CH639784A5

CH639784A5 - Fluessigkristall-fluoreszenzanzeigevorrichtung.

Info

Publication number: CH639784A5
Application number: CH1138478A
Authority: CH
Inventors: Fumiaki Funada; Masataka Matsuura; Tomio Wada
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1983-11-30
Also published as: DE2847612A1; US4416515A; DE2847612B2; JPS5466862A; DE2847612C3; JPS5825243B2

Description

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, bei Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeigen einen höheren Anzeigekontrast zu erzielen.

Die erfindungsgemässe Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten sowie in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert.

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, 5 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.

Das Erregerlicht tritt durch das erste optische Filter weit-io gehend unbeeinfhisst 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 15 Filter ein Streuen des Erregerlichts. Daher wird im wesentlichen das gesamte Erregerlicht daran gehindert, durch Streueffekte an der der Erregerlichtseite gegenüberliegenden Seite der Anzeigevorrichtung auszutreten, so dass eine wesentliche Verbesserung des Anzeigekontrasts erzielt wird.

20 Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform 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 25 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.

30 Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die Schnittdarstellung einer herkömmlichen lichtdurchlässigen, also transmissiven Fluoreszenz-Flüssigkristall-35 Anzeige;

Figur 2 die graphische Darstellung des Absorptionsspektrums (ausgezogene Kurve) und des Fluoreszenzwirkungsgrads (gestrichelte Kurve) bei Verwendung von «Coumarin 7» als Fluoreszenzmaterial bei einer Anzeige mit erfindungsge-40 mässen Merkmalen;

Figur 3 und 4 die Schnittdarstellung von lichtpermeablen Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen gemäss der Erfindung und

Figur 5 die graphische Darstellung des Lichtdurchlass-45 grads (ausgezogene Kurve) eines ersten optischen Filters und jenen eines zweiten optischen Filters (gestrichelte Kurve) bei Anwendung in einer erfindungsgemässen Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäss Figur 3 und 4.

Der für die erfindungsgemässen Zwecke geeignete Flüssig-50 kristall wird in an sich bekannter Weise aus einer der nemati-schen, cholesterischen oder smektischen Mesophasen in der Hinsicht ausgesucht, dass sich bei einem im Flüssigkristall enthaltenen organischen Fluoreszenzmaterial die lumineszente Wirksamkeit verändern lässt. Der Flüssigkristall enthält aus-55 serdem 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 Sti-60 mulierung erfolgt durch ein elektrisches Feld, ein magnetisches Feld, thermische Erregung, mechanische Kraft oder dergleichen.

Die in Figur 1 dargestellte herkömmliche lichtpermeable Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeige umfasst ein Paar von 65Glassubstraten la und lb, darauf aufgebrachte Transparentelektroden 2, zur molekularen Orientierung des Flüssigkristalls bestimmte Schichten 3, Abstandsstücke 4, ein Flüssigkristall 5, ein Fluoreszenzmaterial 6 und eine Stromversorgungsquelle 7.

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Die Transparentelektroden 2 sind in bekannter Weise in solcher Musterverteilung angeordnet, dass sich eine bestimmte Information darstellen lässt; sie bestehen aus ImCb und sind durch ein Verdampfungsverfahren oder dgl. aufgebracht. Die der Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienenden 5 Schichten 3 bestehen aus SiCh und sind ebenfalls durch ein Verdampfungsverfahren oder dgl. aufgebracht; es handelt sich um oberflächenaktive Schichten aus dem Material Acid-T der Firma Merk & Co., Inc. Die Abstandsstücke 4 bestehen aus Epoxyharz. 10

Der Flüssigkristall 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. >5 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.-%, Vorzugs- 20 weise im Bereiche von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Flüssigkristallmaterial 5, zugesetzt. Die Flüssigkristall-Zusam-mensetzung für den Gegenstand der Erfindung hat die Eigenschaft, dass Fluoreszenzlicht bei Raumtemperatur emittiert wird. Die Zusammensetzungen werden in üblicher Weise her- 25 gestellt. Das in der Zusammensetzung enthaltene Fluoreszenzmaterial 6 wird vorzugsweise im Flüssigkristall 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 30 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 35 das Erregerlicht in das Glassubstrat lb und wird in die Flüssigkristallzusammensetzung gestreut. Das Erregerlicht dient zur Stimulierung des Fluoreszenzmaterials 6 zur Erregung des Fluoreszenzphänomens.

