DE3233699T1

DE3233699T1 - Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE3233699T1
Application number: DE19823233699
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawanishi Hyogo Horikiri; Hiroaki Neyagawa Osaka Ideno; Fumio Nishinomiya Hyogo Ueda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1982-02-03
Publication date: 1983-10-20
Also published as: EP0070322B1; EP0070322A1; DE3233699C2; EP0070322A4; US4519679A; GB2108697B; WO1982002973A1; GB2108697A

Description

Beschreibung 5

Flüssigkrista11-Anzeigeeinrichtung Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, und insbesondere eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, bei der die Lesbarkeit und ein Flüssigkristall-Anzeigeelement verbessert werden durch Kombination des Filters zur Anzeige in Farbe, einer Anzeigeeinheit sowie von Platten zur Durchführung der Transflexion des Lichtes miteinander.

Stand der Technik

Flüssigkriställ-Anzeigeeinrichtungen bestehen aus dem Flüssigkristall-Anzeigeelement und einem Polarisator, wobei das Flüssigkristall-Anzeigeelement ein Flüssigkristallmaterial besitzt, das sandwich-artig zwischen zwei Glasplatten angeordnet ist. Diese beiden Glasplatten sind dünn mit transparenten Elektroden beschichtet oder überzogen. Wenn eine Spannung als Anzeigesignal an diese Elektroden angelegt wird, dann hat die optische Achse des Flüssigkristallmaterials die Eigenschaft, daß sie parallel zu einem elektrischen Feld wird, das von der Spannung erzeugt wird. Auch in Abwesenheit eines elektrischen Signals ist die optische Achse des Flüssigkristallmaterials parallel zu den beiden transparenten Elektroden und seine axiale Richtung wird gerade um 90° zwischen den beiden Elektroden verdreht. Ein solches Flüssigkristall-Anzeigeelement wird normalerweise als Flüssigkristall vom TN-Typ oder als verdrehter nematischer Flüssigkristall bezeichnet. Durch die Anbringung von Polarisatoren außer-

halb der beiden Glasplatten kann das Licht nur durch diese

Anzeigemusterbereiche austreten, die zur Vornahme der Anzeige erwünscht sind, bzw. von diesen Anzeigemusterbereichen abgefangen werden.
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Die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist in der Lage, verschiedene Anzeigen vorzunehmen, und zwar aus dem Grunde, daß das Hindurchlassen oder Abfangen des Lichtes selektiv und immer noch mit einem externen elektrischen Signal vorgenommen werden. Da die Lesbarkeit eines anzuzeigenden Musters vom äußeren Licht abhängig ist, wird es als Lichtempfangs-Anzeigeelement bezeichnet. Das Lichtempfangs-Anzeigeelement erfordert normalerweise externes Licht. Zu diesem Zweck wird das Anzeigeelement in der Weise verwendet, daß man einen Leuchtkörper in der Nähe davon anordnet oder indem man in wirksamer Weise Umgebungslicht verwendet. Unter Bezugnahme auf herkömmliche Ausführungsformen, die in Fig. 1 bis 3 dargestellt sind, sollen die jeweiligen Wirkungsweisen nachstehend erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung im Schnitt zur Erläuterung des Durchganges von Licht bei einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die in Reflexionsbetriebsart verwendet wird. Das Bezugszeichen 1 ist ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, die Bezugszeichen 2 und 3 sind Polarisatoren, und das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Reflektor, von dem das Licht gut reflektiert wird. Bei einfallendem Licht

L1, das auf den Polarisator 2 fällt, hat der Teil des

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Lichtes, der hindurchgehen kann, nur eine konstante Komponente von polarisiertem Licht, während die andere Komponente von polarisiertem Licht vom Polarisator 2 absor-

: biert wird. Das durch diesen Polarisator 2 hindurchge

gangene Licht breitet sich aus, während es seine Polari-

■ sationsrichtung identisch mit der optischen Achse des

Ί Flüssigkristalls bei dem Vorgang beibehält, bei dem es

durch das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 hindurchgeht,

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und an diesen Teil des Flüssigkristalls ist kein elektrisches Feld angelegt. Bei einem Flüssigkristall vom TN-Typ oder vom verdrehten nematischen Typ wird die optische Achse des Flüssigkristalls gerade um 90 Grad zwischen den beiden Elektroden verdreht. Wenn somit Licht, das auf das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 auftrifft, letzteres ver läßt, so ändert es sich in Licht, dessen Polarisationsrichtung um 90° gegenüber dem einfallenden Licht gedreht worden ist. Nimmt man nun an, daß der Polarisator 3 eine Absorptionsachse orthogonal zu der des Polarisators 2 hat, so geht das oben erwähnte einfallende Licht L1 durch den Polarisator 3 hindurch, wobei es intakt bleibt und den Reflektor 4 erreicht. Das vom Reflektor 4 reflektierte Licht geht wieder durch den Polarisator 3, das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 und den Polarisator 2 hindurch und kann als reflektiertes Licht L2 beobachtet werden, was in unseren Augen dazu führt, daß die Oberfläche des Reflektors 4 als hell angesehen wird. Wird ein elektrisches Feld an das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 angelegt, so hat der Teil des Flüssigkristalls, bei dem das elektrische Feld existiert, eine optische Achse parallel zum elektrischen Feld. Das bedeutet, die optische Achse des Flüssigkristalls ändert sich von seinem Zustand, injdem sie parallel zu den transparenten Elektroden ist, in eine Richtung senkrecht dazu. Zu dem Zeitpunkt, wenn das einfallende Licht L1 durch das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 hindurchgeht, erreicht es den Polarisator 3, wobei seine Polarisationsrichtung intakt bleibt, wenn es den Polarisator 2 verlassen hat, aber nicht beeinflußt

