DE2619368A1 - Fluessigkristallanzeige mit einer fluoreszenzplatte - Google Patents

Description

• Flüssigkristallanzeige mit einer Fluoreszenzplatte.
• Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-(FK-)Anzeige zur farbigen Darstellung von Information mit einer bereichsweise zwischen verschiedenen optischen Zuständen schaltbaren, vorzugsweise zwischen einer Vorder- und einer Rückelektrode befindlichen FK-Schicht und mit einer in Betrachtungsri chtung hinter der BE-Schicht angeordneten Platte (Fluoreszenzplatte), die aus einem Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht und einen fluoreszierenden Zusatz sowie den einzelnen schaltbaren FK-Bereichen zugeordnete, verspiegelte Lichtaustrittsfenster enthält.
• Ein derartiges Display ist bereits vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 25 54 226). Es liefert einen hohen Kontrast, da ein Großteil des auf die Fluoreszenzplatte treffenden Umgebungslichts durch Fluoreszenzstreuung und nachfolgende Totalreflektion im Inneren der Platte gehalten, dort verteilt und schließlich an Lichtaustrittsfenstern mit relativ hoher Intensität in die FE-Zelle ausgekoppelt wird. Die dargeste]lten Symbole sind dabei und so heller, je größer das Verhältnis der lichtaanimelnden zur lichtabgebenden Plattenfläche ist.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderte Anzeige bei Wahrung ihrer Vorzüge mit möglichst einfachen Mitteln derart abzuwandeln, daß Symbole mit einer frei wählbaren Farbe zur Darstellung gebracht werden können. Insbesondere sollen verschiedene Zeichen in verschiedenen Farben aufleuchten, beispielsweise bei einer zweistelligen alphanumerischen Anzeige die erste Stelle in der Farbe A und die zweite Stelle in der Farbe B. Hierzu ist bei einen Display der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Lichtaustrittsfenster jeweils einen frequenzselektiv reflektierenden dielektrischen Spiegel tragen, wobei die von den dielektrischen Spiegeln reflektierten Farben im Emissionsspektrum des fluoreszierenden Zusatzes enthalten sind. Will man verschiedenfarbige Symbole anzeigen, so hat man ggf. ein Fluoreszenzstoffgemisch zu nehmen und die zu den einzelnen Symbolen gehörigen Spiegel auf die Frequenz der Symbolfarbe abzustimmen.
• Frequenzselektiv reflektierende dielektrische Spiegel zeichnen sich dadurch aus, dsß sie - im Gegensatz etwa zu Farbfiltern -den nicht reflektierten Lichtanteil nicht: absorbieren. Bei geeigneter Ausbildung der Austrittsfenster verbleibt dieser Anteil (Umgebungslicht, gegebenenfalls Fluoreszenzlicht einer nicht reflektierten Farbe und unter Umständen Licht einer Zusatzbeleuchtung) im Inneren der Platte und steht weiterhin als Anregungslicht für die gelösten Fluoreszenzstoffe zur Verfügung.
• Darüberhinaus kann man bei Verwendung von dielektrischen Spiegeln ohne farbselektiv wirkende Polarisatoren auskommen. Es läßt sich sogar ein Polarisator ganz einsparen, da dielektrische Spiegel bei richtiger Wahl des Anstellwinkels zur Plattennormalen ir wesentlichen nur linear polarisiertes Licht auskoppeln. Dies ist dann der Fall, wenn Licht so auf den Spiegel fällt, daß der gebrochene auf dem reflektierten Strahl senkrecht steht (Brewster-Gesetz). Man kann darüberhinaus auf jeglichen Polarisator verzichten, wenn man für den Spiegel die Brewater-Bedingung einhalt und zusätzlich einen nematischen Flüssigkristall wählt, der im Ruhezustand gleichmäßig homogen und parallel zur Schwingungsebene des linearpolarisierten Fluoreszenzlichtes orientiert ist, in' geschalteten (angesteuerten) Zustand eine homöotrope Textur annimmt und außerdem einen pleochroitischen Farbstoff (Farbstoffgemisch) enthält, der im Ruhezustand das Bluoreszenzlicht stark, im geschalteten Zustand-dagegen nur schwach absorbiert. Die erfindungsgemäße Anzeige kann schließlich auch oble Auskopplung eines linear polarisierten Lichts aus der Fluoreszenzplatte vollkommen polarisatorfrei betrieben werden, nämlich dann, wenn man eine cholesterinische Flüssigkristallsubstanz mit einer homöotropen Orientierung im geschalteten Zustand nimmt und in diese Substanz einen der übl-ichen pleochroitischen Farbstoffe (Farbstoffgemische) einlagert.
