DE2744034A1

DE2744034A1 - Lichtzerstreuender reflektor fuer elektrooptische anzeigen und verfahren zur herstellung eines derartigen reflektors

Info

Publication number: DE2744034A1
Application number: DE19772744034
Authority: DE
Inventors: Alain Dr Perregaux
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-08-30
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1979-03-08
Also published as: CH618018A5; GB1599088A; JPS61165522U; DE2744034C2; HK1383A; JPS5447669A; ATA259378A; US4415236A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Lichtzerstreuender Reflektor für elektrooptische Anzeigen und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Reflektors.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen lichtzerstreuenden Reflektor für elektro-optische Anzeigen, insbesondere für Anzeigen, die auf dem Prinzip der nematischen Flüssigkristall-Drehzelle beruhen, mit einer Folie, deren reflektierende Oberfläche eine erste, durch furchenförmige, in einer Vorzugsrichtung angeordnete Vertiefungen bestimmte Struktur aufweist. Unter nematischen Flüssigkristall-Drehzellen sind im wesentlichen Polarisationsmodulatoren zu verstehen. Zwei auf beiden Seiten der Drehzelle angeordnete Polarisatoren machen hierbei die Modulation des Umgebungslichtes für das Auge sichtbar. Um bei einer auf dem Prinzip der Flüssigkristall-Drehzelle beruhenden und in Reflexion betriebenen Anzeige einen guten Kontrast zu erreichen, ist es notwendig, hinter der mit Polarisatoren versehenen Drehzelle einen Reflekü^ ι..' einem hohen Reflexionsvermögen sowie mit geeigne .. aiTusen

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Streuvermögen vorzusehen.

Derartige aus zwei gegeneinander verpressten Aluminiumfolien bestehende Reflektoren werden aufgrund ihres geringen Preises und des für viele Anwendungen ausreichenden Reflexions- und Streuvermögens von verschiedenen Produzenten bei der Herstellung von Anzeigen, die auf dem Prinzip der nematischen Flüssigkristall-Drehzelle beruhen, eingesetzt.

Da bei diesen Reflektoren die für eine ausreichende Lichtstreuung notwendige mattierte Struktur auf den Innenseiten zweier aufeinanderliegender und durch den zwischen zwei einander gegenüberstehenden Walzen gebildeter Spalt bewegter, verhältnismässig weicher Folien, etwa Aluminiumfolien mit 6 bis 40 Jum Dicke, erzeugt wird, weist diese mattierte Struktur furchenförmige, in einer durch die Bewegungsrichtung der gewalzten Folien vorgegebenen Vorzugsrichtung annähernd einheitlich ausgerichtete Vertiefungen auf. Diese Struktur bewirkt, dass die Oberfläche der Aluminiumfolie optisch anisotrop ist, und dass das auffallende Licht in Abhängigkeit vom Azimutwinkel, bedingt durch den grossen Anteil an regulärer Reflexion, mit unterschiedlicher Intensität reflektiert wird, so dass ein Betrachter bei azimutaler Verdrehung der Anzeige (und somit des Reflektors) verschiedene Helligkeiten der Anzeigefläche wahrnimmt. Unter-Azimutwinkel ist hierbei der Winkel zwischen der durch

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Schnitt der Einfallsebene des auftreffenden Lichtstrahls mit der reflektierten Oberfläche gebildeten Geraden und der Vorzugsrichtung der Struktur der Oberfläche zu verstehen. Für manche Anwendungen, etwa bei Uhren, ist es aber erwünscht, dass die Anzeigefläche auch bei azimutaler Verdrehung ihre Helligkeit beibehält, da dadurch weder das ästhetische Empfinden des Betrachters gestört noch die Ablesbarkeit beeinträchtigt wird.

