DE2837257C2

DE2837257C2 -

Info

Publication number: DE2837257C2
Application number: DE2837257A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Jp Funada; Masataka Tenri Nara Jp Matsura; Tomio Nara Jp Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-04-12
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1990-04-12
Also published as: US4556287A; CH637261GA3; DE2837257A1; CH637261B

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.

Eine solche Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist durch die US-PS 38 44 637 bekannt.

Bei der bekannten Anzeigevorrichtung sind Polarisatoren vorgesehen, die zwar auch zu einer Kontrastverbesserung beitragen, jedoch bleibt diese Verbesserung unbefriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Anzeigevorrichtung den Kontrast wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 6 gelöst.

Den zwei erfindungsgemäßen Lösungen liegt die Erkenntnis zugrunde, das im ganzen Flüssigkristallmaterial durch Fluoreszenz emittierte Licht zu sammeln und nur bei Aktivierung der Anzeigestellen an diesen austreten zu lassen.

Aus den DE-OS 26 16 669 und 26 19 352 sind zwar Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen bekannt, denen eine äußere Fluoreszenzplatte zugeordnet ist, mit der sich das Umgebungslicht mit hohem Wirkungsgrad sammeln und führen läßt und an beliebigen Stellen der Fluoreszenzplatte zum Wiederaustritt gebracht werden kann. Nachteilig ist hierbei jedoch der Mehraufwand bedingt durch die zusätzliche äußere Fluoreszenzplatte und die damit unvermeidbare Vergrößerung der Anzeigevorrichtung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bekannte Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;

Fig. 2 und 3 das Anzeigeprinzip der Vorrichtung von Fig. 1 in Gegenwart bzw. Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes;

Fig. 4 und 5 graphische Darstellungen der Absorptionseigenschaften der nach dem Stand der Technik angewandten Flüssigkristallmaterialien;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Absorptionsspektren eines fluoreszierenden Materials;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Emissions- und Absorptionsspektren des fluoreszierenden Materials Anthracen.

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine weitere Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die in jeder Hinsicht der von Fig. 1 ähnlich ist, jedoch eine Hintergrundplatte aufweist;

Fig. 9 und 10 die Anzeigeprinzipien der Vorrichtung von Fig. 8 in Gegenwart bzw. Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes;

Fig. 11 einen Querschnitt durch eine weitere Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Erfindung;

Fig. 12 und13 die Anzeigeprinzipien der Vorrichtung von Fig. 11 in Gegenwart bzw. Anwesenheit eines elektrischen Feldes;

Fig. 14 und 15 Querschnitte durch weitere erfindungsgemäße Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen;

Fig. 16 und 18 die Arten der Lichtfortpflanzung in der Vorrichtung von Fig. 8;

Fig. 17 (A) und 17 (B) einen Querschnitt bzw. eine perspektivische Ansicht einer weiteren Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung der Erfindung und

Fig. 19 und 20 Querschnitte durch weitere Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtungen der Erfindung.

Die Anzeigevorrichtungen der Erfindung umfassen im wesentlichen mindestens ein Paar von Elektroden, eine Einrichtung zum Anlegen von Spannung und zwei parallele Platten, zwischen denen sich eine fluoreszierende Flüssigkristallmischung befindet. Die Vorrichtung von Fig. 1 umfaßt eine Anzeigeelektrode 1 aus einem transparenten Material, wie In₂O₃, SnO₂ oder TiO₂, die auf der Innenoberfläche einer transparenten Vorderplatte 2 aus Glas, Quarz, Acrylharz, Polyäthylen oder dergleichen haftet. Die Vorderplatte 2 ist mit einer Seitenwand 3 aus einem Epoxyharz, Siliconharz, Glasfrittenmaterial, Kunststoff oder dergl. versehen, so daß ein Behälter entsteht. Gegenüber der transparenten Vorderplatte 2 ist eine Hinterplatte 4 aus einem transparenten oder reflektierenden Material angeordnet. Gegenüber der Anzeigeelektrode 1 befindet sich auf der Innenoberfläche der Hinterplatte 4 eine hintere Elektrode 5 aus einem reflektierenden Material, wie Al, Au, Cr oder Ag, oder einem transparenten Material, wie In₂O₃, SnO₂ oder TiO₂. Die Hinterplatte 4 und/oder die hintere Elektrode 5 können aus einem reflektierenden Material bestehen. Die hintere Elektrode 5 ist vorzugsweise gemustert. Der Behälter ist mit einem Flüssigkristallmaterial 6 in Form einer cholesterischen Mesophase gefüllt. Die Anzeigeelektrode 1 und die hintere Elektrode 5, die mit dem Flüssigkristallmaterial 6 in Berührung stehen, sind mit einer Flüssigkristallmolekül-Orientierungsschicht 7 bedeckt, z. B. einer Schleifschicht, einer Schicht aus SiO, SiO₂ oder dergleichen, die durch Schrägbedampfung gebildet worden ist, oder einer Schicht aus einem Netzmittel, das langkettige Alkyl- oder Fluoralkylreste aufweist oder ein Aminosilan enthält. Das Flüssigkristallmaterial 6 enthält ein Zweifarben-absorbierendes fluoreszierendes Material.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Vorrichtung von Fig. 1 anhand der Fig. 2 bis 6 erläutert:

Ein geeignetes Flüssigkristallmaterial 6 ist aus der DE-OS 28 37 218 bekannt.

