DE3644525A1 - Sichtanzeige - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sichtanzeige, insbesondere ein Flüssigkristall-Display.

Ein Flüssigkristall-Display enthält typisch ein Mittel zum Verändern der Polarisation des Lichts - im folgenden als Licht-Polarisationsmedium bezeichnet - z.B. eine gedrehtes nematisches Flüssigkristallmaterial enthaltende Flüssig­ kristallzelle (LCC) mit Mitteln zum Durchleuchten der Zelle mit polarisiertem Licht. An der der Beleuchtung gegenüber­ liegenden Hauptfläche des Licht-Polarisationsmediums wird ein Analysator angeordnet, dessen Polarisationsebene senk­ recht zu derjenigen des Polarisators stehen soll. In der Strahlungsrichtung des vorzugsweise in der Beleuchtungsan­ ordnung parallelisierten Lichts folgt auf den Analysator ein Lichtzerstreuer, z.B. eine Mattscheibe, der dem Beob­ achter zugewendet ist.

In einem normal beleuchteten Raum wird das Kontrastverhält­ nis der beschriebenen Anordnung durch das an der Streu­ fläche des Lichtzerstreuers reflektierte Umgebungslicht begrenzt. Hierdurch wird normalerweise das Gesamtlicht des Displays im Dunkelzustand, d.h. des Lichtzersteuers, derart beeinträchtigt, daß der Zerstreuer nicht vollkommen schwarz ist, wenn die Flüssigkristallzelle den Dunkelzustand aufweist, sondern als Folge des reflektierten Umgebungs­ lichts ein minimales Licht abgibt. Das trifft zu, obwohl nur etwa 5% (abhängig vom Einfallwinkel) des auftreffenden Umgebungslichts von der Streufläche reflektiert werden, wenn das Umgebungslicht stark genug ist. Der Lichtzer­ streuer besitzt auch eine ebene Oberfläche, das an dieser Fläche reflektierte Licht bildet jedoch im allgemeinen ein gegenüber dem an der Streufläche reflektierten Licht ge­ ringes Problem, da die Reflexion an der ebenen Fläche im allgemeinen spiegelnd ist und daher aus dem Gesichtsfeld des Beobachters abzulenken ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Display mit gegenüber dem Stand der Technik vermindertem, reflektier­ tem Umgebungslicht und demgemäß mit einem erhöhten Kontrast­ verhältnis zu schaffen. Die erfindungsgemäße Lösung ist gekennzeichnet durch ein einander gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen aufweisendes Licht-Polarisations­ medium, einen nahe der ersten Hauptfläche angeordneten, ersten Analysator für Licht sowie einen zwischen der ersten Hauptfläche und dem ersten Analysator angeordneten Licht­ zerstreuer.

Dadurch, daß erfindungsgemäß der Lichtzerstreuer zwischen dem Licht-Polarisationsmedium und dem (ersten) Analysator angeordnet wird, ergibt sich ein gegenüber dem Stand der Technik erhöhtes Kontrastverhältnis des Displays. Der Ana­ lysator läßt nämlich nur die eine Polarisationsrichtung des auftreffenden Lichts zum Zerstreuer durch, so daß selbst bei vollständiger Durchlässigkeit für diese Polari­ sationsrichtung nur die Hälfte des von außen auftreffen­ den Lichtes am Zerstreuer reflektiert werden kann.

Anhand der schematischen Zeichnung werden weitere Einzel­ heiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bekannten Flüssigkristall- Displays;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Displays; und

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Displays.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Flüssigkristall-Display (LCC) 9, das typisch ein Mittel zum Verändern der Polarisation des Lichts (Licht-Polarisationsmedium), z.B. eine Zelle (LCC) 10 mit gedrehtem nematischem Flüssigkristall, und eine Beleuchtung 11 zum Durchleuchten der Flüssigkristallzelle 10 von einer Hauptfläche 10 b her mit polarisiertem Licht besitzt. Die Beleuchtung 11 enthält typisch eine Licht­ quelle 12, die teilweise, d.h. in der Ebene der Fig. 1, ausgeblendet wird, sowie einen Linear-Polarisator 13. Die Lichtquelle 12 besitzt eine Lampe 12 a, z.B. eine Linien­ quelle, und einen Reflektor 12 b. Die Polarisationsrichtung des Polarisators 13 liegt bei 45° mit Bezug auf die Rich­ tung der Lampe 12 a. Ein Antrieb 15 liefert ein elektrisches Signal zu der Flüssigkristallzelle 10, das ein zu zeigendes Bild repräsentiert. Der Mittelpunktszeiger der Flüssigkri­ stallzelle 10 steht senkrecht zur Richtung der Linienquelle der Lampe 12 a. Auf der anderen Hauptfläche 10 a der Flüssig­ kristallzelle 10 wird ein erster Analysator 14 in das vom LCC 10 kommende Licht gesetzt. Die Polarisationsrichtung des Analysators 14 wird senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polarisators 13 orientiert. Zwischen dem Analysator 14 und dem Beobachter 18 wird ein Lichtzerstreuer 16, z.B. eine Mattscheibe, angeordnet, die dazu dient, das (paral­ lel) gerichtete Licht auszubreiten und damit den Sichtwin­ kel zu vergrößern.

