DE2925647C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transflektor entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Transflektor nach der Erfindung ist insbesondere zur Verwendung von Flüssigkristallanzeigen vorgesehen.

Ein Transflektor dieser Art ist aus der US-PS 35 51 025 bekannt. Die Verwendung von Titandioxid als streuend reflektierenden Füll­ stoff in Transflektoren von LCD-Anzeigen ist aus der DE 27 19 808 A1 bekannt.

Flüssigkristallanzeiger sind passive Anzeigelemente, die selbst kein Licht erzeugen, sondern die Intensität von Durchlicht ändern. Darum können solche Anzeigeeinrichtungen nur bei Durchlicht abge­ lesen werden, das von einer ausreichenden ambienten Beleuchtung oder einer zugeordneten Lichtquelle erzeugt wird.

Bei den meisten praktischen Verwendungen von Flüssigkristallanzeigen ist nur die dem Betrachter zugewandte Oberfläche, im folgenden ein­ facherweise als Vorderseite bezeichnet, dem ambienten Licht ausge­ setzt. Bei ambienter Beleuchtung ist es darum zum Erzeugen von Durchlicht erforderlich, die Rückseite der Anzeigeeinrichtung zu verspiegeln oder im Bereich der Rückseite einen Reflektor anzuordnen. Bei Beleuchtung mit einer zugeordneten Lichtquelle wird zum Er­ zeugen von Durchlicht einfacherweise diese Lichtquelle oder ein geeigneter Lichtleiter im Bereich der Rückseite der Anzeigeeinrich­ tung angebracht.

Flüssigkristallanzeiger werden hauptsächlich für batterie­ betriebene Meßgeräte und insbesondere für Uhren verwendet. Um die Batterie nicht unnötig mit dem von der Lichtquelle aufgenommenen Strom zu belasten und trotzdem auch bei feh­ lender ambienter Beleuchtung die Anzeige ablesen zu können, sind Flüssigkristallanzeiger gewöhnlich zum Ablesen sowohl bei ambienter Beleuchtung als auch mit einer zugeordneten Lichtquelle vorgesehen, welche letztere nur im Bedarfsfall und kurzzeitig eingeschaltet wird. Dafür sind zwei unter­ schiedliche Anordnung gebräuchlich: die Lichtleiter- und die Transflektoranordnung.

Bei der Transflektoranordnung ist die Lichtquelle der Rück­ seite der Anzeigeeinrichtung benachbart, und zwischen der Lichtquelle und der Rückseite ist ein Transflektor mit der Wirkung eines halbdurchlässigen Reflektors angeordnet. Der Transflektor reflektiert auf die Vorderseite der Anzeige­ einrichtung einfallendes ambientes Durchlicht und ist durch­ lässig für das von der Lichtquelle erzeugte Licht. Vorteil­ hafterweise wird ein Transflektor verwendet, der einfallen­ des Licht diffus reflektiert und auch das Durchlicht diffus abstrahlt und bei dem der Anteil des reflektierten bzw. des durchgelassenen Lichts je etwa 50% beträgt.

Wenn Reflexion und Transmission des Lichts diffus sind, weist das austretende Licht keine oder nur eine schwache Vorzugsrich­ tung auf, und optische Fehlstellen auf der Rückseite der Anzeige­ einrichtung oder um Lichtleiter bzw. der Lichtquelle sind nicht sichtbar. Die diffuse Transmission ermöglicht auch, außer dem bereits beschriebenen Lichtleiter mit seitlich angeordneter Lichtquelle eine großflächige Lichtquelle, beispielsweise eine Lumineszenzplatte oder mehrere mit Tritium angeregte, phosphoreszierende Glasröhrchen direkt hinter dem Transflektor anzuordnen, ohne daß darum die gleichmäßige Ausleuchtung beein­ trächtigt wird.

Für den Transflektor können handelsübliche Materialien ver­ wendet werden, beispielsweise Folien aus geschäumten Kunst­ stoff und insbesondere Folien aus geschäumten Polystyren oder Polypropylen, die in großen Mengen für die Verpackungsindustrie hergestellt werden.

