Farbstoffe wirkungsvoll ausgenutzt werden.

Homöotrope Strukturen flüssiger Kristalle können beispielsweise nach einem der folgenden Verfahren erhalten werden:

(a) Es wird ein Zusatzmittel zur Stabilisierung der entsprechenden Ausrichtungskonfiguration zu dem flüssigen Kristall zugesetzt, beispielsweise DodecyltrimethylammoniumbTomid oder Gallussiurecetvlester.

(b) Es wird auf die Oberfläche des Glassubstrats der optischen Zelle ein Stoff aufgetragen, der die Konfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls beeinflußt, beispielsweise Lecithin.

(c) Die Glasoberfläche der optischen Zelle wird

farblos oder fast	gefärbt	A +	B
farblos (B)	(B')
gefärbt	gefärbt mit anderer	A +	C
(C)	Färbung (C)
gefärbt	unverändert	A +	D
(D)	(D')
farblos oder fast	gefärbt	C +	B
farblos (B)	(B')
gefärbt	gefärbt mit anderer	C +	C
(C)	Färbung (C)
gciai ui	Uli VLi auuLi t	*- T	Ly
(D)	(D')
farblos oder fast	gefärbt	DAr	B
farblos (B)	(Β¹)

A'+ B'
A'+ C
A' + D'

C + B-C+ C

K^ T L/

D + B'

geä'./t, und zwar beispielsweise mit Chromschwefelsäure oder Flußsäure.

(d) Auf die Oberfläche des Glassubstrats der optischer Zelle wird durch Aufdampfen eine Schicht eines Metalloxids oder eines Metallfluorids aufgebracht.

Zur praktischen Durchführung der Erfindung wirkt auf die Schicht eines flüssigen Kristalls, dessen Moleküle in einer der vorstehend beschriebenen Weisen in eine homöotrope Ausrichtungskonfiguration überführt worden ist, ein elektrisches Steuerfeld ein. Die Aufprägung einer solchen Steuerspannung kann in zweierlei Weise erfolgen:

(1) Es wird eine Steuerspannung aufgeprägt, die zwar höher als die erforderliche Einsatzspannung für eine geordnete Umorientierung der Moleküle ist, wobei jedoch die aufgeprägte Spannung und die angewendete Frequenz so bemessen sind, daß noch keine dynamische Streuung auftritt.

(2) Eine Spannung, die über der Einsatzspannung für die dynamische Streuung und ein Spannungs- Frequenz-Verhältnis, die in einem Bereich liegen, daß sie eine dynamische Streuung zu erzeugen vermögen, werden eingesetzt

Nach den beiden Verfahren wird der flüssige Kristall in unterschiedlicher Weise zur Anzeige und Informationsdarstellung verwendet Während nach dem ersten Verfahren lediglich eine Farbänderung erzeugt ~ird, tritt nach dem zweiten Verfahren sowohl eine Farbänderung als auch eine Intensitätsmodulation des Lichtes auf.

Der in der Fig.2 gezeigten Graphik kann der effektive Spannungs-Frequenz-Bereich zur Auslösung dieser Doppelaktivierung und zur Anregung nach dem ersten Verfahren entnommen werden. Während der Anregungsbereich nach dem ersten Verfahren in der F i g. 2 schraffiert dargestellt ist, ist der Anregungsbereich zur Auslösung der dynamischen Streuung punktiert kenntlich gemacht

In der in F i g. 2 gezeigten Graphik ist die Spannung auf der Ordinate und die Frequenz des angelegten Feldes auf der Abszisse aufgetragen. Die Kurve O gibt die Grenzspannung oder Einsatzspannung für die Erzeugung einer linearen Molekülausrichtung wieder. Die Kurve P gibt den Spannungsverlauf für die

Grenzspannung zur Erzeugung einer dynamischen Streuung wieder. Durch die Kurve Q wird die Einsatzspannung zum Auftreten winkliger Geometrien wiedergegeben. Din Kurven Pund Qlassen sich durch die HELFRICH-ORSAY-Theorie gut beschreiben.Im Leitungsbereich M und im dielektrischen Bereich N liegen unterschiedliche Leitungsmechanismen des flüssigen KriMalls und entsprechend unterschiedliche Betriebsmuden des Anzeigeelements vor. Der Obergan? vom Leitungsbereich M zum dielektrischen Bereich N wird durch eine kritische Grenzfrequenz /₇ bestimmt. Der Kurvenverlauf P-Q weist also an der Grenzfrequenz ic einen Knickpunkt auf, an dem sich in scharf definierter Form die Spannungs-Frequenz-Abhängigkeit ändert.