durch den Flüssigkristall. Da die Polarisatoren 2 und 3 ihre Absorptionsachsen in der oben beschriebenen Weise orthogonal zueinander haben, wird das einfallende Licht L1 nahezu vom Polarisator 3 absorbiert und erreicht den Reflektor 4 nicht. Selbstverständlich können unsere Augen nichts sehen, und der Teil des Flüssigkristall-Anzeigeelementes 1, an den ein elektrisches Signal angelegt ist, wird als schwarz im Gegensatz zum Hintergrund angesehen,

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der von hellem Licht vom Reflektor 4 gebildet wird. Somit kann ein angezeigtes Muster visuell erkannt werden. Die vorstehenden Darlegungen sind im Zusammenhang mit Polarisatoren 2 und 3 beschrieben worden, die orthogonal zueinander sind, aber mit Absorptionsachsen der Polarisatoren 2 und 3, die parallel zueinander sind, ist der Hintergrund schwarz und ein angezeigtes Muster hell, was umgekehrt wie bei der obigen Anordnung ist.

Figur 2 zeigt einen Schnitt einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung im Durchlaßbetrieb, wobei der Reflektor 4 gemäß Fig. 1 weggelassen ist. Durch Steuerung der Transmission des einfallenden Lichtes L3 von einer Lichtquelle 5 im Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 und Betrachtung

¹^ des durchgelassenen Lichtes L4 ist es möglich, visuell ein angezeigtes Muster entsprechend den gleichen Prinzipien zu erkennen, wie es anhand von Fig. 1 beschrieben worden ist. In diesem Falle kann eine Anzeige auch in Abwesenheit von externem Licht visuell erkannt werden.

^O Dies deswegen, weil die Lichtquelle 5 bei der Einrichtung vorhanden ist.

Figur 3 zeigt im Schnitt eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in Transflexions-Betriebsart, die sowohl die Merkmale der Reflexions-Betriebsart gemäß Fig. 1 als auch der Transmissions-Betriebsart gemäß Fig. 2 hat. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Transflexionsplatte oder halbdurchlässige Platte, die aus Material bestehen kann, das die diffuse Reflexion verwendet, die von der Ober-

flächenstreuung hervorgerufen wird, wie bei Tuchen, Licht zerstreuendem Papier, milchweißen Harzen usw., sowie die diffuse Transmission, aufgrund der Tatsache, daß das Licht sich durch ein Material ausbreitet, während eine Mehrfachstreuung vorgenommen wird, oder aus Material bestehen kann, das eine diffuse Reflexionsoberfläche besitzt, die etwas Licht hindurchläßt, wie z.B. ein lichtdurchlässiges Material mit einer streuenden Oberfläche,

,die mit einem dünnen Metallfilm oder dergleichen beschich-, tet ist.

Derartige Anzeigeeinrichtungen haben den Vorteil, daß die Lesbarkeit gut aufrechterhalten werden kann, unabhängig von der Menge an externem Licht. Dies deswegen, weil die Anzeigeeinrichtungen bei starkem externen Licht in Reflexions-Betriebsart unter Verwendung des einfallenden Lichtes L1 und bei schwachem externen Licht in Transmissions-Betriebsart unter Verwendung des hindurchgelassenen Lichtes L4 von der Lichtquelle 5 gebracht werden. Diese Transflexions-Betriebsart wird in großem Umfang verwendet, da sie sowohl die Vorteile von licht-emittierenden Anzeigeeinrichtungen als auch die von licht-empfangenden

!5 Anzeigeeinrichtüngen besitzen, die entgegengesetzt zu ersteren Einrichtungen im Hinblick darauf sind, ob die Lesbarkeit bezüglich der Intensität des externen Lichtes gut oder schlecht ist.

²^ obowhl jedoch Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen die Polarisation des Lichtes verwenden, wird es vergleichsweise nicht als wesentlicher Faktor diskutiert, da£ die Uagebung des Flüssigkristall-Anzeigeelementes, insbesondere jeder andere Reflektor als der Polarisator den Grad der PoIarisation ändert. Insbesondere in der Reflexions-Betriebsart ergibt sich ein Grund, aus dem die Qualität der Anzeige abnimmt, wenn nicht der Umstand beachtet wird, daß der Grad der Polarisation bei der reflektierenden Platte abnimmt, weil das Flüssigkristall-Anzeigeelement Licht

zweimal hindurchläßt.

In der Informationsgesellschaft steigt jedoch die Wichtigkeit der Informationsanzeige zunehmend an, und es kann nicht gesagt werden, daß komplizierte Informationen ge-

nauer und korrekter betrachtet werden. Eines der Dinge, die in Zukunft anzustreben sind, ist die Verbesserung der Lesbarkeit, die sich aus Farbanzeigen ergibt, und

ein anderes ist es, das Kontrastverhältnis eines angezeigten Musters zu erhöhen.

