DE3032344A1

DE3032344A1 - Fluessigkeitskristallanzeigen

Info

Publication number: DE3032344A1
Application number: DE19803032344
Authority: DE
Inventors: John Lawrence Latham N.Y. Henkes
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-08-28
Publication date: 1981-04-02
Also published as: FR2465287A1; JPS5650369A; GB2058385A

Description

Flüssigkristallanzeigen

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Flüssigkristallanzeigen und insbesondere auf eine Flüssigkristallanzeige mit · verbesserter Beleuchtung.

Um verschiedene insbesondere große mehrere Triebwerke aufweisende Zivil- und Militärstrahlflugzeuge sicher und wirksvoll zu bedienen, müssen der Pilot und andere Besatzungsmit— glieder kontinuierlich über Navigations- und Flugzeugbetriebsdaten in Kenntnis gesetzt werden, wie beispielsweise Steuerkurs, Flughöhe und Richtung, Triebwerkdrehzahl, Triebwerksöldruck oder die Restbrennstoffmenge, um nur einige zu nennen. Üblicherweise werden derartige Navigations- und Flugzeugbetriebsdaten durch elektronische oder elektromechanische Sensoren geliefert, die durch zugehörige Sensorschaltungen verarbeitet und durch eine Kombination von elektro-optischen und elektro-mechanischen Anzeigen angezeigt werden, die im Cockpit des Flugzeuges in Sichtabstand von dem Piloten und der Besatzung angebracht sind.

Üblicherweise sind diese elektro-optischen und elektro-mechanischen Anzeigen in dem Cockpit des Flugzeuges so angebracht, daß sie in einem Winkel betrachtet werden, entweder nach rechts, nach links oder unten von der normalen Sichtposition. Da die

durch einzige Beleuchtung innerhalb des Cockpits/Licht erfolgt, das durch die Windschutzscheibe des Flugzeuges hindurchtritt, ist der einzige Teil dieser Anzeigen, der bis zu einem gewissen Grade beleuchtet wird, eine viertel Kugel, die oberhalb und seitlich der Anzeige angeordnet ist. Da der Pegel der Umgebungsbeleuchtung innerhalb des Cockpits im allgemeinen niedrig liegt, insbesondere bei Nacht, ist ein wesentlicher Punkt, daß die

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elektro-optischen und elektro-mechanischen Anzeigen eine möglichst helle Anzeige liefern, so daß die dadurch angezeigten Daten für den Piloten und die Besatzung sichtbar sind.

Bekannte elektro-optische Vorrichtungen, die für die Anzeige von alphanumerischen Navigations- und Plugzeugbetriebsdaten

umfassen

verwendet werden,/sowohl den reflektierenden als auch durchlässigen Typ von Flüssigkristallanzeigen (üblicherweise bezeichnet LED's) und lichtemittierende Diodenanzeigen (üblicherweise bezeichnet mit LED's). Während die sowohl reflektierenden als auch durchlässigen Flüssigkristallanzeigen billiger zu fertigen sind und weniger Energie verbrauchen im Vergleich zu lichtemittierenden Diodenanzeigen, erfordert die sowohl reflektierende als auch durchlässige Flüssigkristallanzeige eine äußere Beleuchtung, damit die dadurch angezeigte Information für das Benutzerpersonal sichtbar ist. Bei dem durchlässigen Flüssigkristallanzeigen ist eine externe Lichtquelle hinter der Flüssigkristallanzeigezelle angeordnet, um die Zelle durch hindurchtretendes Licht zu beleuchten. Bei der reflektierenden Flüssigkristallanzeigezelle sorgt das umgebende Licht, das auf die Flüssigkristallanzeigezelle fällt, für die Beleuchtung der Flüssigkristallanzeigezelle. Da die reflektierende Flüssigkristallanzeige auf Umgebungslicht zur Beleuchtung der Flüssigkristallanzeigezelle basiert, ist es wünschenswert, insbesondere wo wenig UmgebungslulL vorhanden ist, das umgebende Licht, das durch die Flüssigkristallanzeigezelle reflektiert wird, möglichst groß zu machen, um für eine möglichst helle Anzeige zu sorgen. Deshalb ist es Ziel der Erfindung, die Beleuchtung der reflektierenden Flüssigkristallanzeige möglichst groß zu machen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkristallanzeige zu schaffen, die die Ausnutzung des auftreffenden Umgebungslichtes maximiert, um für eine möglichst helle Anzeige zu sorgen. Dabei soll die Flüssigkristallanzeige eine ausreichende Helligkeit besitzen, um sie insbesondere zur Anzeige von Navigationsund Flugzeugbetriebsdaten geeignet zu machen.

