DE2660996C2

DE2660996C2 - Anzeigevorrichtung mit einem Strahlungskollektor und -verdichter

Info

Publication number: DE2660996C2
Application number: DE19762660996
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 7809 Freiburg Baur; Walter 7809 Denzlingen Greubel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1976-04-15
Publication date: 1986-08-28

Description

26 60 896

= 1-cos α,,,, =

(bei π= 1,49 ist V= 25%).

Alles innerhalb des Winkels der Totalreflexion emittierte Licht (im Beispiel also 75%) wird durch fortgesetzte verlustfreie Totalreflexion in der Plattenebene geführt Die Fluoreszenzplatte wirkt also als Lichtfalle.

Das in der Fluoreszenzplatte infolge Totalreflexion eingefangene Fluoreszenzlicht kann nun durch Umlenkung an reflektierenden, im folgenden zur Abkürzung als Fluoreszenzlicht-Austrittsfenster bezeichneten Flächen, die an der Fluoreszenzplatte angebracht sind, zum Austritt aus dieser Platte veranlaßt werden. Unter Vernachlässigung unvermeidlicher Wiederaustrittsverluste und unter der Annahme, daß sonst keine Verluste in der Platte vorhanden sind, ist der »Helligkeitsverstärkungsfaktor«, d. h. der Faktor, der die Anhebung der Leuchtdichte der Austrittsfenster der Fluoreszenzplatte gegenüber der Leuchtdichte eines Farbanstrbhs mit dem gleichen Fluoreszenzstoff angibt, im wesentlichen gegeben durch das Verhältnis von lichtabsorbierender Fläche der Anordnung zur Gesamtfläche der Austrittsfenster des Fluoreszenzlichtes.

Es sei nun zunächst zur Erläuterung einer gesamten Anzeigevorrichtung auf F i g. 1 Bezug genommen, in der die Fluoreszenzplatte keine zusätzliche Lichtquelle hat, aber durch eine der in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Fluoreszenzplatten ersetzt werden kann, so daß sich dann eine Anzeigevorrichtung mit zusätzlicher Lichtquelle ergibt.

Die in F i g. 1 dargestellte Anzeigevorrichtung besteht aus einem elektrooptischen Lichtventil 1 mit einzeln ansteuerbaren Elektrodensegmenten 5. Die Elektrodensegmente im Beispiel erlauben eine Zifferndarstellung nach der 7-Segment-Methode. Hinter dem Lichtventil 4 befindet sich eine fluoreszierende Kunststoffplatte (Fluoreszenzplatte 1) mit verspiegelten Stirnflächen 2 und Fluoreszenzlichtaustrittsfenstern 3, bestehend aus verspiegelten Kerben. Die Austrittsfenster 3 bilden die Elektrodensegmente 5 nach, ihre Breite ist jedoch größer als die Elektrodensegmentbreite, um die Parallaxe zwischen Elektrodensegmenten und Austrittsfenstern zu kompensieren. Falls der jeweils in dem Lichtventil 1 verwendete Effekt es nötig macht, polarisiertes Licht zu verwenden, sind auf der Vorder- und der Rückseite des Lichtventils 1 im Bereich der Ziffern Polarisatoren 6 und 7 angebracht. Das Anregungslicht gelangt von vorne aus allen Richtungen durch das Lichtventil 4 in die Fluoreszenzplatte 1. Das in der Figur mit 8 bezeichnete Fluoreszenzlicht verläßt die Fluoreszenzplatte 1 nach vorne in Richtung des Lichtventils 1 durch die Austrittsfenster 3. Nur solche Elektrodensegmente 5, an die eine elektrische Spannung gelegt wird, werden lichtdurchlässig; die anderen sperren das Flucreszenzlichl. Angezeigte Ziffern erscheinen in diesem Fall hell auf dunklem Grund. Bisher wurde angenommen, daß die Polarisatoren 6 und 7 neutrale Polarisatoren sind, also Licht aller Wellenlängen im sichtbaren Bereich polarisieren. Einen Vorteil erreicht man, wenn man statt dessen zwei selektive Polarisatoren verwendet, die im Bereich des Anregungslichtes beide Polarisationsrichtungen passieren lassen und nur den Rest des Spektrums polarisieren. In diesem Fall kann die gesamte Displayfläche als Lichtkollektorfläche ausgenutzt werden, da das Anregungslicht die Polarisation ungeschwächt passiert.