Fig. 4 zeigt, die Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionsspektrums eines derartigen Materials. Die Wellenlänge (nm) ist als Ordinate und die Absorption als Abszisse aufgetragen, wobei die Konzentration des Flüssigkristallmaterials 1 mg/100 ml beträgt und a den Abstand zwischen der transparenten Grundplatte 2 und der Hinterplatte 4 bedeutet. Es zeigt sich, daß das Flüssigkristallmaterial bei Wellenlängen unterhalb 250 nm stark absorbiert, jedoch im nahen Ultraviolettbereich nur geringe oder keine Absorption aufweist, so daß es ein bevorzugtes Lösungsmittel für das fluoreszierende Material darstellt.

Dagegen absorbiert 4′-Methoxybenzyliden-4-n-butylanilin (MBBA) unter denselben Bedingungen wie in Fig. 4 hinsichtlich der Konzentration, der Dicke und der Lösungsmittel Licht bei Wellenlängen unterhalb 350 mm und eignet sich daher nicht zum Anregen der fluoreszierenden Materialien; vgl. Fig. 5.

Die Absorptionsspektren von fluoreszierenden Materialien sind im allgemeinen anisotrop und die Absorption in der Längsachse erfolgt oft bei längeren Wellenlängen als die Absorption in Richtung der kurzen Achse, wie aus Fig. 6 hervorgeht, in der l₁ das Absorptionsspektrum eines fluoreszierenden Materials in Richtung der langen Achse, l₂ in Richtung der kurzen Achse und l₃ das Absorptionsspektrum eines Flüssigkristallmaterials in Richtung der langen Achse bedeuten. Die Wellenlänge ist als Abszisse gegen die Absorption als Ordinate aufgetragen.

Anregungslicht mit einer Wellenlänge g₁, bei der die Absorption von l₁ am höchsten ist, wird der Anzeigevorrichtung von Fig. 1 zugeführt. Wenn die Vektorrichtung des im elektrischen Feld einfallenden Lichts 9 parallel zur Längsachse des fluoreszierenden Materials liegt wie in Fig. 2 gezeigt, absorbiert das Material das Anregungslicht 9 entsprechend dem Absorptionsspektrum l₁ von Fig. 6 und emittiert die Fluoreszenzstrahlung 10. Falls sie jedoch, wie in Fig. 3 gezeigt, parallel zur kurzen Achse ist, absorbiert das Material nicht das Anregungslicht 9 mit der Wellenlänge g₁ entsprechend dem Absorptionsspektrum l₂ von Fig. 6 und emittiert auch keine Fluoreszenzstrahlung. Diese beiden optischen Schwingungstypen werden in der Anzeigevorrichtung der Erfindung angewandt. Die Anzeigeelektrode 1 und die hintere Elektrode 5 werden über einen Schalter 11 mit einer Wechselstromquelle 12 verbunden, um an die Flüssigkristallmischung in dem Behälter zur Steuerung der beiden optischen Schwingungstypen über die Elektroden 1 und 5 eine Spannung anzulegen. Bei angelegter Spannung ist das Flüssigkristallmaterial entsprechend Fig. 3 orientiert, während das Material beim Abschalten der Spannungsquelle die in Fig. 2 gezeigte Orientierung annimmt.

Da das Fluoreszenzspektrum und das Absorptionsspektrum spiegelbildlich sind, kann die gewünschte Fluoreszenzfarbe durch Verwendung eines fluoreszierenden Materials erzielt werden, das ein der gewünschten Fluoreszenzfarbe entsprechendes Absorptionsspektrum aufweist. Das Fluoreszenzspektrum und das Absorptionsspektrum von Anthracen sind in Fig. 7 gezeigt, wobei die Wellenlänge als Abszisse gegen die Absorption bzw. Fluoreszenzintensität als Ordinate aufgetragen ist. Die durchgehende Linie zeigt das Absorptionsspektrum und die unterbrochene Linie das Fluoreszenzspektrum.

Die Vorrichtung von Fig. 2 und 3 enthält ein Flüssigkristallmaterial mit einer positiven dielektrischen Anisotopie, wobei die horizontal orientierte Grandjean-Textur mit der cholesterischen Mesophase als Ausgangsorientierung angewandt wird. Man kann aber auch Flüssigkristallmaterialien mit einer negativen dielektrischen Anisotopie verwenden, wobei eine vertikale Ausgangsorientierung angewandt wird. Bei Flüssigkristallmaterialien mit einer cholesterischen Mesophase kann eine fokal-konische Textur angewandt werden.

