DE3132660A1

DE3132660A1 - Passive electrooptical display device having a reflector

Info

Publication number: DE3132660A1
Application number: DE19813132660
Authority: DE
Inventors: Werner 8252 Inning Glaubitz; Hans Dipl.-Phys. 8000 München Krüger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-08-18
Filing date: 1981-08-18
Publication date: 1983-03-17

Abstract

It is proposed to configure the supplementary illumination of a display in the following way: located upstream of the actual display cell is a light-conducting film (13) which extends parallel to the plane of the cell and is composed of alternately juxtaposed lamellae (14) and intermediate layers (16). In common with the intermediate layers, the lamellae consist of light-transmitting materials of varying refractive index, and the interfaces (17) between these strips are inclined to the plane of the cell. On one of its narrow sides, the film receives artificial light which upon passing through the light-conducting film (13) on each of the abovementioned interfaces (17) is partially refracted and partially reflected - towards the cell. Since the light beams are somewhat attenuated at each interface, the reflected component should increase with each reflection given a particularly uniform illumination of the display field. The proposed solution is preferably applied in liquid crystal displays, and is always useful when there is a requirement for a compact display which can also be read off effectively from oblique directions. <IMAGE>

Description

Passive elektro-optische Anzeigevorrichtung mit einemPassive electro-optical display device with a

Reflektor.Reflector.

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derart aufgebaute Flüssigkristallanzeige ist aus dem DE-GM 80 32 102 bekannt.The invention relates to a display device according to the preamble of claim 1. A liquid crystal display constructed in this way is from DE-GM 80 32 102 known.

Passive Displays, die auch bei Dunkelheit anzeigen sollen, müssen mit einer zusätzlichen Lichtquelle ausgerüstet werden Die Anordnung ist dabei so zu treffen, daß die Zusatzbeleuchtung bei Bedarf eingeschaltet werden kann und im ausgeschalteten Zustand die Darstellungqualitäten möglichst wenig beeinträchtigt.Passive displays, which should also show in the dark, must be equipped with an additional light source. The arrangement is as follows to ensure that the additional lighting can be switched on if necessary and in When switched off, the display quality is affected as little as possible.

Bei Flüssigkristallanzeigen hat sich eine Bauform durchgesetzt, bei der die eigentliche Zelle nach hinten durch einen teildurchlässigen Reflektor (Transfletor) abgeschlossen ist und von der Rückseite bestrahlt wird. Das Display arbeitet dann tagsüber reflektiv und bei zugeschaltetem Lämpchen zusätzlich oder ausschließlich transmissiv. Eine solche Ausführung ist insofern günstig, als die gesamte Anzeigevorrichtung in knappen Abmessungen gehalten werden kann und die Lichtquelle vor dem Betrachter verborgen bleibt. Nachteilig ist allerdings, daß der Betrachtungswinkelbereich, der bei dem vorherrschenden Flüssigkristallanzeigentyp, der sogenannten DrehzelLe", sowieso schon recht begrenzt ist, beim Übergang vom Auflicht- zum Durchlichtbetrieb noch weiter eingeschränkt wird. Hinzukommt, daß ein Transflektor naturgemäß ein nur bescheidenes Reflexionsvermögen hat.In the case of liquid crystal displays, a design has prevailed at the actual cell to the rear through a partially transparent reflector (Transfletor) is complete and irradiated from the rear. The display then works reflective during the day and additionally or exclusively when the lamp is switched on transmissive. Such a design is advantageous in that the entire display device can be kept in tight dimensions and the light source in front of the viewer remains hidden. The disadvantage, however, is that the viewing angle range that of the predominant type of liquid crystal display, the so-called rotating cells ", is already quite limited anyway, with the transition from incident light to transmitted light mode is restricted even further. In addition, a transflector is naturally a has only modest reflective powers.