Ein Phasenübergang in der Flüssigkristall-Zusammenset- 40 zung, ausgelöst durch das angelegte elektrische Feld, erfolgt zwischen der cholesterischen und der nematischen Meso-phase. Die optischen Dichteeigenschaften der cholesterischen Mesophase werden unter Ausnutzung von Lichtstreuzentren für die Fluoreszenz für die aktive Anzeige ausgenutzt, wäh- « rend die homöotropische Orientierung der nematischen Mesophase für die nichtaktive Anzeige herangezogen wird.

Es ist also erforderlich, dass die Flüssigkristall-Zusammen-setzung das Erregerlicht für das Fluoreszenzmaterial und die Erregung zur Fluoreszenz streut. Es sei nur ergänzend 50

bemerkt, dass die die Glassubstrate la und lb umfassende Flüssigkristallzelle zur Ausbreitung des Erregerlichts für das Fluoreszenzmaterial und zur Erregung der Fluoreszenz erforderlich ist.

Bei der in Figur 1 dargestellten vorgeschlagenen Fluorés- 55 zenz-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 60 Sichtbarkeit des Fluoreszenzphänomens, und der Anzeigekontrast wird unvermeidlich schlechter.

Die Figuren 3 und 4 zeigen Flüssigkristall-Fluoreszenzanzeigen gemäss der Erfindung. Die bereits in Verbindung mit Figur 1 erläuterten und auch hier vorhandenen Teile sind mit 65 gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist zwischen dem Glassubstrat lb und der Diffusorplatte 9 in Ergänzung zu der anhand von Figur 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 5 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 hin-10 durch, während hinsichtlich der restlichen Wellenlängenbereiche des Erregerlichts, die eine gute Fluoreszenz im Fluoreszenzmaterial 6 auslösen, eine Lichtstreuung durch das optische Filter verhindert wird.

Durch diese Massnahme wird das Erregerlicht daran 15 gehindert, seitlich aus der Anzeige herauszustreuen, wodurch der Anzeigekontrast der Flüssigkristall-Floureszenz-Anzeige deutlich verbessert wird. Im Vergleich zur anhand der Figur 1 beschriebenen Flüssigkristallanzeige verbessert sich das Kontrastverhältnis um einen Faktor von mehreren zehn bis zu 20 mehreren hundert und gleichzeitig lässt sich mit guter Genauigkeit eine dichroitische Anzeige erreichen.

Das Schaubild der Figur 2 verdeutlicht das Absorptionsspektrum (ausgezogene Kurve) und den Fluoreszenz-Wirkungsgrad (gestrichelte Linie) bei Verwendung von Coumarin 25 7 als Fluoreszenzmaterial 6 bei einer erfindungsgemässen

Anzeigevorrichtung. Coumarin 7 zeigt eine hohe Absorption n. im Wellenlängenbereich zwischen 400 bis 500 nm und einen hohen Fluoreszenzwirkungsgrad zwischen 500 bis 600 nm. Das erste optische Filter 12 wird hinsichtlich seiner charakteri-30 stischen 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 Figur 5 entspricht.

35 Bei der Ausführungsform nach Figur 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 40 zweiten optischen Filters 13 wird der Anzeigekontrast nochmals deutlich besser. Das zweite optische Filter 13 ist auf der Anzeigeseite unmittelbar anschliessend an das Glassubstrat la angeordnet und steht mit diesem in Berührungskontakt oder weist einen gewissen Abstand davon auf.