Obwohl die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen zur Änderung der Orientierung des fluoreszierenden Materials 8 den auf der dieelektrischen Anisotropie beruhenden elektrischen Feldeffekt nutzen, kann die Orientierung auch durch die Leitfähigkeitsanisotropie verändert werden. Dies erfordert die Anwendung einer Frequenz f<s₁₁/ε₁₁ε₀, wobei σ₁₁ die Leitfähigkeit in Richtung der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle, ε₁₁ die relative Dielektrizitätskonstante in derselben Richtung und ε₀ die Vakuum-Dielektrizitätskonstante bedeuten.

Die genannten Hilfs-Flüssigkristallmaterialien können jedoch vorzugsweise in einer Menge von weniger als 3/10 der Summe von Flüssigkristallmaterialien mit Cyclohexanstruktur zugemischt werden, da sie andernfalls die Eigenschaften der Flüssigkristalle mit Cyclohexanstruktur beeinträchtigen.

Der ZLI-1083-Flüssigkristall der Merck and Co, Inc., ist ein Gemisch aus 4′-n- Propylcyclohexyl-4-cyanbenzol, 4′-n-Pentylcyclohexyl-4- cyanbenzol und 4′-n-Heptylcyclohexyl-4-cyanbenzol; T _CN = -3°C, T _NI = 51°C, η (20°C) = 21,0 cP, ε₁₁ = 15,2, ε _┴ = 5,1. Hierbei bedeuten T _CS die Umwandlungstemperatur Kristall/ smektische Phase, T _SN die Umwandlungstemperatur smektische Phase/nematische Phase, η (20°C) die Viskosität bei 20°C, ε₁₁ die spezifische dielektrische Kapazität in Richtung der Längsachse und ε _┴ die spezifische dielektrische Kapazität in Richtung der kurzen Achse. Es werden folgende Testergebnisse erzielt:

Das Flüssigkristallgemisch "ZLI-1083" wird mit 0,02 Gewichtsprozent des fluoreszierenden Materials "Samaron Brilliant Yellow H6GL" versetzt. Das Flüssigkristallgemisch weist eine Dicke von 10 µm und eine Temperatur von 25°C auf. Die Anregung erfolgt mit einer Quecksilber-Hochdrucklampe. Die Vorrichtung wird bei 5 Volt und einer Wellenlänge von 590 nm geprüft, wobei eine Anstiegszeit von 50 msec und eine Abklingzeit von 60 msec ermittelt werden.

Die erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtungen zeichnen sich daher durch den niedrigen Energieverbrauch passiver Anzeigesysteme aus und enthalten eine selbst-lumineszierende Komponente für eine ausgezeichnete aktive Anzeige. Sie eignen sich daher zur Herstellung von Anzeigen für die verschiedensten Geräte, z. B. tragbare oder Tischrechner, Tischuhren, Armbanduhren, Meßgeräte oder Thermometer.

Da die Flüssigkristallmaterialien als cholesterische Mesophasen vorliegen, werden fluoreszierende Anzeigen erhalten, wenn man das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit der Fluoreszenz steuert. Ferner können bei Flüssigkristallmaterialien in Form von cholesterischen Mesophasen auch Mehrfach-Ansteuerungen unter Ausnutzung ihrer Speichereigenschaften angewandt werden.

Obwohl vorstehend reflektierende Anzeigevorrichtungen beschrieben wurden, umfaßt die Erfindung auch durchlässige Ausführungsformen, bei denen die Elektroden und Vorderplatten transparent sind und vorzugsweise in Kombination mit einer Anregungslichtquelle verwendet werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der das eingefüllte Flüssigkristallmaterial aufgrund der externen Anregung durch ein elektrisches oder magnetisches Feld, Temperaturerhöhung oder mechanischen Stoß unabhängig davon, ob seine Mesophase nematisch, cholesterisch oder smektrisch ist, ein Lichtstreuungsphänomen hervorruft. Beispiele für derartige Lichtstreuungsphänomene sind:

Eine dynamische Streuung der Flüssigkristallmaterialien, wenn nematische Flüssigkristallmaterialien mit einer negativen dielektrischen Anisotropie mit einem Elektrolyten, z. B. einem quaternären Ammoniumsalz, versetzt werden, der Speichereffekt von gemischten Flüssigkristallmaterialien, die nematische und cholesterische Flüssigkristallmaterialien enthalten, und der Phasenübergangseffekt, bei dem das Flüssigkristallmaterial von den Grandjean-Texturen der cholesterischen Mesophase in deren fokal-konische Texturen und schließlich in die nematische Mesophase umgewandelt wird.

Die für die Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von Fig. 8 geeigneten Flüssigkristallmaterialien enthalten verschiedene Additive zur Erzielung einer bestimmten Leitfähigkeit, Aktivierungsmittel zum Einstellen der Neigung der cholesterischen Mesophase bzw. Orientierungsmittel zur Orientierung der Flüssigkristallmaterialien.

