CH619301A5

CH619301A5 -

Info

Publication number: CH619301A5
Application number: CH507179A
Authority: CH
Inventors: Alain Dr Perregaux; Toni Bunschi
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1980-09-15
Also published as: HK17984A; DE2925647A1; DE2925647C2; GB2054119A; US4355868A; GB2054119B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transflektor, der als Folie ausgebildet und insbesondere zur Verwendung mit Flüssigkristallanzeigen vorgesehen ist. Im folgenden wird darum der Transflektor vorzugsweise im Zusammenhang mit Flüssigkristallanzeigen beschrieben. 1

Flüssigkristallanzeigen sind passive Anzeigeelemente, die selbst kein Licht erzeugen, sondern die Intensität von Durchlicht ändern. Darum können Anzeigeeinrichtungen nur bei Durchlicht abgelesen werden, das von einer ausreichenden ambienten Beleuchtung oder einer zugeordneten Lichtquelle erzeugt wird.

Bei den meisten praktischen Verwendungen von Flüssigkristallanzeigen ist nur die dem Betrachter zugewandte Oberfläche im folgenden einfacherweise als Vorderseite bezeichnet, dem ambienten Licht ausgesetzt. Bei ambienter Beleuchtung ist es darum zum Erzeugen von Durchlicht erforderlich, die Rückseite der Anzeigeeinrichtung zu verspiegeln oder im Bereich der Rückseite einen Reflektor anzuordnen. Bei Beleuchtung mit einer zugeordneten Lichtquelle wird zum Erzeugen von Durchlicht einfacherweise diese Lichtquelle oder ein geeigneter Lichtleiter im Bereich der Rückseite der Anzeigeeinrichtung angebracht.

Flüssigkristallanzeigen werden hauptsächlich für batteriebetriebene Messgeräte und insbesondere für Uhren verwendet. Um die Batterie nicht unnötig mit dem von der Lichtquelle aufgenommenen Strom zu belasten und trotzdem auch bei fehlender ambienter Beleuchtung die Anzeige ablesen zu können, sind Flüssigkristallanzeigen gewöhnlich zum Ablesen sowohl bei ambienter Beleuchtung als auch mit einer zugeordneten Lichtquelle vorgesehen, welche letztere nur im Bedarfsfall und kurzzeitig eingeschaltet wird. Dafür sind zwei unterschiedliche Anordnungen gebräuchlich: die Lichtleiter- und die Transflektoranordnung.

Bei der Lichtleiteranordnung liegt an der Rückseite der Anzeigeeinrichtung ein plattenförmiger Lichtleiter, dessen rückwärtige Fläche verspiegelt ist und längs von dessen Seitenflächen eine Lichtquelle angebracht ist. Diese Anordnung ermöglicht, bei ambienter Beleuchtung der Anzeigeeinrichtung das Durchlicht mittels der verspiegelten rückwärtigen Fläche des Lichtleiters zu reflektieren und beim Einschalten der Lichtquelle das seitlich in den Lichtleiter eingestrahlte und auf dessen gesamter vorderen Fläche austretende Licht zur Durchlichtbe-leuchtung der Anzèîgeeinrichtung zu nutzen.

Die Lichtleiteranordnung ermöglicht das eindeutige Ablesen einer Flüssigkristallanzeige, sowohl mit ambienter Beleuchtung als auch mit einer zugeordneten Lichtquelle. Nachteilig an dieser Anrodnung ist der relativ grosse Abstand zwischen der aktiven Schicht der Anzeigeeinrichtung und der rückwärtigen reflektierenden Schicht auf dem Lichtleiter. Dieser Abstand bewirkt bei schräg einfallendem Licht, dass neben der ursprünglichen Anzeige möglicherweise ein Schatten sichtbar wird. Weiter werden optische Fehlstellen in der Rückseite der Anzeigeeinrichtung oder der vorderen Fläche bzw. der verspiegelten Fläche des Lichtleiters ebenso wie Staubteilchen zwischen dem Lichtleiter und der Anzeigerichtung deutlich sichtbar, was die Aesthetik der Anzeigeeinrichtung nachteilig beeinflusst. Der erstgenannte, physikalisch begründete Nachteil lässt sich praktisch nicht beheben. Um die letztgenannten Nachteile zu vermeiden, müssen Lichtleiter und Anzeigeelement vor dem Zusammenbau sehr genau auf mögliche optische Fehlstellen geprüft und der Zusammenbau in staubfreier Umgebung und mit sehr grosser Sorgfalt durchgeführt werden, was die Kosten für die Lichtleiteranordnung stark belastet.

