DE20304341U1

DE20304341U1 - Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer gekrümmten Oberfläche

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Publication number: DE20304341U1
Application number: DE20304341U
Authority: DE
Original assignee: AEG Gesellschaft fuer moderne Informationsysteme mbH
Current assignee: BMG Gesellschaft fuer moderne Informationssysteme mbH
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: EP1460610A3; DE502004002591D1; EP1460610B1; EP1460610A2

Abstract

Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer wenigstens in einer Ebene (Π) gekrümmten Oberfläche (Σ) mit:
einer Mehrzahl von im wesentlichen ebenen LCD-Elementen (1), die tangential zur Oberfläche (Σ) angeordnet sind,
wobei jedes LCD-Element (1) einen zwischen zwei Ansteuerelektroden angeordneten Flüssigkristall aufweist; und einer in
Blickrichtung hinter den LCD-Elementen angeordneten Beleuchtungsvorrichtung (2), die so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer gekrümmten Oberfläche.
Ein Flüssigkristallanzeige (liquid crystal display LCD)-Element umfaßt einen Flüssigkristall zwischen zwei Ansteuerelektroden, wobei der Flüssigkristall je nach Steuerspannung lichtdurchlässig oder -undurchlässig ist. Dadurch erscheint das von hinten erleuchtete LCD-Element hell bzw. dunkel und ermöglicht so die Darstellung von Symbolen, Bildern und dergleichen.
In bekannten Flüssigkristallanzeigen sind oft mehrere solcher einzelner LCD-Elemente nebeneinander angeordnet und ermöglichen so die Darstellung großflächigerer Anzeigen, beispielsweise bei Informations- oder Werbetafeln in Bahnhöfen, Flughäfen und dergleichen.
Dabei sind die einzelnen LCD-Elemente zumeist als ebene Platten ausgebildet, was fertigungstechnisch wie auch optisch vorteilhaft ist, da beispielsweise verhältnismäßig einfach eine gleichmäßige Flüssigkristalldicke und damit homogene optische Eigenschaften realisiert werden kann.
Für verschiedene Anwendungsbereiche wäre jedoch eine Flüssigkristallanzeige mit einer gekrümmten Oberfläche wünschenswert. Beispielsweise könnten solche Flüssigkristallanzeigen einfach auf bereits vorhandenen gekrümmten Oberflächen befestigt werden, beispielsweise an einer runden Litfaßsäule. Ebenso könnten solche Flüssigkristallanzeigen unter aerodynamischen und/oder ästethischen Gesichtspunkten designed werden, um beispielsweise eine gefällige drei dimensionale Form oder einen günstigen Luftwiederstand zu erzielen.
Hierzu schlägt beispielsweise die US 4 804 254 flexible LCD-Elemente vor. Solche Elemente weisen jedoch gegenüber ebenen Platten vielfache Nachteile auf. Insbesondere sind solche flexiblen Elemente fertigungstechnisch nur unter großen Kosten herzustellen. Darüber hinaus ist es bei solchen Elementen sehr schwierig, eine gleichmäflige Verteilung des Flüssigkristalls und damit homogene optische Eigenschaften sicherzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flüssigkristallanzeige zur Verfügung zu stellen, die einerseits zumindest näherungsweise eine gekrümmte Oberfläche aufweist und zum anderen einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer wenigstens in einer Ebene gekrümmten Oberfläche umfaßt eine Mehrzahl von im wesentlichen ebenen LCD-Elementen, die tangential zu dieser Oberfläche angeordnet sind, und eine in Blickrichtung hinter den LCD-Elementen angeordneten Beleuchtungsvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
Dadurch, daß die LCD-Elemente im wesentlichen eben ausgebildet sind, können herkömmliche, leicht und kostengünstig herzustellende LCD-Elemente mit guten und homogenen optischen Eigenschaften verwendet werden. Durch die tangentiale Anordnung der einzelnen Elemente zur gekrümmten Oberfläche wird trotzdem die gekrümmte Oberfläche näherungs weise realisiert. Dabei kann die Oberfläche vorteilhafterweise um so besser approximiert werden, je kleiner die einzelnen LCD-Elemente sind.
Die Beleuchtungseinrichtung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß alle LCD-Elemente im wesentlichen gleich beleuchtet werden. Eine entsprechende Leuchtdichteverteilung hängt dabei von der Form der gekrümmten Oberfläche, der Anordnung der LCD-Elemente dazu und dem Abstand der Beleuchtungseinrichtung von der Oberfläche bzw. den LCD-Elementen ab und ergibt sich aus rein geometrischen Überlegungen. Beispielsweise kann parallel hinter jedem LCD-Element im gleichen Abstand jeweils eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein. Gleichermaßen kann auch ein Leuchtmittel mit bereichsweise unterschiedlicher Leuchtdichteverteilung, etwa ein LED-Cluster verwendet werden.