Deshalb hat es schon seit Jahren immer wieder Versuche gegeben, passive Anzeigevorrichtungen ausschließlich in Reflexion arbeiten zu lassen, d.h., die Lampe vor die Anzeige zu bringen und deren Strahlung über lichtlenkende Elemente in das Zelleninnere zu schicken. So wird beispielsweise in der eingangs zitierten Gebrauchsmusterschrift eine Lichtleiterplatte mit Mikroprismen beschrieben; die die von der Lichtquelle emittierte Strahlung an ihren lichtquellenseitigen Prismenflächen zur Zelle hin bricht . Auf diesem Wege ist man bisher noch nicht zu voll befriedigenden Ergebnissen gekommen, und zwar vor allem aus folgenden Grunden: es ergibt sich eine zu voluminöse Bauform, da das Lämpchen einen gewissen Mindestabstand zur Zelle einhalten muß; die Oberflächenstrukturen in den lichtbrechenden Teilen treten mitunter zu stark in Erscheinung; im Tagesbetrieb wird die Bildhelligkeit vielfach erheblich gedämpft, da nur Umgebungslicht, das aus der Richtung des Kunstlichtes kommt, voll verwertet wird.That is why there have been repeated attempts for years to be passive Allow display devices to work exclusively in reflection, i.e. the lamp in front of the Bring display and its radiation via light-directing Send elements into the cell interior. For example, in the initially cited utility model specification describes a light guide plate with microprisms; the radiation emitted by the light source at its prismatic surfaces on the light source side breaks towards the cell. In this way one is not yet fully satisfactory Results have come, and for the following reasons in particular: it results in a Too voluminous design, as the lamp must keep a certain minimum distance to the cell got to; the surface structures in the light-refracting parts sometimes appear strong in appearance; In day-to-day operation, the image brightness is often considerable subdued, as only ambient light coming from the direction of artificial light is fully is recycled.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so abzuwandem, daß ihr Beleuchtungssystem nur wenig Platz beansprucht, vom Betrachter nicht als störend empfunden wird und überdies für natürliches Licht aus der Umgebung keine Sperre bildet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Display mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The invention is therefore based on the object of a display device of the type mentioned above so that their lighting system takes up little space claimed, is not perceived as annoying by the viewer and, moreover, is natural Light from the surroundings does not form a barrier. According to the invention, this object is achieved by a display with the features of claim 1 solved.

pie vorgeschlagene Anzeige kann besonders flach gestaltet werden, da die Lichtleiterfolie höchstens wenige Millimeter dick ist und die Lichtquelle sich unmittelbar nom einer der Folienschmalseiten befindet. Diese Lampenposition bietet den weiteren Vorteil, daß das Anzeigefeld an keiner Stelle verdeckt ist und auf ganzer Fläche Umgebungslicht empfangen kann. Diese Strahlung kann die Folie nahezu ungeschwächt passieren, da sie deren reflektierende Grenzflächen normalerweise nur ein- oder zweimal durchsetzt und deshalb nur recht geringe Refléxionsverluste erleidet.pie suggested display can be made particularly flat, because the light guide film is at most a few millimeters thick and the light source is immediately nom one of the narrow sides of the film. This lamp position offers the further advantage that the display field is not covered at any point and can receive ambient light over the entire surface. This radiation can damage the film pass almost without weakening, since they normally have their reflective interfaces only penetrated once or twice and therefore only very low reflection losses suffers.

Es ist an sich schon seit langem üblich, bestimmte FlUssigkristallanzeigen mit einer Folie zu versehen, die alternierend aus schrägen Lamellen und lichtdurchlässigen Zwischenlagen aufgebaut ist (vgl. hierzu beispielsweise die US-PS 3811751). Bei diesen vorbekannten Folienausführungen, den sogenannten "Jalousiefoiienns handelt es sich um Blenden, die bei transmissiven Displays vom dynamisch streuenden Typ eingesetzt werden und im allgemeinen verhindern sollen, daß ungestreutes Durchlicht zum Beobachter gelangt. Eine Jalousiefolie befindet sich dementsprechend auf der Zellenrückseite, wird von hinten beleuchtet und besitzt lichtabsorbierende Lamellen.It has long been customary in itself to display certain liquid crystal displays to be provided with a film, which alternates from inclined slats and translucent Intermediate layers is built up (see, for example, US Pat. No. 3,811,751). at these previously known film designs, the so-called "Jalousiefoiienns" they are panels that are used in transmissive displays of the dynamic scattering type are used and should generally prevent unscattered transmitted light got to the observer. A blind foil is accordingly on the The back of the cell is illuminated from behind and has light-absorbing slats.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.Advantageous refinements and developments of the invention are Subject to additional claims.

Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in der beigefügten Figur dargestellt ist, näher erläutert werden.The proposed solution should now be based on a preferred embodiment, which is shown in the accompanying figure will be explained in more detail.

Die Figur zeigt in einem etwas schematisierten Seitenschnitt eine Flüssigkristallanzeige, die beispielsweise in das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden könnte. Die eigentliche Zelle dieser Anzeige enthält - in Blickrichtung parallel hintereinander liegendeinen vorderen Linearpolarisator 1, eine vordere Trägerplatte (Vorderplatte) 2, eine hintere Trägerplatte (RUckplatte) 3, einen hinteren, zum vorderen gekreuzten Linearpolarisator 4 sowie einen Reflektor 6. Die beiden Platten werden durch einen umlaufenden Rahmen 7 dicht miteinander verbunden, und die durch den Rahmen und die beiden Substrate gebildete Kammer ist mit einer FlUssigkristallsubstanz gefüllt. Die Druckplatte 3 ist auf ihrer Innenfläche mit einer durchgehenden Rückelektrode 8 versehen, die Vorderplatte 2 trägt auf ihrer Innenfläche mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Vorderelek- troden 9. Beide Platteninnenflächen sind zusätzlich mit einer Orientierungsschicht 11, 12 zur Ausrichtung der angrenzenden Flüssigkristallmoleküle überzogen. Das Display arbeitet im vorliegenden Fall nach dem Prinzip der sogenannten "Drehzelle", die ausführlich in der DE-AS 21 58 563 dargestellt wird.The figure shows a in a somewhat schematic side section Liquid crystal display, for example in the dashboard of a motor vehicle could be used. The actual cell of this display contains - in the viewing direction lying parallel one behind the other a front linear polarizer 1, a front one Carrier plate (front plate) 2, a rear carrier plate (back plate) 3, a rear, to the front crossed linear polarizer 4 and a reflector 6. The two Plates are tightly connected to one another by a surrounding frame 7, and the chamber formed by the frame and the two substrates is filled with a liquid crystal substance filled. The pressure plate 3 is on its inner surface with a continuous back electrode 8 provided, the front plate 2 carries several independently of one another on its inner surface controllable front elec- troden 9. Both plate inner surfaces are additionally with an alignment layer 11, 12 for aligning the adjacent Liquid crystal molecules coated. In the present case, the display continues to work the principle of the so-called "rotary cell", which is described in detail in DE-AS 21 58 563 is pictured.

Vor die Zelle ist eine Lichtleiterfolie 13 gesetzt. Diese Folie, die normalerweise mit einem optisch angepaßten Kleber am vorderen Polarisator 1 fixiert ist, besteht aus abwechselnd aufeinanderfolgenden Lamellen 14 und Zwischenschichten 16. Die Lamellen wie auch die Zwischenschichten bestehen aus lichtdurchlässigen Materialen; ihre Grenzflächen, die in der Figur die Bezugsziffer 17 erhalten haben, verlaufen schräg zur Plattenebene. Im vorliegenden Fall sind die Flächen 17 zueinander parallele Ebenen, die mit der Plattenebene einen Winkel von etwa 450 bilden, und bestehen die Lamellen und Zwischenschichten aus Celluloseacetatbutyrat bzw. einem Acrylatkleber.A light guide film 13 is placed in front of the cell. This slide that usually fixed to the front polarizer 1 with an optically adapted adhesive consists of alternately successive lamellae 14 and intermediate layers 16. The lamellas as well as the intermediate layers consist of translucent Materials; their interfaces, which have been given the reference number 17 in the figure, run obliquely to the plane of the plate. In the present case, the surfaces 17 are relative to one another parallel planes which form an angle of approximately 450 with the plane of the plate, and the lamellae and intermediate layers consist of cellulose acetate butyrate or a Acrylate adhesive.