• Die mit der Fluoreszenzplatte erzielbare Beuchtdichte läßt sich noch weiter steigern bzw. auch bei verkleinerten Querabmessungen der Platte aufrechterhalten, wenn man die vor der Platte befindliche FK-Zelle für das Anregungslicht der Fluoreszenzstoffe transparent macht. Hierzu muß man bei Ausführungen mit Polarisator solche Polarisatoren nehmen, die nur das Fluoreszenzlicht polarisieren (farbselektive Polarisatoren). Bei Versionen mit pleochroitischen Farbzusätzen müssen diese Farbstoffe die Eigenschaft haben, im Ruhezustand das Anregungslicht schwach und das Fluoreszenzlicht stark zu absorbieren, im angesteuerten Zustand dagegen das Fluoreszenzlicht ungehindert passieren zu lassen.
• Die mit den dielektrischen Spiegeln verbundene hohe Lichtausbeute kommt vor allem dann zum Tragen, wenn das Display wit einer Zusatz beleuchtung ausgerüstet ist> die vorallem bei Batteriebetrieb einen möglichst geringen Leistungsverbrauch haben soll. Dies gilt insbesondere bei in die Fluoreszenzplatte integrierten Lichtquellen, beispielsweise lichtemittierenden Dioden, Leuchtstofflampen oder Glühlämpchen.
• Die Erfindung soll nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeige in einem Querschnitt und von oben gesehen; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel rev.äß der vorliegenden Erfindung, in der gleiche-n Darstellwngsweise wie Fig. 1.
• Fig. 1 zeigt eine zweistellige alphanumerischen Flüssigkristallanzeige. Das Display enthält im Einzelnen einen linearpolarisator 1, eine mit einer segmentierten Elektrode (3egmentelektroden der ersten Stelle 2, Segmentelektroden der zweiten Stelle 3) versehene vordere Trägerplatte 4, eine Flüssigkristallschicht 5, eine mit einer durchgehenden Elektrode 6 beschichtete hintere Trägerplatte 7, einen weiteren Linearpolarisator 18, eine Fluoreszenzplatte 8 und eine Rückplatte 9. Alle Teile sind in Betrachtungsrichtung in der Reihenfolge ihrer Aufzählung hintereinander angeordnet; zwischen den beiden Trägerplatten 4,7 ist dabei noch ein Distanzierungsrahmen 10 eingefügt; ebenso sind Linearpolarisator 18 und Xluoreszenzplatte 8 voneinander beabstandet. Auch die Rückplatte 9 steht mit der Fluoreszenzplatte 8 nicht in optischem Kontakt; sie ist lediglich dazu da, das Durchlicht zu absorbieren und damit die davorliegende Fluoreszenzplatte so dunkel wie möglich erscheinen zu lassen.
• Sämtliche Teile können aus den üblichen MAterialien hergestellt werden, geeignete Fluoreszenzplatten befinden sich bereits im Handel.
• Die Fluoreszenzplatte hat auf ihrer Rückfläche Einkerbungen 11, die jeweils einer der Segmentelektroden zugeordnet sind und einen dielektrischen Spiegel tragen. Die Spiegel für die der ersten Stelle zugeordneten Einkerbungen sind mit 12, die Spiegel für die der zweiten Stelle zugeordneten Einkerbungen mit 13 bezeichnet. Die in den Einkerbungen verbliebenen Hohlräume sind im vorliegenden Fall mit Füllungen 14 verschlossen, die aus dem gleicher Material wie die Fluoreszenzplatte bestehen.
• Die Spiegel 12,13 reflektieren gelb bzw. rot und sind wie üblich aus mehreren Lagen optisch verschieden dichter dielektrischer Schichten mit bestimmter Dicke zusammengesetzt. Weitere Einzelheiten des Spiegelaufbaus können der DT-OS 23 12 659 entnommen werden.
• In der dargestellten Ausführung enthält die Fluoreszenzplatte ein Gemisch aus einem gelb und einem rot fluoreszierenden Stoff; beide Fluoreszenzstoffe werden durch grünes Licht angeregt.
• Dc.r Flüssigkristall ist eine nematische Substanz mit positiver dielektrischer Anisotropie. Er hat eine einheitlich homogene Wandorientierung und ist in Richtung der Plattennormalen um 90° verdrillt. Bei zueinander parallelen Polarisatoren 1 und 18 erscheinen auf dunklem Hintergrund kräftig leuchtende gelbe Ziffern an der ersten Stelle und kräftig leuchtende rote Ziffern an der zweiten Stelle.
• Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von der beschriebenen Version in der Ausbildung der Lichtaustrittsfenst-er, in der Texturierung der FK--Schicht sowie in der l'olarisatoxanordnung.
