DE2808440C3 - Anzeigevorrichtung mit einem in einem Zeitmultiplexverfahren angesteuerten Lichtventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein fluoreszenzaktiviertes Display ist in der Electronics, 7. Juli, 1977, Seiten 98-103 beschrieben, wobei dort Bei dem vorliegenden Lösungsvorschlag wird nicht nur der günstige Reflexionsgrad eines diffusen Reflektors, sondern vor allem auch dessen Bündelungsvermögen dazu benutzt, ein multiplexbares Lichtventil mit Licht hoher Intensität aus einem engen Winkelbereich zu bestrahlen. Dabei ergibt eine überschlägige Rechnung, daß eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung

nicht nur eine Vielzahl von Multiplexschritten zuläßt, sondern auch in ihren optischen Eigenschaften den bisher bekannt gewordenen FLAD-AusfOhrungen nicht nachsteht.

Die Multiplexbarkeit des vorgeschlagenen Displays läßt sich noch verbessern, wenn man das Lichtaustrittsfenster der Fluoreszenzplatte mit einem Fenster versieht, das den Austrittskegel des Fluoreszenzlichtes noch weiter einengt Dieses Fenster besteht vorzugsweise aus einer dielektrischen Mehrfachschicht, wie sie an sich bereits bei einem FLAD zur Variation der Bildfarbe vorgeschlagen worden ist (beispielsweise DE-OS 26 19 368). Die dielektrische Mehrfachschicht beeinträchtigt die Bildhelligkeit des Displays praktisch nicht, denn das von einem solchen Spiegel nicht hindurchgelassene Licht wird reflektiert und gelangt schließlich auf den diffusen Reflektor, von dem es in eine neue Richtung zurückgeworfen wird, in der es mit großer Wahrscheinlichkeit die dielektrische Mehrfachschicht durchsetzen kann. Ein dielektrischer Spiegel wirkt also mit dem diffusen, als Winkelkonverter fungierenden Reflektor derart zusammen, daß der öffnungswinkel des Lichtaustrittskegels durch (verlustarme) Bündelung und nicht etwa durch (verlustreiche) Ausbiendung verkleinert wird.

Wird das Lichtventil noch mit einem zweiten Fenster nach Art der in Anspruch 6 angegebenen Merkmalskombination ausgestattet, so kann man polarisatorfreie Flüssigkristallanzeigen auf Feldeffekt-Basis erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil- 3a düngen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Die Erfindung soll nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. In den J5 Figuren sind einander entsprechende Teiie mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

F i g. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, eingebaut in einem Taschenrechner, und

F i g. 2 von einem zweiten Ausführungsbeispiel einen teilweise weggebrochenen Seitenschnitt.

Die Figuren sind sehr schematisch gehalten. Alle für ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderlichen Einzelteile, beispielsweise die Elektronik oder das Tastenfeld eines Taschenrechners, s?sid der Einfachheit halber weggelassen.

Der in F i g. 1 dargestellte Taschenrechner enthält ein Gehäuse 1, eine Flüssigkeitsanzeige 2 und eine Fluoreszenzplatte 3. Dss Gehäuse ist oberhalb der Fluoreszenzplatte mit einem Filter 4 abgedeckt, das lediglich Anregungslicht für die fluoreszierenden Partikel hindurchläßt. Die Flüssigkristallanzeige 2 ist auf ihrer Frontseite mit einem transparenten, diffus streuenden Film 5 überzogen. Die Darstellung erfolgt v> mittels einer Λ"-K-Matrix; das Display kann Buchstabenfolgen sowie eine mehrstellige Ziffer anzeigen, wird in einem Zeitmultiplexverfahren adressiert und arbeitet im vorliegenden Fall auf der Basis des DAP-Effektes. Der Figur entnimmt man, daß die Flüssigkristallanzeige gegen die Fluoreszenzplatte geneigt ist Neigungsachse und -winkel sind dabei so gewählt, daß die Flüssigkristallmoleküle, die bei einer DAP-Flüssigkristallanzeige im Ruhestand verkippt homöotrop orientiert sind, parallel zur Hauptaustrittsrichtung des Fluoreszenzlichtes liegen. Unter dither Bedingung ist die Flanke der Kontrast-Spannungs-Kennlinie — soweit ihr Verlauf vom Einfallswinkel de» Lichtes abhängt — am steilsten.