Für eine Vergrößerung in Teilen der Anzeigeinformation kann ein Flüssigkristall-Anzeigeelement mit großen Abmessungen verwendet werden, um dadurch eine Vielzahl von Farbstoffen zu verwenden. Beispielsweise ist in Fig. 4 eine Anordnung dargestellt, wobei das Bezugszeichen 1 ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, die Bezugszeichen 2 und 3 jeweils Polarisatoren und die Eezug3zeichen 7A bis 7D Anzeigebereiche bezeichnen, die von gestrichelten Linien umgebene Eereiche bilden.

In der Reflexions-Betriebsart und der Transmissions-Betriebsart sind die Polarisatoren 2 und 3 auf den gesamten vorderen und rückseitigen Oberflächen des Flüssigkristall-Anzeigeelementes 1 befestigt oder angeklebt, wobei jeweils einer für die vordere bzw. hintere Oberfläche vorgesehen ist. Somit ist es bei Farbanzeigen möglich, einen Farb-Polarisator zu verwenden, aber es kann nur eine einzige Farbe ausgedrückt werden.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wird zunächst eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß Fig. 5 vorgeschlagen. Der Unterschied zwischen dieser Einrichtung und der herkömmlichen Einrichtung gemäß Fig. 4 besteht darin, Farbpolarisatoren 2A, 2AA, 2B, 2C, 2CC und 2D anstelle des Polarisators 2 in Schlitzen oder Spalten längs der Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7A bis 7D zu befestigen

oder festzukleben. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet Grenzlinien zwischen dem Polarisator 2A und dem Polarisator 2AA, zwischen dem Polarisator 2C und dem Polarisator 2CC, zwischen dem Polarisator 2C und den Polarisator-Anzeigebereichen 7 und ist gut geeignet für Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7B mit einfachem Muster. Zum Beispiel ist es bei Flüssigkristall-Anzeigebereichen 7C und 7D, die gebogene Bereiche besitzen oder komplizierte Muster haben,

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die in Farbe von der Flüssigkristall-Anzeige angezeigt
werden, schwierig, die Arbeitsgänge des Anklebens oder
Befestigens von verschiedenen Arten von Polarisatoren mit guter Genauigkeit durchzuführen, was zu einer Verringerung der Produktivität führt.

Indem man die allgemeinen Farbpolarisatoren längs der
Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7 auf diese Weise für die Polarisatoren 2 anklebt, können die Nachteile, die sich

¹^ aus der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 4 ergeben, beseitigt werden. Der Arbeitsgang des Anklebens von Polarisatoren 2, die von unterschiedlicher Art (unterschiedlichen Farben) längs des Flüssigkristall-Anzeigebereiches 7 sind, ist jedoch gut geeignet für einen Flüssigkristall-Anzei-

*° gebereich 7B mit einfachem Muster.

Derzeit sind Farbpolarisatoren rot, grün, blau, orange
und gelb und kommen unter Berücksichtigung der nachstehenden Aspekte infrage. Sie werden somit nicht in brei-

tem Umfang bei praktischen Anzeigeeinrichtungen verwendet. Einer der Aspekte besteht darin, daß ihre Farbtöne begrenzt sind, so daß Farbtöne, die für verschiedene Anzeigen geeignet sind, nicht erhalten werden können. Ein anderer Aspekt ist der, daß insbesondere Farbpolarisatoren

ein sehr schlechtes Kontrastverhältnis im Vergleich zu

neutralen Polarisatoren haben, was zu einer Verschlechterung der Lesbarkeit führt. Man kann auch sagen, daß die Zuverlässigkeit nicht ausreichend in Bezug auf die Stabilität der Farbstoffe ist. Aufgrund dieser Nachteile

sind sie nicht bei Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen

verwendet worden, wenn man es damit vergleicht, daß sie in breitem Umfang bei anderen Anzeigeeinrichtungen verwendet werden, bei denen die Lesbarkeit und das Unterhaltungsvermögen besser ist. Insbesondere erreichen die Far-35

ben orange und gelb nicht die Werte der Praxis.

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Erläuterung der Erfindung

Die Erfindung ermöglicht es, jegliche Farbanzeigen vorzunehmen, indem man einen Farbfilter anstelle eines Farbpolarisators verwendet; außerdem ist es Aufgabe der Erfindung und angestrebt, Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen anzugeben, um eine Farbanzeige mit verbesserter Lesbarkeit und hohem Kontrastverhältnis zu schaffen, indem man den Minderungen im Grad und Zustand der Polarisätion eines Farbfilters sowie eines Reflektors und eines Transflektors Beachtung schenkt.

Gemäß der Erfindung ist die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung aufgebaut, indem der Farbfilter und Polarisa- *° tionszustand des Lichtes berücksichtigt ist. Somit ergibt sich der Effekt, daß eine Anzeigeeinrichtung geschaffen wird, die in der Lage ist, verschiedene Farbanzeigen sowie ein gutes Kontrastverhältnis zu liefern.