Bei der Transflektoranordnung ist die Lichtquelle der Rückseite der Anzeigeeinrichtung benachbart, und zwischen der Lichtquelle und der Rückseite ist ein Transflektor mit der Wirkung eines halbdurchlässigen Reflektors angeordnet. Der Transflektor reflektiert auf die Vorderseite der Anzeigeeinrichtung einfallendes ambientes Durchlicht und ist durchlässig für das von der Lichtquelle erzeugte Licht. Vorteilhafterweise wird ein Transflektor verwendet, der einfallendes Licht diffus reflektiert und auch das Durchlicht diffus abstrahlt und bei dem der Anteil des reflektierten bzw. des durchgelassenen Lichts je etwa 50% beträgt.

3

619 301

Mit der Transflektoranordnung können die oben aufgeführten Nachteile der Lichtleiteranordnung praktisch vermieden werden. Wenn Reflexion und Transmission des Lichts diffus sind, weist das austretende Licht keine oder nur eine schwache Vorzugsrichtung auf, und optische Fehlstellen auf der Rückseite 5 der Anzeigeeinrichtung oder im Lichtleiter bzw. der Lichtquelle sind nicht sichtbar. Die diffuse Transmission ermöglicht auch, ausser dem bereits beschriebenen Lichtleiter mit seitlich angeordneter Lichtquelle eine grossflächige Lichtquelle, beispielsweise eine Lumineszenzplatte oder mehrere mit Tritium ange- 1 » regte, phosphoreszierende Glasröhrchen direkt hinter dem Transflektor anzuordnen, ohne dass darum die gleichmässige Ausleuchtung beeinträchtigt wird.

Für den Transflektor können handelsübliche Materialien • verwendet werden, beispielsweise Folien aus geschäumtem 15 Kunststoff und insbesondere Folien aus geschäumtem Polysty-ren oder Polypropylen, die in grossen Mengen für die Verpak-kungsindustrie hergestellt werden.

Wie sich in der Praxis gezeigt hat, sind die optischen Eigenschaften dieser handelsüblichen Materialien nicht konstant. Das betrifft insbesondere das Verhältnis von Reflexion zu Transmission, die Streuung des reflektierten und des von einer Lichtquelle erzeugten Lichts im Transflektor sowie die wirksame Oberflächenrauhigkeit, die als helle «Grundfläche» der Flüssigkristallanzeige erscheint. Es ist bisher auch nicht gelungen, diese25 Eigenschaften durch Ändern der Poren- oder Zellstruktur der geschäumten Kunststoffolie zu optimieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, einen Transflektor zu schaffen, dessen optische Eigenschaften im voraus und unabhängig voneinander einge- 111 stellt werden können und der in einem industriell durchführbaren Verfahren mit konstanter Qualität und zu einem annehmbaren Preis hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem als Folie ausgebildeten Transflektor gelöst, der gekennzeichnet ist durch ,5 ein optisch transparentes Matrixmaterial und mindestens einen ersten ebenfalls transparenten Füllstoff, dessen optischer Brechungsindex grösser ist als der des Matrixmaterials.