Vorteilhafterweise umfaßt die Beleuchtungseinrichtung ein Leuchtmittel und/oder einen Reflektor, der Licht vom Leuchtmittel in Richtung auf die LCD-Elemente reflektiert. Bevorzugt weisen die LCD-Elemente zusätzlich eine transflektive Schicht auf, die von außen einfallendes Umgebunslicht ganz oder teilweise reflektiert und für von hinten einfallendes Licht des Leuchtmittels transmissiv, also durchlässig ist. Zur Realisierung der gleichmäßigen Beleuchtung der verschiedenen LCD-Elemente kann dann beispielsweise das Leuchtmittel, etwa in Form einer Lampe, entsprechend abgedunkelte Flächen aufweisen, so daß auf die Oberfläche jedes LCD-Elements von hinten die gleiche Lichtmenge auftrifft. Gleichermaßen kann der Reflektor schwächer reflektierende, insbesondere nicht-reflektierende, Bereiche aufweisen, die so ausgebildet sind, daß auf jedes LCD-Element die gleiche Lichtmenge auftrifft. Vorteilhafterweise können solche Bereiche auch als Aussparungen ausgebildet sein, die dann kein Licht reflektieren und so die reflektierte Lichtmenge in diesem Bereich reduzieren. Gleichermaßen können auch Bereich mit unterschiedlichen Reflexions- bzw. Streueigenschaften ausgebildet sein, die die Leuchtdichteverteilung entsprechend realisieren, also beispielsweise einen Teil des Lichts auf stärker zu beleuchtenden Bereiche der LCD-Elemente ablenken.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die Beleuchtungseinrichtung im wesentlichen in der Krümmungsebene. Hierdurch ist es möglich, mit nur einem Leuchtmittel und/oder nur einem Reflektor die gleichmäßige Hinterleuchtung aller LCD-Elemente zu erreichen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Ausführunsgbeispielen. Hierzu zeigt:
1 eine Flüssigkristallanzeige nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht; und
2 die Flüssigkristallanzeige aus 1 von hinten.
In 1 umfaßt die Flüssigkristallanzeige eine Mehrzahl von LCD-Elementen 1, die in der Zeichenebene Π der 1 tangential zu einer gekrümmten Oberfläche Σ angeordnet sind und so die Oberfläche näherungsweise approximieren. Die LCD-Elemente 1 sind eben, ihre vorderen und hinteren Ansteuerelektroden (nicht dargestellt) sind eben, parallel und stehen im wesentlichen senkrecht zur Ebene Π.
Vor der Flüssigkristallanzeige ist eine lichtdurchlässige Abdeckung 5 angeordnet, die so ausgebildet ist, daß die einzelnen LCD-Elemente 1 diese an ihrer hinteren Oberfläche jeweils sekantenartig berühren und dort, beispielsweise mittels Kleben, befestigt sind. Somit wird diese Abdeckung 5 durch die einzelnen LCD-Elemente 1 ebenfalls approximiert, indem die theoretische gekrümmte Oberfläche Σ der Abdeckung 5 entsprechend ausgelegt ist. Die zu approximierende Oberfläche kann also gleichermaßen eine tatsächlich vorhandene äußere Oberfläche, etwa die Oberfläche einer Litfaßsäule oder dergleichen, wie auch wie im hier dargestellten Beispiel eine bloß theoretische Oberfläche Σ sein, die so definiert ist, daß die Flüssigkristallanzeige eine reale innere Oberfläche (im Beispiel die Abdeckung 5) approximiert. Im einfachsten Fall einer realen sphärischen Oberfläche, die von innen approximiert werden soll, ergibt sich beispielsweise die theoretische Oberfläche als konzentrische Sphäre entsprechend geringeren Durchmessers.
In Blickrichtung hinter den LCD-Elementen 1 ist die Beleuchtungsvorrichtung 2 angeordnet, die hier aus einem Leuchtmittel 4, etwa einer CCFL oder einer Leuchtstoffröhre, und einem Reflektor 3 besteht, der Licht vom Leuchtmittel 4 in Richtung auf die LCD-Elemente 1 reflektiert. Diese werden somit sowohl durch das reflektierte Licht als auch direkt vom Leuchtmittel 4 von hinten beleuchtet. Zusätzlich weisen die LCD-Elemente 1 eine (hier nicht dargestellte) transflektive Schicht auf, die für die von hinten kommenden Lichtstrahlen vom Leuchtmitel 4 durchlässig (transmissiv) sind und gleichzeitig von außen einfallendes Umgebungslicht wenigstens teilweise reflektieren.
Im folgenden wird das Prinzip der gleichmäßigen Hinterleuchtung vereinfacht im zweidimensionalen Fall in der Zeichenebene Π der 1 erläutert. In dieser Ebene strahlt das Leuchtmittel 4 homogen Licht in Blickrichtung, also in Richtung auf die LCD-Elemente 1, ab.
