CH633381A5

CH633381A5 - Elektrooptische anzeige mit reflektor.

Info

Publication number: CH633381A5
Application number: CH1292578A
Authority: CH
Inventors: Ernst Gloor; Meinolph Kaufmann; Allan R Dr Ing Kmetz
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1982-11-30
Also published as: DE2901580A1; FR2444957B1; US4298249A; FR2444957A1; GB2040061B; GB2040061A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Anzeige nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche elektrooptische Anzeige ist bekannt aus der DE-OS2655 166.

Die üblichen reflektiven Anzeigen, wie etwa Flüssigkristallanzeigen, büssen häufig in unannehmbarer Weise ihre Ables-barkeit ein, sobald sie senkrecht montiert und in dieser Stellung von einem Betrachter, dessen Augen sich üblicherweise in etwa auf der Höhe der Anzeige befinden, abgelesen werden. Der Grund für diesen abrupten Helligkeitsverlust der üblichen reflektiven Anzeigen liegt darin, dass diese im allgemeinen nur über einen flachen, spiegelnden oder leicht diffusen Reflektor ohne besondere Struktur verfügen, welche Art Reflektor das im allgemeinen von oben einfallende Licht auf den Boden anstatt gegen den Betrachter zurückwirft.

Vorschläge, wie bei ganz bestimmten Typen von Anzeigen von oben einfallendes Licht in das Auge des Betrachters umgelenkt werden könnte, sind aus den Schriften DE-OS 25 12 548, US-PS 3,768,887 und US-PS 3,838,909 bekannt. Jedoch beruhen alle diese Lösungen auf Anzeigentypen, welche oben ein zusätzliches horizontal liegendes Fenster für den Lichteintritt aufweisen müssen. Ein solches Fenster verhindert aber, zusammen mit dem oft umständlichen Strahlenverlauf und den zum Teil platzraubenden Reflektoren und Umlenkplatten, einen flachen Anzeigebau. Deshalb kommen diese Lösungen für eine moderne Anzeige, wo flache, platzsparende Anzeigen gefordert werden, nicht in Betracht.

Aus der DE-OS 26 55 166 ist eine Lösung bekannt, mit Hilfe derer elektrooptische Anzeigen ohne zusätzliches horizontal liegendes Fenster für das eintretende Licht gebaut werden könnten. Jedoch ist bei dieser Lösung infolge der auf der Vorderseite der Anzeige notwendigen Prismenumlenkplatte nachteilig, dass dadurch auf der Vorderseite wiederum mehr Raum beansprucht wird. Ausserdem ist bei dieser Lösung zu erwähnen, dass eine derartige mit Prismen versehene vordere Platte unweigerlich einer raschen Verschmutzung unterworfen ist, die leicht anhaftet und nicht abgerieben werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorzugsweise senkrecht zu montierende elektrooptische Anzeige der im Oberbegriff genannten Art anzugeben, welche ohne zusätzliche Lichteintrittsfenster das von oben einfallende Licht in das sich annähernd auf gleicher Höhe wie die Anzeige befindliche Auge des Betrachters umlenkt, verzerrungsfreie Bilder ohne Gefahr einer Blendung des Betrachters anzeigt sowie eine flache Bauweise ermöglicht, wobei die erfindungs-gemässe Anzeige keine erhöhte Verschmutzungs- oder Beschädigungsgefahr in sich birgt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit zu den Vorteilen der vorliegenden Erfindung gehört, dass die erfindungsgemässe elektrooptische Anzeige auch preisgünstig herzustellen ist und sich durch einen recht grossen Betrachtungswinkel auszeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 9 ausführlich beschrieben. Dabei zeigen

- die Figuren 1,2,3 und 4 Beispiele von erfindungsgemässen Anzeigen in Schnittdarstellung,

- die Figur 6 eine Draufsicht des in Figur 5 dargestellten Reflektors,

- die Figur 5 ein Beispiel eines Reflektors in perspektivischer Ansicht

- die Figuren 7 und 8 weitere Ausführungsbeispiele eines Reflektors in Schnittdarstellung, und

- die Figur 9 eine Skizze zur Berechnung der die Form des Reflektors mitbestimmenden Winkels a.