Der Bereich für die Spannungssteuerung eines Anzeigeelements auf der Basis flüssiger nematischer Kristalle nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren (1) ist in der F i g. 2 also durch die Kurven O, Pund Q sowie im Bereich höherer Spannung durch die der Grenzfrequenz f_c entsprechende Bereichsgrenze R umschrieben. Das vorstehend beschriebene Steuerverfahren (1) kann also in den in Fig.2 gezeigten Spannungs-Frequenz-Bereichen B und D durchgeführt werden.

Das unter Ausnutzung der dynamischen Streuung arbeitende Steuerverfahren (2) kann in dem in F i g. 2 gezeigten Spannungs-Frequenz-Bereich Cdurchgeführt werden, der durch die Kurve Pund die Bereichsgrenze R definiert ist. In dem durch eine durch die Kurve O wiederpegebene konstante Einsatzspannung begrenzten Bei-eich A zeigt eine Schicht des flüssigen Kristalls keine für eine Informationsdarstellung ausnutzbare Reaktion auf äußere elektrische Felder.

In den Fig. 3A bis 3C ist das elektrische Feldverhalten der Orientierungskonfigurationen der Moleküle eines nematischen flüssigen Kristalls in der optischen Zelle eines Anzeigeelements wiedergegeben. In Abwesenheit eines elektrischen Feldes oder in Gegenwart eines elektrischen Feldes, dessen Parameter in den Bereich A der in F i g. 2 gezeigten Graphik fallen, sind die Moleküle des flüssigen Kristalls in der Weise ausgerichtet, daß ihre lange Hauptachse a senkrecht zur Ebene der einander gegenüberliegenden Elektroden c steht E'n Ausschnitt dieser Orientierungskonfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls ist in Fig.3A gezeigt

In Gegenwart eines elektrischen Feldes, das die Bedingungen des zuvor beschriebenen Steuerverfahrens (1) erfüllt, wird aufgrund der Einwirkung des Feldes auf die senkrecht zur Hauptachse a des Moleküls stehende Dipolkomponente b durch Rotation ein Umklappen der Orientierungskonfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls bewirkt Die langen Hauptachsen a der Moleküle des flüssigen Kristalls liegen nach dem Umklappen unter Feldeinwirkung parallel zur Hauptebene der Elektroden c, und zwar in der in F i g. 3B gezeigten Weise.

Bei Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes, das den unter dem Steuerverfahren (2) beschriebenen Bedingungen der Feldparameter entspricht, dessen Parameter also im Spannungs-Frequenz-Bereich C der in F i g. 2 gezeigten Graphik liegt, wird eine statistische Verteilung der Ausrichtungen der langen Hauptachsen a der Moleküle des flüssigen Kristalls, also eine statistische Orientierungskonfiguration, eingestellt Dieser Effekt wird durch den ionischen Leitungsmechanismus im flüssigen Kristall bewirkt (F i g. 3C).

Die axiale Ausrichtung, also auch die Ausrichtung der optischen Achsen von Farbstoffmolekülen, die dem flüssigen Kristall zugemischt sind, ändert sich nach Maßgabe der Änderungen der Orientierungskonfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls, so daß sich dadurch auch die Absorptionscharakteristiken der optischen Zelle bzw. des Anzeigeelements ändern.

Weitere ins einzelne gehende Details des Anzeigeelements sind nachstehend näher beschrieben.

In den F i g. 4a bis 4d ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt durch die optische Zelle des Anzeigeelements gezeigt. Insbesondere sind die molekularen Ausrichtungskonfigurationen des flüssigen Kristalls unter den verschiedenen Aktivierungsmoden dargestellt.

