DE2706375A1

DE2706375A1 - Anordnung mit einem lichtventil

Info

Publication number: DE2706375A1
Application number: DE19772706375
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Dr Baur; Waldemar Dipl Phys Greubel; Hans Dipl Phys Krueger; Alois Dipl Phys Dr Schauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-02-15
Filing date: 1977-02-15
Publication date: 1978-08-17
Also published as: JPS53101996A; FR2380609B1; IT7820211A0; AT368294B; FR2380609A1; IT1092686B; GB1585751A; NL7801664A; DE2706375C3; CA1108737A; ATA100478A; BE863987A; CH621458GA3; SE7801774L; CH621458B5; DE2706375B2

Description

SIEMENS AZTIENGESELLSCHAFT j unser Zeichen Berlin und München ' ^' VPA 77 P 8 0 0 3 BRO Anordnung mit einem Lichtventil

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Lichtventil, insbesondere einer Flüssigkristallzelle, ferner einer Lichtfalle in Form eines Körpers ("Fluoreszenzkörper¹¹), der aus einem Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht, fluoreszierende Partikel enthält und mit Lichtaustrittsfenstern ver sehen 1st, und schließlich einer Zusatzbeleuchtung.

Ein derartiges Display ist bereits vorgeschlagen worden (vergl. die älteren Patentanmeldungen P 26 16 669.8 und P 26 19 367.9). Der dabei verwendete Fluoreszenzkörper steigert den Darstellungskontrast der Anzeige, da er auftreffendes Umgebungslicht durch Fluoreszenzstreuung und nachfolgende Totalreflektionen einfängt, weiterleitet und schließlich durch spezielle Lichtaustrittsfenster in erhöhter Konzentration wieder auskoppelt. Da diese Lichtfalle lediglich das dargestellte Bild aufhellt, aber kein Licht selbst erzeugt, benötigt man bei unzureichender Umgebungshelligkeit nach wie vor eine zusätzliche Beleuchtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusatzbeleuchtung anzugeben, die sich insbesondere für batteriebe triebene Anzeigeinstrumente eignet. Eine solche Lichtquelle

Les-1 Ode /7.2.77

809833/0514

sollte möglichst wenig Leistung verbrauchen und außerdem auch noch - man denke beispielsweise an Armbanduhren - ohne eine manuelle Bedienung auskommen. Zu diesem Zweck ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Zusatzbeleuchtung eine radioaktive Substanz sowie einen durch die Substanz aktivierbaren Leuchtstoff enthält. Als radioaktive Substanz kommen vor allem schwache P-Strahler wie beispielsweise Tritium in Frage.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lichtquelle emittiert ständig, und zwar ohne Knopfdruck und ohne jegliche Energiezufuhr. Sie braucht darüber hinaus während der normalen Betriebsdauer der Anzeige nicht ersetzt oder regeneriert zu werden, da ihre Leuchtkraft, abhängig von der Halbwertszeit des radioaktiven Materials, erst nach verhältnismäßig langer Zeit merklich nachläßt.

Flüssigkristallanzeigen mit Leuchtfarben, die durch schwache P-Strahler angeregt werden, sind an sich bereits bekannt (DT-AS 22 32 632). Es befinden sich auch schon Flüssigkri stalldieplays mit tritiumgasgefüllten Lämpchen auf dem Markt. Gegenüber diesen bekannten Ausführungen bringt die vorgeschlagene Anordnung erhebliche Vorteile, da hier die Lichtmenge ausschließlich an den Austrittsfenstern zur Verfügung stehen muß und somit die in Kauf zu nehmende Radioaktivität wesentlich geringer sein kann.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung wird der Fluoreszenzkörper in der Regel plattenförmig ausgebildet sein und sich in Betrachtungsrichtung hinter dem Lichtventil befinden. In diesem Fall wäre die Zusatzbeleuchtung, etwa ein Tritium-Lämpchen, sinnvollerweise entweder längs einer bzw. mehrerer Seitenflächen der Fluoreszenzplatte oder hinter dieser Platte

809833/0514

anzuordnen; sie sollte dabei die ihr zugewandte Plattenseite ganz überdecken. Natürlich ließe sich die Lichtquelle auch in die Fluoreszenzplatte integrieren, beispielsweise bei der Plattenherstellung mit eingießen.
5