Wie sich in der Praxis gezeigt hat, sind die optischen Eigen­ schaften dieser handelsüblichen Materialien nicht konstant. Das betrifft insbesondere das Verhältnis von Reflexion zu Trans­ mission, die Streuung des reflektierten und des von einer Licht­ quelle erzeugten Lichts im Transflektor sowie die wirksame Ober­ flächenrauhigkeit, die als helle "Grundfläche" der Flüssigkristall­ anzeige erscheint. Es ist bisher auch nicht gelungen, diese Eigen­ schaften durch Ändern der Poren- oder Zellstruktur der geschäumten Kunststoffolie zu optimieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, einen Transflektor zu schaffen, dessen optische Eigenschaften im voraus und unabhängig voneinander eingestellt werden können und der in einem industriell durchführbaren Verfahren mit konstanter Qualität und zu einem annehmbaren Preis hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannte Merkmal gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Der neue Transflektor ermöglicht, durch geeignete Auswahl der Art und der Menge der als ersten Füllstoff verwendeten Glimmerplättchen das Verhältnis von Transmission zu Reflexion sehr genau einzustellen.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 enthält der neue Trans­ flektor zusätzlich einen zweiten transparenten pulverförmigen Füllstoff, dessen Brechungsindex größer als der des Matrixma­ terials und kleiner als der des ersten Füllstoffs ist. Damit kann eine vorteilhafte Betreuung des von einer zugeordneten Lichtquelle erzeugten und des vom ersten Füllstoff reflektierten Lichts erreicht werden, die einen in praktisch allen Richtungen gleichmäßigen Austritt des durchgelassenen bzw. reflektierten Lichts ermöglicht.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 6 enthält der neue Trans­ flektor zusätzlich einen dritten transparenten Füllstoff, der eine rauhe Oberfläche bewirkt. Auf diese Weise kann für die hellen Bildteile der Flüssigkristallanzeige eine für den Beob­ achter sichtbare Grenzfläche erzeugt werden.

Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den schematisch gezeichneten Schnitt durch eine er­ ste Ausführungsform des neuen Transflektors,

Fig. 2 den schematisch gezeichneten Schnitt durch eine zwei­ te Ausführungsform des neuen Transflektors, und

Fig. 3 den schematisch gezeichneten Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des neuen Transflektors.

In Fig. 1 ist schematisch der Schnitt durch eine erste Aus­ führungsform eines Transflektors 10 gezeigt. Der Transflek­ tor ist auf die Rückseite einer Flüssigkristallanzeige 11 aufgelegt und auf seiner rückwärtigen Fläche ist eine Be­ leuchtungseinrichtung 12 angeordnet, die aus mehreren mit Tritium angeregten, phosphoreszierenden Glasröhrchen 12 be­ steht. Der Transflektor enthält eine Matrix 13, in der kleinste Plättchen 14 eines ersten Füllstoffs sowie Pulver­ körnchen 15 eines zweiten Füllstoffs und etwas größere Teilchen 16 eines dritten Füllstoffs eingelagert sind. Die Dicke des Transflektors liegt zwischen 20 bis 200 µm, vor­ zugsweise zwischen 70 bis 100 µm.

Der erste Füllstoff besteht aus kleinen Glimmerplättchen 14, deren beide Oberflächen mit einer dünnen Schicht Titan­ dioxid beschichtet sind. Dieses Material ist transparent und wegen des hohen Brennungsindex des Titandioxids zu­ gleich reflektierend. Das Material ist handelsüblich und kann beispielsweise unter der Bezeichnung "Iriodin" von der Firma Merck in Deutschland bezogen werden. Für das an­ gestrebte Verhältnis von Transmission zu Reflexion von 50 : 50 werden dem gelösten Matrixmaterial etwa 2 Gew.-% sol­ cher beschichteten Glimmerplättchen mit einer mittleren Flächengröße von etwa 20 µm zugesetzt. Es hat sich ge­ zeigt, daß nach dem Gießen oder Extrudieren der Folie die Mehrzahl der Plättchen angenähert parallel zur Ebene der Folie ausgerichtet ist.

Wie jeder Fachmann sofort erkennt, kann das Verhältnis von Transmission zu Reflexion durch Zusetzen einer größeren oder kleineren Menge bzw. von Plättchen mit einer größeren oder kleineren mittleren Flächengröße innerhalb weiter Gren­ zen eingestellt werden.

