DE2847612A1 - Fluessigkristall-fluoreszenzanzeige - Google Patents
Fluessigkristall-fluoreszenzanzeigeInfo
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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
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.
20
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.
25
25
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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- 11 -
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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- 12 -
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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- 13 -
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)
- Z BLic ff t- ^-t'c//PATENTANWÄLTE " ' VTER MEER - MÜLLER - STEINMEISTERD-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld 284 7 ftTriftstraße 4 Siekerwall 71095-GER 2. November 1978Sharp Kabushiki Kaisha 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka,JapanFlüssigkristall-FluoreszenzanzeigePriorität: 7. November 1977, Japan, Ser.Nr. 133849/1977PATENTANS PRÜCHEι 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 und909820/0 R38Sharp K.K.TER MEER · MÜLLER · STEINMEIST^R 1 095-GER- die Flüssigkristallanzeige mit einer Filtervorrichtung (12, 13) versehen ist, die die Ausbreitung der Erregerstrahlung steuert, um den Anzeigekontrast zu verbessern.
- 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. 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. 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. 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-909820/0638Sharp K.K.TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTCR 1 095-GERkeit 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. 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. 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.909820/0638
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