Der neue Transflektor ermöglicht, durch geeignete Auswahl der Art und der Menge des ersten Füllstoffs das Verhältnis von 40 Transmission zu Reflexion sehr genau einzustellen.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform enthält der neue Transflektor zusätzlich einen zweiten transparenten, pul-verförmigen Füllstoff, dessen Brechungsindex grösser als der des Matrixmaterials und kleiner als der des ersten Füllstoffs ist. 45 Damit kann eine vorteilhafte Streuung des von einer zugeordneten Lichtquelle erzeugten und des vom ersten Füllstoff reflektierten Lichts erreicht werden, die einen in praktisch allen Richtungen gleichmässigen Austritt des durchgelassenen bzw. reflektierten Lichts ermöglicht.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform enthält der neue Transflektor zusätzlich einen dritten transparenten Füllstoff, der eine rauhe Oberfläche bewirkt. Auf diese Weise kann für die hellen Bildteile der Flüssigkristallanzeige eine für den Beobachter sichtbare Grenzfläche erzeugt werden.

Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den schematisch gezeichneten Schnitt durch eine erste Ausführungsform des neuen Transflektors, ao

Fig. 2 den schematisch gezeichneten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des neuen Transflektors und

Fig. 3 schematisch gezeichneten Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des neuen Transflektors.

In Fig. 1 ist schematisch der Schnitt durch eine erste Aus- f)5 führungsform eines Transflektors 10 gezeigt Der Transflektor ist auf die Rückseite einer Flüssigkristallanzeige 11 aufgelegt, und auf seiner rückwärtigen Fläche ist eine Beleuchtungsein50

55

richtung 12 angeordnet, die aus mehreren mit Tritium angeregten, phosphoreszierenden Glasröhrchen 12 besteht. Der Transflektor enthält eine Matrix 13, in der kleinste Plättchen 14 eines Füllstoffs sowie Pulverkörnchen 15 eines zweiten Füllstoffs und etwas grössere Teilchen 16 eines dritten Füllstoffs eingelagert sind. Die Dicke des Transflektors liegt zwischen 20 bis 200 (im, vorzugsweise zwischen 70 bis 100 (im.

Der erste Füllstoff besteht aus kleinen Glimmerplättchen 14, deren beide Oberflächen mit einer dünnen Schicht Titandioxid beschichtet sind. Dieses Material ist transparent und wegen des hohen Brechungsindex des Titandioxids zugleich reflektierend. Das Material ist handelsüblich und kann beispielsweise unter der Bezeichnung «Iriodin» von der Firma Merck in Deutschland bezogen werden. Für das angestrebte Verhältnis von Transmission zu Reflexion von 50:50 werden dem gelösten Matrixmaterial etwa 2 Gew.-% solcher beschichteter Glimmerplättchen mit einer mittleren Flächengrösse von etwa 20 (im zugesetzt. Es hat sich gezeigt, dass nach dem Giessen oder Extrudieren der Folie die Mehrzahl der Plättchen angenähert parallel zur Ebene der Folie ausgerichtet ist.

Wie jeder Fachmann sofort erkennt, kann das Verhältnis von Transmission zu Reflexion durch Zusetzen einer grösseren oder kleineren Menge bzw. von Plättchen mit einer grösseren oder kleineren mittleren Flächengrösse innert weiter Grenzen eingestellt werden.

Der zweite Füllstoff ist ein feines Pulver aus Glas oder Quarz. Die Menge dieses Pulvers beträgt etwa 2 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials, und der mittlere Durchmesser der unregelmässig geformten Teilchen 15 beträgt etwa 5 (im. Die Teilchen bewirken eine starke Streuung sowohl des von den Plättchen 14 des ersten Füllstoffs reflektierten als auch des von der zugeordneten Lichtquelle 12 erzeugten und durch den Transflektor dringenden Lichts. Damit wird wirkungsvoll verhindert, dass das von den Plättchen 14 reflektierte oder das durchdringende Licht eine Vorzugsrichtung aufweist, so dass der Transflektor in einem weiten Bereich von Beobachtungsrichtungen eine gleichmässige Helligkeit aufweist.

