DE2712325A1

DE2712325A1 - Optisches anzeigeelement

Info

Publication number: DE2712325A1
Application number: DE19772712325
Authority: DE
Inventors: Otto Hanner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1978-09-28
Also published as: US4243302A; AT350125B; ATA553377A; GB1602165A; JPS53116098A

Description

AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 77 P 10 2 5 BRD

Optisches Anzeigeelement

Die Erfindung betrifft ein optisches Anzeigeelement in Form eines vorzugsweise plattenförmig ausgebildeten Körpers, der aus einem Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht und ein gegen den Untergrund optisch kontrastierendes Zeichen, Symbol oder dergl. trägt.

In zunehmendem Maße geht man dazu über, Informationen der verschiedensten Art, beispielsweise Angaben über den Betriebszustand eines elektrisch gesteuerten Gerätes, zur optischen Darstellung zu bringen. Die hierzu benötigten Displays, vielfach Massenartikel wie Programmanzeigen für Waschmaschinen oder Senderskalen für Rundfunkgeräte, sollten bei möglichst einfachem Aufbau einen gleichmäßig guten Kontrast liefern, auch noch aus schrägen Richtungen ablesbar sein und, falls eine Zusatzbeleuchtung vorgesehen ist, möglichst wenig Leistung verbrauchen.

Zur Schaffung einer Anzeige, die die genannten Anforderungen erfüllt, ist bei einem Display der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Körper (Pluoreszenzkörper) fluoreszierende Partikel enthält, daß die Oberfläche des Pluores-

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zenzkörpers zumindest teilweise verspiegelt ist und daß das Zeichen, Symbol oder dergl. durch entsprechend geformte Auskoppelbereiche ("Lichtaustrittsfenster") des Fluoreszenzkörpers gebildet ist.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Fluoreszenzkörper sammelt einen

Großteil des auf ihn treffenden Umgebungslichts durch Fluoreszenzstreuung und nachfolgende Totalreflektionen, leitet dieses Licht in seinem Inneren und koppelt es als hochkonzentriertes Strahlenbündel aus speziellen Lichtaustrittsfenstern wieder aus. Es entsteht ein helles Bild auf dunklem Grund, dessen Kontrast durch das Verhältnis zwischen der lichtsammelnden zur lichtabgebenden Fläche des Fluoreszenzkörpers fest vorgegeben ist und dessen Helligkeit von der Umgebungshelligkeit abhängt, so daß die Darstellung auch bei extrem heller Umgebung nicht überstrahlt werden kann. Das vorgeschlagene Anzeigeelement hat aber nicht nur ausgezeichnete optische Eigenschaften sondern läßt sich auch einfach und rationell herstellen. So kann beispielsweise das sonst bei Lichtleitern zur homogenen Strahlenver- teilung erforderliche Aufrauhen und nachfolgende Verspiegeln von Oberflächen, ein relativ aufwendiger Arbeitsprozeß, gänzlich entfallen.

Der Fluoreszenzkörper ist bereits in älteren Patentanmeldungen (vergl. beispielsweise P 25 54 226, P 26 16 669 oder P 26 40 909) ausführlich beschrieben, er wird dort allerdings nur im Zusammenhang mit Lichtventilen beansprucht.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn man den Fluoreszenzkörper zusätzlich noch mit einem Lichtventil kombiniert. Eine solche "Hybridisierung" läßt die Anzeige einer fest vorgegebenen wie auch einer (elektrisch) veränderbaren Information zu. So könnte man beispielsweise bei Waschmaschinen sowohl das ge-

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wählte Programm als auch den momentanen Stand in der Durcharbeitung dieses Programms oder bei Rundfunkgeräten Betriebsart und -zustand und daneben Frequenz und Sender innerhalb des gewählten Frequenzbandes darstellen.

Soll das vorgeschlagene Anzeigeelement an Orten eingesetzt werden, an denen man mit ungünstigen Lichtverhältnissen rechnen muß, so ist das Display mit einer Zusatzbeleuchtung auszurüsten. Der Leistungsverzehr der Lichtquelle ist relativ gering, da der Fluoreszenzkörper selbst bei schwächstem Umgebungslicht immer noch einen Beitrag zur -Bildhelligkeit liefert und man daher mit einem relativ lichtschwachen Lämpchen bzw. mit vergleichsweise kurzen Einschaltzeiten auskommt. Nähere Einzelheiten über den Einbau einer Zusatzbeleuchtung in einen Fluoreszenzkörper können der Patentanmeldung P 26 19 367 entnommen werden.