Es sei nun auf F i g. 2 Bezug genommen, in der eine Fluoreszenzplatte einer Anzeigevorrichtung dargestellt ist, die zur passiven Helligkeitsverstärkung dient und in die zum Betrieb der Anzeige im Dunkeln eine zusätzliche Lichtquelle eingebaut ist Die Fluoreszenzplatte 1 mit verspiegelten Stirnflächen 2 und Fluoreszenzlichtaustrittsfenstern 3 enthält an einer Stirnfläche eine (rechtwinklige) Vertiefung 12, in welcher eine zusätzlich kleine Lichtquelle 13 untergebracht ist, zum Beispiel eine Lumineszenzdiode.
F i g. 3 zeigt als Teil einer Anzeigevorrichtung eine

ίο ?luoreszenzplatte 1 mit zusätzlicher Fluoreszenzanregung durch eine phosphoreszierende Substanz, so daß die Anzeigevorrichtung auch im Dunkein betrieben werden kann. Die dargestellte Einheit besteht aus einer Fluoreszenzplatte 1 mit verspiegelten Stirnflächen 2 und Austrittsfenstern 3 in optischem Kontakt mit einer Kunststoffplatte 17, in welche phosphoreszierende Partikei 16 mit langer Nachleuchtdauer, zum Beispiel Zinksulfid-Partikel, eingebettet sind. Die Kunststoffplatte 17 hat ebenfalls drei verspiegelte Stirnflächen. Die Kontaktfläche zwischen beiden Platten trägt einen dichroitischen Spiegel 15, der das Phosphoreszenzlicht 18 passieren läßt, so daß dieses die Fluoreszenzplatte 1 anregen kann, das Fluoreszenzlicht 19 dagegen reflektiert
Fig.4 zeigt als Teil einer Anzeigevorrichtung eine weitere Fluoreszenzplatte mit zusätzlicher Fluoreszenzanregung durch eine phosphoreszierende Substanz. Die dargestellte Einheit besteht aus einer Fluoreszenzplatte 1 mit verspiegelten Stirnflächen 2 und Austrittsfenstern 3, die auf der Rückseite 20 so mit phosphoreszierenden Partikeln 16 beschichtet ist, daß diese keinen optischen Kontakt mit der Fluoreszenzplatte 1 haben. Der nicht von der Fluoreszenzplatte 1 absorbierte Teil des Anregungslichtes wird in den phosphoreszierenden Partikeln 16 absorbiert und bewirkt die Emission des Phosphoreszenzlichtes 18, das die Fluoreszenzplatte 1 zusätzlich anregen kann.

Mit dem elektrooptischen Lichtventil sind Anzeigevorrichtungen gemeint, bei denen die Anzeigeelemente über transparente Elektroden durch Anlegen eines eiektrischen Feldes an eine dünne Schicht von elektrooptischen Material zwischen lichtdurchlässigen und lichtsperrenden oder lichtstreuenden Zuständen geschaltet werden. Diese Anzeigevorrichtungen erfordern oft die Verwendung von polarisiertem Licht und enthalten dann dünne Polarisationsfolien. Es ist bekannt, daß bei Anzeigen, bei denen zwischen transparentem und lichtstreuendem Zustand geschaltet wird, wie zum Beispiel bei dynamischer Streuung in Flüssigkristallen, durch Anordnung der Anzeige zwischen gekreuzten Polarisatoren eine Umsetzung in eine Anzeige erreicht wird, bei der zwischen einem lichtsperrenden und einem lichtdurchlässigen Zustand gesteuert werden kann, da mit der Lichtstreuung immer eine Depolarisation des Lichtes verbunden ist.