In der F i g. 4a ist die Konfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls in Abwesenheit eines elektrischen Feldes oder eines elektrischen Feldes gezeigt, dessen Parameter in den in Fig.2 gezeigten Spannungs-Frequenz-Bereich A fallen. In der Fig.4b ist die entsprechende Konfiguration in Gegenwart eines elektrischen Feldes gezeigt, dessen Parameter dem Steuerverfahren (1) entsprechen, dessen Parameter also in die in Fig. 2 gezeigten Spannungs-Frequenz-Bereiche B oder D fallen. In der F i g. 4c ist die entsprechende Orientierungskonfiguration der Moleküle des flüssigen Kristalls in Gegenwart eines elektrischen Feldes gezeigt, dessen Parameter den für das Steuerverfahren (2) erforderlichen Bedingungen entsprechen, d. h. also dessen Parameter in den Spannungs-Frequenz-Bereich C (F i g. 2) fallen. In der F i g. 4d schließlich ist die Anordnung des Anzeigeelements gemäß der Erfindung zwischen zwei Polarisatoren 10 und 11 gezeigt.

Die inneren Oberflächen der Glassubstrate 1 und 2 (Fig.4) der optischen Zelle des Anzeigeelements sind mit durchsichtigen Indiumoxidelektroden 3 und 4 bedampft. Zwischen den Substraten befinden sich die Moleküle 5 des flüssigen nematischen Kristalls, die Moleküle 6 eines die Orientierung der Moleküle steuernden und unterstützenden Zusatzstoffes und die Moleküle 7 und 8 der beiden verschiedenen Farbstoffe mit voneinander verschiedener Absorptionsanisotropie. Die in der Fig.4 eingezeichnete Wechselspannungsquelle 9 kann gleicherweise als Gleichspannungsquelle ausgebildet sein. In der Fig.4d sind weiterhin die Polarisatoren 10 und 11 vor bzw. hinter der optischen Zelle des Anzeigeelements dargestellt

Der flüssige Kristall kann beispielsweise aus einem Gemisch von p-Anisyliden-p-n-heptylanilin, p-Äthoxybenzyliden-p-n-butylanilin und p-n-Propoxybenzylidenp-n-pentylanilin zu gleichen Gewichtsteilen oder einer entsprechenden Verbindungskombination bestehen. Diesem flüssigen Kristall können zur Einstellung und Stabilisierung der Orientierungskonfiguration der Moleküle beispielsweise 2 Gew.-% Gallussäurecetylester zugesetzt werden.

Farbstoffe, die die in Tabelle III zusammengestellten Anzeigeeigenschaften in Abhängigkeit eines äußeren elektrischen Feldes zeigen, wenn sie einem flüssigen Kristall allein zugesetzt werden, werden in der in Tabelle FV gezeigten Kombination dem Stoffgemisch zugesetzt, erwärmt, gerührt und zumindest so weit gelöst, daß kein fester Rückstand verbleibt Der auf diese Weise erhaltene flüssige Kristall, der ein spezielles Ausführungsbeispiel darstellt, kann in den in Fig.4 dargestellten Strukturen als Anzeigeelement verwendet werden.

909 625/239

Tabelle HI
Farbstoff

Färbung in Gegenwart
eines elektrischen Feldes

Färbung in Abwesenheit
eines elektrischen Feldes

HNC₄H₉

HNC₁H₁₁

farblos oder fast farblos

blau

-N=N

N(CHj)₂

fnct

farblos oder fast farblos

Tabelle IV Tabelle V Probe Farbstoffzusammensetzung (Gew.-%) Nr. im Flüssigkristall Farbstoff I Farbstoff Il Farbstoff III

0
1

0,5
1

Probe Färbung des Anzeigeelementes Nr. ohne elektrisches in Gegenwart eines Feld elektrischen Feldes

(Untergrund) (Darstellungsbereich)

35

violett

grün

braun

blau

grün

rot

gelb

rot

orangerot

Die in der Tabelle III genannten Farbstoffe II und IiI sind Farbstoffe, die ein typisches Absorptionsverhalten zeigen, wie es ähnlich auch eine Reihe anderer Farbstoffe aufweisen. Das Absorptionsverhalten des Farbstoffs I ist jedoch neu, und zwar auch in seiner Art nach neu und bisher einschlägig noch nicht bekannt.