Falls das Display farbig anzeigen soll, wird man zunächst einen Fluoreszenzstoff mit geeignetem Emissionsspektrum aussuchen.

Wollte man einen ganz bestimmten Farbton treffen, so könnte man zusätzlich noch die Lichtaustrittsfenster, in der Regel auf der Körperrückseite befindliche Einkerbungen,mit frequenzselektiv reflektierenden BeSchichtungen ("dielektrische Spiegel") versehen. Solche Spiegel absorbieren den nicht reflektierenden Lichtanteil nicht und ermöglichen daher eine höhere Lichtausbeute als etwa übliche Farbfilter. Statt dielektrischer Spiegel könnten auch frequenzselektiv transparente dielektrische Fenster auf der Körpervorderseite Verwendung finden. Mit frequenzselektiv wirkenden Beschichtungen lassen sich außerdem auf einfache Weise mehrfarbige Darstellungen realisieren. Nähere Angaben sind in der Patentanmeldung P 26 19 368 enthalten.

Normalerweise hat der Fluoreszenzkörper die Form einer Platte und sind die Lichtaustrittsfenster als Einkerbungen und/oder Streuflächen auf einer der beiden großen Plattenseiten ange-

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bracht. Im Einzelfall kann es sich aber durchaus empfehlen, von dieser Bauform abzuweichen. Beispielsweise könnte man, wenn große Kollektorflächen benötigt werden, aber nur ein kleines Querformat zur Verfügung steht, einen Fluoreszenzkörper mit großer Bautiefe nehmen und das Licht aus einer Schmalseite dieses Körpers, etwa einer der vier Seitenflächen einer Platte, auskoppeln. Dabei lassen sich die Austrittsfenster einfach durch Aussparungen in der diese Seite sonst bedeckenden Spiegelschicht erzeugen.

Denkbar sind schließlich auch Anwendungsfälle, bei denen es günstiger ist, das Anzeigeelement nicht selbst mit einem Lämpchen oder großen Sammelflächen auszustatten sondern mit Licht zu versorgen, das in einem weiteren, beispielsweise an einem Ort mit günstigeren Lichtbedingungen plazierten Fluoreszenzkörper gesammelt und/oder erzeugt wird. Dieser zweite Fluoreszenzkörper kann seinerseits als ein Display der hier vorgeschlagenen Art ausgebildet sein. Zur Lichtübertragung stehen geeignete Lichtleiter (Lichtleitfasern) zur Verfügung. Ein solcher Anzeigenverbund ist bereits in der Patentanmeldung P 26 19 285 geschildert und dargestellt.

Zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Erfindung soll nun anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel,
Flg. 2 das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im Schnitt H-II,

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Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 2, und

Fig. 4 in einer Vorderansicht ein drittes Ausführungsbeispiel.
Der Übersicht halber sind in den Figuren Teile, die für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderlich sind, beispielsweise elektrische Zuleitungen, nicht eingezeichnet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Hybrid-Anzeigeelement. Dieses Display besteht aus einem plattenförmigen Körper (Fluoreszenzkörper 1) und einer auf der Frontseite der Platte angebrachten Plüssigkristallzelle 2.

Die Fluoreszenzplatte besteht aus Acrylglas, in dem ein Fluoreszenzstoff gelöst ist. Die vier Seitenflächen der Platte sind jeweils mit einer Reflexionsschicht 3, und zwar mit einer unter erhöhten Temperaturen und Drücken aufgepreßten sog. "Heißprägefolie", überzogen. Im Platteninneren befindet sich ein Lämpchen 4, im vorliegenden Fall eine lichtemittierende Diode. Die Plattenrückseite enthält Lichtaustrittsfenster in Form von Einkerbungen.

Die Flüssigkristallzelle 2 ist von üblicher Bauweise, sie arbeitet im vorliegenden Fall als eine sog. "Drehzelle" (vergl.

hierzu DT-OS 21 58 563) und besteht aus zwei zueinander parallelen Linearpolarisatoren 8,9, zwei Trägerplatten 11,12 und aus einem Distanzierung ar ahm en 13 zwischen beiden Träger,platten. Die vom Rahmen und den Trägerplatten begrenzte Kammer enthält eine Flüssigkristall-Substanz 14. Beide Trägerplatten weisen auf ihren einander zugewandten Innenflächen leitende Beläge auf (durchgehende Rückelektrode 16, aus Segmenten 17 bestehende Vorderelektrode).

