DE3031126A1

DE3031126A1 - Vorrichtung zur darstellung von bildern

Info

Publication number: DE3031126A1
Application number: DE19803031126
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Krüger; Heinz Dipl.-Phys. 8000 München Pape; Ferdinand Dr. 8000 München Quella
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-08-18
Filing date: 1980-08-18
Publication date: 1982-04-01

Description

Vorrichtung zur Darstellung von Bildern
Die Erfindung bezieht sich auf ein sogenanntes "fluoreszenzaktiviertes Display (FLAD)" gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche FLAD-Ausführung wird beispielsweise in der DE-OS 26 19 286 beschrieben.
Ein FLAD liefert bekanntlich um so hellere Bilder, äe größer die Lichtsammelfläche des Fluoreszenzkörpers ist.
Deshalb hat man auch schon Bauformen diskutiert, bei denen die Vorderseite des Fluoreszenzkörpers nur noch im Bereich der Anzeigeelemente mit einem Lichtventil bedeckt ist (DE-OS 26 19 286) oder aber ganz frei bleibt -die Anzeige erfolgt in diesem Fall durch Erzeugung und Vernichtung von Lichtaustrittsstellen auf der Körperrückseite (DE-OS 26 13 891 sowie die älteren Patentanmeldungen P 29 10 952 und P 29 11 087). Alle diese Weiterentwicklungen steigern zweifellos die Aufhellungswirkung des Fluoreszenzkörpers, lassen sich jedoch, jedenfalls soweit sie bisher bekannt geworden sind, nicht ohne einen gewissen Fertigungsaufwand realisieren. So kann man eine Flüssigkristallzelle, die normalerweise als Lichtventil verwendet wird, nur sehr mühevoll miniaturisieren, und die in der DE-OS 26 13 891 vorgeschlagene elektro-mechanische Lösung mit einer bewegten Membran verlangt einen recht komplizierten Aufwand mit sorgfältig aufeinander abgestimmten Maßen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein FLAD so auszugestalten, daß es sich einfach herstellen läßt und dabei der Fluoreszenzkörper eine große Kollektorfläche behalten kann. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs Les 1 Reu / 17.7.1980 1 vorgesehen.
Der vorgeschlagene FLAD-Typ zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß er sehr kostengünstig produziert werden kann und ohne weiteres eine Großserienfertigung zuläßt.
Im einfachsten Fall genügt es, den Fluoreszenzkörper an den hierfür vorgesehenen Stellen mit einem Elektrodenmuster zu bedrucken und dann mit einer Polymerschicht zu überziehen. Hinzu kommt, daß das Display besonders flach ausgeführt werden kann - Dicken unter 1 mm sind möglich -und sich insofern gerade auch für Anwendungsfälle eignet, bei denen nur eine geringe Bautiefe zugelassen ist.
Flüssigkristalline Polymere sind an sich bereits bekannt; vergleiche hierzu beispielsweise Makromol. Chem. 180 (1979) 803, in der Homo- oder Copolymere mit elektrisch schaltbaren mesogenen Seitenketten untersucht werden, oder die in Polym. Prepr. Am. Chem. Soc. Div. Polym.
Chem. 19 (1978) 190 erschienene Arbeit, die Polymere mit schaltbaren Einheiten in den Hauptketten behandelt. Bisher galten diese Verbindungen vor allem deshalb als vorteilhaft, weil sie die Flüssigkristallstruktur auch beim Ubergang in die feste Phase beibehalten ("einfrieren") und sich aufgrund ihrer guten Verformbarkeit ohne weiteres zu Schichten, Folien oder Fasern verarbeiten lassen (DE-OS 27 22 589 oder DE-OS 28 31 909). Auf den Gedanken, das Polymer als steuerbares Austrittsfenster eines als Lichtfalle wirkenden Fluoreszenzkörpers zu nutzen, ist man noch nicht gekommen.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Der Lösungsvorschlag soll nun anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.
In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Figur 1 in einer perspektivischen, teilweise weggebrochenen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel und Figur 2 in einem Seitenschnitt (Schnittlinie 11-11) ein weiteres Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung sind der Übersicht halber unwesentliche Teile, beispielsweise elektrische Zuleitungen oder Halterungs- und Abstandselemente, weggelassen.
