DE3005777C2 - Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung - Google Patents

Description

rung der nematischen Mesophase.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer bekannten Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung des Reflexionstyps mit einem nematischen FlüssigkristaUmaterial;

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die das pleochroiüsche Verhalten von Coumarin 7 verdeutlicht, das in der in der Fig. 1 dargestellten Fluoreszenz-Flüssigkrist*ll-Anzeigeeinrichtung verwendet wird;

Fig.3 anhand einer Kurve die Anzeigekontrasteigenschaften der Fluoreszenz der in der F i g. 1 dargestellten Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in Abhängigkeit von der Steuerspannung;

F i g. 4 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und

Fig.5 anhand einer Kurve die Anzeigekontrasteigeuschaften der Fluoreszenz der in der Fig.4 dargestellten Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in Abhängigkeit von der Steuerspannung.

Im folgenden sei eine bekannte Fluoreszenz-Flüssigkristall-Ameigeeinrichtung des Reflexionstyps mit nematischem Flüssigkristallmaterial, die eine sandwichartige Elektrodenanordnung umfaßt und mit Hilfe eines elektrischen Feldes von außen angeregt wird, erläutert

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt die Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ein transparentes oberes Substrat la, ein transparentes unteres Substrat Ib, eine Anzeigeelektrode 2, eine Gegenelektrode 3, zwei Flüssigkristall-Molekülorientierungsschichten 4a und 46, Flüssigkristallmaterialien 5, fluoreszierende Materialien 6 und Abstandshalter 14.

Das transparente obere Substrat la und das transparente untere Substrat \b bestehen jeweils aus Glas, Quarz, einem Acrylharz, Polyäthylen oder dergleichen. Die Anzeigeelektrode 2 besitzt das gewünschte Muster. Die Anzeigeelektrode 2 besteht aus einem transparenten Material, wie In₂Oj, SnO₂, TiO₂ oder dergleichen.

Die Gegenelektrode 3 besteht aus einem reflektierenden Material, wie Aluminium, Gold, Chrom, Silber oder dergleichen. Das untere transparente Substrat 16 ist mit den Abstandshaltern 14 aus einem Epoxidharz, einem Siliconharz, einer Glasfritte, einem polymeren oder einem ähnlichen blattartigen Material versehen, so daß sich ein Behälter ergibt

Der Behälter ist mit den Flüssigkristallmaterialien 5 gefüllt. Beispiels« eise umfaßt das FlüssigkristaUmaterial 5 eine Flüssigkristallmischung des Typs ZLI-926, das von der Firma Merk & Co_n Ine, hergestellt wird. Diese Art von Flüssigkristallmischung zeigt ein dynamisches Streuverhalten. Die fluoreszierenden Materialien 6 bestehen beispielsweise aus Coumarin 7, da! von der Firma Eastman Kodak Company erhältlich ist Die fluoreszierenden Materialien 6 sind in dem nematischen FlüssigkristaUmaterial 5 gelöst oder dispergiert

Die erfindungsgemäß verwendeten fluoreszierenden Materialien oder Fluoreszenzmaterialien sollten sich leicht in dem FlüssigkristaUmaterial lösen oder dispergieren lassen. Die fluoreszierenden Materialien müssen eine Fluoreszenz in einer Wirksamkeit erzeugen, die von dem angelegten Anregungszustand abhängt Es ist erwünscht daß die fluoreszierenden Materialien ein hohes Maß von Pleokroismus ergeben. Weiterhin sollten die fluoreszierenden Materialien nicht in ihren Lichteigenschaften durch die anregende Strahlung beeinträchtigt werden.

Beispiele für erfindungEgemäß gi^ignete fluoreszierende Materialien sind normalerweise aromatische Verbindungen, wie Anthracen, Tetracen, Pyren, Pyro- > nin G, Pyronin B, Rhodamin-6G-perehlorat Kryptocyanin, Comarin 6, Coumarin 7, Fluorescein, 9,10-Dimethylanthracen, 9,10-DiphenyIanthracen, Perylen, Fluoren, p-Quaterphenyl, Rubren, Terphenyl, 23-Diphenylfuran, 2^-Diphenyloxazol, 2-Phenyl-5-(e-biphenylyI-l,3,4-oxy-

Hi diazol), l,4-Bis[2-(5-phenyl-oxazolyl)]-be.Tzol, Samaron Brillantgelb H6GL, Brillantphosphin, Promulin 0,1,8 Diphenyl- 13,5,7-octatetracen, Acridingelb, Thioflavin S₁ Phronin GS, 1,12-Benzperylen, etc. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Verbindungen beschränkt, da auch andere fluoreszierende Verbindungen geeignet sind.