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Das Lichtventil ist in dem vorliegenden, sehr einfachen Beispiel eine einstellige Ziffernanzeige; ihre Segmentelektroden und die hinter dem Lichtventil befindlichen, den einzelnen Segmentelektroden zugeordneten Einkerbungen 6 bilden jeweils eine "8". Vom Lichtventil wird nur ein Teil der Plattenvorderseite bedeckt. Der übrige Teil dieser Seite dient im vorliegenden Fall zur Darstellung einer mit mehreren Teilstrichen versehenen Skala. Diese Skala ist durch die Formgebung der auf der Plattenrückflache eingebrachten Einkerbungen 7 bestimmt. Da die Drehzelle mit ihren Polarisatoren durchtretendes Licht um mindestens 50 $> schwächt, sind die Einkerbungen 6 zusätzlich mit einer hochreflektierenden Silberschicht 18 belegt, so daß insgesamt die Skala und die Ziffer etwa die gleiche Leuchtkraft haben. Die Lichtaustrittsfenster könnten auch durch eingeprägte oder vergossene Metallteile realisiert sein.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 und 2 in der baulichen Anordnung und im Anzeigeprinzip der Flüssigkristallzelle sowie in der Ausbildung der Lichtaustrittsfenster. Die Flüssigkristallzelle, diesmal vom polarisatorfreien, dynamisch streuenden Typ, ist in eine Aussparung der Fluoreszenzplatte mit optischem Kontakt eingelassen und schließt bündig mit der Frontseite der Platte ab. Nähere Einzelheiten über die bauliche Integration der Zelle sind der Patentanmeldung P 26 19 352 zu entnehmen. Die Einkerbungen tragen zusätzlich noch eine frequenzselektiv reflektierende dielektrische Mehrfachschicht 19, die in an sich bekannter Weise derart ausgebildet ist, daß die Ziffer, der erste und der zweite Abschnitt der Skala jeweils in einer anderen Farbe aufleuchten. Die Fluoreszenzplatte enthält ein Fluoreszenzstoffgemisch, dessen zusammengesetztes Emissionsspektrum alle drei Farben umfaßt.

Fig. 4 zeigt die Vorderansicht einer kombinierten Rundfunk- und Tonbandanzeige. Bei dieser Ausführung ist die rechteckige Frontseite eines ebenfalls plattenförmigen Fluoreszenzkörpers nahezu

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vollständig von zwei Drehzellen 201,202 bedeckt, es verbleiben nur an den beiden Schmalseiten streifenförmige Bereiche zum Einfang des Umgebungslichtes. Die Zelle 201 dient als Rundfunkanzeige, die Zelle 202 al3 Tonbandanzeige. Von beiden Flüssigkristallzellen sind im vorliegenden Fall nur Teilbereiche, in der Figur als Blöcke eingetragen, mit Polarisatoren überdeckt. Nur diese Bezirke (Kanalskala 21, Senderanzeigen 22, Bandtransport 23 etc.) können zwischen hell und dunkel geschaltet werden.

Die erforderlichen Kennzeichnungen der dargestellten Funktionen befinden sich außerhalb oder innerhalb der schaltbaren Bezirke. Liegen sie außerhalb, so sind sie der Fluoreszenzplatte 1 eingeprägt; liegen sie innerhalb der polarisatorbedeckten Flächen, so ist je nach der Art der Symbolik zu unterscheiden: Schriftzüge wie Betriebszustandsbezeichnungen sollten in die Fluoreszenzplatte eingebracht und hinter einem flächig ansteuerbaren Zellenfenster plaziert werden; bei dieser Ausführung ist die Lichtausnutzung optimal. Handelt es sich um Symbole mit einfacherer Struktur, beispielsweise um Zeichen für einzelne Programme oder Programmschritte, so würde man flächige Lichtaustrittsfenster in Verbindung mit einer geeignet geätzten Zellenelektrode vorziehen; liegen die Zeichen eng zusammen, dann erhält man bei großem Betrachtungswinkelbereich einen nach wie vor guten Kontrast. Sind kontinuierlich veränderliche Parameter wie etwa der Grad der Gerätaussteuerung anzuzeigen, so wird man zweckmäßigerweise eine quasianaloge Darstellung wählen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann das vorgeschlagene Anzeigeelement in vielen Fällen auch ohne Lichtventil und ohne Zusatzbeleuchtung Verwendung finden. Auch braucht der Fluoreszenzkörper keinesfalls stets plattenförmig ausgebildet zu sein, aus einem festen Trägermaterial zu bestehen und Einkerbungen als Lichtaustrittsfenster zu enthalten. Ferner bleibt es dem Fachmann im Rahmen

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der Erfindung unbenommen, die Symbolik in anderer Aufteilung zwischen Körper und Ventil und/oder in anderer Technik vorzuformen. Schließlich könnte man auch eine mehrfarbige Anzeige außer durch dielektrische BeSchichtungen auch durch Zusammenfügen bzw. Ineinanderschachteln mehrerer Pluoreszenzplatten mit verschiedenen fluoreszierenden Zusätzen verwirklichen.