Außerdem ist die Anzeigeeinrichtung so aufgebaut, daß eine Vorderwand in eine Lichtabschattungs-Druckeinheit und einen gedruckten Bereich für Skalen und Einheiten, Buchstaben, Zahlen usw. unterteilt ist, und die Einrichtung ist in zwei Teile oder eine Hintergrundplatte, die die Anzeigeeinheit transparent macht, und die Vorderwand unterteilt, die mit Skalen und Einheiten, Buchstaben usw. bedruckt ist, während das beleuchtende Licht auf die Vorderwand durch die Stirnfläche einfällt. Somit wird die Produktivität verbessert, während die Flüssigkristall-

Anzeigeeinrichtung so ausgebildet werden kann, daß die Farbgebung der Anzeigeeinheit, ein Farbton des Hintergrundes und andere nach Belieben gewählt werden können, was zur verbesserten Lesbarkeit führt.

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Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt einen Schnitt einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in Reflexions-Betriebsart; Fig. 2 zeigt einen Schnitt einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in Transmissions-Betriebsart;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung in fransflexions-Betriebsart;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung; Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 6 zeigt einen Schnitt einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung; Fig. 8 zeigt einen Schnitt einer Ausführüngsform einer Transflexionsplatte in Anwendung auf die Erfindung; Fig. 9 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 10 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung; und

Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Darstellung im Schnitt eines Teiles der Hintergrundplatte und Vorderplatte dieser Ausführungsform.

Beste Ausführungsform zur Ausführung der Erfindung

Figur 6 zeigt einen Schnitt einer Ausführungsform gemäß der Erfindung. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 9 einen Farbfilter, damit die Anzeigeeinrichtung eine Farbanzeige liefern kann. Dieses Beispiel bezieht sich auf die Reflexions-Betriebsart, aber auch wenn man den Reflek

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tor 4 durch einen Transflektor 6 ersetzt, bleibt der Gedankengang und die Prinzipien völlig unverändert. Der Farbfilter 9 ist mit einem durchlässigen Beschichtungsmateriäl versehen, das auf einen transparenten Film aufgedruckt und aufgetragen ist, und sein Muster ist identisch mit oder etwas größer als das der transparenten Elektrode auf dem Flüssigkristall-Anzeigeelement 1. Wenn die Absorptionsachsen der Polarisatoren 2 und 3 parallel zueinander sind, wird einfallendes Licht L1, das in die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung eintritt, in Abwesenheit eines elektrischen Signals oder durch einen Bereich, der keine transparente Elektrode besitzt, abgefangen und bewirkt keine Anzeige. Somit fehlt reflektiertes Licht L2, um die Anzeigeeinrichtung schwarz zu machen, und man kann die Farbe des Farbfilters nicht beobachten. Beim Anlegen eines elektrischen Signals an eine transparente Elektrode läßt ihre Anzeigemustereinheit Licht hindurch. Somit geht das einfallende Licht L1 durch den Farbvilter 9 hindurch und wird vom Reflektor 3 reflektiert. Es geht wieder durch den Farbfilter 6, die Polarisatoren 2 und 3 und das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 hindurch, was zur Beobachtung von reflektiertem Licht L2 führt. Eine Farbe, die zu dieser Zeit angezeigt wird, wird durch die Filtereigenschaften des Farbfilters 9 bestimmt, und sein Farbton und seine Farbqualität werden durch die Art des Beschichtungsmaterials, das bei dem Filter verwendet wird, sowie seine Beschichtungsdicke bestimmt. Der hier verwendete Farbfilter ist zufriedenstellend dafür, was in breitem Umfang bei selbstleuchtenden Anzeigeeinrichtungen verwen-

det wird, die allgemein verkauft werden. Durch Verwendung von existierenden Drucktechniken ist es auf diese Weise möglich, einen Mehrfarbendruck vorzunehmen in Übereinstimmung mit dem Anzeigemuster der transparenten Elektrode, und eine Änderung hinsichtlich der Farbe, des Farbtones und der Farbdichte können nach Belieben variiert werden. Dies erhöht nicht nur die Lesbarkeit der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und ihre Anzeigewirkung, son-

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dern hat auch den Effekt, daß die Farbanzeige ohne das Er fordernis erfolgen kann, verschiedene Arten von Polarisatoren in genauer Übereinstimmung mit der transparenten Elektrode auf dem Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 festzukleben, wie bei der Farbanzeige mit Polarisatoren 2 und 3, und ohne das Erfordernis, die Polarisatoren in komplizierte Formen zu schneiden.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der eine halbdurchlässige oder Transflexions-Platte 6 anstelle des Reflektors 4 vorgesehen ist. Diese Ausführungsform ist in der Lage, Farbanzeigen in Transmissions- und Reflexions-Betriebsart vorzunehmen. Als ein Problem bleibt jedoch unvermeidlicher^eise der Nachteil, daß bei orthogonal zueinander liegenden Absorptionsachsen der Polarisatoren 2 und 3 das Farbmuster des Farbfilters 9 auf dem Hintergrund beobachtet wird.

Eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit gutem Kontrast wird nun betrachtet anstelle der Beschreibung im Hinblick auf Änderungen des Grades und des Zustandes der Polarisation des Lichtes in der Anzeigeeinrichtung. Die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß Fig. 7 verwen- ° - det zwei Polarisatoren 2 und 3, deren Absorptionsachsen parallel zueinander liegen. Die Absorptionsachse des Polarisators 2 ist mit ^—^ ^die Absorptionsachse des Polarisators 3 ist mit ^-^ bezeichnet. Somit läßt der Polarisator 2 im belichteten Zustand nur eine linear

polarisierte Komponente des einfallenden Lichtes L1 orthogonal zu seiner Absorptionsachse hindurch. Das Licht geht durch den Farbfilter 9 hindurch und wird vom Reflektor 4 reflektiert, woraufhin es wieder durch den Farbfilter 9 hindurchgeht und in den Polarisator 3 eintritt. In der Zwischenzeit muß das Licht immer im gleichen Polarisationszustand bleiben, da es den Polarisator 3 verlassen hat. Wenn der Polarisationszustand bei dem

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obigen Vorgang geändert wird, um eine Polarisationskomponente in Richtung der Absorptionsachse des Polarisators 3 hervorzurufen, dann wird sie vom Polarisator 3 stark absorbiert. Dies führt nicht nur zur Verursachung einer Verringerung der Helligkeit der gesamten Anzeigeoberfläche, sondern auch zu einem beeinträchtigenden Einfluß auf das Kontrastverhältnis. Unter den Filmen, welche Basismaterialien für den Farbfilter 9 bilden, kann die Regelmäßigkeit im molekularen Bereich beim Filmherstellängsverfahren beeinflußt oder gesteuert werden, daß sie eine optische Anisotropie zeigen. Wenn ein derartiges Material Licht hindurchläßt, ändert sich linear polarisiertes Licht im allgemeinen in elliptisch polarisiertes Licht, was zu Fällen führt, bei denen die Helligkeit verringert und das Kontrastverhältnis in der oben beschriebenen Weise verschlechtert wird. Wenn diffus reflektierendes Material, das zur Mehrfachstreuung beiträgt, wie z.B. diffuses Papier als Transflektor 6 verwendet wird, verliert das diffuse reflektierte Licht seine Erinnerung an das einfallende Licht, was zu einem vollständig unpolarisierten Zustand führt. Dementsprechend wird ein Teil des reflektierten Lichtes vom Polarisator 3 absorbiert, was zu einer Verringerung des Anzeigevermögens ähnlich wie oben beschrieben führt.

Wie oben erläutert, läßt das Flüssigkristall-Anzeigeelement und die polarisierende Platte Licht zweimal in Reflexions-Betriebsart hindurch. Somit ist es im Hinblick auf die Vergrößerung des Kontrastverhältnisses

SQ eine wichtige Bedingung, daß die ersten und zweiten Durchgänge oder Transmissionen völlig den gleichen Polarisationszustand aufrechterhalten.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt einer Ausführungsform eines ³^ halbdurchlässigen Spiegels oder TransfLektors 6, der in ausreichendem Maße den obigen Effekt befriedigt und zur Durchführung oder Realisierung der Erfindung dient.

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Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Diffusionselement und das Bezugszeichen 10 einen durchlässigen Film, der aus Metall besteht, das in einer dünnen Schicht auf die Oberfläche des Diffusionselementes 10 aufgebracht ist. Der Film ist etwas durchlässig und optisch isotrop und sorgt dafür, daß das reflektierte Licht L2 und das einfallende Licht L1 soweit wie möglich im gleichen Polarisationszustand gehalten werden. Das einfallende Licht L3 von der Lichtquelle 5, das auf diesen halbdurchlässigen Film 6 auftrifft, wird vom Diffusionselement 11 gestreut und diffus gemacht und geht durch den durchlässigen Film hindurch, aus dem es als durchgelassenes Licht L4 austritt. Somit hat das von der Lichtquelle 5 einfallende Licht L3 eine starke Richteigenschaft, und wenn es aus dem durchlässigen Film 10 ausgetreten ist, bildet das Licht gleichmäßig hindurchgelassenes Licht L4, auch wenn das einfallende Licht L3, das in den Transflektor oder halbdurchlässigen Film 6 an jedem Punkt eintritt, ein Helligkeitsprofil haben würde. Somit kann das Flüssigkristall-Anzeigemuster gleichmäßig beleuchtet werden.

Fig. 9 zeigt eine weiter verbesserte Anordnung gegenüber den Anordnungen gemäß Fig. 7 und 8. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine Lichtquelle, das Bezugszeichen 6 eine halbdurchlässige Schicht oder einen Transflektor zur Streuung und Reflexion von Licht und das Bezugszeichen 9 einen Farbfilter, der aus einem dünnen transparenten Film besteht, der Farbbereiche 9A bis 9D aufweist, die mit farbigen durchlässigen Tinten oder Farben aufgedruckt oder beschichtet sind, wobei sie im wesentlichen mit dem Muster der Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7A bis 7D sowie des Polarisators 2 zusammenfallen bzw. übereinstimmen.

Der Polarisator 2 wird auf die vordere Oberfläche des Flüssigkristall-Anzeigeelementes geklebt, so daß ausgeschnittene Bereiche in Übereinstimmung oder Ausfluchtung

mit den Flüssigkristall-Anzeigebereichen 7A bis 7D liegen, aber im Gegensatz zur Anordnung gemäß Fig. 8 muß der Polarisator 2 nicht notwendigerweise Farbpolarisatoren 2A bis 2D besitzen und wird ausreichend sein, solange er aus einem neutralen Polarisator besteht. Somit ist es nicht erforderlich, verschiedene Polarisatoren in präzisen und genau vorgegebenen Stellungen an den Grenzlinien festzukleben, wo die Anzeige der Farben sich ändert. Es ist möglich, die komplizierte Farbanzeige mit farbigen Bereichen des Farbfilters 9 vorzunehmen, der aufgedruckt oder durch Beschichtung aufgebracht ist. Außerdem kann ein genaues und feines Muster ohne weiteres realisiert werden, indem man Drucktechniken, wie z.B. Siebdruck oder dergleichen verwendet.