Um bei der Anregung durch das einfallende Licht eine wirksame Fluoreszenz zu erzielen, sollen sich sowohl das einfallende Licht als auch die Fluoreszenzstrahlung vorzugsweise in dem Flüssigkristallmaterial fortpflanzen.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung wie die von Fig. 1, jedoch ist zusätzlich eine Hintergrundplatte 14 vorgesehen. Ähnliche Elemente, die denen von Fig. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das fluoreszierende Material muß nicht dichroitisch sein.

Die Hintergrundsplatte 14 ist vorzugsweise eine gefärbte Platte, deren Absorptionsspektrum dem Emissionsspektrum des fluoreszierenden Materials 8 entspricht, wodurch eine deutlichere Anzeige erzielt wird.

Die Fig. 9 und 10 erläutern die Anzeigeprinzipien der Vorrichtung von Fig. 8 in Gegenwart bzw. Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes. Obwohl in Fig. 9 das fluoreszierende Material 8 aufgrund des einfallenden Lichtes hv₁ eine Fluoreszenzstrahlung hv₂ ergibt, ist das das fluoreszierende Material 8 enthaltende Flüssigkristallmaterial 6 einige bis einige 10 µm dick und die Fluoreszenzstrahlung kann sich daher nicht in Breitenrichtung der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ansammeln.

In senkrechter Richtung zur Breite der Vorrichtung kann dagegen die Fluoreszenzstrahlung akkumuliert werden, da das Flüssigkristallmaterial 6 in einer Dicke von einigen mm bis einigen cm vorhanden ist. Die Fluoreszenzstrahlung kann jedoch aus dem Anzeigebereich der Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung aufgrund der gleichmäßigen Orientierung des Flüssigkristallmaterials 6 nicht austreten. Die Fluoreszenz wird durch das Flüssigkristallmaterial 6 gedämpft, was als "Dunkelzustand" der Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung bezeichnet wird.

In Fig. 10 bewirkt eine Lichtreflexion oder Lichtstreuung 16 ein Austreten der Fluoreszenzstrahlung hv₂ aus dem Anzeigebereich der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, so daß ein Beobachter 15 die Anzeige sehen kann. Das Licht reflektierende oder Licht streuende Zentrum 16 wird durch die vorstehend beschriebenen Lichtstreuungsphänomene erzeugt.

Beispiel 1

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet, bei der die transparente Vorderplatte 2 und die Hinterplatte 4 aus Glas bestehen, die Anzeigeelektrode 1 und die Rückelektrode 5 aus In₂O₃ hergestellt sind und die Seitenwand 3 ein Abstandhalterelement aus einem Epoxyharz ist. Die Flüssigkristallmolekül-Orientierungsschicht 7 ist eine Schleifschicht aus SiO₂ und die Hintergrundplatte 14 besteht aus schwarzem Papier. Das Flüssigkristallmaterial 6 ist eine cholesterische Mesophase, die das Biphenyl- Flüssigkristallmaterial "E-8" der BDH Chemicals Ltd. und die optische aktive Substanz "CB-15" derselben Firma in einer Menge von 10 Gewichtsprozent enthält. Das fluoreszierende Material 8 ist Pyronin B. Unter diesen Bedingungen ist die Anzeige hellrosa gefärbt und das Kontrastverhältnis beträgt 10 : 1.

Beispiel 2

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet, die mit Ausnahme der Hintergrundplatte 14, dem Flüssigkristallmaterial 6 und dem fluoreszierenden Material 8 der von Beispiel 1 entspricht. Die Hintergrundplatte 14 besteht aus blauem Papier und das fluoreszierende Material 8 ist Rhodamin 6G. Als Flüssigkristallmaterial 6 werden MBBA

und 10 Gewichtsprozent der folgenden Verbindung verwendet:

Das Flüssigkristallmaterial 6 enthält ferner p-Äthoxybenzyliden- p′-butylanilin

Unter diesen Bedingungen ist die Anzeige orange gefärbt und das Kontrastverhältnis beträgt 5 : 1.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die von dem fluoreszierenden Material 8 emittierte sichtbare Fluoreszenzstrahlung daran gehindert, aus der Anzeigefläche der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu streuen, während diese nicht aktiviert wird. In Fig. 8 neigt die von dem fluoreszierenden Material 8 emittierte Fluoreszenzstrahlung dazu, aus der transparenten Vorderplatte 2 und der Hinterplatte 4 zu streuen, so daß sie nicht das Lichtstreuungszentrum 16 erreicht und deshalb keinen ausreichenden Anzeigekontrast ergibt.