Legt man auf einen besonders platzsparenden Aufbau bei gleichmäßiger Ausleuchtung aller Anzeigeelemente wert, so sollte die radioaktive Substanz mit möglichst homogener Verteilung direkt in den Fluoreszenzkörper eingebaut werden. Dabei kann es sich empfehlen, die radioaktive Substanz chemisch zu binden, etwa an die fluoreszierenden Partikel anzulagern. Denkbar wäre schließlich auch noch die Zugabe von phosphoreszierenden Teilchen, die durch die strahlende Substanz zum Leuchten gebracht werden können.

Bei der vorgeschlagenen Anordnung kommt man mit einer besonders geringen Menge an radioaktiver Substanz aus, wenn man die Austrittsfenster der Fluoreszenzplatte als eine Kombination aus rückwärtigen Einschnitten und Streuflächen auf der Plattenvorderfläche realisiert und die Substanz sowie den Leuchtstoff auf diese streuenden Bereiche aufträgt. Die Lichtausbeute wird dabei noch größer, wenn man außerdem dafür sorgt, daß von der Fluoreszenz- bzw. Leuchtstoffstrahlung auch ein möglichst großer Teil das Lichtventil durchsetzt. Dies kann dadurch geschehen, daß die Fluoreszenzplatte so nahe wie möglich an das schaltbare Medium herangerückt wird und/oder wenn man das Lichtventil vor unerwünscht absorbierenden Teilen befreit. Bei einer mit Polarisatoren arbeitenden Flüssigkristallzelle ist es beispielsweise besonders günstig, in die Flüssigkristallschicht einen pleochroitischen Farbstoff einzulagern, denn durch einen solchen Zusatz wird der zwischen Körper und Flüssigkristall befindliche Polarisator, der in der Praxis ja nicht nur polarisiert sondern das durchtretende Licht auch noch durch Absorption schwächt, überflüssig.

809833/0514

TT? 8 0 03 BRD

Die Erfindung soll nun an Hand dreier Ausfuhrungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. In den rein schematischen Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: 5

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäSen

Anordnung, in einem Seitenschnitt; Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 1; und Fig. 3 von einem weiteren Ausführungsbeispiel lediglich die

Fluoreszenzplatte, ebenfalls in einem Seitenschnitt.

Bei der Ausführung der Fig. 1 ist das Lichtventil eine Flüssigkristallzelle mit einer einstelligen Ziffernanzeige. Das dar- gestellte Beispiel enthält im Einzelnen einen vorderen Linearpolarisator 1, eine vordere Trägerplatte 2, eine hintere Trägerplatte 3, einen hinteren Linearpolarisator 4, eine Fluoreszenzplatte 5 und eine Absorptionsfolie 6. Alle Teile sind in der Reihenfolge Ihrer Aufzählung in Betrachtungsrichtung hintereinander angeordnet.

Die beiden Trägerplatten sind auf ihren einander zugewandten Innenflächen mit leitenden Belägen versehen, und zwar die hintere Platte 3 mit einer durchgehenden Elektrode (Rückelek trode 8) und die vordere Platte 2 mit einer segmentierten Elek trode (Segmentelektroden 9). Zwischen beiden Trägerplatten befindet sich ein Distanzierungsrahmen 10. Die durch den Rahmen und die beiden Platten gebildete Kammer ist mit einer Flüssigkristallschicht 11 ausgefüllt.

Die Fluoreszenzplatte 5 trägt auf ihren vier Seitenflächen Reflexionsschichten 12 und ist mit mehreren Lichtaustrittsfenstern versehen, die sich jeweils in Betrachtungsrichtung hinter den einzelnen Segmentelektroden 9 befinden. Jedes dieser

809833/05U

Fenster besteht aus einer ggf. verspiegelten Einkerbung 13 in der Plattenrückseite und einer Streufläche 14, beispielsweise einer Pigmentschicht oder einem aufgerauhten Flächenbereich, auf der Vorderseite der Platte. Die gewählte Fensterform ergibt einen großen Betrachtungswinkelbereich bei relativ großer Leuchtstärke und liefert eine praktisch parallaxefreie Darstellung. Nähere Angaben über günstige Fenstergestaltungen sind in der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Anordnung mit einem Lichtventil, insbesondere einer Flüssigkristallzelle" enthalten.

