DE3037224A1 - Electro-optical display - uses e.c.l. cell behind l.c.d. for illumination - Google Patents

Electro-optical display - uses e.c.l. cell behind l.c.d. for illumination

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DE3037224A1 DE19803037224 DE3037224A DE3037224A1 DE 3037224 A1 DE3037224 A1 DE 3037224A1 DE 19803037224 DE19803037224 DE 19803037224 DE 3037224 A DE3037224 A DE 3037224A DE 3037224 A1 DE3037224 A1 DE 3037224A1
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Abstract

The ECL cell (2) part of the LCD display consists of two parallel glass plates (6,7) separated from one another by a thin support (8), which, at the same time, limits the interior space (9) of the cell. On the inner sides of the two glass plates (6,7) are transparent electrodes, formed by thin film techniques. The connections for the electrical supply are taken from contact strips on these electrodes, to the edges of the glass plates. The interior (9) of the cell (2) is fitted with an electrolyte free solution. The rear side of the ECL cell (2) has a reflective layer (3) e.g. silver, and, in front of, and behind the L.C. display, is a polarizing foil (4,5). The L.C. display, using an electrochemical luminescent cell thus formed, has a low energy consumption, when fed from a D.C. source such as a battery.

Description

Elektrooptische AnzeigeeinheitElectro-optical display unit

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Anzeigeeinheit, bestehend aus einem Anzeig'elemeiit, insbesondere einem Flüssigkeitskristall-Anzeigeeiement, mit einem rückseitigen flächenhaften aktiven Beleuchtungsmittel und einem dahinter befindlichen Reflektor.The invention relates to an electro-optical display unit, consisting of a display element, in particular a liquid crystal display element, with a rear planar active lighting means and one behind it located reflector.

Flüssigkeitskristall-Anzeigeelemente (Liquid Cristal Displays) sind passive Anzeigeelemente, d.h. sie können nur bei äußerer Beleuchtung die gewünschte Information vermitteln. Für die Benutzung bei Dunkelheit sind LCD-Elemente daher mit einer elektrischen Zusatzbeleuchtung ausgestattet, die bei Bedarf kurzzeitig eingeschaltet werden kann. Beispiele dafür sind Ziffernanzeigen in Uhren, insbesondere Armbanduhren, und Armaturenanzeigen in Kraftfahrzeugen o.dgl.Liquid crystal displays are passive display elements, i.e. they can only display the desired Convey information. LCD elements are therefore designed for use in the dark Equipped with additional electrical lighting, which can be used for a short time if necessary can be switched on. Examples of this are number displays in clocks, in particular Wristwatches and dashboards in motor vehicles or the like.

Aus der DE-AS 27 22 388 ist eine zur Verwendung in Uhren bestimmte elektrooptische Anzeigeeinheit bekannt, bei der das LCD-Element mit Hilfe einer Elektrolumineszenzfolie beleuchtet wird. Derartige Elektrolumineszenzfolien benötigen zum Betrieb eine Wechselspannung von mindestens 50 V eff. Deshalb können diese Folien entweder nur aus dem Wechselspannungsnetz betrieben werden oder benötigen bei Batteriebetrieb voluminöse Inverter, wie Transformatoren oder Halbleiterschaltungen mit großen Kondensatoren. Derartige Inverter sind teuer und energieaufwendig und lassen sich z.B. in Uhren nicht unterbringen. Die Leistungsaufnahme bekannter Elektrolumineszenzfolien zur Beleuchtung von LCD-Elementen beträgt z.B. etwa 15 mW pro cm2 Leuchtfläche.From DE-AS 27 22 388 a certain for use in watches is electro-optical display unit known in which the LCD element with the help of a Electroluminescent foil illuminated will. Such electroluminescent films require an AC voltage of at least 50 V eff for operation. Therefore can these foils are either operated only from the AC voltage network or need them in battery operation, voluminous inverters such as transformers or semiconductor circuits with large capacitors. Such inverters are expensive and energy consuming and cannot be accommodated in watches, for example. The power consumption of known electroluminescent films for illuminating LCD elements is, for example, about 15 mW per cm2 of illuminated area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flächenhaftes aktives Beleuchtungsmittel für ein LCD-Anzeigeelement anzugeben, welches bei geringem Energieverbrauch aus einer Gleichspannungsquelle, d.h. einer Batterie, gespeist werden kann.The invention is based on the object of an areal active Specify lighting means for an LCD display element, which with low energy consumption can be fed from a DC voltage source, i.e. a battery.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrooptischen Anzeigeeinheit eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Beleuchtungsmittel eine Elektrochemolumineszenzzelle dient.This task is introduced in the case of an electro-optical display unit mentioned type solved according to the invention in that as a lighting means Electrochemiluminescent cell is used.