Um diesen Mangel zu beheben, wird ein transparenter Film mit hohem Brechungsindex vorgesehen, der eine Totalreflexion der aus der Kristallmaterialschicht streuenden Fluoreszenzstrahlung bewirkt, so daß die Fluoreszenzstrahlung genau das Lichtstreuungszentrum trifft. Der transparente Film ist auf der transparenten Vorderplatte 2 angeordnet. Diese Anordnung erhöht den Anzeigekontrast erheblich.

Fig. 11 zeigt eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit jeweils einem transparenten Film 17 auf der transparenten Vorderplatte 2 und der Hinterplatte 4. Ähnliche Elemente, die denen von Fig. 8 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Brechungsindex des transparenten Films 17 ist höher als der der transparenten Vorderplatte 2 und der Hinterplatte 4 über den Fluoreszenz- Wellenlängenbereich.

Die Fig. 12 und 13 erläutern das Anzeigeprinzip der Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeige von Fig. 11 in Abwesenheit bzw. Gegenwart eines elektrischen Feldes. Die Fluoreszenzstrahlung kann in einer Richtung orthogonal zur Breite der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung in der Schicht 20 aus dem Flüssigkristallmaterial 6 und dem fluoreszierenden Material 8 sowie dem vorstehend beschriebenen transparenten Film 17 akkumuliert werden. Wie deutlich in Fig. 12 gezeigt ist, wird die Fluoreszenzstrahlung durch die Schicht 20 und den transparenten Film 17 daran gehindert, aus der Anzeigefläche der Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung zu streuen. Dies wird als "Dunkelzustand" der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bezeichnet.

Andererseits ist in Fig. 13 gezeigt, daß die Fluoreszenz- Strahlung hv₂, die durch die Schicht 20 bzw. den transparenten Film 17 eingeschlossen wird, durch das Lichtstreuungszentrum 16 aus der Anzeigefläche gestreut wird. Dies wird als "Anzeige" der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bezeichnet.

Bei einer Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom reflektierenden Typ zeichnet sich die Anzeigefläche dadurch aus, daß sie sowohl die Fortpflanzung des Anregungslichts für das fluoreszierende Material 8 als auch die der daraus emittierten Fluoreszenzstrahlung ermöglicht. Es versteht sich von selbst, daß die übrigen Materialien der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung außerhalb des Anzeigebereiches nicht die Fortpflanzung des Anregungslichtes und der Fluoreszenzstrahlung gewährleisten müssen.

Andererseits soll beim durchlässigen (permeablen) Typ die transparente Vorderplatte 2 die Fortpflanzung der Fluoreszenzstrahlung ermöglichen, während sie gegenüber dem Anregungslicht nicht transparent sein muß. Die Hinterplatte 4, von der aus das Anregungslicht auf die Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung einwirkt, soll die Fortpflanzung des Anregungslichts ermöglichen. Andererseits ist es nicht erforderlich, daß die Hinterplatte die Fluoreszenzstrahlung verbreitet.

Für den transparenten Überzug 17 eignen sich z. B. die folgenden Materialien:

Al₂O₃ (n = 16,3), Sb₂O₃ (n = 2,0), Sb₂b₃ (n = 3,01), Bi₂O₃ (n = 2,4), CdSe (n = 2,33), CdS (n = 2,4), CdTe (n = 2,6), CeF₃ (n = 1,7), CeO₂ (n = 2,1), Cr₂O₃ (n = 2,4), HfO₂ (n = 2,0), PbF₂ (n = 1,75), MgO (n = 1,7), Nb₂O₅ (n = 1,9), SiO (n = 1,9), Ta₂O₅ (n = 2,1), SnO₂ (n = 2,1), TiO₂ (n = 2,4), Y₂O₃ (n = 1,8), ZnSe (n = 2,6), ZnS (n = 2,3), ZrO₂ (n = 2,1)

(n = Brechungsindex).

Der transparente Überzug 17 kann z. B. durch Vakuumaufdampfung, chemische Dampfabscheidung (CVD), Sputtern, Beschichten oder Aufkleben aufgebracht werden. Ferner kann der transparente Überzug 17 aus mehreren Filmen der genannten Materialien bestehen oder so zusammengesetzt sein, daß eine Schicht des transparenten Überzugs 17 kontinuierlich veränderte Brechungsindices aufweist. Vorzugsweise ist der transparente Film 17 in dem restlichen Bereich außerhalb des Bereiches angeordnet, in dem die externe Anregung, z. B. durch ein elektrisches Feld, erfolgt. Dies hat seinen Grund darin, daß die Fluoreszenzstrahlung das Lichtstreuungszentrum 16 erreichen soll.

Fig. 14 erläutert eine Anwendung der Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung von Fig. 11, wobei eine reflektierende Schicht 19 an den Außenkanten des transparenten Films 17 vorgesehen ist. Diese können aber auch mit einer Spiegelfläche versehen werden. Eine derartige Anordnung bewirkt, daß die Fluoreszenzstrahlung an der Außenfläche der Anzeigevorrichtung in Richtung auf das Lichtstreuungszentrum 16 gestreut wird.