In Fig. 1 und 2 sind typische Beleuchtungsverhältnisse mit einer das Maximum der Leuchtdichte des im allgemeinen von oben einfallenden Lichtes darstellenden Lichtquelle 9 gezeigt. Die erfindungsgemässe elektrooptische Anzeige 1 ist in der für die vorliegende Erfindung besonders wichtigen vertikalen Stellung gezeichnet. Sie besteht aus zwei zueinander parallel angeordneten, durchsichtigen Platten, einer vorderen Platte 2, welche dem Betrachter 8 zugewandt ist, und einer hinteren Platte 3, welche vom Betrachter 8 abgewandt ist. Diese Platten 2,3 können aus Glas oder sonst einem geeigneten, durchsichtigen Material gefertigt sein. In dem schmalen Zwischenraum zwischen diesen beiden Platten 2,3 befindet sich ein optisch veränderbares Medium, das Anzeigemedium 7. Im Falle einer

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Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird als Anzeigemedium sehr billig ist. Ferner weist sie den Vorteil auf, dass Polarisato-eine flüssigkristalline Substanz verwendet, welche von den ren 20,21 auf den Platten 2,3 ohne weiteres vorgesehen wer-Platten 2,3 und einem hier nicht dargestellten randseitigen Ver- den können. Das ist bekanntlich bei den meisten Arten von bindungssteg luftdicht eingeschlossen wird. Für manche Typen Flüssigkristallanzeigen notwendig. Ferner sind in den Fig. 3 und von Flüssigkristallanzeigen, wie z. B. nematische Drehzellen, ist 5 4 die auf den Innenflächen der Platten 2,3 aufgebrachten Elek-es notwendig, auf den Platten 2,3 Polarisatoren 20,21 anzubrin- troden 4,5 dargestellt. Durch Anlegen einer elektrischen Spangen. Um nun zu verhindern, dass das von oben oder seitlich ein- nung kann gezielt an einzelnen Bereichen des Anzeigemediums fallende Licht, hier in Fig. 1 und 2 durch das einfallende Licht- 7 ein elektrisches Feld erzeugt werden, wodurch dessen opti-bündel 22 angedeutet, nach unten gegen den Boden zurückge- sehe Eigenschaften der anzuzeigenden Information entspre-worfen wird, ist gemäss dem grundlegenden Gedanken der vor-10 chend verändert werden können.

liegenden Erfindung auf der dem Betrachter 8 abgewandten In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Ausbildung einer erfin-

Seite des Anzeigemediums 7, hier also hinter der hinteren dungsgemässen Anzeige 1 dargestellt, bei welcher auf die in

Platte 3, der ebene, gegenüber der Anzeigeebene um einen der Fig. 3 zusätzlich verwendete Platte 18 verzichtet wird, Winkel a geneigte, reflektierende Flächenstreifen 10A bis 1 OK obwohl der Reflektor 6 wie in Fig. 3 ausgebildet ist, d. h. ohne aufweisende Reflektor 6 vorgesehen. Die durch diese Flächen- 15 diffus streuende Flächen. Um dennoch den Effekt eines diffusen streifen 10A bis 1 OK gebildete Struktur 10 ist, wie in Fig. 1 und 2 Reflektors zu erzeugen, ist hier in Fig. 4 die dem Reflektor 6 dargestellt, der hinteren Platte 3 zugewandt und bewirkt eine zugewandte Seite der hinteren Platte 3 mit einer diffus streuen-Umlenkung des von der Lichtquelle 9 herkommenden Lichtes den Oberfläche 19 ausgebildet. Mit dieser Variante kann neben in das Auge des Betrachters 8. Bei einem Reflektor mit einer einer billigen Herstellung vor allem eine sehr flache Bauweise der hinteren Platte 3 zugewandten gleichmässig ebenen reflek- 20 erzielt werden. Falls für das Anzeigemedium 7 ein Flüssigkri-tierenden Fläche würde praktisch kein Licht von der Licht- stall verwendet wird, müssten allerdings Betriebsformen ver-quelle 9 in das Auge des Betrachters 8 gelangen können. Mit wendet werden, die zumindest ohne rückseitigen Polarisator 21 einem wie in Fig. 1 schematisch dargestellten Reflektor 6 kann auskommen, z. B. der Gast-Wirt-Effekt. In der Fig. 6 ist die jedoch die angezeigte Information infolge der erfindungsge- Draufsicht des in Fig. 5 dargestellten Beispiels eines Reflektors mässen Struktur 10 bestens sichtbar gemacht werden, da diese 25 6 gezeichnet. Jedoch sind in der Fig. 5 die Flächenstreifen 10A Struktur 10 die von der Lichtquelle 9 einfallenden Lichtbündel bis 1 OK nicht ineinander, wie in Fig. 6, sondern der Übersicht-22 als reflektierte Lichtbündel 23 zurückwirft. lichkeit halber nach den beiden Richtungen 11 und .12 getrennt