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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält, kurz gesagt, die Einrichtung zur Besserung der Beleuchtung von Flüssigkristallanzeigen durch Maximierung des durch die Flüssigkristallanzeigezelle reflektierten Lichtes einen teilweise reflektierenden und teilweise durchlässigen Diffusor, der aus einer Schicht aus Opalglas oder ähnlichem gebildet ist, das an der Rückfläche der Flüssigkristallanzeigezelle befestigt ist. Eine Reflektoreinrichtung, die zur Lichtreflexion entlang den auf die Reflektoreinrichtung auftreffenden Lichtstrahlen geformt ist, ist parallel zu und im Abstand von dem Diffusor angeordnet, um mit diesem in optischer Übereinstimmung zu sein. Das Umgebungslicht, das auf die Flüssigkristallanzeigezelle auftrifft und durch den Diffusor durchgelassen wird, wird durch den Reflektor zum Diffusor reflektiert und zwar entlang der gleichen Linien, auf denen das Licht auf den Reflektor aufgetroff en ist. Auf diese Weise wird eine Lichtfalle vermieden. Der Diffusor streut das von dem Reflektor eintretende Licht in einen weiten Sichtkegel, dessen Mittelachse etwa in der Richtung der eintretenden Umgebungslichtstrahlen liegt, die auf die Flüssigkristallanzeigezelle auftreffen, um dadurch die Ausnutzung des ankommenden Umgebungslichtes zu maximieren, wodurch die hellste Flüssigkristallanzeige geliefert wird, die möglich ist.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine Seitenansicht von einer bekannten reflektierenden Flüssigkristallanzeige.

Figur 2 ist eine Seitenansicht von der Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung.

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Figur 1 zeigt eine bekannte Flüssigkristallanzeige mit einer reflektierenden Flüssigkristallanzeigez.elle 12. Die Zelle 12 enthält zwei transparente Platten 14 und 16, die parallel und im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei jede Platte aus einer Schicht aus Glas, Kunststoff oder ähnlichem gebildet ist. Die sich gegenüberliegenden vorderen und hinteren Oberflächen der Platte 14 sind mit 14a bzw. mit T4b bezeichnet. In ähnlicher Weise sind die sich gegenüberliegenden vorderen und hinteren Oberflächen der Platte 16 mit 16a bzw« 16b bezeichnet.

An jeder der vorderen und hinteren Oberflächen 14a bzw. 16a der Platten 14 bzw. 16 ist eine entsprechende transparente Elektrode 18a und 18b befestigt. Die Elektroden 18a und 18b sind jeweils dadurch gebildet, daß eine dünne Schicht aus Indiumzinnoxid oder ähnlichem auf den Plattenoberflächen 14b bzw. 16a abgeschieden wird, üblicherweise hat eine der Elektroden 18a und 18b die Form von einem Schriftzeichen, Symbol oder einer anderen Anzeige, während die andere Elektrode als eine geschlossene Fläche geformt ist. Zwischen den Elektroden 18a und 18b ist eine Schicht 20 aus Flüssigkristallmaterial angeordnet, wie beispielsweise ein Zyanbiphenyl, das durch geeignete Dichtscneiben (nicht gezeigt) gehalten wird, die zwischen den Flüssigkristallelektroden angeordnet sind.

Jeder der beiden elektrischen Leiter 22a und 22b ist elektrisch mit einer entsprechenden Elektrode 18a und 18b verbunden. Wenn ein Potential an die Leiter 22a und 22b angelegt wird, entwickelt sich ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 18a und 18b, wodurch die Schicht 20 aus Flüssigkristallmaterial die molekulare Ausrichtung ändert, so daß das Umgebungslicht hindurchtreten kann. Durch die Schicht 20 aus Flüssigkristallmaterial, die Elektrode 18b und die Platte 16 hindurchtreten-' des Licht wird durch einen leicht streuenden, rauhen Reflektor 23, der üblicherweise aus einer dünnen Schicht eines reflektierenden Materials, wie Aluminium oder Silber, gebildet ist, welche auf der leicht aufgerauhten Plattenoberfläche 16b abgeschieden ist, reflektiert und strahlt zurück durch die Flüssigkristallanzeigenstelle, wobei der Mittelkegel des vom Reflek-

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tor 23 gestreuten Lichtes, um den spektralen Reflexionswinkel C¹ zu der normalen N des Reflektors 23 zentriert ist, wobei der Winkel /3 gleich dem WinkelC*, dem Einfallswinkel ist, den der einfallende Umgebungslichtstrahl mit der normalen N des Reflektors 23 bildet. Diese Lichtreflexion bildet einen Sichtkonus von gestreutem Licht, dessen Scheitelwinkel, der im Bereich von 20 bis 30° liegt, um den spektralen Reflexionswinkel β zentriert ist.