An einer der vier Folienschmalseiten ist ein Lämpchen 19 angebracht. Diese Lampe wird von einem parabolförmigen Reflektor 21 umgeben, der dafür sorgt, daß die von der Lichtquelle emittierte Strahlung al 8 als Parallelstrahlbündel durch die Folienschmalseite in das Innere der Lichtleiterfolie eintritt. Dort wird das Licht auf seinem Weg zur gegendberliegenden Folienschmalseite an jeder Grenzfläche 17 teilweise gebrochen und teilweise zum Reflektor 6 hin reflektiert. Dabei sind die Brechungsindizes der Lamellen und der Zwischenschichten so aufeinander abgestimmt, daß durch die einzelnen Teilreflexionen einerseits die Darstellungsfläche möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet wird und andererseits ein möglichst großer Lichtanteil in die Zelle gelenkt wird. Damit die unverbrauchte Reststrahlung keine störenden Effekte hervorrufen kann, ist die der Lichtquelle 19 abgewandte Folien- schmalseite geschwärzt.A lamp 19 is attached to one of the four narrow sides of the film. This lamp is surrounded by a parabolic reflector 21, which ensures that the radiation emitted by the light source al 8 through as a parallel beam the narrow side of the film enters the interior of the light guide film. There it will Light on its way to the opposite narrow side of the film at each interface 17 partially refracted and partially reflected towards the reflector 6. Are there the refractive indices of the lamellas and the intermediate layers are matched to one another, that by the individual partial reflections on the one hand the display area as possible is evenly illuminated and, on the other hand, the greatest possible amount of light is directed into the cell. So that the unused residual radiation does not disturb Can cause effects, is the film facing away from the light source 19 narrow side blackened.

Die Zwischenschichten könnten auch durch dünne dielektrische Mehrfachschichten oder Metallschichten realisiert sein, die als teildurchlässige Spiegel fungieren. Diese Varianten hätten den besonderen Vorteil, daß die Strahlen auf ihren Weg durch die Folie kaum querversetzt werden und man deshalb relativ dünne Folien verwenden kann.The intermediate layers could also be made up of thin dielectric multilayers or metal layers can be implemented, which act as partially transparent mirrors. These variants have the particular advantage that the rays make their way through the foil can hardly be offset transversely and therefore relatively thin foils are used can.