Elektrochemolumineszenzzellen (ECL-Zellen) sind an sich bekannt (vgl. Phys. Lett.76A (1980), Seiten 455 bis 458).Electrochemiluminescent cells (ECL cells) are known per se (cf. Phys. Lett. 76A (1980), pages 455 to 458).

Sie können mit Gleichspannung von 3 bis 10 V betrieben werden und haben eine typische Leistungsaufnahme von etwa 2,5 mW pro cm2 Leuchtfläche. Sie können somit an die Batterie einer Quarzuhr oder eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden.They can be operated with a DC voltage of 3 to 10 V. will and have a typical power consumption of around 2.5 mW per cm2 of luminous area. They can thus be connected to the battery of a quartz watch or a motor vehicle will.

Der Reflektor kann auf die Rückseite der Elektrochemolumineszenzzelle aufgebracht werden. Eine vereinfachte Ausführungsform ergibt sich, wenn die hintere Elektrode der Elektrochemolumineszenzzelle aus einer reflektierenden Metallschicht besteht.The reflector can be placed on the back of the electrochemiluminescent cell be applied. A simplified embodiment is obtained when the rear Electrochemiluminescent cell electrode made of a reflective metal layer consists.

Vorzugsweise ist vor und hinter dem Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement eine Polarisatorfolie angeordnet.Preferably in front of and behind the liquid crystal display element arranged a polarizer film.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung erhält man eine besonders dünne und einfache Anzeigeeinheit, wenn das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement einen im Flüssigkristall gelösten dichroitischen Farbstoff enthält und die hintere Wand des Flüssigkeitskristall-Anzeigeelementes mit der Vorderwand der Elektrochemolumineszenzzelle zu einer Glasplatte zusammengefaßt ist, die auf einer Seite mit Elektroden für das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement und auf der anderen Seite mit Elektroden für die Elektrochemolumineszenzzelle versehen ist. Derartige Anzeigeeinheiten benötigen keine Polarisatorfolien.According to a preferred embodiment of the invention obtained a particularly thin and simple display unit if the liquid crystal display element contains a dichroic dye dissolved in the liquid crystal and the rear Wall of the liquid crystal display element with the front wall of the electrochemiluminescent cell is combined to a glass plate, which is on one side with electrodes for the Liquid crystal display element and on the other hand with electrodes for the electrochemiluminescent cell is provided. Such display units need no polarizer foils.

Einige Ausführungsbeispiele von Anzeigeeinheiten nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anzeigeeinheit mit einem LCD-Anzeigeelement sowie einer mit einem rückseitigen Reflektor versehenen ECL-Zelle, Fig. 2 eine ähnliche Einheit wie Fig. 1 mit einem in der ECL-Zelle untergebrachten Reflektor, Fig. 3 einen Schnitt durch eine übersichtshalber auseinandergezogen dargestellte Anzeigeeinheit mit einer gemeinsamen Mittelwand für das LCD-Anzeigeelement und die ECL-Zelle.Some embodiments of display units according to the invention are now explained in more detail with reference to the drawing. They show: FIG. 1 a section by a display unit with an LCD display element and one with a rear ECL cell provided with reflector, FIG. 2 shows a unit similar to FIG. 1 with a Reflector housed in the ECL cell, FIG. 3 shows a section through a for the sake of clarity Display unit shown exploded with a common central wall for the LCD display element and the ECL cell.