Aus der DT-OS 2 531 372 ist ein Reflektor für Flüssigkristall-Anzeigen bekannt, bei dem durch eine blasenförmige Struktur der Reflektoroberfläche eine nahezu ideale und vom Azimutwinkel nahezu unabhängige Helligkeit der Anzeigefläche bewirkt wird. Bei der Herstellung eines derartigen Reflektors sind jedoch mehrere Verfahrensschritte notwendig, die die Gestehungskosten des Reflektors erheblich anwachsen lassen, und seine Verwendung bei Massenprodukten erschweren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Reflektor der vorgenannten Art zu schaffen, dessen reflektierte Intensität vom Azimutwinkel weitgehend unabhängig ist und der darüber hinaus in einem einfachen und für die Massenproduktion geeigneten Verfahren in überaus preiswerter Weise herzustellen ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch ge-

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löst, dass auf der reflektierten Oberfläche der Folie eine zweite durch Vertiefungen bestimmte Struktur vorgesehen ist, bei der die Vertiefungen derart angeordnet sind, dass die Oberfläche zumindest annähernd optisch isotrop ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur durch Walzen oder Pressen ir. die reflektierende, mit der ersten Struktur versehene Oberfläche eingeprägt wird.

Der erfindungsgemässe Reflektor zeichnet sich durch einen grossen Reflexionskoeffizienten aus, dessen Abhängigkeit vom Azimutwinkel sehr viel geringer als beim eingangs genannten Aluminiumfolienreflektor ist. Er ist zudem einfach und billig herzustellen und bev;irkt eine grosse Helligkeit und Kontraststärke der auf der Anzeigefläche elektro-optischer Anzeigen dargestellten Information.

Besonders vorteilhafte Eigenschaften werden dem Reflektor dadurch verliehen, dass die Vertiefungen der zweiten Struktur mindestens in zwei verschiedenen Vorzugsrichtungen angeordnet sind, welche nicht mit der Lage der Vorzugsrichtung der ersten Struktur zusammenfallen, und dass die zweite Struktur mindestens in einer Vorzugsrichtung periodisch ist. Besteht beispielsweise die zweite Struktur aus periodisch angeordneten Quadraten oder regelmässigen Sechs-

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ecken, so ist die azimutale Abhängigkeit der refelktierten Intensität des auffallenden Lichtstrahles weitgehend behoben.

Hierbei ist es von Vorteil den Abstand einander entsprechender benachbarter Vertiefungen längs einer Vorzugsrichtung so zu wählen, dass er ein Vielfaches des Abstandes benachbarter Vertiefungen längs der Vorzugsrichtung der ersten Struktur ist, da ein derartiger Reflektor trotz des gröberen Rasters der zweiten Struktur besonders einfach und daher preiswert herzustellen ist.

Werden darüber hinaus als Periode der zweiten Struktur höchstens einige hundert um bei einer gleichzeitigen Tiefe bis zu 10 um gewählt, so erhält man bei der Verwendung einer Metallfolie, die durch Walzen zweier auf ihrer rauhen Seite verpresster Aluminiumfolien hergestellt wurde, bei der von den verbleibenden zwei Oberflächen zumindest eine eine annähernd periodische Struktur mit einer etwa zwischen 2 und 20 pm liegenden Periode und einer Tiefe der furchenförmigen Vertiefung bis zu 5 ^am aufweist, noch eine rasterfreie Anzeigefläche.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Reflektors vereinfacht wiedergegeben. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in allen Figuren auf gleiche Gegenstände.

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Es zeigt:

Fig. la) eine Aufsicht auf einen Abschnitt der Oberfläche einer vergrösserten und stark vereinfacht dargestellten von verschiedenen Produzenten als Reflektor verwendeten Metallfolie,

Fig. Ib) ein Schnitt durch diese Folie längs A -A,

Fig. 2a) eine Aufsicht auf einen Abschnitt der Oberfläche eines vergrösserten und stark vereinfacht dargestellten Reflektors nach der Erfindung mit einer quadratischen zweiten Struktur,

Fig. 2b) ein Schnitt durch diesen Reflektor längs B -B, und

Fig. 2c) eine 80-fache fotographische Vergrösserung eines Abschnitts der Oberfläche eines erfindungsgemässen Reflektors mit einer quadratischen zweiten Struk

tur der Periode 150 um.

