DE3022543A1

DE3022543A1 - Fluessigkristall-anzeige

Info

Publication number: DE3022543A1
Application number: DE19803022543
Authority: DE
Inventors: Arnold Robert Eick
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1979-06-18
Filing date: 1980-06-16
Publication date: 1981-01-22
Also published as: CA1147044A; JPS5638081A; US4470666A

Description

Die Erfindung betrifft Flüssigkristall-Anzeige und insbesondere helle und leuchtende farbige Anzeigen.

Bislang wurden Flüssigkristall-Anzeigen entworfen, die in beleuchteten Räumen bzw. bei ähnlicher Helligkeit oder mit Hintergrundbeleuchtung für Bedingungen mit geringem Umgebungs3icht verwendet werden sollten. Kompromißentwürfe, die bei allen Umgebungslicht-Verhältnissen brauchbar sind, zeichnen sich im allgemeinen durch geringen Kontrast oder Randlesbarkeit bei einigen Helligkeiten aus. Versuche zur Herstellung von Farbanzeigen, bei denen normale Filter eingefügt wurden oder bei denen dichroitische Polarisatoren verwendet wurden, zeigen auch die Tendenz, die Helligkeit oder den Kontrast der Anzeige herabzusetzen, da solche Techniken die Lichtemission von der Anzeige sogar im interessierenden Farbgebiet herabsetzen. Überdies war jede dieser Farbanzeigen darin begrenzt, daß dieselbe Farbe in allen Bereichen der Anzeige verwendet werden mußte. Ein Beispiel einer solchen farbigen Flüssigkristall-Anzeige enthält eine gewundene bzw. gedrehte nematische Flüssigkristallzelle mit einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristallmaterial zwischen zwei parallelen transparenten Platten, die jeweils transparente Elektroden tragen, und einer Spannungsquelle, die wahlweise mit den Elektroden verbunden ist, um ein elektrisches Feld über das Flüssigkristallmaterial hinweg aufzubauen, mit vorderen und rückwärtigen Polarisatoren angrenzend an die Vorder- bzw. Rückfläche der Flüssigkristallzelle und mit einer Farbfiltereinrichtung.

Eine Flüssigkristallanzeige für den Gebrauch in einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs erfordert einen hohen Kontrast und eine große Helligkeit, damit sie bei allen Umgebungslicht-Bedingungen leicht zu lesen ist, und eine dunkle, tote, d.h. nicht leuchtende_/Vorderansicht des Anzeigenteils, der nicht mit Spannung versorgt ist. Außerdem muß eine solche

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Anzeige leicht in großen Mengen bzw. in großer Anzahl herstellbar sein, und die Materialien müssen hohen Temperaturen und Feuchtigkeit widerstehen können. Für die Flexibilität in Entwurf und Konstruktion ist es gewünscht, daß verschiedene Farben in einer einzigen Anzeige erhältlich sind.

Daher liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeige zu schaffen, die bei allen Umgebungslichtbedingungen von der Dunkelheit oder geringem Licht bis zu vollem Sonnenlicht einen hohen Kontrast aufweist. Die Anzeige soll auch ein helles, farbiges Licht.aussenden und im weiteren verschiedene Farben in verschiedenen Anzeigeflächen besitzen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Flüssigkristallzelle mit vorderen und rückwärtigen Polarisatoren yr-sciliafftai wird, mit einem teildurchlässigen Filter aus einem Tageslicht fluoreszierenden Pigment und einer Lichtquelle hinter dem Filter, so daß durch den Filter hindurchtretendes Licht im charakteristischen Farbbereich des Filters verstärkt wird und so eine Anzeige liefert, die großen Kontrast aufweist. Der Filter kann in verschiedenen Flächen verschiedene Farbpigmente enthalten, so daß ein Muster mit verschiedenen Farben auf der Anzeige vorliegt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Flüssigkristall-Anzeige gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeige und

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Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Filters aus der Fig. 1 oder 2 mit einem Muster aus verschiedenen Farbpigmenten.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Flüssigkristall-Anzeige. Diese enthält eine Flüssigkristallzelle 10 mit einer vorderen und einer rückwärtigen Glasplatte 12 bzw. 14, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen denen ein Flüssigkristallraaterial 16 von vorzugsweise einer