Der zweite Füllstand ist ein feines Pulver aus Glas oder Quarz. Die Menge dieses Pulvers beträgt etwa 2 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials, und der mittlere Durchmesser der unregelmäßig geformten Teilchen 15 beträgt etwa 5 µm. Die Teilchen bewirken eine starke Streuung sowohl des von den Plättchen 14 des ersten Füllstoffs reflektierten als auch des von der zugeordneten Lichtquelle 12 erzeugten und durch den Transflektor dringenden Lichts. Damit wird wirkungsvoll verhindert, daß das von den Plättchen 14 reflektierte oder das durchdringende Licht eine Vorzugsrichtung aufweist, so daß der Transflektor in einem weiten Bereich von Beobach­ tungsrichtungen eine gleichmäßige Helligkeit aufweist.

Der dritte Füllstoff ist ebenfalls ein pulverförmiges Mate­ rial und beispielsweise Glas oder Quarz. Die Menge dieses Materials beträgt etwa 2 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials, und der mittlere Durchmesser der unregelmäßig geformten Teilchen 16 liegt im Bereich der Dicke des Transflektors. Mit dem dritten Füllstoff wird erreicht, daß der Transflek­ tor eine relativ rauhe, für den Beobachter erkennbare Ober­ fläche bildet und das Auge des Beobachters auf den zum Ab­ lesen der Anzeige richtigen Abstand akkommodiert.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Transflektors 20, der an die Rücksei­ te einer Flüssigkristallanzeige 21 angelegt ist und auf dessen einer Seite eine als Beleuchtungseinrichtung verwen­ dete, lichtemittierende Diode 22 und ein zugeordneter Licht­ leiter 27 angeordnet sind. Das Matrixmaterial 23 dieses Transflektors ist Polystyrol, dem als erster Füllstoff ti­ tandioxidbeschichtete Glimmerplättchen 24 zugesetzt sind. Der Transflektor enthält einen weiteren Füllstoff, dessen Dichte geringer ist als die Dichte des Matrixmaterials, beispielsweise Polyäthylen, und dessen Verteilungskurve der Teilchengröße sehr breit ist. Beim Gie­ ßen der Transflektorfolie werden die ursprünglich gleich­ mäßig in der Matrixmasse verteilten Teilchen des Füllstoffs durch die Wirkung des Auftriebs und der Reibung, die dem Volumen bzw. der Oberfläche proportional sind, getrennt, so daß die größeren Teilchen 26 im Bereich der Oberfläche des Transflektors ausreichend sind und die Ausbildung ei­ ner unebenen Querfläche begünstigen, während die kleineren Teilchen 25 praktisch gleichmäßig über die gesamte Dicke der Transflektorfolie verteilt sind.

Fig. 3 zeigt schematisch den Schnitt durch eine dritte Aus­ führungsform eines Transflektors 30. Die Matrix 31 dieses Transflektors besteht aus Polypropylen. Der erste Füllstoff besteht wiederum aus mit Titandioxid beschichteten Glimmer­ plättchen 32 und der zweite Füllstoff aus Glaspulver, des­ sen unregelmäßig geformte Teilchen 33 einen mittleren Durchmesser von etwa 5 µm aufweisen. Beim Gießen dieser Transflektorfolie wurde das Matrixmaterial sehr langsam ge­ trocknet, so daß die Plättchen 32 des ersten Füllstoffs absinken konnten und eine relativ kompakte Schicht bilden. In die zum Anlegen an die Rückseite der Flüssigkristallan­ zeige vorgesehene Oberfläche 34 ist mit einer entsprechend geformten Walze ein kreuzgitterförmiges Muster eingedrückt, von dem in der Figur nur die quer zur Zeichnungsebene lie­ genden Gitterlinien 35 zu sehen sind. Der Abstand zwischen benachbarten Gitterlinien beträgt etwa 0,1 mm, was aus­ reicht, um die erwünschte Oberflächenrauhigkeit zu bewirken.