Der dritte Füllstoff ist ebenfalls ein pulverförmiges Material und beispielsweise Glas oder Quarz. Die Menge dieses Materials beträgt etwa 2 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials, und der mittlere Durchmesser der unregelmässig geformten Teilchen 16 liegt im Bereich der Dicke des Transflektors. Mit dem dritten Füllstoff wird erreicht, dass der Transflektor eine relativ rauhe, für den Beobachter erkennbare Oberfläche bildet und das Auge des Beobachters auf den zum Ablesen der Anzeige richtigen Abstand akkomodiert.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Transflektors 20, der an die Rückseite einer Flüssigkristallanzeige 21 angelegt ist und auf dessen einer Seite eine als Beleuchtungseinrichtung verwendete, lichtemittierende Diode 22 und ein zugeordneter Lichtleiter 27 angeordnet sind. Das Matrixmaterial 23 dieses Transflektors ist Polystyrol, dem als erster Füllstoff titandioxidbeschichtete Glimmerplättchen 24 zugesetzt sind. Der Transflektor enthält einen weiteren Füllstoff, dessen Dichte geringer ist als die Dichte des Matrixmaterials, beispielsweise Polyäthylen, und dessen Verteilungskurve der Teilchengrösse sehr breit ist. Beim Giessen der Trans-f lektorfolie werden die ursprünglich gleichmässig in der Matrixmasse verteilten Teilchen des Füllstoffs durch die Wirkung des Auftriebs und der Reibung, die dem Volumen bzw. der Oberfläche proportional sind, getrennt, so dass die grösseren Teilchen 26 im Bereich der Oberfläche des Transflektors angereichert sind und die Ausbildung einer unebenen Oberfläche begünstigen, während die kleineren Teilchen 25 praktisch gleichmässig über die gesamte Dicke der Transflektorfolie verteilt sind.

Fig. 3 zeigt schematisch den Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Transflektors 30. Die Matrix 31 dieses

619 301

4

Transflektors besteht aus Polypropylen. Der erste Füllstoff besteht wiederum aus mit Titandioxid beschichteten Glimmer-plättchen 32 und der zweite Füllstoff aus Glaspulver, dessen unregelmässig geformte Teilchen 33 einen mittleren Durchmesser von etwa 5 [im aufweisen. Beim Giessen dieser Transflektor-folie wurde das Matrixmaterial sehr langsam getrocknet, so dass die Plättchen 32 ersten Füllstoffs absinken konnten und eine relativ kompakte Schicht bilden. In die zum Anlegen an die Rückseite der Flüssigkristallanzeige vorgesehene Oberfläche 34 ist mit einer entsprechend geformten Walze ein kreuzgitterför-miges Muster eingedrückt, von dem in der Figur nur die quer zur Zeichnungsebene liegenden Gitterlinien 35 zu sehen sind. Der Abstand zwischen benachbarten Gitterlinien beträgt etwa 0,1 mm, was ausreicht, um erwünschte Oberflächenrauhigkeit zu bewirken.

Zur Herstellung der neuen Transflektorfolie können im Prinzip alle lösungsmittellöslichen und giessbaren Kunststoffe, aber auch extrudierbaren Thermoplaste verwendet werden, wobei die Füllstoffe der Lösung oder der Giessmasse bzw. dem Granulat beigegeben werden. Die besten Ergebnisse wurden bisher mit lösungsmittellöslichen Kunststoffen erreicht, weshalb die oben angegebenen Gewichtsprozente auf den Kunststoff plus das Lösungsmittel bezogen sind. Ein günstiges Verhältnis von Kunststoff zu Lösungsmittel ist nach bisherigen Verfahren etwa 6:1. Die verwendeten Kunststoffe sollen ausreichend elastisch sein, damit die Transflektorfolie auf Vorratsrollen gewik-kelt werden kann, deren Kern einen Durchmesser von etwa 10 cm aufweist. Weil die Flüssigkristallanzeigen Temperaturen bis etwa 100° C ertragen sollen, sollte auch der Kunststoff des s Transflektors bis zu dieser Temperatur beständig sein.