Das FLAD der Figur 1 kann eine mehrstellige Zahl anzeigen, deren Ziffern in üblicher Weise aus sieben, sich zu einer nacht?? ergänzenden Segmenten aufgebaut werden. Das Display enthält im einzelnen eine Fluoreszenzplatte 1, die auf ihren vier Schmalseiten eine reflektierende Schicht 2 trägt und auf ihrer dem Betrachter abgewandten Seite (Rückseite) im Bereich eines jeden Segments Elektroden 3, 4 und darüber eine Polymerschicht 5 trägt. Die Elektroden haben jeweils die Form eines Kammes und greifen ineinander.
Die schaltbaren Einheiten der Polymer schicht haben ein längsgerichtetes Dipolmoment und stehen im Ruhezustand senkrecht zur Schichtebene. Eine solche Orientierung kommt beispielsweise dann zustande, wenn die Polymerisation in Gegenwart eines in Richtung der Schichtennormalen verlaufenden Feldes erfolgt.Bei Anlegen der Schaltspannung an die Elektroden 3, 4 wird in der Polymerschicht ein Feld mit einer durch die Interdigitalstruktur der Elektroden vorgegebenen Verteilung erzeugt. Dieser Feldverlauf deformiert die schaltbaren Bestandteile der Polymerschicht mehr oder weniger periodisch: Sie erstrecken sich zwischen zwei benachbarten Zinken der ineinander verschränkten Elektroden-Kämme im wesentlichen in der Schichtenebene, und zwar quer zur Richtung der Zinken, und sind über den einzelnen Zinken nur wenig aus ihrer schichtensenkrechten Ruhestellung herausgedreht.
Das Display arbeitet folgendermaßen: Die Fluoreszenzplatte fängt einen Teil des auftreffenden Umgebungslichts durch Fluoreszenzstreuung und nachfolgende (Total-)Reflexionen an ihren Grenzflächen ein und leitet diese Strahlung so lange in ihrem Inneren fort, bis sie in eine der mit der Platte in optischem Kontakt stehenden Polymerschichten eintritt. Dort findet sie, falls die Polymerschicht nicht aktiviert ist, einen einheitlichen Brechungsindex vor und wird deshalb, wie man sich anhand der Brechungsgesetze klarmachen kann, an der Grenzfläche Schicht/Luft durch eine weitere Totalreflexion zurückgeworfen. Platte und Pblymerschicht bilden ein in sich geschlossenes optisches System, aus dem eingefangenes Fluoreszenzlicht nicht mehr entweichen kann.
Wird nun die Polymerschicht durch Anlegen der Schaltspannung deformiert, so entsteht ein Muster aus Bereichen mit unterschiedlicher optischer Dichte. Das Dichte-Gradientenfeld ist dabei so beschaffen, daß ein großer Teil der in die Schicht eintretenden Strahlung auch herausgestreut wird.
Die Ausführung der Figur 2 unterscheidet sich vom Beispiel der Figur 1 darin, daß die Polymerschicht zusätzlich einen pleochroitischen Farbstoff enthält, auf der Vorderseite der Fluoreszenzplatte plaziert ist und vor einer auf der Plattenrückseite angebrachten Streuschicht 6 liegt.
Die Farbstoffmoleküle sind wie die sie umgehenden mesogenen Einheiten orientiert und so geartet, daß sie das von der Streufläche 6 kommende Fluoreszenzlicht in ihrem Ruhestand, in dem sie senkrecht zur Schichtenebene stehen, ungeschwächt passieren lassen und im angeregten Zustand stark absorbieren. Entsprechend diesem Auskoppelverhalten sind stets diejenigen Bildsegmente zu aktivie- ren, die jeweils zum Bildhintergrund gehören (komplementäre Ansteuerung).
In beiden Ausführungsformen ist die Polymerschicht folgendermaßen beschaffen: Sie besteht in der Regel entweder aus Hauptketten, an die über flexible Brücken mesogene Einheiten angekoppelt sind, oder aus Bestandteilen der Form 6-flexible Brücke-mesogene Einheit7 , die durch Polymerisation der Brücken miteinander verknüpft sind.
Denkbar wäre auch eine Copolymerisation der Brücken mit weiteren olefinisch ungesättigten Verbindungen.
Die Farbstoffmoleküle können in die Polymermatrix in verschiedener Weise eingebracht werden - in dem einen Extremfall sind sie anstelle einiger mesogener Einheiten chemisch an die flexiblen Brücken gebunden und im anderen Extremfall sind sie physikalisch gelöst, also eingebettet zwischen den mesogenen Einheiten. Als Farbstoffe kommen im Prinzip alle Verbindungen infrage, die man schon bisher als Flüssigkristall-Zusatz vorgesehen hatte, beispielsweise Anthrachinone oder Azofarbstoffe.
Besteht das Polymer aus Haupt- und Seitenketten, so sind die einzelnen Teile gewöhnlich über additions- oder kondensationsfähige chemische Funktionen miteinander verbunden. Ist das Polymer durch Verknüpfung der Brücken entstanden, so verläuft die Polymerisation der Brücken über polymerisationsfähige, vorzugsweise olefinisch ungesättigte chemische Funktionen an den Brückenenden.