Das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 wird auf der vorderen Oberfläche mit einer Frontplatte 12 versehen. Die Frontplatte 12 besteht aus transparentem Harz, z.B. aus einer Acrylplatte, einer Polycarbonatplatte oder dergleichen, die mit Lichtabschattungsaufdrucken versehen ist, mit Ausnahme derjenigen Bereiche, die den Flüssigkristall-Anzeigebereichen mit einem Teil von Skalen und Einheiten, Zahlen, Buchstaben usw. entsprechen, die mit einem halbdurchlässigen Aufdruck angebracht sind. Wenn die Berei- ehe, die halbdurchlässige Aufdrucke tragen, in besonderer Weise zu einer Farbe hinzugefügt werden, die stark in der Lichtstreuung ist, dann wird die Lesbarkeit bei der Verwendung von externem Licht verbessert.

um die Skalen und Einheiten, Buchstaben, Zahlen usw. auf der Frontplatte 12 von einer äußeren Lichtquelle 5 zu beleuchten, ist der Polarisator 2 so geschnitten, daß er mit der Form der Flüssigkristall-Anzeigebereiche übereinstimmt. Wenn man dies tut, geht das Licht immer durch das Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 hindurch, mit Ausnahme der Flüssigkristall-Anzeigebereiche. Die Anbringung des Lichtabschattungsaufdrucks an der Vorderwand 12 mit Aus-

ο ο υ υ ς/

nähme der Flüssigkristall-Anzeigebereiche dient zum Abfangen von Licht, das nicht zur Beleuchtung der Skalen und Einheiten, Buchstaben, Zahlen usw. beiträgt.

Bei einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit einem solchen Aufbau kann die Farbanzeige durch den Filter vorgenommen werden, und außerdem ist es nur erforderlich, einen neutralen Polarisator oder eine einzige Art von Polarisator zu verwenden und ihn so zu schneiden, daß er mit dem Außenprofil des Anzeigemusters übereinstimmt, woraufhin er angeklebt wird. Außerdem wird ein gutes visuelles Erkennungsvermögen erhalten, und zwar sowohl mit der Verwendung von externem Licht als auch dann, wenn man sich auf die interne Lichtquelle verläßt. Dies ist der Grund, warum der halbdurchlässige Film oder Transflektor 6 verwendet wird.

Diese Anzeigeeinrichtung beseitigt im wesentlichen die Nachteile von herkömmlichen Anordnungen gemäß Fig. 4 und 5, aber es bleiben immer noch Probleme hinsichtlich des Schneidens und Positionierens des Polarisators. Somit sind weitere Verbesserungen erwünscht."

Die Erfindung beseitigt auch Schwierigkeiten der oben beschriebenen Art und zielt gemäß ihrer Aufgabenstellung auf die Schaffung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die in der Lage ist, eine Farbanzeige ohne das Erfordernis des Schneidens des Polarisators vorzunehmen und es dennoch zu ermöglichen, die Anzeige auf der Vorderwand zu beleuchten, um auf diese Weise die Lesbarkeit zu steigern.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. 3^ In Fig. 10 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 12 gleiche Bauelemente wie in den Figuren 1 bis 9. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Hintergrundplatte, die auf den

Bereichen vorgesehen ist, die den Flüssigkristall-Anzeigebereichen 7A bis 7D entsprechen, wobei Fenster 13A, 13B, 13C und 13D diese Bereiche transparent machen. Andere Bereiche sind gefärbt oder beschichtet mit einem Beschichtungsmaterial_; so daß sie opak oder lichtundurchlässig sind. Ihre Farbe wird ausreichen, solange die Farbe bewirkt, daß die Zahlen, Skalen und Einheiten, Buchstaben usw. leicht zu lesen sind, auch die Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7A bis 7D gut lesbar sind und eine harmonisehe Gestaltung im Hinblick auf das Design vorliegt. Das Material für die Hintergrundplatte 12 besteht aus einer Acrylplatte, Aluminiumplatte, Glasplatte oder dergleichen, und diejenigen Bereiche, durch welche die Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7A bis 7D betrachtet werden, müssen transparent bleiben oder herausgeschnittene Fenster darin haben. Auch sind nur die Skalen und Einheiten, Buchstaben, Zahlen usw. auf die Vorderwand 12 aufgedruckt oder durch Beschichtung aufgebracht. Lichtquellen 14 und 15, wie z.B. Lampen oder dergleichen, sind an der Vorderwand an beiden seitlichen Enden oder den oberen und unteren Enden angebracht, und die Lichtquelle 15 ist in eine Kappe oder Abdeckung 16 eingesetzt, die als Farbfilter wirkt. Die Polarisatoren 2 und 3 sind auf die gesamten Flächen beider Oberflächen des Flüssigkristall-Anzeigeelementes 1 aufgeklebt, so daß sich genau die gleiche Konstruktion wie bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 ergibt.