Die Fluoreszenzplatce ist an ihrer von der Flüssigkristallanzeige abgewandten Schmalseite mit einer diffus reflektierenden Schicht 7 versehen und trägt an ihrer Vorderseite eine dielektrische Mehrfachschicht 8. Die übrigen beiden Plattenschmalseiten können ebenfalls mit diffus reflektierenden Schichten oder aber mit spiegelnden Reflektoren abgeschlossen werden. Die diffus reflektierende Schicht besteht zweckmäßigerweise aus TiO2 und steht mit der Fluoreszenzplatte optisch nicht in Kontakt Eine solche Entkopplung ist bereits dann gegeben, wenn der Reflektor auf ein anderes Substrat, beispielsweise das Gehäuse, aufgebracht wird und man dann die Fluoreszeiizplatte gegen den Reflektor drückt Der vorgeschriebene endliche Abstand zwischen der diffus reflektierenden Schicht und der Fluoreszenzplatte ist nämlich nur dann nicht gewahrt, wenn die Reflexionsschicht direkt auf die Platte aufgetragen wird.

Für die Winkelveneilung des Lichtes, das von einem diffusen Reflektor in ein optisch vom Reflektor entkoppeltes Medium gestreut wii^, gilt die folgende, aus dem Lambertschen Gesetz abgeleitt.e Beziehung

/ = Kl — /r · sin² \

(I = Anteil des diffus reflektierten Lichtes, bezogen auf die Intensität bei tx = 0; cn — Winkel des Lichtes mit der Reflektornormalen; π = Brechungsindex des Mediums). Dem Ausdruck entnimmt man, daß mit wachsendem π der Streukegel immer schmaler wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sich ein diffuser Reflektor auch so ausführen läßt, daß er selbst eine noch ausgeprägtere Richtcharakteristik als die vom Lambertschen Gesetz beschriebene Verteilung hat. Derartige Reflektoren sind kommerziell erhältlich.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 unterscheidet sich von der geschilderten Ausführung im wesentlichen in der Lage und im Aufbau der Flüssigkristallanzeige. Die Flüssigkristallzelle ist unverkippt an die Vorderseite der Fluoreszenzplatte gesetzL Sie enthält im Einzelnen eine transparente, diffus streuende Schicht 5, eine Platte 14, eine vordere dielektrische Mehrfachschicht 16, eine vordere Trägerplatte 17, die mit einer segmentierten Leitschicht (Elektrodensegmente 18) versehen «st, eine hintere Trägerplatte 19, die eine durchgehende Leitschicht (Rückelektrode 22) trägt und außerdem noch mit einer dielektrischen Mehrfachschicht 21 überzogen ist Die beiden Trägerplatten sind über einen Rahmen 23 miteinander in einem vorgegebenen Abstand verbunden. Die vom Rahmen und den beiden Trägerplatten begrenzte Kammer ist mit einer Flüssigkristallschicht 24 gefüllt

Dij hintere Mehrfachschicht 21 bildet zusammen mit der Rückelektrode 22 und der Flüssigkristallschicht 24 eine einzige dielektrische Vielfachschicht Diese Vielfachschicht ist so auf die Fluoreszenzplatte abgestimmt, daß sie im Ruhezustand der Flüssigkristallschicht das Fluoreszenzlicht nur in einem engen, um die Senkrechte zur Plattenvorderfläche zentrierten Lichtkegel (»Zentfalkegel«) passieren läßt Die vordere, von der Vielfachschicht durch die relativ dicke Trägerplatte 17 optisch entkoppelte Mehrfachschicht 16 ist so aufgebaut daß sie nur für das Fluoreszenzlicht aus dem Zentralkegel durchlässig ist