Wenn diese Farbstoffe einzeln einem flüssigen Kristall zugemischt werden, weisen sie den Nachteil auf, daß sie bei höheren Konzentrationen molekular in der Schicht des nematischen flüssigen Kristalls nicht mehr so vollständig ausgerichtet werden können, daß der Kristall nach dem Umklappen tatsächlich vollständig farblos wird. Bei zu geringer Konzentration sind jedoch die optischen Intensitäten der Untergrundfärbung und die Färbungen der darsteUenden Bereiche so gering, daß der Unterschied bzw. der Kontrast zwischen beiden Bereichen bei normaler Raumbeleuchtung nicht mehr ausreichend gut wahrgenommen werden kann.

Die Anzeigefärbungen der in der Tabelle IV zusammengestellten Proben in Abwesenheit eines elektrischen Feldes und in Gegenwart eines elektrischen Feldes, dessen Parameter den Steuerbedingungen (1) entsprechen (beispielsweise 20 V und 1 kHz) sind in -der Tabelle V zusammengestellt Der in der Tabelle V dargestellten Zusammenfassung kann entnommen werden, daß die farbige Anzeige bzw. Informationsdarstellung durch einen Kontrast zwischen zwei verschiedenen Färbungen im Anzeigelicht bewirkt wird.

Beim Anlegen eines elektrischen Fek.es, dessen Parameter die Steuerbedingungen (2), also die Bedingungen des Spannungs-Frequenz-Bereiches C(Fig.2) erfüllen, beispielsweise 20 V bei 60 Hz, beginnen die Moleküle des nematischen flüssigen Kristalls dynamisch zu streuen. Der flüssige Kristall bleibt dadurch nicht mehr, wie im vorigen Fall, durchsichtig. Im Gemisch mit dem Streulicht treten jedoch im wesentlichen gleiche Farben wie im vorangegangenen Fall auf.

Der überraschende Effekt, der in Anzeigeelementen mit den gemischten Farbstoffen, beispielsweise auch mit den Farbstoffen der in Tabelle V genannten Kombination, erhalten wurde, liegt darin, daß überschüssige und nicht ausgerichtete Farbstoffmoleküle in der Weise mit den anderen zugemischten Farbstoffen Kopplungseffekte zeigten, daß zu keiner Zeit und unter keinen Bedingungen eine Störung oder Farbbeeinträchtigung der Anzeigefläche des Anzeigeelements auftraten.

In der F i g. 5 ist als Beispiel das optische Absorptionsspektrum für ein Anzeigeelement gemäß der Erfindung wiedergegeben, bei dem die Probe 1 der Tabelle V zwischen zwei Elektroden gegeben wurde, deren Abstand voneinander ΙΟμηι betrug. Die durch eine ausgezogene Linie dargestellte und mit »AUS« bezeichnete Kurve zeigt den Absorptionsveriauf in Abwesenheit eines äußeren elektrischen Steuerfeldes. Die unterbrochen dargestellte und mit »EIN« bezeich-

nete Kurve stellt den Absorptionsverlauf für ein elektrisches Wechselfeld mit 20 V und 1 kHz dar, das über die Elektroden (3, 4) auf den flüssigen Kristall einwirkt. Die Einsatzspannung für die kolleksive lineare Umorientierung der in Tabelle V zusammengestellten Beispiele lag bei etwa 5 V bei einer Frequenz von 100 Hz. Anzeigeelemente der beschriebenen Ausführung können also bereits mit einer über dieser Einsatzspannung liegenden Spannung gesteuert werden.

Neben dem vorstehend beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel für den nematischen flüssigen Kristall mit negativer dielektrischer Anisotropie können auch die nachstehend genannten Verbindungen allein oder in anderen Kombinationen verwendet werden:

p-Anisyliden-p-n-butylanilin,

p-Anisyliden-p-aminophenylacetat,

p-Azoxyanisol,

p-(p-Äthoxyphenylazo)-phenyl-heptanoatoder

n-Butyl-p-(päthoxyphenoxy-carbonyl)-

phenylcrrbonat.

Weitere Farbstoffe, die Absorptionscharakteristiken nach Art des Farbstoffs I in Tabelle III enthalten, sind jene, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Kayeset Blue 214 erhältlich sind.