angeordnet

gewundenen oder gedrehten, neraatischen Art/ist. Auf den Innenflächen der Platten 12 und 14 sind Elektroden 18 ausgebildet, die mit einer Versorgungsschaltung 20 verbunden sind. Vor bzw. hinter der Flüssigkristallzelle sind vordere bzw. rückwärtige Polarisatoren 22 bzw. 24 angeordnet. Die beiden Polarisatoren sind /derselben Richtung polarisiert, so daß im wesentlichen kein Licht durch die Zelle hindurchgelangt, wenn diese von der Versorgungsschaltung getrennt ist. Die Flüssigkristall-Anzeige ist standardmäßig aufgebaut, und daher brauchen keine weiteren Einzelheiten angegeben zu werden. Ein teildurchlassiges fluoreszierendes Farbfilter 26 ist als Film oder Beschichtung auf die Rückfläche des rückwärtigen Polarisators. 24 aufgebracht. Eine Lampe 28, die sich hinter dem fluoreszierenden Filter befindet, dient als rückwärtige Beleuchtungsquelle.

Bei Betrieb gelangt Licht aus der Lampe 28 durch das fluoreszierende Filter und wird durch das fluoreszierende Filter 26

vorderen

verstärkt, so daß ein helles Muster des durch den/Polarisator emittierten Lichts entsteht, wenn die Flüssigkristallzelle 10 an die Spannungsquelle angeschlossen ist. Der aktive Bestandteil des Farbfilters wird durch ein Tageslicht fluoreszierendes Material gebildet, das wohlbekannt ist und in einer großen Anzahl von Farben erhältlich ist. Die Tageslicht fluoreszierenden Pigmente, die unter dem Waren-

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zeichen Day-Glo von der Switzer Company of Cleveland,Ohio hergestellt werden, sind typisch für die Materialien, die in diesem Anwendungsfall verwendet werden können. Solche Tageslicht fluoreszierenden Pigmente besitzen die Eigenschaft, daß sie nicht nur das Licht filtern, welches durch sie hindurchtritt, so daß Durchlässigkeit nur für ein gewähltes Wellenlängenband besteht, sondern sie wandeln auch einen beträchtlichen Anteil des auf das Pigment auftreffenden Lichts mit kürzerer Wellenlänge in Licht mit Wellenlängen in dem charakteristischen Farbband des Pigments um, so daß vom Pigment eine sehr helle Farbe emittiert wird. Ein herkömmliches Farbfilter entfernt nur ungewünschte Farben aus dem Licht, welches durch es hindurchtritt, und entfernt sogar einen kleinen Anteil der Farbe, die hindurchtreten soll, was zu einer Anzeige mit geringer Helligkeit führt. Das fluoreszierende Filter dient ein wenig als Quelle für Licht der gewünschten Farbe, so daß die Intensität des von ihm emittierten Lichts mit der gewünschten Farbe größer als die Intensität des Lichts von der Farbe ist, welches auf das fluoreszierende Filter aus der Quelle 28 auftrifft. In Abhängigkeit von der Farbe des verwendeten Pigments emittiert das fluoreszierende Filter Licht, das bis zu viermal heller ist, als man es aus einem normalen Filter erhält. Um den fluoreszierenden Farbstoff (ink) gegen Ausbleichen zu schützen, das auf Ultraviolett - Strahlen-Exponierung zurückzuführen ist, wenn die Anzeige im Sonnenlicht verwendet wird, sind UltravioIett-Absorber in die Polarisatoren 22 und 24 eingearbeitet.

Die dunkle, tote, d.h. nicht leuchtende, Vorderansicht der Anzeige in den Flächen, in denen sie nicht an die Spannungsquelle angeschlossen ist, ist auf die wirksame Entfernung eines Teils des Spektrums durch das fluoreszierende Filter zurückzuführen und beruht außerdem darauf, daß wirksamere Polarisatoren und Flüssigkristallzellen verwendet werden,

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als herkömmlich in Anzeigen verwendet wurden. Beispielsweise weisen die während des Lichtblockier-Betriebs verwendeten Polarisatoren einen Lichtverlust von im wesentlichen weniger als 0,3 % auf. Auch besitzen typische Flüssigkristallzellen einen Abstand von 8 bis 10 Ära zwischen den Platten. Eine wirksamere Verschlußwirkung wird jedoch erhalten, indem ein Abstand von 15 /cm verwendet wird, obwohl dieser mit einem geringfügigen Geschwindigkeitsverlust bei der Anzeigeänderung begleitet ist.