Beispiel 3

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 11 geprüft, bei der die transparente Vordergrundplatte 2 und die Hinterplatte 4 aus Natronglas von 1,7 mm Dicke bestehen, die Anzeigeelektrode 1 und die Rückelektrode 5 aus In₂O₃ hergestellt sind und die Flüssigkristallmolekül- Orientierungsschicht 7 aus SiO₂ besteht, das mit dem Orientierungsmittel "Acid-T" der Merck & Co., Inc., beschichtet ist. Das Flüssigkristallmaterial 6 ist eine cholesterische Mesophase, das ein Biphenyl-Flüssigkristall-Material "E-8" der BDH Chemicals Ltd. und 10 Gewichtsprozent der optisch aktiven Substanz "CB-15" derselben Firma enthält. Das Flüssigkristallmaterial 6 der cholesterischen Mesophase hat einen Brechungsindex n ^┴ von 1,52 in Richtung der kurzen Achse der Flüssigkristallmoleküle und einen Brechungsindex n′′ von 1,75 in Richtung der langen Achse. Das fluoreszierende Material 8 ist Cumarin 7 von der Eastman Kodak Co.

Der transparente Film 17 besteht aus TiO₂, das durch Vakuumaufdampfung in einer Dicke von etwa 1 µm auf die gesamten Vorder- und Hinterplatten 2 und 4 aufgebracht ist. Die Seitenwand 3 ist als Abstandhalter aus einem glasfaserverstärkten Epoxyharz hergestellt. Als Hintergrundplatte 14 dient schwarzes Papier. Die derart zusammengesetzte Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeige ergibt eine blaue Färbung und das Kontrastverhältnis beträgt 20 : 1.

Beispiel 4

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Beispiel 3 verwendet, jedoch ist die Hintergrundplatte 14 ein blaues Papier und als fluoreszierendes Material 8 werden 0,5 Gewichtsprozent Rhodamin 6G-perchlorat von der Eastman Kodak Co., verwendet. Das Flüssigkristallmaterial 6 enthält MBBA und 0,1 Gewichtsprozent der folgenden Verbindung:

Ferner enthält das Flüssigkristallmaterial 6 p-Äthoxybenzyliden-p′-butylanilin.

Der transparente Film 17 wurde durch Vakuumaufdampfung von HfO₂ in einer Dicke von etwa 1 µm hergestellt und ist nur in dem restlichen Bereich außerhalb des Bereiches angeordnet, in dem das elektrische Feld einwirkt. Unter diesen Bedingungen ist die Anzeige orange gefärbt und das Kontrastverhältnis beträgt 10 : 1.

Eine weitere Möglichkeit, die von dem fluoreszierenden Material 8 emittierte sichtbare Fluoreszenzstrahlung daran zu hindern, aus der Anzeigefläche der Fluoreszenz-Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung im nicht aktivierten Zustand zu streuen, ist die in Fig. 15 gezeigte Anordnung. Ähnliche Elemente, die denen von Fig. 11 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 15 gezeigte Anzeigevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie auf den Vorder- und Hinterplatten 2 und 4 andere transparente Filme 21 aufweist, die im Bereich der von dem fluroeszierenden Material 8 emittierten Fluoreszenzstrahlung einen niedrigeren Brechungsindex als das Flüssigkristallmaterial 6 haben. Durch den transparenten Film 21 wird die Fluoreszenzstrahlung total-reflektiert, so daß sie sich in der Schicht 20 des Flüssigkristallmaterials 6, das das fluoreszierende Material 8 enthält, ohne Verlust fortpflanzt. Hierdurch erreicht die Fluoreszenzstrahlung das Lichtstreuungszentrum 16 und erhöht den Anzeigekontrast.

Im folgenden sind Beispiele für den transparenten Film 21 genannt, die einen kleineren Brechungsindex als das Flüssigkristallmaterial 6 aufweisen:

BaF₂ (n = 1,48), CaF₂ (n = 1,43), Na₅Al₃F₁₄ (n = 1,330), Na₃AlF₆ (n = 1,33), LiF (n = 1,36), MgF₂ (n = 1,38), SiO₂ (n = 1,46), SrF₂ (n = 1,44).

(n = Brechungsindex).

Der transparente Film 21 kann aus mehreren Filmen der genannten Materialien bestehen oder so zusammengesetzt sein, daß eine Schicht des transparenten Films 21 kontinuierlich veränderte Brechungsindices aufweist. Unter Verwendung der genannten Beispiele für den transparenten Film 21 können auch die Vorder- und Hinterplatten 2 und 4 oder die Flüssigkristallmolekül- Orientierungsschicht 7 als Ersatz für den transparenten Film 21 hergestellt werden. Als Flüssigkristallmaterial 6 eignet sich z. B. "FOTN 200" der Roche Inc., das einen Brechungsindex n ^┴ von 1,53 in Richtung der kurzen Achse der Flüssigkristallmoleküle und einen Brechungsindex n′′ von 1,85 in Richtung der langen Achse aufweist.

