DE2847612A1 - Fluessigkristall-fluoreszenzanzeige - Google Patents

Fluessigkristall-fluoreszenzanzeige

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DE2847612A1 DE19782847612 DE2847612A DE2847612A1 DE 2847612 A1 DE2847612 A1 DE 2847612A1 DE 19782847612 DE19782847612 DE 19782847612 DE 2847612 A DE2847612 A DE 2847612A DE 2847612 A1 DE2847612 A1 DE 2847612A1
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    • G02F1/13762—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering containing luminescent or electroluminescent additives
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Description

Sharp K.K.
TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTL-U 1 O95-GER
- 4 BESCHREIBUNG
Erfindungsgegenstand ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anzeigevorrichtung nach dem Gattungsbegriff der Patentansprüche.
5
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 kein ultraviolettes Licht absorbieren. Dies scheint darauf zu beruhen, daß das erregende Licht durch die Flüssigkristallschicht absorbiert wird, ohne das Fluoreszenzmaterial nennenswert zu erregen, wenn das in einem Flüssigkristall enthaltene Fluoreszenzmaterial in Abhängigkeit von der Orientierung des Flüssigkristalls veranlaßt wird oder veranlaßt werden soll, die Fluores-ζenzintensität mit der Lichtabsorption zu verändern:
Durch die Anmelderin wurde bereits eine verbesserte fluoreszenz-wirksame Flüssigkristallanzeige vorgeschlagen (vgl. deutsche Patentanmeldung P 28 37 257.8), bei der im fluoreszent wirksamen Flüssigkristall eine Lichtstreuung in Abhängigkeit von der Erregung durch ein elektrisches Feld, durch Wärme od.dgl. stattfindet und das emittierte Fluoreszenzlicht läßt sich wirksam nach außen übertragen. Es sind jedoch an dieser fluoreszent wirksamen Flüssigkristallanzeige noch Verbesserungen wünschenswert, um eine
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hervorragende Anzeigequalität mit guter Kontrastwirkung zu erhalten.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, bei Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeigen einen höheren Anzeigekontrast zu erzielen.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist in kurzer Zusammenfassung im Patentanspruch 1 angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeige mit einem optischen Filter zu kombinieren, um das angestrebte Ziel einer Verbesserung der Lichtanzeige zu erreichen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen enthalten sowie in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält eine fluoreszenz-wirksame Flüssigkristallanzeige ein erstes optisches Filter, das auf der Seite des einfallenden Erregerlichts angeordnet ist. Dieses erste optische Filter zeigt eine hohe Durchlässigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge, bei der das Fluoreszenzmaterial einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist, während in jenen Wellenlängenbereichen mit hoher fluoreszenter Wirksamkeit des Fluoreszenzmaterials das Filter auf niedrige Durchlässigkeit hin ausgelegt ist.
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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. Für die übrigen Anteile des Erregerlichts, bei der ein nennenswertes Fluoreszenzphänomen im Fluoreszenzmaterial auftritt, verhindert das optische Filter ein Streuen des Erregerlichts. Daher wird im wesentlichen das gesamte Erregerlicht daran gehindert, durch Streueffekte an der der Erregerlichfcseite gegenüberliegenden Seite der Anzeigevorrichtung auszutreten, so daß eine wesentliche Verbesserung des Anzeigekontras ts erzielt wird.
Bei einer anderen vorteilhaften Äusführungsform der Erfindung ist ein zweites optisches Filter auf der Anzeigeseite vorgesehen, um das aus dem Fluoreszenzmaterial austretende Fluoreszenzlicht zu streuen und um die Ausbreitung jener Lichtwellenlängen zu begrenzen, die aus dem Erregerlicht das erste optische Filter passiert haben. Das zweite optische Filter wirkt also absorbierend hinsichtlich jener Wellenlängenbereiche des Erregerlichts, die durch das erste optische Filter nicht absorbiert werden können, so daß sich eine weitere Steigerung des Anzeigekontrasts erreichen läßt.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungeformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Schnittdarsteilung einer herkömmlichen
lichtdurchlässigen, also transmissiven Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige;
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Fig. 2 die graphische Darstellung des Absorptionsspektrums (ausgezogene Kurve) und des Fluoreszenzwirkungsgrads (gestrichelte Kurve)
η u
bei Verwendung von Coumarin 7 als Fluoreszenzmaterial bei einer Anzeige mit erfindungs
gemäßen Merkmalen;
Fig. 3 und 4 die Schnittdarstellung von lichtpermeablen Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeigen gem. der Erfindung und
Fig. 5 die graphische Darstellung des Lichtdurchlaß-
grads (ausgezogene Kurve) eines ersten optischen Filters und jenen eines zweiten optischen Filters (gestrichelte Kurve) bei Anwendung der Erfindung auf die transmissiven Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeigen gem. Fig. 3 und 4.