Es ist erforderlich, daß die FIuoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die die flüssigen Materialien einschließlich der fluoreszierenden Materialien enthält Licht des Spektrums der Anregungsstrahlung, die auf die fluoreszierenden Materialien angelegt werden soll, und des Spektrums, in dem die Fluoreszenz der fluoreszierenden Materialien erzeugt wird, durchgehen läßt

?> Die Anzeigeelektrode 2 und die Gegenelektrode 3 sind mit den Flüssigkristall-Molekülorientierungsschichten 4a, 4b bedeckt oder versehen.

Die Flüssigkristall-Molekülorientierungsschichten 4a, 4b umfassen eine geriebene Schicht aus SiO, SiO₂ oder

j(i dergleichen mit einer Dicke von etwa 100 nm oder eine Schicht aus SiO, SiO₂ oder dergleichen, die durch Schrägaufdampfen aufgebracht worden ist, wobei die geriebene Schicht und die schrägaufgedampfte Schicht mit einer Schicht eines oberflächenaktiven Mittels

•λ beschichtet sind, das langkettige Alkylgruppen oder langkettige Fluorealkylgnippen aufweist oder eine Aminogruppen enthaltende Silanverbindung enthält

Die Schicht aus dem oberflächenaktiven Mittel dient dazu, die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu der Ebene des transparenten oberen Substrats la und des unteren Substrats 16 auszurichten. Die Flüssigkristall-Molekülorientierungsschichten 4a, 4b bedecken einen Anzeigebereich, der durch die Anzeigeelektrode 2 definiert wird, und einen den

*<! Anzeigebereich umgebenden Hintergrund- oder Untergrundbereich.

Ein Beispiel eines Oberflächenmittels, das zur Bildung einer solchen Schicht geeignet ist ist das Material Acid-T, das im Handel von der Firma Merk & Co, Ine,

vi erhältlich ist

Die Schicht aus dem oberflächenaktiven Mittel bewirkt als anfängliche Orientierung eine homeotrope Orientierung der Moleküle in dem FlüssigkristaUmaterial 5 über dem Anzeigebereich und dem Hintergrund-

v« bereich in Abwesenheit einer an das Material 5 angelegten äußeren Anregung. Der Zweck dieser homeotropen Orientierung ist darin zu sehen, daß in Abwesenheit einer äußeren Anregung des Flüssigkristallmaterials 5, die fluoreszierenden Materialien 6 nur

pi eine geringe Menge der Strahlung der äußeren Anregung absorbieren und demzufolge aufgrund ihres Pleokroismus nur wenig Fluoreszenz emittieren.

Wegen der oben angesprochenen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle, die pleochioitische fluoreszie-

■^r< rend«. Materialien enthalten, wird nur eine geringe Fluoreszenz über dem von dem Anzeigebereich verschiedenen Hintergrundbereich und dem Anzeigebereich erzeugt da nur eine dünne Schicht des

' Flüssigkristallmaterials S mit einer Dicke von etwa ΙΟμπι und einer vergleichsweise geringen Fluoreszenz als Folge des Pleokroismus vorliegt.

Wenn ein ausreichend starkes elektrisches Feld an die Anzeigeeinrichtung angelegt wird, um ein dynamisches Streuverhalten des Flüssigkristallmaterials S zu erzeugen, wird der geordnete Zustand der fluoreszierenden Materialien 6 in dem Anzeigebereich gestört, so daß die fluoreszierenden Materialien 6 eine ausreichende Menge der von außen angelegten Strahlung 10 to absorbieren und damit eine Fluoreszenz 11 erzeugen, die in wirksamer Weise durch das Flüssigkristallmaterial 5 hindurchdringt.

Selbst wenn eine Totalreflexion der Fluoreszenz durch das transparente obere Substrat 1 und das transparente untere Substrat \b erreicht wird, wodurch die Fluoreszenz zwischen diesen Substraten \a und IZ? und dem Flüssigkristallmaterial 5 gehalten wird, wird eine erhebliche Menge der Fluoreszenz durch den Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung bis zu einem Betrachter 9 geleitet, da die Fluoreszenz wegen Lichtstreuungsphänomenen reflektiert wird. Mit Hilfe des Gegenreflektors 8 und der beiden Seitenwandungen 7, die mit der Anzeigeeinrichtung verbunden sind, wird die Fluoreszenz 11 zu dem Betrachter 9 geleitet.