• Die Lichtaustrittsfenster :ind an C£ Vorderfläche der Fluoriszenzplatte angeordnet und haben ein "H"-förmiges Profil (rechteckige Kanäle mit eingezogenem, spitz zulaufendem Boden). Die Bodenfläche bildet mit der Plattennormalen (strichpunktierte Linie 16) den sog. Polarisationswinkel αT. Durch diese Formgebung wird in einen begrenzten Raumwinkelbereich linear polarisiertes Licht ausgekoppelt. Die FK-Moleküle liegen im Ruhezustand in der Plattenebene parallel zur Schwingungsebene des auftreffenden Fluoreszenzlichtes und stellen sich bei Ansteuerung senkrecht zur Plattenebene. In der Flüssigkristallschicht sind zwei pleochroitische Farbstoffe gelöst, die im Ruhetustand das Fluoreszenzlicht absorbieren und bei angelegter Spannung dieses Licht ungehindert durchlassen. Vor der vorderen Trägerplatte befindet sich eine Streuplatte 15. Diese Platte dient dazu, das die Flüssigkristallschicht in einem relativ begrenzten Winkelbereich durchsetzende Licht zu zerstreuen und somit auch größere Betrachtungsgewinkel zu ermöglichen. Damit die Ausführung der Fig. 1 auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen in der Umgebung anzeigen kann, ist in die Fluoreszenzplatte eine zusätzliche Lichtquelle 17, eine lichtemittierende Diode, eingegossen.
• Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So können die einzelene FK-Bereiche statt durch elektrische Spannullgen auch durch Temperaturveränderungen geschaltet werden. Das vorgeschlagene Display läßt sich daher auch als Thermometer und ganz allgemein als Meßgerät für in Spannungen bzw. Temperaturen umgewandelte physikalische Variable verwenden. Abgesehen von den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten können die geschilderten Anzeigeversionen im Rahmen der Erfindung auch konstruktiv abgewandelt werden, beispielsweise dadurch, daß die Einkerbungen einfache Reflexionsschichten tragen und dafür auf der Vorderfläche der Fluoreszenzplatte, in etwa fluchtend mit diesen Binkerbungen, frequenzselektiv lichtdurchlässige dielektrische Schichten plaziert werden.
• 7 Patentansprüche 2 Figuren L e e r s e i t e

Claims (7)

1. P a t e n t t a n s n r ü c h e 1.Flüssigkristallanzeige zur farbigen Darstellung von Information, mit einer bereichsweise zwischen verschiedenen Zuständen schaltbare, vorzugsweise zwischen einer Vorder-und einer Rückelektrode befinf3-li chen Flüs sigkristallschicht und mit einer in Betrachtungsrichtung geschen hinter der Flüssigkristallschicht angeordneten Platte (Fluoreszenzplate), die aus einem Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht und einen fluoreszierenden Zusatz sowie den einzelnen schaltbaren Flüssigkristallbereichen zugeordnete, verspiegelte Lichtaustrittsfenster enthält, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß, insbesondere zur Darstellung verschiedenfarbiger Symbole, Ziffern oder dergleichen, die Lichtaustrittsfenster jeweils einen frequenzselektiv reflektierenden dielektrischen Spiegel (12,13) tragen, wobei die von den dielektrischen Spiegeln (12,13) reflektierten Farben im Emmisionsspektrum des fluoreszierenden Zusatzes enthalten sind.
2. 2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtaustrittsfenster auf der Rückseite der Fluoreszenplatte (8) befindliche und mit dielektrischen Spiegeln (12,13) beschichtete Einkerbungen (11) enthalten und daß die durch die verspiegelten Einkerbungen (11) erzeugten Vertiefungen in der Fluoreszenzplatte (8) mit Füllung (14) versehen sind, die aus dem gleichen Material wie die Fluoreszenzplatte (8) bestehen.
3. 3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die dielektrischen Spiegel mit der Plattennormalen (16) einen W11=el (Polarisationswinkel αT) bilden, bei dem das austretende Licht im wesentlichen linear polarisiert ist.
4. 4. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Lichtaustrittsfenster auf der Rückseite der Fluol7eszenzplatte befindliche und mit Spiegeln beschichtete Einkerbungen enthalten, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Fluoreszenzplatte (8) auf ihrer Vorderseite vor den Einkerbungen (11) jeweils eine dielektrische Schicht trägt, die frequenzselektiv transparent ist.
5. 5. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkristallschicht eine nematische Substanz ist, die im'Ruhezustand einheitlich homogen, dabei gegebenenfalls parallel zur Schwingungsebene der linear polarisiert aus der Fluoreszenzplatte tretenden Fluoreszenzstrahlung, orientiert ist und im geschalteten Zustand eine homöotrope Textur hat sowie mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält, der das Fluoreszenzlicht im Ruhezutand stark, im geschalteten Zustand dagegen nur schwach absorbiert.
6. 6. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1,2 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z n i c hilfe t , daß die Flüssigkristallschicht eine cholesterinische Substanz ist, die im Ruhezustand fokalkonisch und im angesteuerten Zustand homöotrop orientiert ist sowie mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält, der das Fluoreszenzlicht im Ruhezustand stark, im angesteuerten Zustand nur schwach absorbiert.
7. 7. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das in die Fluoreszenzplatte (8) eine Lichtquelle (17) integriert ist.