Das für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignete Flüssigkristallmaterial wird in an sich bekannter Weise aus einer der nematischen,cholesterischen und smektischen Mesophasen in der Hinsicht ausgesucht, daß sich bei einem im Flüssigkristallmaterial enthaltenen organischen Fluoreszenzmaterial die lumineszente Wirksamkeit verändern läßt. Das Flüssigkristallmaterial enthält außerdem einzeln oder in Kombination bestimmte 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 Stimulierung erfolgt durch ein elektrisches Feld, ein magnetisches Feld, thermische Erregung, mechanische Kraft oder dergleichen.
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Die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche lichtpermeable Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige umfaßt ein Paar von Glassubstraten 1a und 1b, 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 solcher Musterverteilung angeordnet, daß sich eine bestimmte Information darstellen läßt; sie bestehen aus In2°3 un<^ sind durch ein Verdampfungsverfahren od.dgl. aufgebracht. Die der Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienenden Schichten 3 bestehen aus SiC>2 und sind ebenfalls durch ein Verdampfungsverfahren od.dgl. aufgebracht; es handelt sich um oberflächenaktive Schichten aus dem Material Acid-T der Firma Merk & Co., Inc. Die Abstandsstücke 4 bestehen aus Epoxyharz.
Das Flüssigkristallmaterial besteht aus einer Flüssigkristallmischung des Typs Nr. 605 der Firma Hoffmann La Roche, Inc., und enthält 15 Gew.-% einer optisch aktiven Substanz, z.B. des Typs CB-15 der Firma BDH Chemicals, Ltd. Als Fluoreszenzmaterial 6 wird Coumarin 7 der Firma Eastman Kodak Co. verwendet.
Aus der Reihe der zur Verfügung stehenden Fluoreszenzmaterialien sind Coumarin 7 und Samaron Brilliant Yellow H6GL zu bevorzugen. Das Fluoreszenzmaterial 6 wird in einem Anteil von etwa 0,005 bis etwa 1,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereiche 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. Die Zusammensetzungen werden in üblicher Weise hergestellt. Das in der Zusammensetzung enthaltene Fluoreszenzmaterial 6
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wird vorzugsweise im Flüssigkristall-Material 5 gelöst gehalten.
Von der Stromversorgungsquelle 7 aus wird ein elektrisches Feld über die Flüssigkristall-Zusammensetzung angelegt, um die äußere Erregung einzuleiten. Ein Betrachter ist auf der Anzeigeseite mit Bezugshinweis 8 angedeutet. Auf der der Anzeigeseite gegenüberliegenden Lichterregerseite befindet sich eine Erregerlampe 10, die durch einen dahinter angeordneten konkaven Spiegel 11 in bestimmter Weise gerichtet und verteilt wird, über eine Diffusorplatte 9 gelangt das Erregerlicht in das Glassubstrat 1b und wird in die Flüssigkristallzusammensetzung gestreut. Das Erregerlicht dient zur Stimulierung des Fluoreszenzmaterials 6 zur Erregung des Fluoreszenzphänomens.
Ein Phasenübergang in der Flüssigkristall-Zusammensetzung, ausgelöst durch das angelegte elektrische Feldf erfolgt zwischen der cholesterischen und der nematischen Mesophase. Die optischen Dichteeigenschaften der cholesterischen Mesophase werden unter Ausnutzung von Lichtstreuzentren für die Fluoreszenz für die aktive Anzeige ausgenutzt, während die homotropische Orientierung der nematischen Mesophase für die nichtaktive Anzeige herangezogen wird.