In Fig. 1 ist mit 1 ein an sich bekanntes Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement (LCD) bezeichnet, hinter dem eine Elektrochemolumineszenzzelle (ECL) 2 angeordnet ist. Auf die Rückseite der ECL-Zelle 2 ist eine Reflektorschicht 3, z.B.In Fig. 1, 1 is a known liquid crystal display element (LCD), behind which an electrochemiluminescent cell (ECL) 2 is arranged is. On the back of the ECL cell 2 is a reflector layer 3, e.g.

aus Silber, aufgebracht. Vor und hinter dem LCD-Anzeigeelement 1 ist jeweils eine Polarisatorfolie 4 bzw. 5 angeordnet.made of silver. In front of and behind the LCD display element 1 is in each case a polarizer film 4 or 5 is arranged.

Die ECL-Zelle 2 besteht aus zwei planparallelen Glasplatten 6 und 7, die durch einen dünnen Abstandshalter 8 voneinander getrennt sind, der gleichzeitig den Innenraum 9 der Zelle 2 begrenzt. Im Bereich des Zelleninnenraums 9 sind auf den Innenseiten der Glasplatten 6 und 7 nicht dargestellte transparente Elektroden aus z.B. dotiertem Sn02 oder In203 in Dünnschichttechnik aufgebracht, von denen aus Kírntaktbahnen für die elektrischen Anschlüsse bis an den ligand der Glasplatten 1 und 2 führen. Der Innenraum 9 der ECL-Zelle 2 ist mit einer elektrolytfreien Lösung von Rubren (v,6,11,12-Tetraphenyltetracen) in 1,2-Dimethoxyethan gefüllt. Die Zelle wird mit Gleichstrom betrieben und aus einer Gleichspannungsquelle von etwa 3 bis 10 V gespeist. Eine derartige ECL-Zelle ist z.B. Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldungen P 29 49 967.0 und P 30 21 587.3.The ECL cell 2 consists of two plane-parallel glass plates 6 and 7 separated by a thin spacer 8 from each other separated are, which delimits the interior 9 of the cell 2 at the same time. In the area of the cell interior 9 are on the inside of the glass plates 6 and 7, not shown transparent Electrodes made of e.g. doped Sn02 or In203 applied in thin-film technology, of which from Kírntaktbahnen for the electrical connections to the ligand of the Guide glass plates 1 and 2. The interior 9 of the ECL cell 2 is electrolyte-free Solution of rubrene (v, 6,11,12-tetraphenyl tetracene) filled in 1,2-dimethoxyethane. The cell is operated with direct current and from a direct voltage source from fed about 3 to 10 V. Such an ECL cell is, for example, the subject of the older one German patent applications P 29 49 967.0 and P 30 21 587.3.

Zur Herstellung anderer ECL-Lösungen können grundsätzlich alle aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet werden, die unter den Betriebsbedingungen der Elektrochemolumineszenzzelle inert sind, z.B. chlorierte Alkane, wie Dichlormethan; mono- oder polyfunktionelle Ether, wie Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan oder 1,2-Dimethoxyethan; Amide, wie N,N-Dimethylformamid; Nitrile, wie Acetonitril oder Benzonitril; Sulfoxide, wie Dimethylsulfoxid; Carbonate, wie Propylencarbonat. Diese genannten Lösungsmittel können jedes für sich, in Gemischen untereinander oder verdünnt mit aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie z.B. n-Hexan bzw. Cyclohexan bzw. Benzol, eingesetzt werden.In principle, all aprotic organic solvents are used, which under the operating conditions of the Electrochemiluminescent cells are inert, e.g., chlorinated alkanes such as dichloromethane; mono- or polyfunctional ethers, such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane or 1,2-dimethoxyethane; Amides such as N, N-dimethylformamide; Nitriles, such as acetonitrile or Benzonitrile; Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; Carbonates such as propylene carbonate. These The solvents mentioned can be used individually, in mixtures with one another or in diluted form with aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons, such as e.g. n-hexane or cyclohexane or benzene can be used.

Beispiele für weitere ECL-fähige Substanzen sind andere aromatische Kohlenwasserstoffe und deren Derivate, z.B.Examples of other ECL-capable substances are other aromatic substances Hydrocarbons and their derivatives, e.g.