In den folgenden Figuren 2 bis 9 sind der Fig. 1 entspre- gezeichnet. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, weisen in die-chende und bereits besprochene Teile mit den gleichen Bezugs- sem Beispiel eines Reflektors 6 die Flächenstreifen 10A bis 1 OK Ziffern bezeichnet und werden, sofern ihre Funktion sich aus 30 bzw. die Kanten 10a bis 10k nicht alle dieselbe Richtung auf. dem jeweiligen Zusammenhang ergibt, nicht wieder gesondert Vielmehr weisen von diesen die Flächenstreifen 10A, 1 OB, 1 OC, beschrieben. 10D und 10E bzw. die Kanten 10a bis 10e in dieselbe Richtung

In der Fig. 2 ist der Reflektor 6 mit leicht diffus reflektieren- 11, welche Richtung mit der horizontalen Richtung 13 den Winden Flächenstreifen 1OA bis 1 OK versehen. Die diffus reflektie- kel y bildet. Die Flächenstreifen 10F, 10G, 1 OH und 1 OK bzw. rende Ausbildung der Struktur 10, in Fig. 2 durch die diffus 35 die Kanten lOf, 10g, 10h, 10k hingegen weisen in die Richtung reflektierende Oberfläche 26 angedeutet, hat verschiedene 12, welche Richtung sich von der Richtung 11 um den Winkel ß Gründe. Zunächst soll einmal sicher vermieden werden, dass unterscheidet, für welchen 0° 180° gilt. Entsprechend gilt der Betrachter 8 das Spiegelbild der Lichtquelle 9 sehen dann für den Winkel y: 0° ^ y ^ 90°. Mit einer solchen «Kreuz könnte. Zum andern kann durch die diffus reflektierende Aus- struktur» der Flächenstreifen wird eine weitere vorteilhafte bildung der Struktur 10 der Betrachtungswinkel erheblich ver- 40 Anpassung der erfindungsgemässen Anzeige einerseits an die grössert werden. Dies ist notwendig, da die Erfindung auch für jeweiligen örtlichen Lichtverhältnisse und andererseits an den die Fälle vorgesehen ist, in denen der Standort des Betrachters Standort des Betrachters erreicht.

8 bzw. des einfallenden Lichtes variiert. Wie durch den in Fig. 2 In der Fig. 7 ist das bereits in Fig. 2 zur Darstellung gelangte dargestellten Strahlenkegel 25 angedeutet, wird die Sichtbar- Beispiel eines Reflektors 6 nochmals vergrössert dargestellt keit der Anzeige durch eine Variation der Höhe des Betrach- 45 und in allen Einzelheiten gezeigt. Die Flächenstreifen 10A bis ters für relativ grosse Betrachtungswinkel kaum beeinträchtigt. 10C, welche eine diffus reflektierende Oberfläche 26 aufweisen,

Die Fig. 2 zeigt auch die sehr wichtige Variante, dass die bilden mit der in der Anzeigeebene liegenden Rückseite des Flächenstreifen halbtransparent ausgeführt sind. Dann kann Reflektors 6 den Neigungswinkel a. Die Wirkung der vorlie-die erfindungsgemässe Anzeige auch in Transmission betrieben genden Erfindung kann weiter optimiert werden, wenn diese werden, wie durch die Beleuchtung 15 angedeutet ist. 50 Winkel a auf die für den jeweiligen Verwendungsfall der Anzei-