In Fig. la) ist eine von verschiedenen Produzenten als Reflektor in Flüssigki'istall-Anzeigen verwendete Aluminiumfolie in stark idealisierter Form dargestellt. Auf der reflektierenden Oberfläche dieser Folie befinden sich längs einer

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Vorzugsrichtung S ₁ angeordnete Vertiefungen V,, welche bei der Polienherstellung durch Verpressen zweier mit ihren rauhen Seiten einander gegenüberstehender Aluminiumfolien mittels Walzen gebildet werden. Je nach Herstellungsverfahren

und Ausgangsmaterial ist diese reflektierende Folie etwa

zwischen 8 und JJ0 um dick. Die Vertiefungen können eine Tiefe t bis zu 5 wni aufweisen. In der durch die Bewegung der Folie bei der Herstellung festgelegten Vorzugsrichtung S
weisen die benachbarten Vertiefungen üblicherweise einen

Abstand von 2 bis 20 um auf, so dass auf der Oberfläche einer derartigen Folie eine Struktur mit einer zwischen 2 und 20 jjm liegenden Periode p, auftritt.

In Fig. Ib) ist ein Schnitt durch diese Folie längs der
Linie A-A dargestellt.

Aufgrund der in einer Vorzugsrichtung angeordneten Vertiefungen ist die Oberfläche der reflektierenden Folie optisch anisotrop, so dass der Reflexionskoeffizient der Oberfläche vom Azimutwinkel, d.h. vom Winkel zwischen Vorzugsrichtung
und Schnittgeraden der Einfallsebene des auffallenden Licht-Strahls und der Reflektoroberfläche, abhängig ist. Befindet sich ein derartiger Reflektor hinter einer zwischen zwei
Polarisatoren angeordneten nematischen Flüssigkris⁺all-Drehzelle, so nimmt ein Betrachter bei azimutaler Verdrehung der Anzeigevorrichtung wechselnde Helligkeit der Anzeige-

fläche wahr.

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In ?ig. 2a) ist dieselbe nun aber mit einer zweiten Struktur versehene Folie dargestellt. Diese zweite Struktur besteht aus nebeneinanderliegenden Quadrate, welche sich sowohl in der Vorzugsrichtung S„, als auch S„_? mit der Periode p„ wiederholen. Diese zweite Struktur wird durch Vertiefungen Vp bestimmt, welche sowohl in Richtung S als auch S„„ jeweils in einem der Periode p„ entsprechenden Abstand auftreten. Diese Vertiefungen V„ v/eisen Tiefen t„ bis zu 10 um und vorzugsweise einen um ein Vielfaches grösseren Abstand als die Vertiefungen der ersten Struktur auf. Beträgt die Periode Pp äer zweiten Struktur höchstens einige hundert um, so erscheint die Anzeigefläche wegen der geringen Auflösung des Auges ohne Raster, Bei grösseren Perioden, z.B. p_p *" 0,5 mm, ist der Raster auf der Anzeigefläche zu erkennen. Dies kann bei speziellen Anwendungen, etwa dann, wenn kein gleichmassiger, sondern ein gemusterter Hintergrund erwünscht ist, von Vorteil sein.

In Fig. 2b) ist ein Schnitt durch den erfindungsgemässen Reflektor längs der Linie B -B dargestellt.

Durch das Anbringen der Vertiefungen der zweiten Struktur wird die optische Anisotropie der Oberfläche der ursprünglichen Folie verringert.

