DE3122148A1 - Anzeigevorrichtung mit wirt-fluessigkristall und gast-farbstoffen - Google Patents

Anzeigevorrichtung mit wirt-fluessigkristall und gast-farbstoffen

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DE3122148A1 DE19813122148 DE3122148A DE3122148A1 DE 3122148 A1 DE3122148 A1 DE 3122148A1 DE 19813122148 DE19813122148 DE 19813122148 DE 3122148 A DE3122148 A DE 3122148A DE 3122148 A1 DE3122148 A1 DE 3122148A1
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Description

  • Anzeigevorrichtung mit Wirt-Flüssigkristall und Gast-Farbstoffen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs l.
  • Aus der US-A 4.032.219 ist es bekannt, Gast-Wirt-Flüssigkristallanzeigen Farbstoffe beizumischen derart, dass eine schwarz-weisse Anzeige möglich wird.
  • Bei der bekannten Anzeige werden die drei Farben Rot, Blau und Gelb mit dem FlGssigkristall vermischt. Das Blau, der Farbstoff Sudan Black (dunkelblau), hat den Schwerpunkt der Absorptionskurve bei etwa 6300 R. Das Rot, der Farbstoff Sudan IV, hat den Schwerpunkt der Absorptionskurve bei etwa 5200 i. Das Gelb, der Farbstoff 4 -Carotene, hat den Schwerpunkt der Absorptionskurve bei etwa 5000 i.
  • Die Anzeige gibt hellgraue Zeichen auf einem dunkelgrauen Untergrund. Wenn keine elektrische Spannung angelegt wird, erzeugt die Farbmischung eine regelmässig graue Farbe.
  • Dabei hat das Grau eine leichte Färbung. Dies wird in der Patentschrift selber schon angedeutet, und ist bei einer Analyse des Absorptionsspektrums der Anzeige mit der Formel für Farbdifferenzen nach CIE (1964) klar erkenntlich.
  • Die Definition der Farbdifferenz nach CIE (1964) ist bekannt z.B. aus N.Otha in Applied Optics (Sept. 1971, Vol. 10, No. 9, S. 2183-2187).
  • Die Farbdifferenz wurde bestimmt durch subjektive Beobachtungen mehrerer Personen. Bei einer gewissen Beleuchtung wurden dazu Kreise gleicher Farbe im Farbdreieck UCS (CIE 1960) bestimmt. Einzelheiten dazu sind aus dem Buch "Color in Business and Inaustry" von Judd und Wyszecki bekannt.
  • Eine Einheit der Farbdifferenz rauch CIE (1964) ist dabei gerade noch unterscheidbar.
  • Die einzige käufliche approximativ schwarz-weisse Gast-Wirt-Mischung ist bekannt unter der Bezeichnung RO-SA 605 der Firma Hoffmann-La Roche, Basel. Diese Mischung besteht aus drei Farbstoffen und weist eine ziemlich ausgeprägte grün-gelbe Färbung auf. Eine Analyse des Spektrums bestätigt diese Beobachtung eindeutig.
  • Es ist bekannt, dass die Absorption eines achromatischen Farbstoffes in dem sichtbaren Bereich des Spektrums (380 - 780 nm) mehr oder weniger konstant sein sollte.
  • Es gibt zwei Möglichkeiten um diese Bedingung der Achromasie zu erfüllen: Entweder können die Absorptionsspektren der zu mischenden Farben an das gewünschte Absorptionsspektrum angepasst werden (spektrale Anpassung). Bei dieser Methode müssen mehr als drei Farbstoffe verwendet werden, um eine akzeptable Anpassung zu erreichen. Erfahrungsgemäss werden etwa 6 verschiedene Farbstoffe benötigt.
  • Oder man verwendet die sogenannte metamerische Anpassung.
  • Dazu werden der Farbton und die Leuchtdichte der Farbstoffmischung und die gewünschte Farbe aufeinander abgestimmt. Die Absorptionsspektren der Farbstoffmischung und der gewünschten Farbe sind dann nicht notwendigerweise ähnlich, in vielen Fällen sogar unterschiedlich.
  • Eine Rechenmethode mit Hilfe der Matrixdarstellung für drei verschiedene Farben bei einer bestimmten Beleuchtung ist beschrieben in dem oben genannten Aufsatz von N. Otha.