Zur Herstellung der neuen Transflektorfolie können im Prin­ zip alle lösungsmittellöslichen und gießbaren Kunststoffe, aber auch extrudierbare Thermoplaste verwendet werden, wo­ bei die Füllstoffe der Lösung oder der Gießmasse bzw. dem Granulat beigegeben werden. Die besten Ergebnisse wurden bisher mit lösungsmittellöslichen Kunststoffen erreicht, weshalb die oben angegebenen Gewichtsprozente auf den Kunststoff plus das Lösungsmittel bezogen sind. Ein günsti­ ges Verhältnis von Kunststoff zu Lösungsmittel ist nach bis­ herigen Verfahren etwa 6 : 1. Die verwendeten Kunststoffe sollen ausreichend elastisch sein, damit die Transflektor­ folie auf Vorratsrollen gewickelt werden kann, deren Kern einen Durchmesser von etwa 10 cm aufweist. Weil die Flüs­ sigkristallanzeigen Temperaturen bis etwa 100°C ertragen sollen, sollte auch der Kunststoff des Transflektors bis zu dieser Temperatur beständig sein.

Für den ersten Füllstoff kann irgendein Perlglanzpigment verwendet werden, wenn es gleichzeitig reflektierend und lichtdurchlässig ist. Wird anstelle des beschriebenen titan­ dioxidbeschichteten Glimmers ein anderes Material verwen­ det, das diffus reflektiert, dann kann gegebenenfalls auf den zweiten Füllstoff verzichtet werden.

Bei einem erprobten Herstellverfahren liegt die Viskosität des gelösten Matrixmaterials beim Gießen und bei einer Tem­ peratur von 20°C in der Größenordnung von 65 000 cps. Die Masse wird auf ein etwa 30 cm breites Band gegossen, das mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 m/Std. umläuft. Die Schicht wird bei einer Temperatur von etwa 50°C während 10 min getrocknet, wonach die Dicke der fertigen Transflek­ torfolie etwa 70 µm beträgt.

Wenn ein farbiger Transflektor hergestellt werden soll, dann kann der Gießmasse sowohl gelöster Farbstoff als auch ein fein verteiltes Pigment zugesetzt werden. Es gibt auch schon Glimmerplättchen, die mit eingefärbtem Titandioxid beschichtet sind.

Claims (10)

1. Als Folie ausgebildeter Transflektor mit einem optisch transparenten Matrixmaterial aus lösungsmittellöslichem oder extrudiertem Kunststoff und mindestens einem ersten, ebenfalls transparenten Füllstoff, dessen Brechungsindex größer als der des Matrixmaterials ist, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Füllstoff (14) mit Titandioxid beschichtete Glimmerplättchen mit einer mittleren Flächengröße zwi­ schen 8 bis 50 µm, vorzugsweise um 20 µm, verwendet sind.

2. Transflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des ersten Füllstoffs (14) 1 bis 3 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials beträgt.

3. Transflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten transparenten, zur Lichtstreuung geeigneten, pulverförmigen Füllstoff (15), dessen Brechungsindex größer als der des Matrixmaterials (13) und kleiner als der des ersten Füllstoffs (14) ist.

4. Transflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Füllstoff (15) aus gemahlenem Glas und/oder Quarz mit einer Teilchengröße von weniger als 10 µm und vor­ zugsweise weniger als 5 µm besteht.

5. Transflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zweiten Füllstoffes (15) 1 bis 3 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials beträgt.

6. Transflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dritten transparenten, eine rauhe Oberfläche des Trans­ flektors bewirkenden Füllstoff (16).

7. Transflektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Füllstoff (16) aus gemahlenem Glas und/oder Quarz besteht und die Teilchengröße praktisch der Dicke der Folie entspricht.

8. Transflektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Füllstoff (26) aus Kunststoffpulver be­ steht, dessen Dichte kleiner ist als die Dichte des ge­ lösten Matrixmaterials und dessen Teilchengröße kleiner als 50 µm ist.

9. Transflektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des dritten Füllstoffs (16) 1 bis 2 Gew.-% des gelösten Matrixmaterials beträgt.

10. Transflektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren pulverförmigen Füllstoff mit einer breiten Verteilung der mittleren Teilchengröße, wobei die größeren Teilchen (26) an der zum Anlegen an die Flüssigkristallan­ zeige vorgesehenen Oberfläche angereichert sind und diese aufrauhen, während die kleineren Teilchen (25) praktisch gleichmäßig in der Folie verteilt sind.