Auf die gekrümmten Oberfläche Σ und die hierzu tangentialen LCD-Elementen 1 trifft daher eine unterschiedliche Lichtmenge je Flächeneinheit. Sind beispielsweise die Oberfläche Σ kreisförmig mit Radius ρ, das Leuchtmittel idealisiert eine Gerade durch den Mittelpunkt des Kreises und zwei LCD-Elemente a, b der gleichen Länge l unter den Winkeln α, β zum Leuchtmittel tangential am Kreis angeordnet, so trifft auf das Element a die Lichtmenge l·sinα, auf das Element b die Lichtmenge l·sinβ.
Zusätzlich beträgt der mittlere Abstand der Elemente zum Leuchtmittel ρ·sinα bzw. ρ·sinβ. Durch die (als radial angenommene) Aufbreitung des vom Leuchtmittel ausgesandten Lichts senkrecht zur Ebene Π reduziert sich die auf ein LCD-Element auftreffende Lichtmenge also um den Faktor l/(ρ· sinα)² bzw. l/(ρ·sinα)².
Insgesamt ergibt sich also über der gekrümmten Oberfläche bzw. den hierzu tangential angeordneten LCD-Elementen eine sehr ungleichförmige Beleuchtung, die sich im optischen Eindruck der Flüssigkristallanzeige (Helligkeit, Kontrast und dergleichen) nachteilig auswirkt.
Erfindungsgemäß weist daher der Reflektor 3 Aussparungen 3a auf, die so ausgebildet sind, daß der verbleibende Reflektor zusammen mit dem Leuchtmittel 4 jedes LCD-Element gleichmäßig, i.e. mit der selben Lichtmenge und -intensität beleuchtet. Hierzu ist in 2 eine mögliche Form vereinfacht dargestellt, bei der zu den äußeren Enden des Reflektors die Aussparungen immer größer werden, da sich hier der Abstand Beleuchtungsvorrichtung-gekrümmte Oberfläche immer mehr verringert und entsprechend weniger Licht reflektiert werden muß. Tatsächliche vorteilhafte Formen der Aussparungen ergeben sich im konkreten Anwendungsfall aus der Form der gekrümmten Oberfläche, der Verteilung der LCD-Elemente, der Charakteristik des Leuchtmittels und dergleichen.
Alternativ oder zusätzlich zu den Aussparungen kann der Reflektor auch Bereiche schwächerer Reflexion aufweisen, indem etwa der Emissionskoeffizient des Reflektors lokal entsprechend unterschiedlich ist. Ebenfalls sind Reflektoren mit Bereichen unterschiedlicher Reflektions- und Streueigenschaften möglich, in denen bestimmte Bereiche das vom Leuchtmittel einfallende Licht auf stärker zu beleuchtende Bereiche der LCD-Elemente umlenken. Im dargestellten beispiel können beispielsweise anstelle der Aussparungen 3a Bereiche auf dem Reflektor 3 vorhanden sein, die einfallendes Licht verstärkt in Richtung des mittleren LCD-Elements reflektieren, so daß die vom Leuchtmittel 3 abgegebene Lichtmenge möglichst gut genutzt wird.
Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die gleichmäßige Beleuchtung aller LCD-Elemente mit nur einem Leuchtmittel 4 und einem Reflektor 3 erzielt, die in der Ebene der gekrümmten Oberfläche (Zeichenebene von 1) liegen. Gleichermaßen wäre eine homogene Beleuchtung auch durch eine Mehrzahl senkrecht zu dieser Ebene angeordneter Beleuchtungseinrichtungen mit im wesentlichen punkt- bzw. linienförmigen Lichtquellen möglich. Jedoch müßten dazu, im Gegensatz zu der hier dargestellten Ausführung, mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorhanden sein, was sowohl vom Kosten- als auch Energieaufwand nachteilig ist.

Claims

Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer wenigstens in einer Ebene (Π) gekrümmten Oberfläche (Σ) mit: einer Mehrzahl von im wesentlichen ebenen LCD-Elementen (1), die tangential zur Oberfläche (Σ) angeordnet sind, wobei jedes LCD-Element (1) einen zwischen zwei Ansteuerelektroden angeordneten Flüssigkristall aufweist; und einer in Blickrichtung hinter den LCD-Elementen angeordneten Beleuchtungsvorrichtung (2), die so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (2) einen Reflektor (3) zum Reflektieren von Licht in Richtung auf die LCD-Elemente aufweist, wobei der Reflektor (3) so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (2) ein Leuchtmittel (4) umfaßt, das die LCD-Elemente direkt und/oder über den Reflektor (3) beleuchtet.
Flüssigkristallanzeige nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (2) sich im wesentlichen in der einen Ebene (Π) erstreckt.
Flüssigkristallanzeige nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) Aussparungen (3a) aufweist, die so ausgebildet sind, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
Flüssigkristallanzeige nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) Bereiche mit unterschiedlichen Reflektions- und/oder Streueigenschaften, insbesondere nichtreflektierende Bereiche aufweist, die so ausgebildet sind, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.