Die Verschlußwirksamkeit wird stark gesteigert, indem zum Flüssigkristallmaterial eine sehr kleine Menge an pleochroitischer Farbe zugefügt wird. Die Farbmoleküle schalten sich auf

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ein angelegtes elektrisches Feld/mit den Flüssigkristallmolekülen zusammen. Diese Gast(Parasit)/Wirt-Technologie ist in der Flüssigkristall-Technik wohlbekannt. In den Anzeigeflächen ohne Spannungsversorgung schwächt die Farbe das durch die Zelle hindurchtretende Licht. Farben in derselben Farbe wie die Farbe und solche mit anderer Farbe werden abgeschwächt, so daß die dunkle, tote Vorderansicht der Anzeige verbessert ist. Die Anzeigeflächen, die an die Spannungsquelle angeschlossen sind, besitzen.dieselbe Durchlässigkeit wie bei einer Anzeige ohne Farbzusatz, da sich die Farbmoleküle mit den Flüssigkristallraolekülen ausrichten und im wesentlichen keine Abschwächung bewirken. Dies erhöht das Kontrastverhältnis.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Anzeige, bei dem die Flüssigkristallzelle 10, die Polarisatoren 22 und 24 und die Lampe 28 gleich sind. Das fluoreszierende Filter 26 wird jedoch von einem getrennten Substrat 30 getragen, welches aus einer klaren Substanz, wie z.B. einer klaren Polycarbonatplatte, besteht. Zusätzlich ist ein Transflektor (transflector) 32 mit einem diffus reflektierenden, durchsichtigen Material zwischen dem Farbfilter-

Substrat 30 und der Lampe 28 angeordnet. Der bei Flüssigkristall-Anzeigen wohlbekannte Transflektor gestattet das Hindurchtreten von Licht aus der Lampe 28 durch die Anzeige, aber er zeigt auch ein günstiges Verhalten für die Reflexion von Umgebungsiicht von der Vorderseite der Anzeige zurück durch das fluoreszierende Filter 26 und die Anzeige, so daß die Helligkeit aufgrund der Reflexion von Licht aus der Umgebung verbessert wird.

Fig. 3 zeigt eine von vielen möglichen Ausführungsformen eines Vielfarbenfilter^ das für den Gebrauch als Fahrzeuginstrumententafel-Anzeige gedacht ist. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, trägt das Substrat 30 oder der Polarisator 24 verschiedene unterschiedliche Farben von fluoreszierenden Filtermaterialien, die in einem festgelegten Muster angeordnet sind. Die Farben werden dazu verwendet,die Anzeige in verschiedene funktioneile Flächen aufzuteilen. Beispielsweise wird ein grünes Pigment dazu verwendet, einen Tachometerbereich 34 zu beleuchten, ein blaues wird dazu verwendet, Fahrtrichtungsanzeigepfeile in Flächen 36 zu beleuchten, eine Kraftstoffvorratsänzeigeflache 38 ist orangefarben, und Flächen 44 mit Warnanzeigevorrichtungen sind rot. Eine Reihe von Verfahren kann dazu verwendet werden, den Film mit verschiedenfarbigen Pigmenten im richtigen Muster auf das Substrat 30 oder ein Polarisatorblatt bzw. eine Polarisatorplatte 24 aufzubringen. Geeignete Verfahren, das Tageslicht fluoreszierende Material aufzubringen, sind z.B. Film-ZSchablonendruck, Heißsiegeln oder Spritzlackieren durch Masken. In der Praxis wurden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, indem im Schablonendruck vielfarbige Farbstoffe auf die Substrate aufgebracht wurden, wobei die Farbstoffe die Tageslicht fluoreszierenden Pigmente in einem Vinyl-Bindemittel bzw· -träger enthielten. Solche Farbstoffe wurden von der Nazdar Company, Chicago, Illinois, erhalten.

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Eine Anzeige mit den Abmessungen 60 mm χ 180 rom (6 cm X 18 cm) wurde von zwei 3 cd(Drei Kerzenstärken)-Lampen für alle Umgebungslichtbedingungen beleuchtet. Primäre Lichtquelle ist die Lampe oder Lampen 28, sogar bei Tageslichtverhältnissen. Bei sehr hellem Licht, wie z.B. direktem Sonnenlicht, verstärkt das in die Anzeige eintretende und dort wieder reflektierte Umgebungslicht wesentlich die Beleuchtung durch die Lampe, so daß der hohe Kontrast und die gute Lesbarkeit erhalten bleiben.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeige kann so leicht hergestellt werden und kann bei einer Flüssigkristallzelle als Ein- oder Mehrfachfarben-Anzeigesystem verwendet werden. Sie liefert eine helle Anzeige mit großem Kontrast gegen einen toten, d.h. nicht leuchtenden vorderen Hintergrund.