Als Beispiele für Farbstoffe mit Absorptionscharakteristiken, die jenen der Farbstoffe II und III der Tabelle III entsprechen, seien die folgenden genannt:

OH (orange)

(gelb)

N = N

(rot)

OCH₃

OCH₃ OH

N=N

(scharlachrot)

(blau)

O NH

(grün)

CH,

Weiterhin können im einschlägigen Fachgebiet an sich bekannte Farbstoffe verwendet werden, die je nach der Ausrichtung ihrer optischer. Achse von einer in die andere Färbung umschlagen, beispielsweise p-Dime-

thylamino-cinnamyliden-2',4'-dinitrophenylhydrazon
oder p-Dimethylaminobenzyliden-2',4'-dinitrophenylhydrazon und andere.
Ein weiterer Betriebsmodus des Anzeigeekrjients gemäß der Erfindung ist in der F i g. 4d gezeigt, bei der gekreuzte Polarisatoren vor und hinter die den flüssigen Kristall enthaltende optische Zelle des Anzeigeelements gesetzt sind. In Abwesenheit eines elektrischen Feldes bleibt die Anzeigefläche dunkel, da das Licht die gekreuzten Polarisatoren nicht durchdringen kann. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes dagegen wird das durch den ersten Polarisator einfallende Licht durch die Orientierungsdeformation der Moleküle des flüssigen Kristalls weiter polarisiert und kann dadurch durch den zweiten Polarisator mit der ihm durch den Farbstoff gegebenen Farbe austreten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

ι % kann die Färbung des Flüssigkristalls von einem ersten Patentansprüche; Farbton in einen zweiten überführt werden. Bei Einstrahlen von Licht einer zweiten Wellenlänge wird

1. Flüssigkristallanzeigeelement mit Farbwechsel- die zweite Färbung wieder in eine erste Färbung darstellung für die Steuerung durch ein elektrisches 5 zurückgeführt Während unter der Steuerung des Feld auf der Basis eines nematischen Flüssigkristalls, elektrischen Feldes also eine Informationsdarstellung der mindestens zwei Farbstoffe mit voneinander * unter Verwendung gefärbter und farbloser Kristalleverschiedener optischer Absorption, von denen reiche erfolgen kann, kann unter optischer Steuerung mindestens einer pleochromatisch ist, enthält, eine Informationsdarstellung unter Verwendung zweier dadurch gekennzeichnet, daß der nemati- io verschieden gefärbter Kristallbereiche erfolgen. Die sehe Flüssigkristall negative dielektrische Anisotro- eigentliche Farbwechseldarstellung erfolgt also unter pie und in Abwesenheit eines elektrischen Feldes optischer und nicht unter elektrischer Steuerung. Die homöotrope Ausrichtung aufweist und daß minde- optische Steuerung weist gegenüber der elektrischen stens zwei der Farbstoffe für sich genommen für diese Zwecke zahlreiche Nachteile auf, von denen unterschiedliches Verhalten entsprechend jeweils I₃. hier lediglich der wesentlich höhere apparative einer der Möglichkeiten Änderung der Farbe, keine Aufwand genannt sei.

Änderung der Farbe, Entfärbung oder Färbung bei Aus der DE-OS 20 46 566 ist ein Farbwiedergabesy-

Anlegen des elektrischen Feldes zeigen. stern bekannt, bei dem mehrere verschieden gefärbte

2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch - Flüssigkristallzellen in Richtung der optischen Achse gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall 1,4-Bisbutyl- 20 des Systems hintereinandergeschaltet sind. Jede dieser aminoantntachinon als pleochromatischen Farbstoff Zellen ist unabhängig von der anderen elektrisch von enthält gefärbt nach ungefärbt umschaltbar. Das System ist also

3. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch kein Flüssigkristallanzeigeelement zur Informationsdargekennzeichnet, daß der Flüssigkristall zumindest stellung, sondern ein farbmodulierbarer optischer Filter, einen pleochromatischen Farbstoff enthält, der beim 2s Ein Anzeigeelement zur Informationsdarstellung unter Anlegen des elektrischen Feldes von einem gefärb- Ausnutzung des Farbkontrastes zwischen zwei verten Zustand in einen anders gefärbten Zustand schieden gefärbten Kristallbereichen ist mit dieser umschlägt, und daß zumindest einer der restlichen Anordnung nicht möglich.