An eine der vier Plattenseitenflächen ist eine Zusatzbeleuchtung in Form eines mit Tritiumgas gefüllten Lämpchens 15 angesetzt. Auf dieser Seite ist die Reflexionsschicht so beschaffen, daß das Tritiumlicht in das Platteninnere eintreten kann, das Fluoreszenzlicht dagegen reflektiert wird (dichroitischer Spiegel 16). Natürlich sind auch andere Arten der optischen Verbindung zwischen dem Lämpchen und der Platte möglich.

Die Flüssigkristallzelle arbeitet nach dem Prinzip der sog.

Drehzelle. Für nähere Einzelheiten wird auf die DT-OS 21 58 verwiesen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen die Polarisationsachsen der beiden Linearpolarisatoren aufeinander senkrecht, so daß das Lichtventil im Ruhezustand transparent ist und im angeregten Zustand Licht sperrt. Zugleich ist das - nicht dargestellte - Ansteuerteil so ausgelegt, daß stets gerade diejenigen Segmentelektroden mit Spannung beaufschlagt werden, die nicht zum Aufbau des darzustellenden Bildes benötigt werden ("Prinzip der komplementären Ansteuerung"). Diese Maßnahmenkombination ergibt ein besonders helles Bild auf dunklem Grund: Der von den Segmentelektroden nicht bedeckte Teil des Anzeigeschirms wirkt nahezu schwarz, da nur ein βehr geringer Teil des eingefangenen Lichts die Fluoreszenzplatte außerhalb der Fenster wieder verläßt und außerdem das

Licht aus dem Hintergrund durch die Absorptionsfolie 6 abge-

809833/0514

-*- 77P 8 0 0 3 BRD

fangen wird. Die angesteuerten Anzeigeelemente sind schwarz, da dort das Ventil sperrt. Und schließlich ist das Bild besonders leuchtstark, da auch die von der Flüssigkristallzelle bedeckte Vorderseite der Fluoreezenzplatte Licht aufnehmen kann. Näheres über komplementär angesteuerte Lichtventile kann der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel " Anordnung zur Barstellung von hellen Bildern auf dunklem Hintergrund und Verfahren zur Ansteuerung einer solchen Anordnung" entnommen werden.

Bas Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführung in folgenden Merkmalen:

Bie Lichtquelle ist nicht seitlich sondern hinter der Fluoreszenzplatte plaziert, und zwar ohne optischen Kontakt; alle Seitenflächen der Platte sind voll verspiegelt; die Absorptionsfolie ist durch ein auf seiner Rückseite mit einer gut reflektierenden Schicht versehenes Filter ersetzt, das nur das Anregungslicht für die Fluoreszenzpartikel passieren läßt (diese Maßnahme verlängert den Absorptionsweg für das einfallende und anregende Licht und ermöglicht somit generell eine geringere Fluoreszenzstoffkonzentration und damit letztlich eine größere Helligkeit); es wird nicht komplementär angesteuert; der hintere Linearpolarisator fehlt, statt dessen enthält die Flüssigkristallschicht einen pleochrotischen Farbstoff. Ber Flüssigkristall weist in seinem Ruhezustand eine planare Textur mit einer zur Polarisationsachse des Linearpolarisators parallelen Vorzugsrichtung auf und ist im eingeschalteten Zustand homöotrop orientiert. Denkbar wäre auch eine fokal-konische Ruhetextur. Nähere Angaben über absorptive Bisplays, insbesondere über die Beschaffenheit des Flüssigkristalle und des Farbstoffs sowie über günstige Textur!erungen, sind in der prioritätsgleichen Anmeldung mit dem Titel "Anordnung zur Barstellung von hellen Bildern vor dunklem Hintergrund" zu finden.