In Fig. 3 ist ein oben abgebrochen dargestelltes weiteres gevorrichtung typischen Verhältnisse hin eingestellt werden. Beispiel einer erfindungsgemässen Anzeige 1 vergrössert dar- Es ist dabei die zu erwartende Höhe des Auges des Betrachters gestellt. In dieser Figur ist die Ausbildung des Reflektors 6 8 gegenüber der Anzeigevorrichtung einerseits und der Stand-

besonders deutlich zu erkennen. Dessen Struktur 10 auf der der ort der Lichtquelle andererseits zu berücksichtigen. Wie die hinteren Platte 3 zugewandten Seite weist einzelne Flächen- 55 Winkel a für den jeweiligen konkreten Anwendungsfall zu streifen 10A bis 10D auf. Im dargestellten Beispiel der Figur 3 bestimmen sind, wird weiter unten im Zusammenhang mit weisen die Kanten 10a bis 1 Od der Flächenstreifen 10A bis 1 OD Fig. 9 erläutert.

jeweils denselben Abstand zur hinteren Platte 3 auf. In der In gewissen Fällen ist auch eine Variation der Neigungswin-

Fig. 3 weisen ferner die Flächenstreifen 10A bis 10D glatte kel a ausgehend von einem Anfangswert ao beim äussersten Oberflächen auf, welche dem Licht zugewandt und reflektie- 6o Flächenstreifen 10A bis zu einem Endwert aE beim letzten Flä-rend ausgebildet sind. Zwischen dem Reflektor 6 und der hinte- chenstreifen 10C vorteilhaft. Vorzugsweise nimmt der Nei-ren Platte 3 ist eine weitere Platte 18 aus transparentem Mate- gungswinkel a von seinem Anfangswert ao bis zu seinem End-rial und mit einer diffus streuenden Oberfläche 19 vorgesehen. wert aE monoton ab, so dass die Flächenstreifen im Ergebnis Damit kann der Reflektor 6 besonders einfach und billig herge- eine konvexe Oberfläche bilden. Dadurch wird in vorteilhafter stellt werden. Dennoch werden aber ein sichtbares Spiegelbild, 65 Weise insbesondere der Betrachtungswinkel weiter vergrös-eine Blendung und ein zu enger Betrachtungswinkel vermie- sert. Die einzelnen Abweichungen des Neigungswinkels a sind den. Das Beispiel der Fig. 3 stellt eine besonders einfach herzu- im allgemeinen gering und betragen höchstens ± 20% des stellende Variante dar, weil auch die Herstellung der Platte 18 Anfangswinkels ao.

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In Fig. 8 ist ein weiteres Beispiel eines Reflektors 6 dargestellt, welcher aber die Struktur 10 auf der der hinteren Platte 3 abgewandten Seite aufweist, was durch das von oben auf der Vorderseite einfallende Lichtbündel 22 angedeutet ist. Dieser Reflektor 6 ist auf der der hinteren Platte 3 zugewandten Seite transparent und weist auf dieser Seite ausserdem eine diffus streuende Oberfläche 19 auf, was dadurch angedeutet ist, dass das einfallende Lichtbündel 22 beim Auftreffen auf den Reflektor 6 eine Aufspaltung erfährt. Die aufgespaltenen Bündel werden danach auf der Rückseite des Reflektors 6 reflektiert, weshalb hier zumindest die Flächenstreifen 10A bis IOC reflektierend ausgebildet sein müssen. Nach ihrer Reflexion an den Flächenstreifen 10A bis IOC erfahren die reflektierten Bündel beim Austritt aus dem Reflektor 6 eine nochmalige Streuung, was durch den Strahlenkegel 25 angedeutet ist. Mit der hier gezeigten Ausbildung der Erfindung können besonders gleich-mässig ausgeleuchtete Anzeigen 1 erzielt werden.

In der Fig. 9 ist eine Skizze zur Bestimmung der Neigungswinkel a dargestellt. Der Einfachheit halber ist in dieser Figur nur ein Flächenstreifen 10A der Struktur 10 dargestellt. Die Anzeige 1 werde beispielsweise in einer Schaltwarte benutzt und befinde sich, wie auch in der Fig. 1 dargestellt, senkrecht in einem Anzeigegerät montiert und horizontal gegenüber dem Auge des Betrachters 8. Der Winkel zwischen der Richtung des von der Lichtquelle auf die Anzeige 1 auftreffenden Lichtbündels 22 und der vertikalen Anzeigeebene sei mit S bezeichnet. Dann gilt: a = (90° - 5)12, wenn die Hauptmenge des reflektierten Lichtes in der Form der reflektierten Lichtbündel 23 direkt in das Auge des Betrachters 8 gelangen soll. Beispielsweise betragen a und ô jeweils 30°. Für eine konkrete Anzeige können die Winkel a je nach Anwendungsfall davon abweichende 5 Werte aufweisen, jedoch sind Abweichungen von mehr als ±10° unzweckmässig. Die beschriebene Methode lässt sich sinngemäss auch für Beleuchtung mit Tageslicht anwenden. In Fig. 9 bezeichnet 24 das auf den Flächenstreifen gefällte Einfallslot.