  • Zuerst werden die Definition der Farbdifferenz nach CIE (1964) und die trichromatische Bezeichnung (X, v, Z) erklärt. Dann wird die Rechenmethode erklärt, die eigentlich auf der aus der numerischen Mathematik bekannten Newton?sche Methode beruht. Im speziellen wird die Farbe Gamut durch die Mischung der Farben Cyan, Magenta und Gelb bei einer Farbtemperatur von 4800 K angenähert Die bisherigen Gast-Wirt-Anzeigevorrichtungen, welche eine approximativ schwarz-weisse Anzeige besitzen, weisen alle eine gewisse Färbung auf bei unterschiedlichen Beleuchtungen. Die Anzeige wirkt dadurch unangenehm, sogar ermüdend für das menschliche Auge. Die Resultate dieser Anzeigevorrichtung sind deshalb unbefriedigend.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schwarz-weisse Anzeigevorrichtung mit einem Wirt-ilüssigkristall und nur drei verschiedenen Gast-Farbstoffen derartig zu gestalten, dass die Anzeige sowohl bei Kunstlicht als bei Tageslicht achromatisch erscheint.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Bedingung der Achromasie für zwei extreme Beleuchtungen, nämlich Kunst- und Tageslicht, gewährleistet auch bei anderen Beleuchtungen, dass die Anzeige achromatisch erscheint. Ausführliche Beobachtungen haben diese Tatsache eindeutig bestätigt.
  • Die Erfindung hat unter anderem den Vorteil, dass bei verschiedenen Beleuchtungen ein sehr kontrastreiches, achromatisches Bild entsteht. Die Anzeige 1st auch bei sehr kleinen Blickwinkeln noch gut ablesbar.
  • Die erfindungsgemässe Anzeigevorrichtung lässt auf keinerlei Weise die unerwünschten Färbungen erkennen, die sonst bei ähnlichen Anzeigevorrichtungen auftreten.
  • Da keine chromatographischen Effekte vorkommen, können nun auch grossflächige Gast-Wirt-Anzeigevorrichtungen mit einer schwarz-weissen Anzeige realisiert werden.
  • Nachstehend wird anhand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
  • Dabei zeigt: Fig. 1 eine Anzeigevorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 die Absorptionsspektren g, r und b dreier Farbstoffe, und das Absorptionsspektrum s der Mischung der Farbstoffe mit einem nematischen Flüssigkristall, Fig. 3 die Emissionsspektren für Kunst- bzw. Tageslicht, Fig. 4 das Absorptionsspektrum der bekannten Gast-Wirt-Mischung RO-SA 605, Fig. 5 die Absorptionsspektren g?, r' und b' dreier bekannter Farbstoffe und das Absorptionsspektrum 5 der Mischung der drei Farbstoffe mit einem nematischen Flüssigkristall.
  • In Fig. 1 wird eine erfindungsgemässe Gast-Wirt-Anzeigevorrichtung gezeigt. Ein Flüssigkristall 1, bestehend aus einer Mischung des nematischen Flüssigkristalls E8 der Firma British Drug House, England, und der drei unten näher bezeichneten Farbstoffe G, R und B, ist zwischen zwei planparallelen Platten 2 und 3 angeordnet. Die Platten 2 und 3 sind mittels eines Verschlusssteges 4 hermetisch zu einer Zelle verschlossen. Auf den inneren Flächen der Platten 2 und 3 sind eine Vorderelektrode 6 und eine Rückelektrode 7 angeordnet. Die Spannungsquelle 8 ist zur Aenderung der optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls 1 an den Elektroden 6 und 7 angeschlossen. Auf der Stirnfläche der Platte 2 ist ein Polarisator 5 angeordnet.
  • Die Funktionsweise einer solchen Anzeigevorrichtung ist bekannt aus z.B. dem Artikel von G.H.Heilmeier et al. in Molecular Crystals and Liquid Crystals, 1969, Vol. 8, S. 293-304, und wird daher nicht weiter erläutert.
  • Die Anzeigevorrichtung kann auch mit einem cholesterinischen, statt mit einem nematischen Flüssigkristall versehen sein. Der Polarisator 5 ist dann nicht vorhanden.
  • fne solche Anzeigevorrichtung ist bekannt aus z.B.
  • D.L.White und G.N.Taylor, Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 11, November 1974, S. 4718-4723.