Farbstoffe ebenfalls aus einem gefärbten Zustand in Angesichts dieses Standes der Technik liegt der

einen anderen, unterschiedlich gefärbten Zustand 30 Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristallan-

umschlägt zeigeelement der genannten Art für die Farbwechsel-

4. Verfahren zum Betrieb des Anzeigeelements darstellung, also für die Informationsdarstellung unter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Ausnutzung des Kontrastes zwischen zwei verschiedegekennzeichnet, daß entweder an die Zelle des nen Farben, zu schaffen, das ausschließlich durch ein Anzeigeelements eine elektrische Spannung, die 35 elektrisches Feld steuerbar und mit einer einzigen größer als die Einsatzspannung für eine kollektiv optischen Zelle betreibbar ist

geordnete Umorientierung der Moleküle des FlOs- Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Anzeigeelement

sigkristalls ist, angelegt wird, wobei aber die der eingangs genannten Art vorgeschlager., das

Spannung und die Frequenz des Steuerfeldes so erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist daß der

gehalten werden, daß keine dynamische Streuung 40 nematische Flüssigkristall negative dielektrische Aniso-

herbeigeführt wird, oder daß die Spannung und die tropie und in Abwesenheit eines elektrischen Feldes

Frequenz des elektrischen Steuerfeldes so gewählt homöotrope Ausrichtung aufweist und daß mindestens

werden,' daß eine dynamische Streuung herbeige- zwei der Farbstoffe für sich genommen unterschiedli-

führt wird. ches Verhalten entsprechend jeweils einer der Möglich-

45 keiten Änderung der Farbe, keine Änderung der Farbe,

Entfärbung oder Färbung beim Anlegen des elektrischen Feldes zeigen.

Das Anzeigeelement der Erfindung weist den Vorteil

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallanzeigeele- auf, daß es eine kräftig mehrfarbige Informationsdar-

ment mit Farbwechseldarstellung für die Steuerung 50 stellung ermöglicht bei der die Färbung der Anzeigeflä-

durch ein elektrisches Feld auf der Basis eines ehe des Elements durch elektrische Steuerung des

nematischen Flüssigkristalls, der mindestens zwei Flüssigkristalls umschlagartig verändert werden kann.

Farbstoffe mit voneinander verschiedener optischer Dabei wird eine farbverschleicrungsfreie, farbkräftige

Absorption, von denen mindestens einer pleochroma- und kontrastreiche Anzeige erhalten. Durch die

tisch ist, enthält 55 Kombination der verschiedenartigsten Farbstoffe steht

Ein Flüssigkristallanzeigeelement der genannten Art eine breite Farbpalette zur Verfügung. Das Anzeigeele-

ist aus der Zeitschrift »Electronics« (Juli 1970), Seiten ment der Erfindung wird ausschließlich durch ein

64-70 bekannt Der nematische Flüssigkristall besitzt angelegtes äußeres elektrisches Feld gesteuert

positive dielektrische Anisotropie. Die Moleküle des Bei der Auswahl der erfindungsgemäß zu verwenden-

Flüssigkristalls sind im feldfreien Zustand nicht substrat- 60 den Farbstoffkombination ist folgendes zu beachten:

spezifisch ausgerichtet, sondern bilden über den Von den dem Flüssigkristall zugesetzten Farbstoffen

Flüssigkristall statistisch verteilte nematische Bereiche. muß zumindest einer ein pleochromatischer Farbstoff

Diesem Flüssigkristall sind ein photochromer und ein sein, der unter Einwirkung eines elektrischen Feldes

pleochromer Farbstoff zugesetzt. In Gegenwart eines einen Farbumschlag aus einem gefärbten Zustand in

äußeren elektrischen Feldes ist der so angefärbte 63 einen farblosen oder zumindest doch kaum gefärbten

Flüssigkristall farblos, während er in Abwesenheit eines Zustand oder einen Umschlag aus einem ersten

äußeren elektrischen Feldes gefärbt erscheint Durch gefärbten Zustand in einen anders gefärbten Zustand ■

Einstrahlen von Licht einer bestimmten Wellenlänge zeigt Dieser anders gefärbte Zustand kann dabei ein |