Die Erfindung betrifft also eine gewundene nematische Flüssigkristallaelle, die von vorderen und rückwärtigen Polarisatoren begrenzt ist und bei der ein durchlässiges fluoreszierendes Farbfilter hinter dem rückwärtigen Polarisator entweder auf diesem als Beschichtung oder als Beschichtung auf einem separaten Substrat angeordnet ist. Eine Lichtquelle hinter dem Filter beleuchtet die Anzeige, und Licht aus der Umgebung, welches vorne auf die Anzeige auffällt, trägt ebenfalls zur Beleuchtung bei. Das fiuoresAierende Filter verstärkt das Licht, welches durqh das FlHjep hindurchtritt, in einem charakteristischen Farbband, und liefert so eine sehr helle Anzeige mit hohem Kontrast· Durch den Zusatz einer kleinen Menge von pleochroitlscher Farbe zum Flüssigkristallmaterial wird der Kontrast gesteigert. Indem eine Anzahl von Farben in einem festgelegten Muster verwendet wird, kann das Filter eine Anzeige liefern, die in einer Vielzahl von hellen Farben beleuchtet ist.

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Claims

Patentansprüche:

( 1.jFarbige Flüssigkristall-Anzeige mit einer gewundenen bzw.

^— gedrehten Flüssigkristallzelle, bei der eine Schicht von neraatischera Flüssigkristallmaterial zwischen zwei parallelen, transparenten Platten angeordnet ist, die jeweils transparente Elektroden tragen, und bei der eine Spannungsquelle wahlweise mit den Elektroden verbunden ist, um über das Flüssigkristallmaterial ein elektrisches Feld aufzubauen, ein vorderer und ein rückwärtiger Polarisator angrenzend an die Vorder- bzw. Rückflache der Flüssigkristallzelle sowie eine . Farbfiltereinrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfiltereinrichtung (26) aus einem zum Teil durchlässigen, fluoreszierenden Film besteht, der hinter dem rückwärtigen Polarisator (24) angeordnet ist, daß sich hinter der Farbfiltereinrichtung eine Vorrichtung (28) befindet, die dazu dient, sichtbares Licht durch die Farbfiltereinrichtung und die Flüssigkristallzelle

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zu richten, daß der fluoreszierende Film ein Tageslicht fluoreszierendes Material mit der Eigenschaft besitzt , daß es vorzugsweise Licht in bestimmten Wellenlängen aussendet, wenn es von Licht mit kürzeren Wellenlängen angeregt wird, so daß das durch da:3 Filter hindurchtretende Licht in den Wellenlängen der fluoreszierenden Emission verstärkt ist, wodurch die Anzeige eine helle Farbe aufweist, die für das fluoreszierende Material charakteristisch ist.
2. Farbige Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fluoreszierende Film auseiner Beschichtung (26) auf der Rückseite des rückwärtigen Polarisators (24) besteht.
3. Farbige Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfiltereinrichtung eine Beschichtung mit Tageslicht fluoreszierendem Material (26) besitzt, welche auf ein durchsichtiges Substrat (30) aufgebracht ist, so daß die Anzeige eine helle Farbe besitzt,· die für das fluoreszierende Material charakteristisch ist.
4. Farbige Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn e t,daß das Flüssigkristallmaterial (16) eine pleochroitische Farbe zur Schwächung des durch die Zelle (10) bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes hindurchtretenden Lichts enthält und daß der vordere und rückwärtige Polarisator (22, 24) in derselben Richtung polarisiert sind, so daß die Anzeige eine dunkIe,/nicht leuchtende Vorderansicht bietet, wenn sie nicht an die Spannungswelle angeschlossen ist, und einen großen Kontrast zeigt, wenn sie angeschlossen ist.

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5. Farbige Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfiltereinrichtung (26) eine Beschichtung mit Tageslicht fluoreszierenden Materialien von verschiedenen Farben besitzt, welche auf ein Substrat (30) in einem festgelegten Mehrfarbenmuster (34, 36, 38, 44) mit verschiedenen Farben in verschiedenen Flächen aufgebracht ist, daß jede Farbe des fluoreszierenden Materials die Eigenschaft besitzt, daß es vorzugsweise Ljcht in bestimmten charakteristischen Wellenlängenbändorn aussendet, wenn es von Licht bei kürzeren Wellenlängen angeregt ist, so daß durch das Filter hindurchtretendes oder auf es auffallendesLicht im Wellenlängenband mit fluoreszierender Emission verstärkt wird, so daß jode Fläche der Anzeige eine helle Farbe erhält, die für das fluoreszierende Material in der entsprechenden Filterfläche charakteristisch ist.
6. Farbige Flüssigkristall-Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung "hinter der Farbfiltereinrichtung zum Richten von sichtbarem Licht durch das fluoreszierende Filter und die Flüssigkristallzelle eine Lichtquelle (28) hinter dem fluoreszierenden Film enthält.

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