  • Bei Reflexionsbetrieb weist die Platte 3 in bekannter Weise einen (nicht gezeichneten) Reflektor auf.
  • Die Farbstoffe G, R und B haben die folgenden chemischen Strukturformeln: In Figur 2 werden die Ab sorptionsspekt ren g, r, b der Farbstoffe G, R und B gezeigt. Auf der Ordinate ist dabei die Absorption a aufgetragen, auf der Abszisse die Wellenlänge x in nm.
  • Das Absorptionsspektrum s der Mischung der Farbstoffe mit dem nematischen Flüssigkristall E8 ist bei einer Schichtdicke von 10 pm mit zur optischen Achse parallel polarisiertem Licht gemessen. Die optische Achse ist die Richtung, in welcher die Moleküle des nematischen Wirt-Flüssigkristalls ausgerichtet sind. Dem entspricht auch die Hauptabsorptionsrichtung der Farbstoffmoleküle.
  • Die Schwerpunkte der Absorptionsspektren g, r und b liegen bei 451,0 nm, 531,7 nm bzw. 644>8 nm. Wenn die Farbstoffe G, R und B mit 0,503, 1,557 bzw. 2,369 Gewichtsprozenten mit dem nematischen Flüssigkristall E8 vermischt werden, betragen die Farbdifferenzen bis zum Achromasiepunkt für Tageslicht bzw. Kunstlicht 0,0 bzw.
  • 0,4 Einheiten. Sind diese Gewichtsprozente 0,499, 1,550 bzw. 2,371, so sind diese Farbdifferenzen 0,4 bzw. 0,0.
  • Wie schon erwähnt, ist eine Einheit der Farbdifferenz gerade unterscheidbar, so dass die obige Mischung sicher achromatisch erscheint, weil die Differenzen eindeutig sehr viel kleiner als 1 sind.
  • In der Figur 3 sind die Emissionsspektren T und K für Tageslicht (CIE Quelle D65) und für Kunstlicht (CIE Standardquelle A) aufgezeichnet, mit welchen die in Fig. 2 dargestellten Absorptionsspektren gemessen werden. Auf der vertikalen Achse ist die Intensität i in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Wellenlänge > in nm aufgetragen. Das Spektrum für Kunstlicht zeigt mit zunehmender Wellenlänge eine grössere Intensität, das Spektrum für Tageslicht zeigt dagegen erst eine zunehmende, danach eine schwach-abnehmende Intensität bei grösseren Wellenlängen.
  • In Figur 4 ist das Absorptionsspektrum der Gast-Wirt-Mischung RO-SA 605 gezeigt. In vertikaler Richtung ist wieder die Absorption a aufgetragen, in horizontaler Richtung die Wellenlänge ) . Die Kurve wurae mit parallel zur optischen Achse polarisiertem Licht gemessen. Dabei ist die Dicke der Flüssigkristallschicht so gewählt, dass die transmittierte Leuchtdichte 5 ?o beträgt. Die Absorptionsmaxima liegen bei etwa 382, 485, 590 und 636 nm.
  • Die Farbdifferenz bis zum Achromasiepunkt beträgt bei Kunstlicht (CIE Standardquelle A) 13,3 Einheiten. Bei Tageslicht (CIE Quelle D65) beträgt diese Differenz 14,4 Einheiten.
  • Diese bekannte Gast-Wirt-Mischung ist also ersichtlich nicht achromatisch.
  • In Fig. 5 sind die Absorptionsspektren g', r', b' von den Farbstoffen G', R' und B' aufgezeichnet. Die chemischen Strukturformeln dieser Farbstoffe sind unten aufgeführt: Die Schwerpunkte der Absorptionskurven g', r' und b' liegen bei 433,9 nm, 486,8 nm bzw. 599,3 nm.
  • Das Absorptionsspektrum s' der Mischung dieser Farbstoffe mit dem nematischen Flüssigkristall E8 ist wieder bei einer Schichtdicke von 10 um mit parallel zur optischen Achse polarisiertem Licht gemessen.
  • Wenn die Farbstoffe G1, R' und Bt mit 0,36, 0,37 bzw.
  • 1,51 Gewichtsprozenten mit dem nematischen Flüssigkristall E8 vermischt sind, ist für Tageslicht die Farbdifferenz gleich null, beträgt aber für Kunstlicht 9,3 Einheiten.