Die Fig.2 verdeutlicht anhand einer Kurve die pleochroitischen Eigenschaften von Coumarin 7, das für die in der F i g. 1 dargestellte Anzeigeeinrichtung geeignet ist. In diesem Fall wird Coumarin 7 in einer Flüssigkristallmischung des Typs ZLI-1132 der Firma Merk & Co, Ine, gelöst. Diese Art von Flüssigkristallmischung zeigt ebenfalls ein dynamisches Streuverhalten. In der Fig.2 ist die Extinktion (in willkürlichen Einheiten) auf der Ordinate gegen die Wellenlänge (nm) auf der Abszisse aufgetragen. In der F i g. 2 steht die Kurve »/ι« für das Absorptionsspektrum des fluoreszierenden Materials in der Richtung der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle, während die Kurve »/2« das Absorptionsspektrum dieses Materials in senkrechter Richtung zu der Längsachse der Flüssigkristallmoleküle wiedergibt

Die Fig.3 verdeutlicht anhand einer Kurve die Anzeigekontrasteigenschaften der Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Steuerspannung der in der F i g. 1 dargestellten Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung. In der Fig.3 sind die Intensität der Fluoreszenz (in willkürlichen Einheiten) auf der Ordinate gegen die Steuerspannung (effektive Spannung in Volt) auf der Abszisse aufgetragen.

An die Anzeigezelle, die die Flüssigkristallmischung ZLI-1132 enthält, in der 0,5 Gew.-°/o Coumarin 7 gelöst sind, wird eine sinusförmige Wechselspannung von Kz angelegt. Die Wellenlänge der an die Anzeigezel-Ie angelegten Anregungsstrahlung beträgt 360 nm, wobei eine Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von nm erzeugt wird.

Wie in der F i g. 3 dargestellt, sind die Anzeigeeinrichtungen in dem Anzeigebereich hell erleuchtet, während die von Anzeigeelementen freien Bereiche dunkel sind.

Gemäß der Erfindung wird die Anzeigeeinrichtung mit cholesterischen Flüssigkristallmaterialien ausgebildet, wobei die Bereiche der Lichtstreuungsphänomene zum Zwecke der Anzeige eine fokal-konische Textur und die die Anzeigebereiche umgebenden Bereiche in der nematischen Mesophase homeotrop orientiert werden, indem an die Hintergrundbereiche ein stärkeres Feld als an dk Anzeigebereiche angelegt wird. Hierdurch ergibt sich eine Anzeigezelle des Transformationstyps, in der die cholestsrische Mesophase in die nematische Mesophase überführt wird.

In der F i g. 4 ist eine schematische Darstellung einer solchen erfindungsgemäßen Anzeigezelle des Transformationstyps dargestellt. Dabei entsprechen die angegebenen Bezugsziffern denen der Fig. 1. Die zur Steuerung der Anzeigezelle angelegten Spannungen entsprechen folgender Reihenfolge:

in der

VS": für die Schwellenspannung des Übergangs von der

cholesterischen Mesophase in die nematische

Mesophase steht,
v{*:die Schwellenspannung des Übergangs von der fokal-konischen Textur in die Grandjean-Textur steht.

Ein typischer Wert von V^fliegt im Bereich von etwa 15 bis 50 V in Abhängigkeit von der Art des Flüssigkristallmaterials und der Dicke der Anzeigezelle.

Ein typischer Wert für V{$iegt im Bereich von etwa 2 bis 5 V in Abhängigkeit von der Art des Flüssigkristallmaterials.

Ein Abschnitt 12 der Anzeigezelle umfaßt einen Hintergrundbereich, in dem keine Anzeige erfolgt. Die in dem Abschnitt 12 angeordneten Flüssigkristallmoleküle 5 liegen in der nematischen Mesophase in homeotroper Orientierung vor. Der andere Abschnitt 13 der Anzeigezelle entspricht dem Anzeigebereich, wenn eine Anzeige erfolgt. Die Flüssigkristallmoleküle 5 in diesem Bereich 13 werden zur Erzeugung der Lichtstreuungsphänomene in die cholesterische Mesophase in der fokal-konischen Textur überführt Während der Abschnitt 13 für die Anzeige ausgenützt wird, indem man eine fokal-konische Textur der cholesterischen Mesophase erzeugt, dient der Abschnitt 12 dazu, sicherzustellen, daß nur wenig Fluoreszenz durch das Flüssigkristallmaterial 5 hindurchdringt, indem die nematische Mesophase in der homeotropischen Orientierung gehalten wird.