Es können bekannte Display-Vorrichtungen, die einer der folgenden Gruppen von elektrooptischen Effekten zugeordnet werden, mit einer Fluoreszenzplatte kombiniert werden:

(a) Lineare und quadratische elektrooptische Doppelbrechungseffekte in ferroelektrischer Keramik (G. H. Haertling, C. E. Land, Journal of the American Ceramic Society, Vol.54, Seite 1, 1971, J. R. Maidonado, A. H. Meitzler, Proc. IEEE, Vol. 59, Seite 368,1971)

(b) Elektrochrome Effekte wie zum Beispiel in Festkörperfilmen aus WO3 oder MOO3 mit Redoxreaktionen in der Grenzschicht mit einem Elektrolyten

wie H₂SO₄ (S. K. Deb, Appl. Opt. Suppl. Vol. 3, Seite 192,1969)

(c) Elektrooptischer Streueffekt in ferroelektrischer Keramik (W. D. Smith, C. E. Land, Appl. Phys. Lett., Vol. 20, Seite 169,1972) 5

(d) alle bekannten elektrooptischen Effekte in Flüssigkristallen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

15

20

Claims

1 2 Entsprechendes gilt für die Flüssigkristall-Darstel- Patentansprüche: lungsvorrichtung nach der DE-OS 25 03 663, bei der die Flüssigkristallanzeige mittels einer Lichtquelle Ober ei-

1. Anzeigevorrichtung mit einem Strahlungskol- ne reflektierende Platte aus transparentem Material belektor und -verdichter in Form einer an ihren Stirn- 5 leuchtet wird, sowie für die Flüssigkristall-Darstellungsflächen zumindest teilweise verspiegelten Kunst- vorrichtung nach der DE-OS 22 21 441, nach der eine stoffplatte, in der Fluoreszenzstoffe gelöst sind und fluoreszierende Schicht zur Beleuchtung der Flüssigkridie mit mindestens einem Lichtaustrittsfenster ver- stallanzeige verwendet wird, wie auch für die DE-AS sehen ist (»Fluoreszenzplatte«), der zur passiven 21 38 063, nach der eine Phosphorschicht angewandt Helligkeitsverstärkung der Anzeigevorrichtung ver- 10 wird.

wendet wird, dadurch gekennzeichnet, Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden

daß als Anzeigevorrichtung allgemein eine elektro- Anzeigevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die

optische Lichtventilvorrichtung (4) vorgesehen ist Lichtquelle in einer rechtwinkligen Vertiefung der Fluo-

und die Fluoreszenzplatte (1) außerdem mit einer reszenzplatte angeordnet ist

zusätzlichen Lichtquelle (13) kombiniert ist 15 Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekenn-

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch zeichnet, daß die Fluoreszenzplatte über eine mit einem gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) in einer dichroitischen Spiegel versehene Stirnfläche mit einer rechtwinkligen Vertiefung (12) de>- Fluoreszenzplat- Kunststoffplatte, in der zur zusätzlichen Fluoreszenzante (1) angeordnet ist regung phosphoreszierende Partikel eingelagert sind, in

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch 20 optischem Kontakt steht

gekennzeichnet daß die Fluoreszenzplatte (1) über Schließlich zeichnet sich eine noch andere Ausfüh-

eine mit einem dichroitischen Spiegel (15) versehene rungsform der vorliegenden Anzeigevorrichtung da-

Stirnfläche (15) mit einer Kunststoffplatte (17), in der durch aus, daß auf der Rückseite der Fluoreszenzplatte

zur zusätzlichen Fluoreszenzanregung phosphores- phosphoreszierende Partikel so aufgebracht sind, daß zierende Partikel (16) eingelagert sind, in optischem 25 kein optischer Kontakt zwischen der Fluoreszenzplatte

Kontakt steht und diesen Partikeln besteht

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf gekennzeichnet daß auf der Rückseite (20) der Fluo- die Zeichnung anhand von einigen Ausführungsbeispiereszenzplatte (1) phosphoreszierende Partikel (16) len näher erläutert; es zeigt

so aufgebracht sind, daß kein optischer Kontakt zwi- 30 F i g. 1 in einer auseinandergezogenen Darstellung eischen der Fluoreszenzplatte (1) und diesen Partikeln ne elektrooptische Anzeigevorrichtung mit einer Fluo-(16) besteht reszenzplatte, die hinter dem elektrisch steuerbaren