Wird die Flüssigkristallschicht in einem bestimmten Bereich angesteuert, so ändert sie ihren Brechungsindex und damit die Transmissionscharakteristik der Vielfach-

schicht derart, daß das Fluoreszenzlicht nicht mehr in dem Zentralkegel durchtritt; es wird entweder reflektiert oder passiert die Vielfachschicht in einem Hohlkegel, dessen kleinerer Grenzwinkel größer ist als der öffnungswinkel des Zentralkegels. Da die vordere Mehrfachschicht (16) für Fluoreszenzlicht aus solchen Richtungen undurchlässig ist, ergibt sich folgende Darstellung: Der Anzeigenschirm erscheint außerhalb der Anzeigebereiche sowie an den nicht angesteuerten Anzeigebereichen in einer Farbe, die durch Reflexion μ des Umgebungslichtes an der Mehrfachschicht (16) und durch das aus der Fluoreszenzplatte stammende Fliioreszenzlicht bestimmt wird. An den angesteuerten Anzeigebereichen fehlt der Beitrag des Fluoreszenzlichtes. Es entsteht ein Bild in einer zur Fluoreszenzfarbe komplementären Farbe auf einem in der Fluoreszenzfarbe getönten, hellen Untergrund. Mit einem vorge schalteten Farbfilter läßt sich der Kontrast noch erhöhen.

Das Lichtventil aus F i g. 2 könnte auch komplemen- :- tär in dem Sinne aufgebaut sein, daß die gesamte Anordnung im Ruhestand kein Fluoreszenzücht passie ren läßt, in den aktivierten Bereichen dagegen für das Fluoreszenzlicht durchlässig wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So lassen sich auch andere Lichtventile einsetzen, bei denen die Multiplexbarkeit von der Steilheit der Kontrast-Spannungs-Charakteristik abhängt und diese Kennlinie wiederum mit dem Einfallswinkel des Lichtes variiert. Insbesondere kommen dabei andere Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigen wie beispielsweise die sog. »Drehzelle« in Frage. Auch hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus besteht noch ein erheblicher Spielraum. Beispielsweise erhält man die gleiche Wirkung, wenn das Lichtventil vor eine der beiden großen Oberflächen der Fluoreszenzplatte statt vor einer der Plattenschmalseiten gesetzt wird. In diesem FaII ist es ebenfalls zweckmäßig, die den Alistrittsfenstern gegenüberliegenden Flächenbereiche mit dielektrischen Spiegeln zu versehen. Im übrigen braucht die Flucireszenznlatte keine sirene niiaclerfnrmige Gestalt zu haben: denkbar sind auch Abwandlungen der rechteckigen Grundform oder Knickungen der Platte.

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung mit einem in einem Zeitmultiplexverfahren angesteuerten · - Lichtventil, insbesondere einer Flüssigkristallanzeige, sowie mit einem plattenförmigen Körper (»Fluoreszenzplatte«), der aus einem Material mit einem Brechungsindex größer als 1 besteht, fluoreszierende Partikel enthält, mindestens ein Lichtaustrittsfenster hat, das dem Lichtventil zugeordnet ist, und an dessen vier Schmalseiten sich, zumindest teilweise, reflektierende Schichten befinden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die reflektierenden Schichten (7) in einem endlichen Abstand parallel zu den Schmalseiten der Fluoreszenzpiatte (3) erstrecken und diffus reflektieren.

2. Anzeigevorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Lichtventil (2) in Blickrichtung vor einer der vier Schmalseiten der Fluoreszenzpiatte (»Vorderseite«) befindet, wobei das Lichtaustrittsfenster dadurch gebildet ist, daß der vom Lichtventil bedeckte Teil der Plattenvorderseite keine reflektierende Schicht hat

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur die reflektierende Schicht (7), die sich an der der Vorderseite gegenüberliegenden Schmalseite der Fluoreszenzpiatte (»Rückseite«) befindet, diffus reflektiert

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die beiden übrigen Schmalseiten der Fluoreszenzpiatte (3) diffus reflektieren.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichne daß das Lichtaustrittsfenster mit einer dielektrischen Mehrfachschicht (8) versehen ist, die das von den fluoreszierenden Partikeln (12) emittierte Licht (Fluoreszenzlicht) nur in einem relativ begrenzten Raumwinkelbereich austreten läßt