Eine Art von Elektrode, die in der Nähe des Abschnitts 13 angeordnet ist dient als Anzeigeelektrode 2. Die andere Art von Elektrode, die in der Nähe des Abschnitts 12 angeordnet ist, dient als Hintergrundelektrode 2', die einen Untergrund oder Hintergrund für die in dem Abschnitt 13 erzeugte Anzeige liefert

Die F i g. 5 zeigt eine Kurve, die die Anzeigekontrasteigenschaften der Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Steuerspannung der in der Fig.4 dargestellten Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung wiedergibt Auf der Ordinate der F i g. 5 ist die Intensität der Fluoreszenz (in willkürlichen Einheiten) gegen die Steuerspannung (effektive Spannung in Volt) auf der Abszisse aufgetragen.

Der bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung verwendete cholesterische , Flüssigkristall ist das Material des Typs 605, das von der Firma Hoffmann-La Roche Inc. erhältlich ist, das 10 Gew.-% Cholestrylnonanoat enthält Als pleochroitisches fluoreszierendes Material wird 1 Gew.-% Coumarin 7 zugesetzt Die experimentell angewandten Bedin- ; gungen sind die, daß die Dicke der Anzeigezelle 10 μίτι ^: beträgt, die Temperatur bei 20° C gehalten wird, die

Wellenlänge der Anregungsstrahlung 360 nm und die Wellenlänge der Fluoreszenz 550 nm betragen.

In der Fig.5 steht das Symbol »Fi« für die Grandjean-Textur der cholesterischen Mesophase, das Symbol »F₂« für die fokal-konische Textur der cholesterischen Mesophase und das Symbol »F₃« für die homeotropie Orientierung der nematischen Mesophase.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Patentansprüche: rial zuzusetzen und die Fluoreszenzintensität des Materials über das elektrische Feld zu verändern (RCA

1. Fluoreszenz-Flüssigkrislall-Anzeigeeinrichtung Review, VoL 34 (1973) 329). Aus dieser Veröffentlichung mit einem Substratpaar, Anzeigeelektroden und geht jedoch hervor, daß der Autor keine Flüssigkristall-Gegenelektrode, Molekülorientierungsschichten, ei- 5 materialien auffinden konnte, die bei Raumtemperatur ner ein fluoreszierendes Material enthaltenden kein ultraviolettes Licht absorbieren. Dies hat zur Folge, cholesterischen Flüssigkristallmischung zwischen daß dann, wenn ein fluoreszierendes Material in einem dem Substratpaar und einer Einrichtung zum Flüssigkristallmaterial eine variierende Lichtmenge in Anlegen eines elektrischen Feldes an die Flüssigkri- Abhängigkeit von der Orientierung des Flüssigkristall Stallmischung, wobei im feldlosen Zustand die io absorbieren soll, um die Fluoreszenzintensität über die Grandjean-Textur vorliegt dadurch gekenn- Lichtabsorption zu variieren, das anregende Licht durch zeichnet, daß die Anzeigeelektroden (2) von die Flüssigkristallschicht absorbiert wird, so daß eine Hinergrundelektroden (2*) umgeben sind und im wirksame Anregung des fluoreszierenden Materials Betriebszustand zwischen der Gegenelektrode (3) nicht erfolgt

und den angesteuerten Anzeigeelektroden (2) bzw. 15 In der US-PS 38 44 637 sind fluoreszierende Flüssigzwischen der Gegenelektrode (3) und den Hinter- kristallzusammensetzungen beschrieben, die als Flüssiggrundelektroden (2*) derart verschiedene Spannun- kristallmaterial 4'-Methoxy- (oder -Äthoxy)benzylidengen (V₂ bzw. Vl) angelegt sind, daß im Anzeigebe- 4-n-butylanilin enthalten. Diese Materialien absorbieren reich (13) die fokal-konische Textur und im jedoch violettes Licht oder Licht des nahen Ultravio-Hintergrundbereich (12) die nematisch-homeotrope 20 letts, so daß sie keine wirksame Anregung des Textur vorliegen. fluoreszierenden Materials oder des Fluoreszenzmate-

2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch rials ermöglichen.

gekennzeichnet daß die an die Anzeigeelektroden In der älteren Anmeldung gemäß der DE-OS