Nachstehend wird der Betrieb der Anordnung gemäß Fig. 10 näher erläutert. Das Licht von der Lichtquelle 5 wird vom Transflektor 6 diffus gemacht und hindurchgelassen und erreicht den Farbfilter 9. Das Flüssigkristall-Anzeigemuster ist so ausgebildet, daß es mit diesem Farbmuster übereinstimmt, und die beiden Polarisatoren 2 und 3 sind auf die gesamte Oberfläche der Glasplatte des Flüssigkristall-Anzeigeelementes 1 aufgeklebt, so daß ihre Absorptionsachsen für Licht parallel zueinander sind. Nach dem Einschalten des Lichtes können dementsprechend die

Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7A bis 7D auf dem Flüssigkristall-Anzeigeelement 1 Licht von der Lichtquelle 5 hindurchlassen. Eine Farbe, die zu dieser Zeit angezeigt wird, ist durch die Farbe der Tinte oder des Farbstoffes bestimmt, mit dem der Farbfilter 9 beschichtet ist. Licht vom beleuchteten Anzeigebereich geht durch die transparenten Bereiche 13A, 13B und 13C der Hintergrundplatte 13 hindurch und kann visuell durch die Frontplatte 12 erkannt werden. Die Skalen und Einheiten, Buchstaben und Zahlen auf der Frontplatte 12 können mit dem Licht von der Lichtquelle 5 nicht visuell erkannt werden. Der Grund hierfür ist der, daß der Polarisator 2 auf die gesamte Oberfläche des Flüssigkristall-Anzeigeelementes 1 aufgeklebt ist und daß weiterhin eine Abschirmung durch die Hintergrundplatte 13 erfolgt.

Es fällt jedoch Licht auf die Vorderwand 12 von den Lichtquellen 14 und 15, die an beiden seitlichen Enden oder den oberen und unteren Enden der Vorderwand 12 angeordnet sind, um eine Platte mit Skalen und Einheiten auf der Vorderwand 12 zu beleuchten. Somit können die Anzeigezahlen, Buchstaben usw. wirklich visuell erkannt werden.

Immerlnoch hat die Vorderwand 12 bei dieser Ausführungsform auf einer Seite der transparenten Platte nur die Platte mit Skalen und Einheiten, Buchstaben und Zahlen bedruckt und beschichtet, die für die Anzeige erforderlich sind, während die anderen Bereiche in transparenten Zustand gebracht sind und eine glatte Oberfläche haben. Dies ermöglicht die Beleuchtung der gesamten Oberfläche mit einer kleinen Differenz zwischen Licht und Dunkelheit. Die zugrundeliegenden Prinzipien werden nachstehend im Zusammenhang mit Fig. 11 näher erläutert.

³^ Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von einem Teil des Schnittes der Vorderwand 12 und der Hintergrundplatte 13 in Fig. 10. Es wird nun angenommen, daß Licht

1 L2 und L3 von der Lichtquelle 14 durch die stirnseitige Oberfläche der Vorderwand 12 auf diese aufgetroffen ist. Das mit L2 und L3 bezeichnete Licht wandert durch die Vorderwand 12 hindurch, wobei es dort eine Totalreflexion 5 erleidet. Bei diesem Vorgang wird das Licht kaum gedämpft. Wenn jedoch das Licht von der Lichtquelle 14 die Stelle der Oberfläche der Vorderwand 12 erreicht, an der Farbstoff oder Tinte 17 vorhanden ist, um die Platte mit Skalen und Einheiten, Buchstaben, Zahlen usw. darauf zu be-10 drucken und zu beschichten, wird das Licht von der Oberfläche der Vorderwand 12 nicht total reflektiert, sondern tritt teilweise in den beschichteten Tinten- oder Farbstoffbereich ein, wo es von der Oberfläche der Tinte bzw. ; des Farbstoffes gestreut oder diffus gemacht wird, und

\ ' 15 ein Teil davon wird absorbiert. Wenn die Tinte oder der ' Farbstoff jedoch reflektierend ist, dann wird ein Teil

ί des reflektierten Lichtes wieder in die Vorderwand 12 ein-

} treten. Aufgrund eines Einfallswinkels zu dieser Zeit kann

\ ■ ■ das, was innerhalb des kritischen Winkels liegt, nicht

20 innerhalb der Vorderwand bleiben und tritt aus der vorderen Oberfläche aus, wobei es auf die Augen des Betrachters : als Licht fällt, das mit L2' oder L3' bezeichnet ist. Das

; bedeutet, für einen kleinen Bereich von Tinte oder Farb

stoff 17 wandert das von der Lichtquelle 14 einfallende

·.,; 25 Licht durch die Vorderwand 12 ohne Dämpfung hindurch, und

% nur ein Teil des Lichtes wird gestreut und diffus gemacht,

bis es aus der vorderen Oberfläche austritt. Dies führt ] zu einer Beleuchtung der Eintrittsoberfläche. Aufgrund

:j dessen erfolgt eine Beleuchtung der Eintrittsoberfläche

"^ der Vorderwand 12 mit gleichmäßiger Helligkeit.