Beispiel 5

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 15 verwendet, die genau so wie die von Beispiel 3 aufgebaut ist, jedoch anstelle der transparenten Filme 17 den transparenten Film 21 aufweist. Der transparente Film 21 besteht aus LiF in einer Dicke von etwa 1 µm, das durch Vakuumaufdampfung auf die Vorder- und Hinterplatten 2 und 4 aufgebracht ist. Diese Anordnung ergibt eine Blaufärbung und das Kontrastverhältnis beträgt etwa 20 : 1.

Vorzugsweise weisen die Innenseiten der Seitenwand 3 Spiegelbereiche auf oder die Außenränder der Vorder- und Hinterplatten 2 und 4, des transparenten Films 21 und der Flüssigkristallmolekül- Orientierungsschicht 7 werden einer Spiegelbehandlung unterworfen oder weisen lichtreflektierende Bereiche auf.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform streut die von dem fluoreszierenden Material 8 emittierte sichtbare Fluoreszenzstrahlung aus der Anzeigefläche der Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, während diese aktiviert wird.

Fig. 16 zeigt die Lichtfortpflanzungsarten in der Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von Fig. 8. Die von der Schicht 20 aus dem Flüssigkristallmaterial 6 und dem fluoreszierenden Material 8 emittierte Fluoreszenzstrahlung durchdringt in beträchtlichem Ausmaß die Vorder- und Hinterplatten 2 und 4 und bewirkt dabei eine Totalreflexion, worauf sie aus den Außenkanten der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung austritt. Die austretende Fluoreszenzstrahlung trägt somit nicht zu den Anzeigeeigenschaften der Vorrichtung bei.

Um diesen unnötigen Verlust an Fluoreszenzstrahlung zu verhindern, wird die Anordnung der Fig. 17 (A) und 17 (B) vorgeschlagen. Die Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist in jeder Hinsicht ähnlich der von Fig. 8, jedoch ist auf der Außenfläche der Anzeigevorrichtung durch Vakuumaufdampfung oder dergleichen eine stark reflektierende Schicht 22 aus Al, Ni, Au, Cu, Ag oder dergleichen aufgebracht. Die durch die Vorder- und Hinterplatten 2 und 4 tretende Fluoreszenzstrahlung wird durch die stark reflektierende Schicht 22 reflektiert, so daß sie wieder in die Schicht 20 gestreut wird.

Gleichzeitig mit dem Auftreten des Lichtstreuungszentrums 16 in der Schicht 20 aufgrund des angelegten elektrischen Feldes wird die zur Anzeigefläche gestreute Fluoreszenzstrahlung durch die stark reflektierende Schicht 22 erhöht und der Anzeigekontrast verbessert.

Beispiel 6

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeige gemäß den Fig. 17 (a) und 17 (B) verwendet, die in jeder Hinsicht wie die von Beispiel 3 aufgebaut ist, jedoch anstelle der transparenten Filme 17 von Fig. 9 die stark reflektierende Schicht 22 aufweist. Die Schicht 22 besteht aus vakuumaufgedampften Al in einer Dicke von 1000 Å. Diese Anordnung ergibt eine blaue Farbe und das Kontrastverhältnis beträgt 20 : 1.

Die Fig. 19 und 20 zeigen eine weitere Methode, wie die von dem fluoreszierenden Material 8 emittierte sichtbare Fluoreszenzstrahlung wirksam aus der Anzeigefläche der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung im aktivierten Zustand streuen kann.

Fig. 18 zeigt die Lichtfortpflanzungsarten in der Fluoreszenz- Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von Fig. 8, die unvermeidlich einen Fluoreszenzverlust zur Folge haben. Dieser Fluoreszenzverlust wird verursacht durch die nichtreflektierenden Eigenschaften der Hintergrundplatte 14, da diese Platte aus einem nicht reflektierenden Material, z. B. einem gefärbten Papier, besteht. Der Beobachter 15 kann nur die direkt von dem Lichtstreuungszentrum 16 emittierte Fluoreszenzstrahlung beobachten. Mit anderen Worten: Die gegen die Hinterplatte 4 streuende Fluoreszenzstrahlung kann von dem Beobachter 15 nicht wahrgenommen werden, da sie divergierend ist. Hierdurch wird der Anzeigekontrast der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verringert.

Der in den Fig. 19 und 20 gezeigte weitere Typ einer Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Hintergrundschicht 23 reflektierende Eigenschaften aufgrund einer Spiegelflächenbehandlung aufweist, bzw. eine Schicht 24 mit einem kleineren Brechungsindex als die Grundplatte auf der Hintergrundplatte 14 vorgesehen ist, so daß eine Totalreflexion bewirkt wird.