Es ist also erforderlich, daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung das Erregerlicht für das Fluoreszenzmaterial und die Erregung zur Fluoreszenz streut. Es sei nur ergänzend bemerkt, daß die die Glassubstrate 1a und 1b umfassende Flüssigkristallzelle zur Ausbreitung des Erregerlichts für das Fluoreszenzmaterial und zur Erregung der Fluoreszenz erforderlich ist.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten vorgeschlagenen Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige besteht jedoch ein Problem darin, daß das restliche Erregerlicht seitlich aus der Anzeige herausgestreut wird,außer für jene Wellenlängenbereiche, für die das Erregerlicht durch das Fluoreszenzmaterial 6 absorbiert wird. Dieses restliche Erregerlicht verschlechtert dann die Sichtbarkeit des Fluoreszenzphänomens , und der Anzeigekontrast wird unvermeidlich schlechter.
10
Die Fig. 3 und 4 zeigen Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeigen gemäß der Erfindung. Die bereits in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten und auch hier vorhandenen Teile sind mit gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.
15
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist zwischen dem Glassubstrat 1b und der Diffusorplatte 9 in Ergänzung zu der anhand von Fig. 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 Wellenlänge niedrig ist, bei denen das Fluoreszenzmaterial 6 eine große fluoreszente Wirksamkeit besitzt. Die durch das Fluoreszenzmaterial gut absorbierten Wellenlängenbereiche des Erregerlichts treten durch das optische Filter hindurch, während hinsichtlich der restlichen Wellenlängenbereiche des Erregerlichts, die eine gute Fluoreszenz im Fluoreszenzmaterial 6 auslösen, eine Lichtstreuung durch das optische Filter verhindert wird.
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Durch diese Maßnahme wird das Erregerlicht daran gehindert, seitlich aus der Anzeige herauszustreuen, wodurch der Anzeigekontrast der Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeige deutlich verbessert wird. Im Vergleich zur anhand der Fig. beschriebenen Flüssigkristallanzeige verbessert sich das Kontrastverhältnis um einen Faktor von mehreren zehn bis zu mehreren hundert und gleichzeitig läßt sich mit guter Genauigkeit eine dichroitische Anzeige erreichen.
Das Schaubild der Fig. 2 verdeutlicht das Absorptionsspektrum (ausgezogene Kurve) und den Fluoreszenz-Wirkungsgrad (gestrichelte Linie) bei Verwendung von Coumarin 7 als Fluoreszenzmaterial 6 bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung. Coumarin 7 zeigt eine hohe Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 400 bis 500 im 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 darüberliegende Wellenlängenbereiche, d.h., eine Kennlinie, die etwa der ausgezogenen Kurve beim Schaubild der Fig. 5 entspricht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 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 1a angeordnet und steht mit diesem in Berührungskontakt oder weist einen gewissen Abstand davon auf.
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Das zweite optische Filter 13 zeichnet sich durch einen hohen Durchlassigkeitsgrad für Wellenlängen aus, bei denen das Fluoreszenzphänomen im Fluoreszenzmaterial 6 entsteht. Es zeigt dagegen niedrige Durchlässigkeit für solche Wellenlängenbereich 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 Fig. 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 der 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 absorbierte Anteil des Erregerlichts und jene
sich
Wellenlängen, die auf das vom Fluoreszenzmaterial 6 emittierte Fluoreszenzlicht beziehen, werden einerseits durch das erste optische Filter 12 bzw. andererseits durch das zweite optische Filter 13 absorbiert. Bei der Erfindung wird das physikalische Phänomen ausgenutzt, daß das zur Stimulierung absorbierte Wellenlängenband des Erregerlichts vom Band des Fluoreszenzlichts abweicht. Insbesondere sind die Wellenlängen des absorbierten Erregerlichts im allgemeinen kürzer als die des Fluoreszenzlichts.