45 Das zweite optische Filter 13 zeichnet sich durch einen hohen Durchlässigkeitsgrad für Wellenlängen aus, bei denen das Fluoreszenzphänomen im Fluoreszenzmaterial 6 entsteht. Es zeigt dagegen niedrige Durchlässigkeit für solche Wellenlängenbereiche des Erregerlichts, die durch das erste optische 50 Filter 12 hindurchtreten. In andern Worten: Das zweite optische Filter 13 zeigt hohe Durchlässigkeit nur für Wellenlängen über etwa 500 nm, was im Schaubild der Figur 5, welches die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften der Filter angibt, durch die gestrichelte Kurve veranschaulicht ist. 55 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 Verwen-6odung des ersten optischen Filters 12 bzw. des zweiten optischen Filters 13. Der durch das Fluoreszenzmaterial 6 absorbierte Anteil des Erregerlichts und jene Wellenlängen, die sich auf das vom Fluoreszenzmaterial 6 emittierte Fluoreszenzlicht beziehen, werden einerseits durch das erste optische ss 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 Fluoreszenz-

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lichts abweicht. Vorzugsweise sind die Wellenlängen des absorbierten Erregerlichts im allgemeinen kürzer als die des Fluoreszenzlichts. Die vorgeschlagene, bzw. herkömmliche Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeige gemäss Figur 1 weist die folgenden konstruktiven Einzelheiten auf :

Die Stärke der Glassubstrate la und lb beträgt 3,0 mm. Die Transparentelektroden 2 sind aus ImCb mit einer Dicke von 0,05 am hergestellt. Die zur Molekularorientierung des Flüssigkristalls dienenden Schichten 3 bestehen aus SiCh mit einer Dicke von 0,1 um mit der oben erwähnten oberflächenaktiven Acid-T-Beschichtung. Die Abstandsstücke 4 bestehen aus Epoxyharz. Der Flüssigkristall 5 ist ein Flüssigkristallgemisch des Typs 605 der Firma Hoffmann La Roche 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 Figur 3 als erstes optisches Filter 12 5 den Filtertyp B-440 der Firma Joya Glass Works Ltd. auf.

Wird als Erregerlicht eine Wellenlänge von 500 nm gewählt, so ist das Kontrastverhältnis bei der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeige nach Figur 3 etwa um den Faktor 100 besser als bei Figur 1. Die Flüssigkristallzusammensetzung zeigt bei dieser 10 Ausführungsform in der nematischen Mesophase blaue Farbe, wenn das anliegende elektrische Feld über 2,5 x 10" V/cm beträgt, während die cholesterische Mesophase in grüner Farbe erscheint, wenn das anliegende elektrische Feld niedriger gewählt wird.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung für Transmissionsbetrieb enthaltend

- Flüssigkristall,

- Fluoreszenzmaterial, das in dem Flüssigkristall enthalten ist, dessen Fluoreszenzintensität von seiner Molekülanordnung abhängt, die durch die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle bestimmt wird, und dessen Erregungsstrahlung 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 Flüssigkristall (5) ein optisches Filter (12) angeordnet ist, das den Wellenlängenbereich der Erregungsstrahlung durchlässt 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 Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung durchlässt und den der Erregungsstrahlung absorbiert.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwellenlänge zwischen dem Wellenlängenbereich der Fluoreszenzstrahlung und jenem der Erregungsstrahlung bei etwa 500 nm liegt.

Erfindungsgegenstand ist eine Flüssigkristall-Anzeigevor-richtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anzeigevorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Fluoreszenzintensität mit der Lichtabsorption zu verändern:

Durch die Anmelderin wurde bereits eine verbesserte fluo-reszenz-wirksame Flüssigkristallanzeige vorgeschlagen (vgl. deutsche Patentanmeldung P 2837257.8), bei der im fluores-zent-wirksamen Flüssigkristall eine Lichtstreuung in Abhängigkeit von der Erregung durch ein elektrisches Feld, durch Wärme oder dgl. stattfindet und das emittierte Fluoreszenzlicht sich wirksam nach aussen übertragen lässt. Es sind jedoch an dieser fluoreszent-wirksamen Flüssigkristallanzeige noch Verbesserungen wünschenswert, um eine hervorragende Anzeigequalität mit guter Kontrastwirkung zu erhalten.