Weitere Einzelheiten über Aufbau und Herstellung der Polymerschicht können der am21. 7. 80 eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Flüssigkristallanzeige mit einer orientierenden und polarisierenden Schicht" entnommen werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Da es im vorliegenden Zusammenhang im wesentlichen nur darauf ankommt, daß die Polymerschicht ohne Feld einheitlich geordnet ist und im Feld lichtauslenkende bzw. lichtschluckende Inhomogenitäten erhält, kann man der Schicht auch eine andere Ausgangstextur geben und braucht das Elektrodenmuster nicht in jedem Fall streng interdigital zu sein. So könnte man etwa ein Polymer verwenden, dessen me so gene Einheiten eine negative dielektrische Anisotropie haben und im Ruhezustand einheitlich schichtenparallel orientiert sind, und Elektrodenkonfigurationen in Form eines Doppelmäanders wahlen. Davon abgesehen bleibt es dem Fachmann unbenommen, bestimmte Kenndaten des Displays noch durch zusätzliche Vorkehrungen zu verbessern: Eine weitere Elektrode auf der Außenseite der Polymerschicht würde ein aktives Abschalten mit relativ kurzen Ausschaltzeiten ermöglichen; die Streu- bzw. Absorptionskraft der Polymerschicht könnte durch ein Wechselfeld mit geeigneten Frequenzen erhöht werden; optisch angepaßte Kontaktschichten vor und/oder hinter den Elektroden steigern unter Umständen die Lichtausbeute der Fluoreszenzplatte.
2 Figuren 10 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche f> ( 1. Vorrichtung zur Darstellung von Bildern aus mehreren iildsegmenten, mit einem vorzugsweise plattenförmigen Körper ("Fluoreszenzkörper"), der aus einem transparenten Trägermaterial mit einem Brechungsindex >1 besteht und fluoreszierende Partikel enthält, wobei auf der einen Seite (1,Elektrodenseite") des Fluoreszenzkörpers, und zwar jeweils im Bereich eines der Bildsegmente, zwei transparente Elektroden sowie eine elektrisch zwischen zwei optisch verschiedenen Zuständen schaltbare Flüssigkristallschicht angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß sich die beiden Elektroden (3,4) eines ledern Bildsegments in einer zwischen dem Fluoreszenzkörper (1) und der Flüssigkristallschicht gelegenen Ebene befinden und zusammen eine tnterdigitalstruktur bilden und daß die Flüssigkristallschicht aus einem festen Polymer (Polymerschicht 6) mit schaltbaren mesogenen Bestandteilen besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Elektroden (3,4) dem Fluoreszenzkörper (1) unmittelbar anliegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gek e n n z e i c h ne t, daß die Polymerschicht (6) den Elektroden (3, 4) unmittelbar anliegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mesogenen Bestandteile der Polymerschicht (6) im feldfreien Zustand gleichmäßig ausgerichtet sind und bei Anlegen der Schaltspannung eine periodisch gestörte Textur annehmen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die mesogenen Bestand- teile der Polymerschicht (6) eine positive dielektrische Anisotropie haben und im feldfreien Zustand senkrecht zur Schichtenebene ausgerichtet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die mesogenen Bestandteile der Polymerschicht (6) eine negative dielektrische Anisotropie haben und im feldfreien Zustand parallel zur Schichtenebene ausgerichtet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polymerschicht (6) einen pleochroitischen Farbstoff enthält.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich auf der der Elektrodenseite gegenüberliegenden Seite des Fluoreszenzkörpers (1), und zwar ebenfalls jeweils im Bereich eines der Bildsegmente, eine Streufläche (7), vorzugsweise eine Pigmentschicht, befindet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k b n n z e i c h n e t , daß die Polymerschicht (6) und/oder gegebenenfalls die Streufläche (7) gefärbt sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich an der dem Fluoreszenzkörper abgewandten Seite der Polymerschicht (6) eine weitere Elektrode befindet.