Antracen, 9,10-Diphenylantracen; Heteroaromate und deren Derivate, z.B. N-Methylphenothiazin oder Thianthren; metallorganische Komplexverbindungen, z.B. Tris-bipyridinruthenium (II)-dichlorid; Farbstoffe, z.B. Rhodamin 6 G.Antracene, 9,10-diphenylantracene; Heteroaromatics and their derivatives, e.g., N-methylphenothiazine or thianthrene; organometallic complex compounds, e.g., tris-bipyridine ruthenium (II) dichloride; Dyes, e.g. Rhodamine 6 G.

Die Funktionsweise der Anzeigeeinheit nach Fig. 1 ist folgende: a) bei äußerer Beleuchtung: Das durch die Polarisatorfolie 4-in durch den Pfeil P bezeichneter Betrachtungsrichtung eintretende Licht durchläuft das LCD-Anzeigeelement 1 und die ECL-Zelle 2 und wird an der Reflektorschicht 3 reflektiert. Je nach Anordnung der beiden Polarisatorfolien 4 und 5 zueinander, d.h. parallel oder gekreuzt, erscheint die gewünschte Information in dem LCD-Anzeigeelement 1 dunkel vor hellem Hintergrund oder umgekehrt.The mode of operation of the display unit according to Fig. 1 is as follows: a) with external lighting: the one indicated by the arrow P through the polarizer film 4-in Light entering the viewing direction passes through the LCD display element 1 and the ECL cell 2 and is reflected on the reflector layer 3. Depending on the arrangement of the two polarizer foils 4 and 5 to each other, i.e. parallel or crossed, appears the desired information in the LCD display element 1 dark against a light background or the other way around.

b) ohne äußere Beleuchtung: Bei Einschalten der ECL-Zelle 2 tritt deren Lumineszenz durch die Polarisatorfolie 5 in die LCD-Zelle 1 ein.b) without external lighting: when the ECL cell 2 is switched on, occurs their luminescence through the polarizer film 5 into the LCD cell 1.

Wiederum abhängig von der relativen Anordnung der beiden Polarisa-,orfolien 4 und 5 zueinander (parallel oder gekreuzt) kann man entweder die gewünschte Information im LCD-Anzeigeelement 1 dunkel vor Leuchtendem Hintergrund oder sèll)stleuchtend vor dunklem Hintergrund se.len. Again depending on the relative arrangement of the two Polarization foils, or foils 4 and 5 to each other (parallel or crossed) you can either get the information you want in the LCD display element 1 dark in front of a luminous background or sèll) illuminated se.len in front of a dark background.

Das Anzeigeelement nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß bei Fortfall der äußeren Reflektorschicht 3 die auf die hintere Glasplatte 7 der ECL-Zelle 2 aufgebrachte Innenelektrode 10 aus einer reflektierenden Metallschicht, z.B. aus Gold, Silber,- Aluminium oder Platin, besteht, während die auf die vordere Glasplatte 6 aufgebrachte Innenelektrode 11 wiederum transparent ausgebildet ist und z.3. aus do-tiertem Zinn- oder Indiumoxid besteht.The display element according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only in that if the outer reflector layer 3 is omitted, the rear glass plate 7 of the ECL cell 2 applied inner electrode 10 made of a reflective Metal layer, e.g. made of gold, silver, aluminum or platinum, while the The inner electrode 11 applied to the front glass plate 6 is again transparent is formed and z.3. consists of doped tin or indium oxide.