io Die Erfindung ist nicht nur auf stationäre Anwendungen in senkrechter Position beschränkt, sondern mit Vorteil auch in stationären Geräten verwendbar, wo die Lage der Anzeige zum Licht und zum Betrachter weitgehend festliegt. Durch die vorgesehenen streuenden Oberflächen 19,26 wird die Anzeige 's 1 nämlich weitgehend unabhängig vom jeweiligen Einfallswinkel des Lichtes bzw. des Betrachtungswinkels des Betrachters 8, zumindest was dessen Höhe in Bezug auf die Anzeige betrifft.

Die Herstellung des Reflektors 6 erfolgt mit Vorteil durch Einfräsen oder Einprägen der Struktur 10 in eine Platte aus thermoplastischem Kunststoff. Der Reflektor 6 kann auch durch Spritzen von durch Erhitzen fliessfähig gemachtem thermoplastischem Material in eine die Struktur 10 aufweisende Form hergestellt werden. Die Flächenstreifen 10A bis 10K werden vorzugsweise durch stufenweises Aufdampfen von Metal-25 len wie etwa Aluminium halbtransparent oder ganz reflektierend gemacht.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

633381 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrooptische Anzeige, mit zwei planparallelen, mit Elektrodenschichten versehenen Platten, zwischen denen das Anzeigemedium vorgesehen ist, wobei mindestens die vordere Platte transparent ist, und mit einem an der hinteren Platte angeordneten Reflektor, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und auf einer vom zu reflektierenden Licht (22) beaufschlagbaren Oberfläche eine Struktur (10) aufweist, bei welcher sich ebene, gegenüber der Anzeigeebene um einen Winkel a geneigte, reflektierende Flächenstreifen (10A... 10K) geradlinig in höchstens zwei verschiedenen Richtungen (11,12) über die Oberfläche des Reflektors (6) erstrecken, und der Neigungswinkel a entweder für alle Flächenstreifen (10A... 10K) gleich ist und einen Wert zwischen 20° und 40° aufweist, oder von einem äussersten Flächenstreifen (10A, 10F) fortschreitend zu den folgenden Flächenstreifen (10B... 10D, 10G... 10K) von einem Anfangswert ao bis zu einem Endwert aE abnimmt,

wobei stets (ao - ao/5) ^ a ^ (ao + ao/5) gilt.

2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei verschiedenen Richtungen (11,12) der Flächenstreifen (10A... 10E, 10F... 10K), diese miteinander einen Winkel (ß) kleiner als 180° bilden.

3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Flächenstreifen (10A... 10E, 10F ... 10K) halbtransparent sind.

4. Anzeige nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Flächenstreifen (10A... 10E, 10F... 10K) diffus reflektierend sind.

5. Anzeige nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Reflektor (6) eine diffus streuende Fläche (19) vorgesehen ist.

6. Anzeige nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) mindestens teilweise transparent ist und die reflektierenden Flächenstreifen (10A... IOC) sich auf der Rückseite des Reflektors (6) befinden.

7. Verwendung der Anzeige nach Anspruch 1 mit vertikaler Anzeigeebene, wobei, wenn die Flächenstreifen (10A... 10K) sich in nur einer Richtung (13) erstrecken, diese horizontal ist, und wenn die Flächenstreifen (10A... 10E, 10F.. .10K) sich in zwei verschiedene Richtungen (11,12) erstrecken, diese unter jeweils dem gleichen Winkel ( y) zur Horizontalen geneigt sind.

8. Verfahren zur Herstellung einer Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Reflektors (6) die Struktur (10) in eine Platte aus thermoplastischem Kunststoff eingefräst oder eingeprägt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (10) in die Platte eingeprägt wird durch Spritzen des durch Erhitzen fliessfähig gemachten thermoplastischen Materials in eine die Struktur (10) aufweisende Form.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Flächenstreifen (10A... 10K) Metalle, vorzugsweise Aluminium, aufgedampft werden.