In Fig. 19 ist eine Hintergrundschicht 23 vorgesehen, die die Fluoreszenzstrahlung aus dem Lichtstreuungszentrum 16 in Richtung auf die Anzeigefläche reflektiert. Die Hintergrundschicht 23 wird einer Spiegelflächenbehandlung unterworfen, um ihr reflektierende Eigenschaften zu verleihen. Ferner wird das zur Anregung des fluoreszierenden Materials 8 einfallende Licht durch die Hintergrundschicht 23 reflektiert und in die Anzeigevorrichtung gestreut, so daß es nochmals das fluoreszierende Material 8 anregt, selbst wenn das einfallende Licht durch die Anzeigevorrichtung tritt, ohne dieses anzuregen.

In Fig. 20 ist eine Schicht 24 mit einem kleineren Brechungsindex als die Hinterplatte 4 zwischen der Hinterplatte 4 und der Hintergrundplatte 14 vorgesehen, um eine Totalreflexion zu bewirken. Diese Anordnung ergibt ähnliche Effekte, wie die von Fig. 19. Vorzugsweise absorbieren die Hintergrundplatte 14 oder die Hintergrundschicht 24 bestimmtes sichtbares Licht, um den Anzeigekontrast zu erhöhen. Eine schwarz gefärbte Platte ist für beliebige Farbanzeigen am besten geeignet. Für die Hintergrundplatte 14 bzw. die Hintergrundschicht 24 eignen sich verschiedene gefärbte Kunststoffplatten, z. B. eine gefärbte Acrylharzplatte "Acrylite" von der Mitsubishi Rayon Inc.

Die Hintergrundschicht 24 besteht z. B. aus einem der folgenden Materialien, die durch Vakuumaufdampfung, Sputtern, chemische Dampfabscheidung, Beschichten oder dergleichen aufgetragen werden:

BaF₂ (n = 1,48), CaF₂ (n = 1,43), Na₅Al₃F₁₄ (n = 1,33), Na₃AlF₆ (n = 1,33), LiF (n = 1,36), MgF₂ (n = 1,38), SiO₂ (n = 1,48), SrF₂ (n = 1,44).

(n = Brechungsindex).

Beispiel 7

Es wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 19 verwendet, die in jeder Hinsicht wie die von Beispiel 3 aufgebaut ist, jedoch anstelle der transparenten Filme 17 von Fig. 11 die Hintergrundschicht 23 aufweist. Die Hintergrundschicht 23 ist eine schwarze Kunststoffplatte Acrylite Nr. 502 von der Mitsubishi Rayon Inc. Diese Anordnung ergibt eine blaue Anzeige und das Kontrastverhältnis beträgt etwa 10 : 1.

Claims

1. Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, mit einer transparenten Vorderplatte (2), einer auf der Vorderplatte (2) vorgesehenen transparenten Anzeigeelektrode (1) mit einer Hinterplatte (4) und einer auf ihr vorgesehenen hinteren Elektrode (5), wobei in dem Zwischenraum zwischen Anzeige- und hinterer Elektrode eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial (6) und fluoreszierendem Material (8) vorgesehen ist und zwischen Vorder- und Hinterplatte Seitenwände (3) vorgesehen sind und zwecks Aktivierung die Anzeige- (1) und die hintere Elektrode (5) an eine Wechselspannungsquelle schaltbar sind und dabei im Überlappungsbereich der Elektroden (1, 5) eine Anzeigefläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den anzeigefreien Innenflächen von mindestens der Vorderplatte (2) ein transparenter Film (17, 21) vorgesehen ist, dessen Brechungsindex in dem sichtbaren Bereich der Fluoreszenz-Wellenlängen derart gewählt ist, daß die sichtbare Fluoreszenzstrahlung durch deren Totalreflexion in Richtung auf die Anzeigefläche gefördert wird.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Films (17) größer als der der Vorderplatte (2) ist (Fig. 13).

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Films (21) kleiner als der des Flüssigkristallmaterials (6) ist (Fig. 17).

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auf der Innenfläche der Hinterplatte (4) der transparente Film (17, 21) vorgesehen ist (Fig. 13).

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenkanten des transparenten Films (17) eine reflektierende Schicht (19) vorgesehen ist (Fig. 16).

6. Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, mit einer transparenten Vorderplatte (2), einer auf der Vorderplatte (2) vorgesehenen transparenten Anzeigeelektrode (1) mit einer Hinterplatte (4) und einer auf ihr vorgesehenen hinteren Elektrode (5), wobei in dem Zwischenraum zwischen Anzeige- und hinterer Elektrode eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial (6) und fluoreszierendem Material (8) vorgesehen ist und zwischen Vorder- und Hinterplatte Seitenwände (3) vorgesehen sind und zwecks Aktivierung die Anzeige- (1) und die hintere Elektrode (5) an eine Wechselspannungsquelle schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Außenflächen d. h. den Schmalseiten der Vorder- (2) und der Hinterplatte (4) eine stark reflektierende Schicht (22) vorgesehen ist (Fig. 19A, 19B).