Die Verwendung der bekannten reflektierenden Flüssigkristallanzeigen zur Anzeige von Navigations- und Flugzeugbetriebsdaten hat den Nachteil, daß das wenige Umgebungslicht innerhalb der 1/4-Kugeln reflektiert wird, die oberhalb und seitlich der Anzeige angeordnet sind, was genau dort ist, wo Umgebungsbeleuchtung für derartige Anzeigen am größsten ist, wenn sie in einem Flugzeugcockpit angeordnet sind.

Figur 2 stellt eine neuartige reflektierende Flüssigkristallanzeige dar, die für eine verbesserte Beleuchtung sorgt und die eine übliche reflektierende Flüssigkristallanzeigezelle aufweist, die genau so geformt ist wie die Anzeigezelle 12, die in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde. Ein teilweise reflektierender, teilweise durchlässiger Diffusor 24 ist mit der Vorderseite zur Plattenoberfläche 16b der Zelle 12 gerichtet befestigt. Parallel zu und im Abstand vom Diffusor 24 ist ein Retro-Reflektor 26 angeordnet, der einfallendes Licht entlang den gleichen Linien reflektiert.

Der Diffusor 24 kann entweder als ein Oberflächendiffusor oder als ein Körperdiffusor ausgebildet sein. In dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem der Diffusor 24 als ein Körperdiffusor ausgebildet ist, der üblicherweise aus einer Schicht aus Opalglas oder ähnlichem gebildet ist, enthält der Retroreflektor 26 eine massive Mikroanordnung von Würfelecken-Reflektoren (corner cube retroreflectors). Jeder der Würfelecken-Retroreflektoren innerhalb der Mikroanordnung hat typischerweise eine prismatische Form und reflektiert im wesentlichen das gesamte einfallende Licht, auch wenn einfallendes Licht wesent-

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lieh außerhalb der Mittelachse des Würfelecken-Retroreflektors liegen kann. Für eine weitere detaillierte Erläuterung der Würfelecken-Retroreflektoren (corner cube retroreflectors) wird auf "RCA Electro-Optics Handbook", veröffentlicht durch RCA Corporation, 1974, Seiten 217 - 224, verwiesen.

Wenn der Retroreflektor 26 als eine feste Mikroanordnung von Wurfelecken-Retroreflektoren ausgebildet ist, ist es wünschenswert, den Raum zwischen dem Diffusor 24 und dem Retroreflektor 26 mit einer Schicht 28 aus transparentem Material auszufüllen, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, das einen etwa gleichen Brechungsindex wie der Retroreflektor hat, um eine Oberflächenanpassung zu erzielen und dadurch eine interne Lichtfalle zu vermeiden. Es ist auch wünschenswert, eine Schicht aus reflektierendem Material 29 auf der Oberfläche der Mikroanordnung der Wurfelecken-Retroreflektoren hinzuzufügen, um den Winkel zu vergrößern, über dem jeder einzelne Würfelecken-Retroreflektor Licht reflektieren kann.

Wenn im Betrieb die molekulare Ausrichtung der Schicht 20 des Flüssigkristallmaterials geändert wird bei einem an die Leiter 22a und 22b angelegten elektrischen Potentiale, wird das Umgebungslicht, das durch die Schicht 20, die Elektrode 18b und die Platte 16 hindurchgelassen ist, durch den Diffusor 24 gestreut. Das auf den Retro-Reflektor einfallende gestreute Licht wird zum Diffusor 24 entlang der gleichen Linien reflektiert wie das auf den Retro-Reflektor 26 auftreffende Licht. Somit wird das reflektierte Licht, das zuvor durch den Diffusor 24 gestreut wurde, nun erneut durch den Diffusor gestreut in einen weiteren Sichtkegel, der um die Richtung des einfallenden Umgebungslichtstrahles zentriert ist, der auf die Flüssigkristallanzeigezelle 12 auftrifft. Auf diese Weise maximieren der Diffusor 24 und der retro^reflektierende Reflektor 26 in vorteilhafter Weise die Ausnutzung des verfügbaren Umgebungslichtes, um die hellstmögliche Anzeige zu liefern.

Üblicherweise sind die goniophotometrischen durchlässigen und reflektierenden Eigenschaften des Diffusors 24, d. h. die rich-

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tungsbezogenen Lichtverteilungsdurchlaß- und Reflexionseigenschaften, so gewählt, daß sie an den gewünschten Sichtkegelwinkel angepaßt sind, der gewöhnlich zwischen 20 und 30° liegt. Die Diffusordicke liegt üblicherweise in dem Bereich von 0,025-0,5 mm (1 - 20 mils).