\ ' ■ ■ . ■

S Auch ist der Effekt oder die Wirkung größer bei einem ge-

";■; wissen Abstand, der zwischen der Hintergrundplatte 13 und

jj der Vorderwand 12 aufrechterhalten wird. Wenn die beiden

i in vollständig innigen Kontakt gebracht werden, wird das

J in die Hintergrundplatte 13 eintretende Licht L2 und L3

! von der Tinte oder dem Farbstoff 18, der auf eine Seite

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der Hintergrundplatte 13 aufgebracht ist, gestreut und diffus gemacht, bis es gedämpft oder abgeschwächt ist. Somit wird der Effekt der Erfindung stark beeinträchtigt oder verschlechtert, jedoch ist es nicht erforderlich, eine spezielle Gegenmaßnahme zu treffen, da die Tinte oder der Farbstoff 17 nicht zu einem innigen Kontakt führt.

Es ist auch möglich, ein .Farbschema für die Tinte oder den Farbstoff 18 zu wählen, um andere unschöne Stellen zu verstecken als die Flüssigkristall-Anzeigebereiche 7, wenn man die Anzeigeeinrichtung betrachtet; es ist auch möglich, die Lesbarkeit der Anzeigeeinrichtung, die eine andere Farbe als der Polarisator 2 besitzt, zu erhöhen und die Qualität der Anzeige zu verbessern.

Wenn die Platte mit den Skalen und Einheiten, Buchstaben und Zahlen auf der Vorderwand 12 dazu gebracht wird, ihre Farbe zu ändern, so kann die Platte mit den Skalen und Einheiten in einer Farbe zur Anzeige gebracht werden, indem man die Farbe des Farbstoffes oder der Tinte 17 ändert. Dies hat jedoch den Nachteil, daß sie auf eine Farbe beschränkt ist, die einmal aufgetragen ist. Dementsprechend kann die abgestufte Platte mit Skalen und Einheiten, Buchstaben und Zahlen hinsichtlich der Farbe variieren, indem man die Farbe des Farbstoffs oder der Tinte 17 vorgibt oder wählt, während die Wahl und Beleuchtung von einer der Lichtquellen 14 oder 15 mit der Abdeckung 16 für den Farbfilter erfolgt.

Während bei der obigen Ausführungsform der Polarisator im Hinblick auf einen neutralen Polarisator erläutert worden ist, kann der Effekt der Anzeige insgesamt verbessert werden, indem man einen einzigen Farbpolarisator verwendet, um seine Farbgebung oder seinen Farbton auf dem Hintergrund über die gesamte Anzeige herausbringt.

Claims

Patentansprüche

1. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet durch ein Flüssigkristall-Anzeigeelement vom TN-Typ oder verdrehten nematischen Typ, durch einen ersten und einen zweiten Polarisator, die so angeordnet sind, daß sie das Anzeigeelement zwischeneinander aufnehmen und parallele optische Achsen zueinander haben, durch ein Farbfilter, das in Kontakt mit einem der Polarisatoren angeordnet ist, durch einen Transflektor, der . in Kontakt mit dem Farbfilter angeordnet ist, und durch eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, daß sie eine Beleuchtung durch den Transflektor vornimmt.

2. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbfilter einen transparenten Film aufweist, der mit einem mehrfarbigen oder polychromen transparenten Beschichtungsmaterial aufgedruckt oder beschichtet ist.

3. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transflektor aus Metall besteht, das dünn auf ein Material aufgebracht ist, das eine diffus reflektierende Oberfläche besitzt.

4. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet

durch eine Vorderwand, die Anzeigen liefernde Anzeigeinhalte, wie z.B. Skalen und Einheiten, Buchstaben, Zahlen usw. auf einer Oberfläche eines transparenten Substrates besitzt, durch eine Lichtquelle, um Beleuchtungslicht auf die Vorderwand durch eine End- oder

Stirnoberfläche auffallen zu lassen, durch ein Flüssigkristall-Anzeigeelement mit Anzeigebereichen, die in einem vorgegebenen Muster ausgebildet sind, durch eine

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Hintergrundplatte mit einem Fenster, durch welches die Anzeigebereiche des Flüssigkristall-Anzeigeelementes, die zwischen diesem Flüssigkristall-Anzeigeelement und der Vorderwand angeordnet sind, durch das Medium der Vorderwand betrachtet werden, einen ersten Polarisator, der auf einer Oberfläche des Flüssigkristall-Anzeigeelementes angeordnet ist und die Anzeigebereiche bedeckt, durch einen zweiten Polarisator, der so angeordnet ist, daß das Flücaigkristall-Anzeigeelement zwischen dem ersten Polarisator und dem zweiten Polarisator liegt und seine Absorptionsachse parallel zum ersten Polarisator liegt, durch einen Farbfilter mit Farbbereichen, die in einem gewünschten Muster ausgebildet sind, und durch einen Transflektor, so daß ein Stapel von Schichtenanordnungen gebildet wird und eine interne Lichtquelle vorgesehen ist, um eine vordere Oberfläche durch den Stapel von aufeinander angeordneten Schichten zu beleuchten.

5. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Lichtquellen vorgesehen ist, um dafür zu sorgen, daß das Beleuchtungslicht auf eine Vorderwand durch seine End- oder Stirnfläche auffällt, und daß eine Einrichtung zur Änderung der Beleuchtung dieser Lichtquellen vorgesehen ist.