809833/0514

Die radioaktive Substanz braucht nicht in einem gasförmigen Zustand vorzuliegen; sie könnte beispielsweise auch in der Fluoreszenzplatte, in einer hinter der Platte befindlichen Folie oder in einer die rückwärtigen Platteneinkerbungen ausfüllenden Schicht gelöst (chemisch gebunden) sein. Daneben wäre es auch möglich, auf die Plattenvorderfläche streuende Leuchtstoffteilchen aufzudrücken und diese Partikel mit einer die strahlende Substanz enthaltenden Masse zu umgeben. Die letztgenannte Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Dort trägt die Streuschicht 14 der Fluoreszenzplatte einen Tritiumlack 18. Bei dieser Lichtquellenausbildung ist die Lichtausbeute des Leuchtstoffes besonders groß.

Im Bedarfsfall, beispielsweise zur Einhaltung einer vorgeschriebenen Toleranzdosis,wäre die radioaktive Substanz noch in ein Material einzubetten, das die unerwünschte radioaktive Strahlung absorbiert, daneben auch säure- und laugeresistent ist und sich insbesondere nicht durch Magensäure zersetzen läßt. 20

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So bleibt es dem Fachmann im Rahmen der vorliegenden Erfindung unbenommen, andere radioaktive Substanzen als Tritium zu nehmen und die aus Lichtventil, Fluoreszenzkörper und radioaktiver Zusatzbeleuchtung gebildete Kombination in einer anderen Bauform zu realisieren.

11 Patentansprüche 3 Figuren

809833/05U

Claims

77P 8 0 03 BRD

1. Anordnung mit einem Lichtventil, insbesondere einer Flüssiger is tall ζ eile, ferner einer Lichtfalle in Form eines Körpers, ("Fluoreszenzkörper")» der aus einem Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht, fluoreszierende Partikel enthält und mit Lichtaustrittsfenstern versehen ist, und schließlich einer Zusatzbeleuchtung, dadurch gekenn zeichnet , daß die Zusatzbeleuchtung (15) eine radioaktive Substanz sowie einen durch die Substanz aktivierbaren Leuchtstoff enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die radioaktive Substanz ein schwacher /3-Strahler, insbesondere Tritium, ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem in Betrachtungsrichtung hinter dem Lichtventil angeordneten, plattenförmigen Fluoreszenzkörper ("Fluoreszenzplatte"), dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzbeleuchtung in Form eines Lämpchens (15) an mindestens einer der vier Seitenflächen der Fluoreszenzplatte (5) angeordnet ist.

4. Anordung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem in Betrachtungsrichtung hinter dem Lichtventil angeordneten, plattenförmigen Fluoreszenzkörper ("Fluoreszenzplatte"), dadurch geken nzeichnet , daß die Zusatzbeleuchtung in Form eines Lämpchens (15) oder einer Folie in Betrachtungsrichtung hinter der Fluoreszenzplatte (5) angeordnet ist.

809833/0514 ORIGINAL INSPECTED

- 77 P 8003 BRD

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet , daß hinter der Zueatzbeleuchtung ein nur das Anregungslicht für die fluoreszierenden Partikel hindurchlassendes Filter angeordnet ist und daß sich hinter diesem Filter eine gut reflektierende Schicht befindet.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die radioaktive Substanz in den Fluoreszenzkörper (5) integriert und dabei insbesondere gleichmäßig verteilt ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die radioaktive Substanz chemisch gebunden ist, vorzugsweise an die fluoreszierenden Partikel angelagert ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem in Betrachtungsrichtung hinter dem Lichtventil angeordneten, plattenförmigen Fluoreszenzkörper ("Fluoreszenzplatte"), dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtaustrittsfenster der Fluoreszenzplatte jeweils eine Einkerbung (13) in der Plattenrückseite und eine Streufläche auf der Plattenvorderseite enthalten, daß die radioaktive Substanz auf der Streufläche (14) aufgebracht ist und daß die Streufläche (14) von durch die radioaktive Substanz anregbaren Leuchtstoffpartikeln gebildet wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet , daß die radioaktive Substanz in ein Material eingebettet ist, das unerwünschte radioaktive Strahlung absorbiert sowie säure- und laugeresistent ist.

809833/0514

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» mit einer Flüssigkristallzelle, dadurch gekenn zeichnet , daß die Flüssigkristallschicht (11) der Flüssigkristallzelle mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, g e k e η η zeichnet durch ihre Verwendung in einer Armbanduhr.

809833/0514