DE2847612B2 - Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung - Google Patents
Fluoreszenz-Flüssigkristall-AnzeigevorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluoreszenz-Flüssigkristaü-Anzeigevorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus einem Aufsat/, von R. D. Larrabee, RCA Review,
Volume 34, S. 329, 1973, ist es bereits bekannt, ein;m 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 FJuoreszenz-FIössigwistall-Anzeigevorrichtungen der
eingangs genannten Art einen höheren Anzeigekontrast zu erzielen«
Dje 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.
ίο Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindingsgedankens
sind in Unteransprüchen enthalten sowie in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
erläutert
dung 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
Wellenlängenbereich, 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 Has erste
optische Filter nicht absorbiert werden, so daß sich eine weitere Steigerung des Anzeigekontrasts erreichen !äßt
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unier 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 eriindungsgemäßen Merkmalen,
F i g, 3 und 4 die Schnittdarstellung von in Transits»
sion betriebenen Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeigen gemäß der E-findung 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
die transmissiven Fluoreszenz-Flüssigkristallanzeigen
gemäß F ig. 3 und 4,
Das far die erfindungsgemäßen Zwecke geeignete
Flüssigkristallmaterial wird in au sich bekannter Weise aus einer der nematischen, cholesterischen oder
smektisclien Mesophasen in der Hinsicht ausgesucht,
daß sich bei einem im Flüssigkristallmaterial enthaltenen organischen Fluoreszenzmaterial die lumineszente
Wirksamkeit verändern läßt Das FlüssigkristaHmaterial
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 Flüssigkri&alls zu erreichen. Die äußere
Stimulierung zur Änderung des Ordnungszustands (Phasenzustand) der Fiüssigkristallmoleküle 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 la und Ib, darauf aufgebrachte Transparentelektroden
2, zur molekularen Orientierung des Flüssigkristalls bestimmte Schichten 3, Abstandsstücke
4, ein FlüssigkristaHmaterial 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 In2O3 und
sind durch ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen aufgebracht Die der Molekularorientierung des
Flüssigkristalls dienenden Schichten 3 bestehen aus SiOi
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 FluoreszenzHcht bei Raumtemperatur emittiert wird. Die Zusammensetzungen werden in üblicher
Weise hergestellt. Das in der Zusammensetzung enthaltene Fluoreszenzmaterial 6 wird vorzugsweise im
Flüssigkristall-Materir.l 5 gelöst gehalten.
Von der Stromversorgungsquelle 7 aus wird ein elektrisches Feld über di» Flüssigkristall-Zusammensetzung
angelegt, um die Änderung des Ordnungszustands einzuleiten. Ein Betrachter ist auf der Anzeigeseite mit
Bezugshinweis ß 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 16 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 Fluoseszenzmaterials
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 la und Ii der 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 Jes 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 Fig.3 ist zwischen
dem Glassubstrat ib 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 sich mit guter
Dai jtsllungsqualität 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 F'uoreszenzmaterials 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 gevählt, 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 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 Verwenduni; des zweiten optischen Filters 13 wird der Anzeigekomlrast nochmals
deutlich besser. Das zweite optische Filter 13 ist auf der Anzeigeseite unmittelbar anschließend an das Glassubstrat
1 a angeordnet und steht mit diesem in Berührungskontaki 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 Fluores;eenzmaterial 6 entsprechen. Es zeigt dagegen niedrige Durchlässigkeit
für cr»lf*H*» WollonlancronKfircku^hA rlee ΕΓν,.0(τΑ*-Ιΐ^Κ»ο Aia
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 Fluoreszenzmateriail 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 Fluoreszenzmaierial 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 Erreger lichts vom Band des Fluoreszenzlichtes abweicht. Die
Wellenlängen des absorbierten Erregerlichts sine kürzer als die des Fluoreszenzlichts.
Die herkömmliche Fluoreszenz- Flüssigkristallanzeige
gemäß F i g. I weist die folgenden konstruktiver Einzelheiten auf:
ίο Die Stärke der Glassubstrate Ie und \b betrag1
3,0 mm. Die Transparentelektroden 2 sind aus ln2Oj mil
einer Dicke von 0,05 μπι (500 Ä) hergestellt. Die zui
Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienender Schichten 3 bestehen aus S1O2 mit einer Dicke vor
η 0,1 μιτι (1000 Ä) mit der obenerwähnten oberflächenak
tiven Beschichtung. Die Abstandsstücke 4 bestehen au; Epoxyharz. Das Flüssigkristallmaterial 5 ist ein Flüssig
kristallgemisch des Typs 605 der Firma Hoffman Lf
2» der optisch aktiven Substanz CB-15 der Firma BDH
Chemicals Ltd., und Coumarin 7 von der Firma Eastmar Kodak Co. wird in einer Menge von 0,3 Gew.-°/(
zugesetzt.
Dazu im Vergleich und in Ergänzung zu obigem weis
2ϊ die Ausführungsform nach Fig.3 als erstes optische!
Filter 12 den Filtertyp B-440 (ein Blaufilter mit einei
maximalen Durchlässigkeit von ca. 45% bei einei Weller·!?nge von ca. 440 nm) der Firma Hoya Glas;
Works, Ltd.. auf. Wird als Erregerlicht eine Wellenlänge
jo von 550 nm gewählt, so ist das Kontrastverhältnis be
der Fluoreszenzfliissigkristallanzeige nach F i g. 3 etw;
um den Faktor 100 besser als bei Fig. 1. Die
Flüssigkristallzusammensetzung zeigt bei dieser Aus führungsform in der nematischen Mesophase blaue
r> Farbe, wenn die anliegende Spannung übei
2.5XlO4VVCm 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 FlOssigJcristaJI-material
enthalten ist, dessen Fluoreszenzintensität von seiner Molekfllanordnung abhängt, die
durch die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle bestimmt wird, und dessen Erregungsstrablung 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
durchläSr 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 Wellenlängenbcreich der Fluoreszenzstrahlung
durchläßt und den der Erregungsstrahlung absorbiert
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwellenlänge zwischen
den» Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung und jenen der Srregungsstrahlung bei
etwa 500 nm liegt
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