15 Patentansprüche 4 Figuren

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eerse ι t e

Claims

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Cl_j Optisches Anzeigeelement in Form eines vorzugsweise plattenförmig aasgebildeten Körpers, der aus einem Material mit einem Brechungsindez größer 1 besteht und ein gegen den untergrund optisch kontrastierendes Zeichen, Symbol oder dergl. trägt, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (Fluoreszenzkörper 1) fluoreszierende Partikel enthält, daß die Oberfläche des Fluoreszenzkörpers zumindest teilweise verspiegelt ist und daß das Zeichen, Symbol oder dergl. durch entsprechend geformte Auskoppelbereiche ("Lichtaustrittsfenster"6,7) des Fluoreszenzkörpers (1) gebildet ist.
2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch ge -kennzeichnet , daß der Fluoreszenzkörper (1) zusätzlich mit einem vorzugsweise elektrisch steuerbaren Lichtventil (2) kombiniert ist ("Hybridisierung").
3. Anzeigeelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Lichtventil (1) an der dem Betrachter zugewandten Seite (Frontseite) des Fluoreszenzkörpers (1) befestigt ist und einen Teil der Frontseite bedeckt .
4. Anzeigeelement nach Anspruch 2,dadurch ge -kennzeichnet , daß das Lichtventil (1) in einer Ausnehmung in der dem Betrachter zugewandten Seite (Frontseite) des Fluoreszenzkörpers (1) eingelassen ist, insbesondere bündig mit der Frontseite abschließt.
5. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da -durch gekennzeichnet , daß das Lichtventil eine Flüssigkristallzelle (2) ist.

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ORIGINAL INSPECTED
6. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet , daß der Fluoreszenzkörper (1) mit einer, insbesondere im Körperinneren eingebetteten Zusatzbeleuchtung (4) versehen ist.
7. Anzeigeelement nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet , daß die Zusatzbeleuchtung (4) eine lichtemittierende Diode, eine Leuchtstofflampe oder ein Glühlämpchen ist.
8. Anzeigeelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusatzbeleuchtung (4) optisch an das Fluoreszenzkörpermaterial und/oder das Emissionsspektrum der Zusatzbeleuchtung (4) an das Anregungsspektrum der fluoreszierenden Partikel angepaßt ist.
9. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet , daß die Lichtaustrittsfenster (6,7) jeweils eine frequenzselektiv reflektierende dielektrische Beschichtung (dielektrischer Spiegel 19) enthalten, wobei die von den dielektrischen Spiegeln (19) reflektierten Frequenzen im Emissionsspektrum der fluoreszierenden Partikel liegen.
10. Anzeigeelement nach Anspruch 9_f dadurch ge kennzeichnet , daß die Lichtaustrittsfenster durch auf der Rückseite des Fluoreszenzkörpers (1) befindliche und mit dielektrischen Spiegeln (19) beschichtete Einkerbungen (6,7) gebildet sind.
11. Anzeigeelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein Teil der dielektrischen Spiegel mit der Richtung des stärksten Lichtaustritts (Hauptaustrittsrichtung) einen Winkel (Polarisationswinkel cc) bilden, bei dem das parallel zur Hauptaustrittsrichtung ausgekoppelte Licht linearpolarisiert ist.

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12. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da -durch gekennzeichnet , daß die Lichtaustrittsfenster (6,7) jeweils eine frequenzselektiv transparente dielektrische Beschichtung ("dielektrisches Fenster") enthalten, wobei die von den dielektrischen Penstern hindurchgelassenen Frequenzen im Emissionsspektrum der fluoreszierenden Partikel liegen.
13. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da -durch gekennzeichnet , daß der Fluoreszenzkörper (1) mit einem weiteren Fluoreszenzkörper, vorzugsweise dem Fluoreszenzkörper eines zweiten Anzeigeelements, über einen Lichtleiter verbunden ist.
14. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ge -kennzeichnet durch seine Verwendung in Haushaltsgeräten wie Kochherden, Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder dergleichen.
15. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ge -kennzeichnet durch seine Verwendung in Geräten der Unterhaltungselektronik wie Rundfunkgeräten, insbesondere Autoradiogeräten, Tonbandgeräten oder dergleichen.

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