Lichtventil angebracht ist jedoch ohne zusätzliche Lichtquelle zur Erläuterung des grundsätzlichen Auf-35 baus;

F i g. 2 eine Fluoreszenzplatte, in die eine zusätzliche Lichtquelle eingebaut ist;

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung nach F i g. 3 eine Fluoreszenzplatte, die über eine mit ei-

dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Vor- nem dichroitischen Spiegel versehene Stirnfläche in oprichtung ist Gegenstand des Hauptpatents 25 54 226. 40 tischem Kontakt mit einer Kunststoffplatte steht, in die

Hinsichtlich der Erörterung des Standes der Technik, eine phosphoreszierende Substanz eingebettet ist; und
soweit er sich auf Strahlungskollektoren und -verdichter F i g. 4 eine Fluoreszenzplatte mit einer Phosphores-

bezieht, wird im einzelnen auf das Hauptpatent zenzschicht auf der Rückseite der Fluoreszenzplatte, 25 54 226 verwiesen. wobei die Schicht mit der Fluoreszenzplatte keinen op-

Mit der Erfindung wird eine Weiterbildung der An- 45 tischen Kontakt hat.

Zeigevorrichtung mit dem Strahlungskollektor und -ver- Zur kurzen Erläuterung der Wirkungsweise der Fluo-

dichter nach dem Patent 25 54 226 zur Verfügung ge- reszenzplatte sei eine wenige Millimeter dicke Platte stellt die dessen Betrieb auch im Dunkeln gestattet und betrachtet, die aus Polymethylmethacryla: (PMMA) beim übrigen nicht auf Flüssigkristall-Anzeigevorrichtun- steht, eben ist und eine glatte Oberfläche hat. In der gen beschränkt ist. 50 Platte sei ein Fluoreszenzstoff in solcher Konzentration

Diese Weiterbildung zeichnet sich gemäß dem kenn- gelöst, daß beispielsweise aus dem auftreffenden Tageszeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch aus, daß die licht der blaue Anteil voll absorbiert und in grünes Fluoanstelle mit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung reszenzlicht umgesetzt wird. Des weiteren soll diese allgemein mit einer elektrooptischen Lichtventilvorrich- Platte senkrecht zur Plattenebene verlaufende Stirnflätung (kurz: Lichtventil) kombinierte Fluoreszenzplatte 55 chen besitzen, die ideal lichtreflektierend sind, so daß an außerdem mit einer zusätzlichen Lichtquelle kombiniert den Rändern der Platte kein Fluoreszenzlicht austreten ist. kann. Für den Wiederaustritt des Fluoreszenzlichts aus

Aus der DE-OS 22 46 074 ist zwar eine Beleuchtungs- der Platte ist die Reflexion am dünneren Medium maßeinrichtung für eine Flüssigkristall-Darstellungsvorrich- gebend. Man kann in guter Näherung so rechnen, als ob tung bekannt bei der in einer Ausnehmung einer Kunst- 60 alles Licht, das unter einem Winkel < Winkel der Totalstoffplatte eine Lichtquelle angeordnet ist, wobei das reflexion x_lot auf die Oberfläche trifft, die Platte verläßt Licht dieser Lichtquelle zumindest teilweise durch To- und das Licht des übrigen Winkelbereichs infolge Totaltalreflexion geführt wird und zur Beleuchtung der Flüs- reflexion in der Platte eingefangen bleibt. Der Winkel sigkristallanzeige dient. Aber es handelt sich hierbei der Totalreflexion ergibt sich aus der Beziehung nicht um einen Strahlungskollektor und-verdichter, wie 65 η ■ sin*,₀₍=l (für den Brechungsindex η von 1,49 für er im Hauptpatent 25 54 226 beschrieben ist, sondern PMMA-Glas ergibt sich <*,„, = 42°). Der Anteil des nicht lediglich um eine einfache Beleuchtung der Flüssigkri- totalreflektierten Fluoreszenzlichtes — hier als Verluststallanzeige, faktor Vbezeichnet — beträgt