Die vorstehend beschriebene Einrichtung umfaßt einen Diffusor und einen Retro-Reflektor zur Verbessung der Beleuchtung von Flüssigkristallanzeigen, indem aus der Flüssigkristallanzeigenzelle austretendes Licht zurück durch die Zelle in einem weiten Sichtkegel gestreut wird, der um die Richtung des einfallenden UmgebungslichtStrahles zentriert ist, der auf die Flüssigkristallanzeigenzelle auftritt, um die hellstmögliche Anzeige zu liefern. Da der Diffusor und der Retro-Reflektor einer Flüssigkristallanzeigenzelle ohne wesentliche Kosten hinzugefügt werden können, bildet eine derartige Einrichtung ein billiges Mittel zur Verbesserung der Beleuchtung einer Flüssigkristallanzeige.

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Claims

Ansprüche

( 1.jEinrichtung zum Beleuchten einer Flüssigkristallanzeigenzelle mit einer für einen Benutzer sichtbaren Frontfläche und einer dieser gegenüberliegenden Rückfläche, gekennzeichnet durch eine optische Vorrichtung (24), die benachbart zur Rückfläche der Flüssigkristallanzeigenzelle angeodnet ist zum teilweisen Reflektieren und teilweisen Durchlassen von darauf einfallendem Licht, das aus der Flüssigkristallanzeigenzelle austritt, und einen Reflektor (26), der parallel zu und im Abstand zu der optischen Vorrichtung (24) in Übereinstimmung mit dieser angeordnet ist und der von der optischen Vorrichtung (24) durchgelassenes Licht zu der optischen Vorrichtung (24) zurückreflektiert entlang im wesentlichen der gleichen Linien, die das auf den Reflektor (26) einfallende Lichtlgenommen hat, wobei die optische Vorrichtung (24) das durch die Flüssigkristallanzeigenzelle hindurchgetretene Licht in einem weiten Lichtkegel streut, der um den auftreffenden Lichtstrahl auf die Frontfläche der Flüssigkristallanzeigenzelle ·zentriert ist.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, daß die optische Einrichtung (24) einen Difussor aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor eine dünne Schicht aus Opalglas aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine Mikroanordnung

aus Würfelecken-Retroreflektoren

umfaßt, wobei eine erste Oberfläche der Mikroanordnung auf die optische Vorrichtung (24) gerichtet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der optischen Vorrichtung

(24) und der Mikroanordnung von

Würfelecken-Retroreflektoren eine Schicht aus transparentem Material angeordnet ist, das einen gleichen Brechungsindex wie der Brechungsindex der Mikroanordnung der

• Würfelecken-Retroreflektoren aufweist, und daß

auf einer der ersten Oberfläche der Mikroanordnung gegenüberliegenden, zweiten Oberfläche eine Schicht aus reflektierendem Material angeordnet ist zur Vergrößerung des Winkels, über dem die Mikroanordnung von

Würfelecken-Retroreflektoren Licht reflektiert.
6. Flüssigkristallanzeige, gekennzeichnet durch

eine Flüssigkristallanzeigezelle mit einer für einen Betrachter sichtbaren Frontfläche und einer gegenüberliegenden Rückfläche,

eine zwischen der Vorder- und Rückfläche der Flüssigkristallanzeigenzelle angeordnete optische Vorrichtung zum teilweisen Durchlassen und teilweisen Reflektieren des durch die Flüssigkristallanzeigenzelle durchgeiassenen Lichtes und

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einen Reflektor, der parallel zu und im Abstand von der optischen Vorrichtung und in Übereinstimmung mit dieser angeordnet ist und der das von der optischen Vorrichtung durchgelassene Licht· zurück zur optischen Vorrichtung reflektiert entlang im wesentlichen der gleichen Linie des auf den Reflektor fallenden Lichtes, wobei die optische Vorrichtung das Licht durch die Flüssigkristallanzeigenzelle in einem weiten Lichtkegel streut, der um den Einfallstrahl des auf die Frontfläche der Flüssigkristallanzeigenzelle einfallenden Umgebungslichtes zentriert ist.
7. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 6, dadurc h gekennzeichnet , daß/optische Vorrichtung einen Diffusor aufweist.
8. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Diffusor eine Schicht aus Opalglas aufweist.
9. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Reflektor eine

Mikroanordnung von Würfelecken- —

Reflektoren aufweist, wobei eine erste Oberfläche der Mikroanordnung auf den Diffusor gerichtet ist.
10. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus transparentem Material mit einem Brechungsindex, der im wesentlichen gleich demjenigen der Mikroanordnung der

Würfelecken-Retroreflektoren ist, zwischen dem Diffusor und der Mikroanordnung angeordnet ist, und - daß eine Schicht aus reflektierendem Material auf der der ersten Oberfläche der Mikroanordnung gegenüberliegenden, zweiten Oberfläche angeordnet ist zur Vergrößerung des Winkels, über dem der Retroreflektor Licht reflektiert.

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