Fig. 3 zeigt eine Anzeigeeinheit mit einem LCD-Anzeigeelement 1, das einen im Flüssigkristall gelösten dichroitischen Farbstoff enthält und keine Polarisatorfolien benötigt, und einer ECL-Zelle 2. Die der USersichtlichkeit wegen auseinandergezogen dargestellte Anzeigeeinheit entspricht im wesentlichen der nach Fig. 1, jedoch mit der Maßgabe, daß die hintere Wand des LCD-Anzeigeelementes 1 und die Vorderwand der ECL-Zelle 2 zu einer gemeinsamen Glasplatte 12 zusammengefaßt sind, welche auf einer Seite mit transparenten Elektroden 13 für das LCD-Anzeigeelement 1 und auf der anderen Seite mit der transparenten Elektrode 11 für die ECL-Zelle 2 versehen ist. Mit 14 und 15 sind die transparenten Gegenelektroden des LCD-Anzeigeelementes 1 und der ECL-Zelle bezeichnet.Fig. 3 shows a display unit with an LCD display element 1, the contains a dichroic dye dissolved in the liquid crystal and no polarizer foils needed, and an ECL cell 2. The ones pulled apart for the sake of clarity The display unit shown corresponds essentially to that of FIG. 1, but with the proviso that the rear wall of the LCD display element 1 and the front wall the ECL cell 2 are combined to form a common glass plate 12, which on a side with transparent electrodes 13 for the LCD display element 1 and on the other side is provided with the transparent electrode 11 for the ECL cell 2 is. At 14 and 15 they are transparent counter electrodes of the LCD display element 1 and the ECL cell.

Die Dicke der ECL-Zellen hängt im wesentlichen von der Stärke der Glasplatten ab, da der Zelleninnenraum mit z.B. weniger als 0,1 mm Plattenabstand demgegenüber vernachlässigbar dünn ist. In der Praxis arbeitet man z.Zt. mit 0,5 mm dicken Glasplatten, was eine Gesamtdicke der ECL-Zelle von etwa 1 mm bedeutet. Durch EC5.-Zellen wird somit die Dicke von elektrooptischen Anzeigeeinheiten mit Flüssigkeitskristall-Anzeigeelementen kaum vergrößert.The thickness of the ECL cells depends essentially on the strength of the Glass plates off, as the cell interior is less than 0.1 mm apart from the plates, for example in contrast, is negligibly thin. In practice one currently works with 0.5 mm thick glass plates, which means a total thickness of the ECL cell of about 1 mm. EC5 cells thus increase the thickness of electro-optical display units Liquid crystal display elements hardly enlarged.

Claims (5)

Patentansprüche: ¼ Elektrooptische Anzeigeeinheit, bestehend aus einem Anzeigeelement, insbesondere einem E'lüssigkeitskristall-Anzeigeelement, mit einem rückseitigen flächenhaften aktiven Beleuchtungsmittel und einem dahinter befindlichen Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß als Beleuchtungsmittel eine Elektrochemolumineszenzzelle (2) dient. Claims: ¼ electro-optical display unit, consisting of a display element, in particular a liquid crystal display element a rear planar active lighting means and one located behind it Reflector, characterized in that an electrochemiluminescent cell is used as the lighting means (2) serves. 2. Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) auf die Rückseite der Elektrochemolumineszenzzelle (2) aufgebracht ist. 2. Display unit according to claim 1, characterized in that the Reflector (3) applied to the back of the electrochemiluminescent cell (2) is. 3. Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Elektrode (10) der Elektrochemolumineszenzzelle (2) aus einer reflektierenden Metallschicht besteht. 3. Display unit according to claim 1, characterized in that the rear electrode (10) of the electrochemiluminescent cell (2) from a reflective Consists of a metal layer. 4. Anzeigeeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement (1) eine Polarisatorfolie (4 bzw.5) angeordnet ist.4. Display unit according to claims 1 to 3, characterized in that that in front of and behind the liquid crystal display element (1) a polarizer film (4 or 5) is arranged. 5. Anzeigeeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement (1) einen im Flüssigkristall gelösten dichroitischen Farbstoff enthält und die hintere Wand des Flüssigkeitskristall-Anzeigeelementes mit der Vorderwand der Elektrochemolumineszenzzelle (2) zu einer Glasplatte (12) zusammengefaßt ist, die auf einer Seite mit Elektroden (13) für das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement und auf der anderen Seite mit Elektroden (11) für die Elektrochemolumineszenzzelle versehen ist.5. Display unit according to claims 1 to 3, characterized in that that the liquid crystal display element (1) is one dissolved in the liquid crystal contains dichroic dye and the rear wall of the liquid crystal display element with the front wall of the electrochemiluminescent cell (2) to a glass plate (12) is summarized, on one side with electrodes (13) for the liquid crystal display element and on the other side with electrodes (11) for the electrochemiluminescent cell is provided.
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