(2) angelegte Spannung (V₂) zwischen der Schwel- 28 37 257 wird eine Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeilenspannung fVJj) des Übergangs von der fokal-koni- 2s gevorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlaschen Textur zur Grandjean-Textur und der gen, die zur Verbesserung des Ablesekontrastes ein Schwellenspannung (V^yies Übergangs von der gelöstes fluoreszierendes Material enthält welches bei cholesterischen Mesophase zu der nematischen Vorliegen des cholesterischen Flüssigkristallmaterials in Mesophase liegt und die an die Hintergrundelektro- der fokal-konischen Textur eine fluoreszierende Anzeiden (2*) angelegte Spannung (Vi) gleich oder größer 30 ge mit gegenüber dem abgehandelten Stand der ist als die zuletzt erwähnte Schwellenspannung (Vfjft Technik verbessertem Anzeigekontrast ermöglicht

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun

darin, die Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebe-35 nen Gattung derart zu verbessern, daß sie eine brillante

Die Erfindung betrifft eine Fluoreszenz-Flüssigkri- und helle iumineszierende Anzeige mit noch stärkerem stall-Anzeigeeinrichtung der im Oberbegriff des Haupt- Anzeigekontrast ermöglicht

anspruchs angegebenen Gattung. Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeich-

Die Erfindung betrifft somit eine Flüssigkristall-An- nenden Merkmale der Fluoreszenz-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die eine cholesterische Flüssigkristall- 40 Zeigeeinrichtung gemäß Hauptanspruch. Der Unteranmischung enthält in der fluoreszierende Materialien sprach betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsgelöst sind, so daß durch eine äußere Anregung mit, form dieses Erfindungsgegenstandes. Hilfe eines elektrischen Feldes Lichtstreuungsbedingun- Nach der erfindungsgemäßen Lehre umfaßt die

gen auftreten, was zur Folge hat daß die Flüssigkristall- Anzeigeeinrichtung somit Anzeigeelektroden und Hinmaterialien wegen der vorhandenen fluoreszierenden 45 tergrundelektroden, die in bezug auf die Gegenelektro-Materialien eine sichtbare Fluoreszenz emittieren. de mit unterschiedlichen Spannungen angesteuert

Ganz allgemein sind als die elektrooptischen Effekte werden, so daß im Betriebszustand im Anzeigebereich der Flüssigkristalle bekannt: Der dynamische Streuef- die fokal-konische Textur und im Hintergrundbereich fekt, der Effekt der verdrehten nematischen Struktur im die nematisch-homeotrope Textur vorliegen, wodurch elektrischen Feld, der Gast-Wirts-Effekt der Effekt des 50 sich eine wesentliche Verbesserung des Anzeigekontra-Übergangs von der cholesterischen in die nematische stes ergibt

Phase etc. (Ullmann's Encyklopädie der technischen Aus den DE-OS 27 38 162 und 27 06 405 ist zwar eine

Chemie, Band 11 (1976) Seiten 666 und 667). Diese komplementäre Ansteuerung des Flüssigkristallmateelektro-optischen Effekte führen durch Streuung, rials bekannt und zwar dann, wenn die betreffenden Änderung der Polarisation oder Absorption des 55 Bereiche der Flüssigkristallschicht zum Bildhintergrund umgebenden Lichtes zu einer Anzeige und unterscheid gehören. Hierdurch wird jedoch keine Anregung den sich dadurch von den Effekten von leuchtenden dahingehend gegeben, Anzeigeelektroden und HinterMaterialien, die als solche leuchtende Anzeigen grundelektroden vorzusehen und diese mit unterschiederzeugen, wie Lampenanzeigen, Lumineszenzdiodenan- liehen Spannungen anzusteuern, so daß im Anzeigebezeigen, Elektrolumineszenzanzeigen, Plasmaanzeigen 60 reich die fokal-konische Textur und im Hintergrundbe- und dergleichen. Die auf elektro-optischen Effekten reich die nematisch-homeotrope Textur der cholesteribasierenden Anzeigeeinrichtungen sind gegenüber sehen Flüssigkristallmischung vorliegt, denen des zuletzt erwähnten Typs vorteilhaft insofern. Auch die erfindungsgemäße Fluoreszenz-Flüssigkri-

als sie einen geringeren Energieverbrauch aufweisen, stall-Anzeigeeinrichtung umfaßt eine Flüssigkristallwobei sie jedoch an dem Nachteil der ungenügenden 65 Molekülorientierungsschicht die aus einer Schicht eines Leuchtkraft oder Helligkeit bzw. Brillanz leiden. oberflächenaktiven Mittels besteht. Die Flüssigkristall-

Von R. D. Larrabee wurde bereits vorgeschlagen, Molekülorientierungsschicht wird auf dem Elektrodeneinem Flüssigkristallmaterial ein fluoreszierendes Mate- paar gebildet und verursacht eine homeotrope Orientie-