Wenn man auf eine homogene Flächenhelligkeit besonderen Wert legt, dann muß die Lichtleiterfolie so beschaffen sein, daß der Reflexionsanteil von Grenzfläche zu Grenzfläche zunimmt, da ja der fortschreitende Strahl bei jedem Übertritt geschwächt wird. In erster Näherung sollte dabei die Beziehung 1/mi+=1mi-1)(1 /mj, i+i=Anteil der reflektierten Strahlung an der i-ten bzw. i+1-ten Grenzfläche) gelten. Ein derartiges Reflexionsverhalten läßt sich auf verschiedene Weise realisieren: so könnte man etwa die Brechungsindexsprünge an den Grenzflächen mit zunehmendem Abstand zur Lichtquelle steigen lassen und/ oder die Neigungswinkel dieser Flächen variieren oder aber Transflektoren mit unterschiedlichen Reflexionsgraden als Zwischenschichten verwenden. Der hierfür erforderliche Fertigungsaufwand läßt sich verringern, wenn man den idealen Reflexionsverlauf durch eine Stufenfunktion annähert, bei der die Folie aus einzelnen Abschnitten mit untereinander identischen Lamellen und Zwischenlagen zusammengefügt ist.If you attach particular importance to homogeneous surface brightness, then the light guide film must be designed so that the reflection portion of the interface to the interface increases, since the advancing beam is weakened with each crossing will. As a first approximation, the relation 1 / mi + = 1mi-1) (1 / mj, i + i = proportion of the reflected radiation at the i-th or i + 1-th interface) apply. Such a thing Reflective behavior can be realized in different ways: one could for example, the refractive index jumps at the interfaces with increasing distance from the light source let rise and / or vary the angle of inclination of these surfaces or transflectors Use as intermediate layers with different degrees of reflection. The one for this The manufacturing effort required can be reduced if the ideal reflection curve is used is approximated by a step function in which the film is made up of individual sections is joined together with mutually identical lamellae and intermediate layers.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. So kommen neben Flüssigkristallanzeigen auch andere passive Displays, beispielsweise elektrochrome Anzeigen, in Frage. Im übrigen besteht auch in konstruktiver Hinsicht ein erheblicher Gestaltungsspielraum, da es im vorliegenden Zusammenhang nur darauf ankommt, daß eine schräglamellierte Folie seitlich eingestrahltes Licht durch interne Reflexionen sukzessive in die Zelle überführt. Dementsprechend bleibt es dem Fachmann unbenommen, andere Folienvarianten vorzuziehen, bei Zellen mit Polarisatoren die Folie im Strahlengang hinter statt vor den frontseitigen Polarisator zu setzen oder den Reflektor durch eine fokussierende Optik auszutauschen.The invention is not limited to the embodiment shown. In addition to liquid crystal displays, there are also other passive displays, for example electrochromic displays, in question. In addition, there is also a constructive point of view there is considerable room for maneuver, as in the present context it is only about it it matters that a sloping lamellar film is radiated from the side light successively transferred into the cell through internal reflections. Accordingly remains the person skilled in the art is free to prefer other types of film, for cells with polarizers to place the film in the beam path behind instead of in front of the polarizer on the front or replace the reflector with focusing optics.

Claims

Claims 1. Passive electro-optical display device containing 1a) a cell with two mutually parallel, one behind the other in the direction of view Carrier plates (front plate, back plate), b) one between two visually different Switchable substance, in particular a liquid crystal9 between the states two carrier plates, c) a reflector behind the back plate, 2a) a light source diagonally in front of the cell and 3a) a transparent light guide film placed in front of the cell with b) a plurality of boundary surfaces inclined towards the cell plane between optically different: differently dense media on which c) each part of the from the Light source received radiation is deflected towards the cell, d u r c h g e k e n n z e e i c h n e t9 that 3d) the light guide film (13) alternately lying next to one another Consists of lamellae (14) and intermediate layers (16), e) the contact surfaces between adjacent slats (14) and intermediate layers (16) the light-deflecting boundary surfaces (17), the deflection taking place by reflection, and 2b) the light source is placed in the area of one of the narrow sides of the light guide film (13).

2. Display device according to claim 1, characterized in that g ek e n n z e i c h n e t that the light-deflecting boundary surfaces (17) are parallel to one another and preferably form an angle of approximately 450 with the plane of the carrier plate.

3. Display device according to claims 1 or 2, d a d u r c h it is noted that the intermediate layers (17) consist of an adhesive.

4. Display device according to claims 1 or 2, d a d u r c h it is noted that the intermediate layers (17) have multiple dielectric layers are.

5. Display device according to claims 1 or 2, d a d u r c h it is noted that the intermediate layers (17) are made of metal.

6. Display device according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the light guide film (13) at its the light source (19) is closed off by a black surface facing away from the narrow side.

7. Display device according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k e n n n e i c h n e t that that which enters the light guide film (13) Light from the light source (19) is a parallel beam.

8. Display device according to claim 7, characterized in that it ek e n n z e i c h n e t that the parallel beam by reflecting and / or focusing Elements 21) is generated.

9. Display device according to one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that between the light source (19) and the Light guide film (13) a polarizer is located, which is preferably on the light guide film (13) is fixed.