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Ansteuerung des Lichtventils zwischen verschiedenen optischen Zuständen schaltbare Medium in Betrachtungsrichtung unmittelbar vor der dielektrischen Mehrfachschicht (21) angeordnet ist und sich im Abstand vor dem Medium eine weitere dielektrische Mehrfachschicht (16) befindet die das das Medium durchsetzende Fluoreszenzlicht nur in einem relativ begrenzten Raumwinkelbereich austreten läßt

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der vorderen Mehrfachschicht (16) ein Farbfilter angeordnet ist, das insbesondere nur für Fluoreszenzlicht durchlässig ist

8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Senkrechte auf die Ebene des Lichtventils (2) mit derjenigen Richtung, in der der größte Anteil des Fluoreszenzlichtes in das Lichtventil (2) eintritt (Haupteintrittsrichtung), einen endlichen Winkel bildet allgemein darauf hingewiesen ist, daß Flüssigkristallanzeigen auch in Zeitmultiplexverfahren ansteuerbar sind.

Bei elektrooptischen Anzeigen mit relativ langen Obergangszeiten zwischen den verschiedenen optischen Zuständen, etwa bei Flüssigkristallanzeigen auf der Basis des DAP-Effektes oder des Schadt-Helfrich-Effektes, hängt das erreichbare Multiplexverhältnis vor allem davon ab, wie steil die Kontrast-Spannungs-Kennlinie im Übergangsbereich gestaltet werden kann. Diese Steilheit kann Werte erreichen, die mehr als 100 Multiplexschritte ermöglichen, allerdings nur bei Verwendung von stark gebündeltem Licht da die Kontrast-Spannungs-Charakteristik auch noch empfindlich von der Richtuig der auftreffenden Strahlung abhängt

Zur Erzeugung des bei hochmultiplexbaren Anzeigen erforderlichen Lichtkegels hat man sich bisher mit einer stark gerichteten Beleuchtung oder mit einer geeigneten Projektion geholfen. Derartige Maßnahmen sind besonders unbefriedigend, weil sie den Aufbau komplizieren, zusätzliche Leistung verzehren und vor allem das passive Display in eine quasi aktive Anzeige mit einem umgebungsabhängigen Kontrast umwandeln.

Darstellungskontrast und Bildhelligkeit eines Lichtventils lassen sich auf rein passive Weise, also ohne Energieverbrauch, erheblich steigern, wenn man das Ventil mit einer als Lichtfalle wirkenden, mit Lichtaustrittsfenstern versehenen Fluoreszenzpiatte kombiniert Ein solche »Fluoreszenzaktiviertes Display« (FLAD) ist bekannt beispielsweise aus der DE-OS 25 54 226. Bei einem FLAD ließ« sich der Raumwinkelbereich des die Fluoreszenzpiatte verlassenden Lichtes durch speziell geformte Austrittsfenster einengen; Beispiele hierfür sind in der genannten Offenlegungsschrift angegeben. Bei diesen Fenstergestaltungen ist jedoch von Nachteil, daß der von den Fenstern nicht ausgekoppelte Lichtanteil in der Fluoreszenzpiatte verbleibt und somit durch die Begrenzung des Lichtaustrittskegels der Helligkeitsverstärkungsfaktor reduziert wird.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein multiplexbares FLAD zu schaffen, das über eine besonders steile Kontrast-Spannungs-Charakteristik und zugleich über gute optische Qualitäten verfügt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebene Anzeigevorrichtung gelöst

Die Erfindung geht aus von der Beobachtung, daß von einer Fluoreszenzpiatte mehr Fluoreszenzlicht abgegeben wird, wenn ihre Schmalseiten mit einem — in einem endlichen Abstand gehaltenen — diffusen Reflektor statt mit einer — optisch gekoppelten — Spiegelschicht versehen sind. Die höhere Lichtausbeute ist darauf zurückzuführen, daß zunächst einmal der Reflexionsfaktor bei diffusen Reflektoren höher ist als bei Spiegelschichten. Hinzu kommt daß Licht an diffusen Reflektoren vor allem in Richtung der Reflektornormalen zurückgeworfen wird und somit bis zu seinem Austritt einen kürzeren Weg mit entsprechend geringeren Verlusten als im Falle von spiegelnden Reflexionen zurücklegt (vergl. hierzu auch Nucl. Instr. and Meth. 89