In Fig. 2c) ist eine 80-fache, fotographische Vergrösserung

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eines Abschnittes der Oberfläche eines erfindungsgemässen Reflektors dargestellt. Dieser Reflektor besteht aus einer etwa 20 «am dicken Aluminiumfolie mit Vertiefungen V₁ der Periode ρ,'"-' 5 yum und der Tiefe t '->-' 1 yum und einer durch Walzen eingeprägten zweiten Netzstruktur, wobei die Maschen des Netzes Quadrate sind, und der Abstand der durch Vertiefungen gebildeten Maschen ca. 150 um beträgt und die Vertiefungen etwa 10 ^JiTi in die Folie eingeprägt sind. Mit einem derartigen Reflektor wird die azimutale Abhängigkeit des Reflexionskoeffizienten erheblich herabgesetzt, so dass die azimutalen Helligkeitsschwankungen der Anzeigefläche einer damit ausgerüsteten elektro-optischen Anzeigevorrichtung um ein Vielfaches kleiner als bei einer lediglich mit einem Reflektor gemäss Fig. 1 versehenen Anzeigevorrichtung sind.

Anstelle von Quadraten kann die zweite Struktur mit Vorteil auch aus anderen Elementen, etwa regelmässigen Rechtecken bestehen.

Zur Erzielung einer farbigen Anzeige ist es möglich, gefärbte Reflektoren zu verwenden.

Der erfindungsgemässe Reflektor ist für alle elektro-optischen Anzeigen geeignet, also nicht nur für nematische Flüssigkristall-Drehzellen, sondern etwa auch für Flüssig-

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kristall-Anzeigen, die auf dem Prinzip des Gast-Wirt-Effektes beruhen, oder elektrochromatische Anzeigen.

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Claims

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Patentansprüche

/ 1 .^xJL,icht zerstreuender Reflektor für elektro-optische Anzeigen, insbesondere Anzeigen, die auf dem Prinzip der nematischen Flüssigkristall-Drehzelle beruhen, mit einer Folie, deren reflektierende Oberfläche eine erste, durch furchenförmige, in einer Vorzugsrichtung angeordnete Vertiefungen bestimmte Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der reflektierenden Oberfläche der Folie eine zweite durch Vertiefungen (V ) bestimmte Struktur vorgesehen ist, bei der die Vertiefungen (V ) derart angeordnet sind, dass die Oberfläche zumindest annähernd optisch isotrop ist.
2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (V„) der zweiten Struktur mindestens in zwei verschiedenen Vorzugsrichtungen (S„ , S „) angeordnet sind, welche nicht mit der Lage der Vorzugsrichtung (S,-,) der ersten Struktur zusammenfallen, und dass die zweite Struktur mindestens in einer Vorzugsrichtung (S„₂) periodisch ist.
3. Reflektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur aus Quadraten oder regelmässigen Sechsecken besteht.

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4. Reflektor nach einem der Ansprüche 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (p_o) einander entsprechender benachbarter Vertiefungen (V ) längs einer Vorzugsrichtung (S„p) ein Vielfaches des Abstandes (p-, ) benach- barter Vertiefungen (V ) längs der Vorzugsrichtung (S,,) der ersten Struktur ist.
5. Reflektor nach einem der Ansprüche 2-4, gekennzeichnet durch eine zweite Struktur der Periode (p„) von höchstens einigen hundert/um und einer Tiefe (t ) bis zu 10 yum.
6. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 - 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie farbig ist.
7. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 - 3> dadurch gekennzeichnet, dass als Folie eine Aluminiumfolie mit zumindest einer mattierten Oberfläche vorgesehen ist, wobei die mattierte Oberfläche eine annähernd periodische Struktur mit einer zwischen 2 und 20 yum liegenden Periode (p ) und einer Tiefe (t,) bis zu 5 Mm aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Re^rlektors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur durch Walzen oder Pressen in die reflektie-

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rende, mit der ersten Struktur versehene Oberfläche eingeprägt wird.

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