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BEISPIEL
Die vorgeschlagene/ bzw. herkömmliche Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige gem. Fig. 1 weist die folgenden konstruktiven Einzelheiten auf:
Die Stärke der Glassubstrate 1a und 1b beträgt 3,0 mm. Die Transparentelektroden 2 sind aus In^O., mit einer Dicke von 0,05 μπι (500 A) hergestellt. Die zur Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienenden Schichten 3 bestehen aus SiO2 mit einer Dicke von 0,1 μπι (1000 S) mit der oben erwähnten oberflächenaktiven Acid-T-Beschichtung. Die Abstandsstücke 4 bestehen aus Epoxyharz. Das Flüssigkristallmaterial 5 ist ein Flüssigkristallgemisch des Typs 605 der Firma Hoffmann LaRoche 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 der Firma Hoya Glass Works Ltd. auf. Wird als Erregerlicht eine Wellenlänge von 550 nm gewählt, so ist das Kontrastverhältnis bei der Fluoreszenzflüssigkristallanzeige nach Fig. 3 etwa um den Faktor 100 besser als bei Fig. 1. Die Flüssigkristallzusammensetzung zeigt bei dieser Ausführungsform in der nematischen Mesophase
4 blaue Farbe, wenn die anliegende Spannung über 2,5 χ 10 V/cm beträgt, während die cholesterische Mesophase in grüner Farbe erscheint, wenn die anliegende Spannung niedriger gewählt wird.
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Claims (7)

  1. Z BLic ff t- ^-t'c//
    PATENTANWÄLTE " ' V
    TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
    D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld 284 7 ft
    Triftstraße 4 Siekerwall 7
    1095-GER 2. November 1978
    Sharp Kabushiki Kaisha 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka,
    Japan
    Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeige
    Priorität: 7. November 1977, Japan, Ser.Nr. 133849/1977
    PATENTANS PRÜCHE
    ι 1./ Lichtdurchlässige Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige mit einem im Flüssigkristall enthaltenen Fluoreszenzmaterial und einer zugeordneten Erregerquelle, die eine das Fluoreszenzmaterial stimulierende Erregerstrahlung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß
    - das Fluoreszenzmaterial (6) so gewählt ist, daß das Wellenlängenband der Fluoreszenzstrahlung von jenem Wellenlängenbereich abliegt, der aus der Erregerstrahlung durch das Fluoreszenzmaterial absorbiert wird und
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    - die Flüssigkristallanzeige mit einer Filtervorrichtung (12, 13) versehen ist, die die Ausbreitung der Erregerstrahlung steuert, um den Anzeigekontrast zu verbessern.
  2. 2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung ein erstes Filter (12) enthält, das die vom Fluoreszenzmaterial absorbierte Erregerstrahlung durchläßt und gleichzeitig den vom Fluoreszenzmaterial nicht absorbierten Anteil der Erregerstrahlung im wesentlichen sperrt.
  3. 3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Filtervorrichtung ein zweites Filter (13) aufweist, das eine Ausbreitung des Fluoreszenzlichts zuläßt und die Ausbreitung von Erregerlichtanteilen verhindert, deren Wellenlängenband im Bereich des Absorptionsbands des Fluoreszenzmaterials liegt.
  4. 4. Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Filter (12) zwischen der Erregerquelle (10) und der Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeige angeordnet ist und eine hohe Lichtdurchlässigkeit für jenes Wellenlängenband der Erregerstrahlung aufweist, für das das Fluoreszenzmaterial (6) einen hohen Absorptionskoeffizienten zeigt und eine niedrige Lichtdurchlässigkeit für das Wellenlängenband der erregenden Strahlung besitzt, bei dem das Fluoreszenzmaterial einen vergleichsweise großen Fluoreszenz-Wirkungsgrad aufweist.
  5. 5. Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Filter (13) auf der der Erregerquelle gegenüberliegenden Betrachterseite der Anzeigevorrichtung angeordnet ist und eine hohe Lichtdurchlässig-
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    keit für das Wellenlängenband der Fluoreszenzstrahlung aufweist und andererseits eine niedrige Lichtdurchlässigkeit für jenes Wellenlängenband der Erregerstrahlung zeigt, das bevorzugt durch das Fluoreszenzmaterial absorbiert wird.
  6. 6. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Wellenlängenband der Fluoreszenzstrahlung längere Wellenlängen aufweist als der Wellenlängenbereich der Erregerstrahlung, der bevorzugt durch das Fluoreszenzmaterial absorbiert wird.
  7. 7. Anzeige nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet , daß als Fluoreszenzmaterial der unter der Handelsbezeichnung "Coumarin 7" bekannte Typ verwendet wird,und daß die Grenzwellenlänge zwischen dem Wellenlängenband der Fluoreszenzstrahlung und jenem Anteil der Erregerstrahlung, die bevorzugt durch das Fluoreszenzmaterial absorbiert wird, bei etwa 500 nm liegt.
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DE2847612A 1977-11-07 1978-11-02 Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung Expired DE2847612C3 (de)

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