Für den ersten Füllstoff kann irgendein Perlglanzpigment verwendet werden, wenn es gleichzeitig reflektierend und lichtdurchlässig ist. Wird anstelle des beschriebenen titandioxidbe-schichteten Glimmers ein anderes Material verwendet, das dif-ii) fus reflektiert, dann kann gegebenenfalls auf den zweiten Füllstoff verzichtet werden.

Bei einem erprobten Herstellungsverfahren liegt die Viskosität des gelösten Matrixmaterials beim Giessen und bei einer Temperatur von 20° C in der Grössenordnung um 65 000 cps. 15 Die Masse wird auf ein etwa 30 cm breites Band gegossen, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 m/Std umläuft. Die Schicht wird bei einer Temperatur von etwa 50° C während 10 min getrocknet, wonach die Dicke der fertigen Transflektorfolie etwa 70 [j.m beträgt.

2(1

Wenn ein farbiger Transflektor hergestellt werden soll, dann kann der Giessmasse sowohl gelöster Farbstoffe als auch ein fein verteiltes Pigment zugesetzt werden. Es gibt auch schon Glimmerplättchen, die mit eingefärbtem Titandioxid beschich-25 tetsind.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

619 301

PATENTANSPRÜCHE

1. Transflektor, welcher als Folie ausgebildet ist und gekennzeichnet ist durch ein optisch transparentes Matrixmaterial (13) und mindestens einen ersten ebenfalls transparenten Füllstoff (14), dessen Brechungsindex grösser als der des s Matrixmaterials ist.
2. Transflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (13) lösungsmittellöslicher oder extru-dierter Kunststoff und vorzugsweise Polyäthylen oder Polypropylen oder Cellulosetriacetat ist. Kl
3. Transflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllstoff (14) ein transparentes und reflektierendes Perlglanzpigment ist.
4. Transflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Füllstoff ( 14) mit Titandioxid beschichtete Glim- 15 merplättchen mit einer mittleren Flächengrösse zwischen 5 bis

50 um und vorzugsweise um 20 [im verwendet sind.
5. Transflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des ersten Füllstoffs (14) 1 bis 3 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials beträgt. 20
6. Transflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten transparenten, zur Lichtstreuung geeigneten, pul-verförmigen Füllstoff (15), dessen Brechungsindex grösser als der des Matrixmaterials (13) und kleiner als der des ersten Füllstoffs (14) ist. 25
7. Transflektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass der zweite Füllstoff (15) aus gemahlenem Glas und/oder Quarz mit einer Teilchengrösse von weniger als 10 [im und vorzugsweise weniger als 5 (im besteht.
8. Transflektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, m dass der Anteil des zweiten Füllstoffs (15) 1 bis 3 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials beträgt.
9. Transflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dritten transparenten, eine rauhe Oberfläche des Trans-flektors bewirkenden Füllstoff (16). 35
10. Transflektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Füllstoff (16) aus gemahlenem Glas und/oder Quarz besteht und die Teilchengrösse praktisch der Dicke der Folie entspricht.
11. Transflektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,40 dass der dritte Füllstoff (26) aus Kunststoffpulver besteht, dessen Dichte kleiner ist als die Dichte des gelösten Matrixmaterials und dessen Teilchengrösse kleiner als 50 |xm ist.
12. Transflektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des dritten Füllstoffs (16) 1 bis 2 Gew.-% des 45 gelösten Matrixmaterials beträgt.
13. Transflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die zum Anlegen an die Rückseite der Flüssigkristallanzeige (11) vorgesehene Oberfläche (34) reliefartige Ausformungen (35) aufweist und/oder aufgerauht ist.
14. Transflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren pulverförmigen Füllstoff mit einer breiten Verteilung der mittleren Teilchengrösse, wobei die grösseren Teilchen (26) an der zum Anlegen an die Flüssigkristallanzeige vorgesehenen Oberfläche angereichert sind und diese aufrauhen, während die kleineren Teilchen (25) praktisch gleichmässig in der Folie verteilt sind.

50

55

60