  • Bei anderen Konzentrationen der Farbstoffe G', R' und B', nämlich bei 0,45, 0,26 bzw. 1,67 Gewichtsprozenten, ist die Farbdifferenz für Kunstlicht zwar gleich null, für Tageslicht beträgt sie dagegen 8,5 Einheiten.
  • W.e man sieht, ist diese Farbstoffmischung also nicht achromatisch bei beiden Beleuchtungsarten.
  • Auch bei anderen Konzentrationen der Farbstoffe ist keine achromatische Anzeige bei den beiden Beleuchtungen möglich.
  • Erst wenn die Schwerpunkte der Absorptionsspektren in den erfindungsgemässen Bereichen liegen, und auch die Konzentrationen richtig gewählt werden, ist eine schwarz-weisse achromatische Anzeige möglich.
  • Die erfindungsgemässe Anzeigevorrichtung kann sowohl helle Zeichen auf einem dunklen Untergrund, als umgekehrt dunkle Zeichen auf einem hellen Untergrund aufweisen. Mit Hilfe von sogenannten Punktmatrixanzeigen können nunmehr auch Graphiken ausgezeichnet dargestellt werden, denn die Erfindung ist besonders geeignet für grossflächige Anzeigevorrichtungen. Wenn das Raster solcher Punktmatrixanzeigen genügend klein gewählt wird und interne Abstandshalter in der Zelle angeordnet werden, können auch Bildschirme für Fernsehgeräte und dergleichen besonders gut hergestellt werden.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Gast-Wirt-Anzeigevorrichtungen mit positivem Dichroismus, sondern auch solche mit negativem Dichroismus haben eine achromatische schwarz-weisse Anzeige, wenn die Schwerpunkte der Absorptionsspektren der drei Farbstoffe in den errindungsgemässen Bereichen liegen.
  • Bezeichnungsliste 1 Flüssigkristall 2 Vordere Platte 3 Hintere Platte 4 Verschlusssteg 5 Polarisator 6 Vorderelektrode 7 Rückelektrode 8 Wechselspannungsquelle a Absorption B>b Farbstoff Blau, bzw. dessen Absorptionsspektrum G,g Farbstoff Gelb, bzw. dessen Absorptionsspektrum i Intensität in willkürlichen Einheiten K Emissionsspektrum für Kunstlicht R,r Farbstoff Rot, bzw. dessen Absorptionsspektrum T Emissionsspektrum für Tageslicht ?< Wellenlänge in nm

Claims (9)

  1. Patentansprüche Anzeigevorrichtung mit Flüssigkristall (1) bestehend: - aus zwei planparallelen Platten (2, 3), die zusammen mit einem Verschlusssteg (4) eine Zelle bilden, - aus zwei Elektrodenschichten (6, 7) auf den inneren Flächen der Platten (3, 4), - aus einem Wirt-Flüssigkristall, und - aus drei verschiedenen Gast-Farbstoffen (G, R, B), die mit dem Wirt-Flüssigkristall vermischt sind, dadurch gekennzeichnet, dass: - die Gast-Farbstoffe (G, R,B) pleochroitisch sind, und - die Schwerpunkte der Absorptionsspektren der drei Farbstoffe (G, R, B) in den folgenden Bereichen liegen: 450 + 15, 545 i 15 bzw. 650 + 15 nm.
  2. 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirt-Flüssigkristall nematisch ist, und ein Polarisator (5) auf der frontseitigen Platte (2) vorgesehen ist.
  3. 3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirt-Flüssigkristall cholesterinisch ist.
  4. 4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige eine nach CIE (1964) gemessene Farbdifferenz bis zum Achromasiepunkt kleiner als 0,9 Einheiten fUr sowohl Kunst- als Tageslicht aufweist.
  5. 5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gast-Farbstoffe (G, R, B) in dem Wirt-Flüssigkristall jeweils folgende Konzentrationen in Gewichtsprozenten aufweisen: 0,5 + 0,5, 1,5 + 0,5 und 2,5 + 0,5
  6. 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirt-Flüssigkristall die nematische Mischung E8 der FirmaBritishDrugHouse, England ist.
  7. 7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gelbe Farbstoff folgende chemische Strukturformel besitzt:
  8. 8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rote Farbstoff folgende chemische Strukturformel besitzt:
  9. 9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der blaue Farbstoff folgende chemische Strukturformel besitzt:
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