In einem normal beleuchteten Raum wird das Kontrastverhält­ nis der bekannten Anordnung durch das an der Streufläche 16 a des Lichtzerstreuers 16 reflektierte Licht 21 des auf­ fallenden Umgebungslichts 20 beeinträchtigt. Das bedeutet, daß das Display, d.h. der Streuschirm 16, nicht dunkel ist, wenn die Flüssigkristallzelle 10 sich an sich im Dunkelzu­ stand befindet, weil stets eine geringe Menge an Umgebungs­ licht am Streuschirm 16 reflektiert wird.

In Fig. 2 wird eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 darge­ stellt, die Reihenfolge von Lichtzerstreuer 16 und Analy­ sator 14 ist jedoch umgekehrt, d.h. der Lichtzerstreuer 16 wird zwischen die Flüssigkristallzelle 10 und den Analy­ sator 14 gesetzt.

Die Lampe 12 a enthält eine Linienquelle, z.B. eine fluores­ zierende Röhre. Der Reflektor 12 b enthält einen zylindrisch parabolischen Spiegel, der im wesentlichen das Licht der Lampe 12 a in der Ebene von Fig. 2 aber nicht senkrecht dazu parallel richtet. Der Polarisator 13 und der Analysator 14 enthalten jeweils eine Polarisationsfolie, z.B. eine Folie des Typs HN 32 der Firma Polaroid Corp., Cambridge, Massachusetts. Die LCC 10 ist herkömmlich und enthält ein Paar transparenter einander gegenüberliegender Substrate (nicht gezeichnet) mit gemusterten transparenten Elektroden (nicht gezeichnet) und darauf liegenden Führungs- bzw. Aus­ richtschichten (nicht gezeichnet); ferner enthält die LCC 10 ein Flüssigkristallmaterial, vorzugsweise ein gedrehtes, nematisches Material. Die LCC kann auch ein ferroelektri­ scher oder magnetoelektrischer Typ sein. Der Zerstreuer enthält vorzugsweise eine zylindrische linsenrasterartige Anordnung, z.B. des Typs Nr. 260 der Firma Lectric Lites Co. Forth Worth, Texas. Die Anordnung soll so ausgebildet werden, daß vorzugsweise in der Ebene von Fig. 2, aber nicht in der Richtung senkrecht dazu, gestreut wird.

Bei Anwendung ist das auftreffende Umgebungslicht 20 im allgemeinen unpolarisiert. Der Analysator 14 läßt etwa 64% des auftreffenden Lichts 20 in der bestimmten Polarisations­ richtung durch und nahe 0% in der senkrecht dazu stehenden Polarisationsrichtung. Die gesamte Durchlässigkeit ist gleich dem Durchschnitt der beiden Werte, also etwa 32%. Wenn das Licht von der Streufläche 16 a reflektiert wird, tritt theoretisch nur eine geringe Änderung der Polarisa­ tion auf. Es werden daher etwa 64% des reflektierten Lichts 21 durch den Analysator 14 durchgelassen. Aus der Sicht des Beobachters wird das reflektierte Licht 21 also um das Produkt 0,64 × 0,32 reduziert, es beträgt also nur etwa 0,2 des auftreffenden Umgebungslichts 20. Das am erfindungs­ gemäßen Display reflektierte Umgebungslicht wird demgemäß um den Faktor 5 gegenüber dem an herkömmlichen Displays dieser Art reflektierten für den Betrachter vermindert.

Es hat sich herausgestellt, daß der Streuschirm 16 die Po­ larisierung des durch die LCC 10 auf dem Weg zum Analysator 14 laufenden Lichts beeinträchtigen kann, so daß die durch Reduzierung des Umgebungslichts erzielte Verbesserung des Kontrastverhältnisses wiederum vermindert wird. In diesem Fall kann ein Aufbau nach Fig. 3 angewendet werden. Der Lichtzerstreuer besteht dann aus zwei aufeinanderliegenden linsenförmigen Gruppen bzw. Streuschirmen 16 x und 16 y (ge­ schichtete Lichtzerstreuer), mit denen eine adäquate Licht­ streuung zu erzielen ist. Ein zweiter Analysator 26, bei­ spielsweise als Polarisationsfolie, wird zwischen die LCC 10 und den Lichtzerstreuer 16 x, 16 y gesetzt, um eine Ent­ polarisation durch den Lichtzerstreuer 16 x, 16 y zu vermei­ den. Die Polarisationsrichtungen der beiden Analysatoren 16 und 26 liegen parallel zueinander und senkrecht zu derje­ nigen des Polarisators 13. Außerdem wird eine Fresnel-Linse 24 an der Öffnung des Reflektors 12 b angeordnet, um eine gleichmäßige Beleuchtung und demgemäß einen weiten Blick­ winkel der LCC 10 zu erhalten. Die Fresnel-Linse 24 und die beiden Streuschirme 16 y, 16 x können ebenfalls im Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 und mit erheblichem Vorteil auch im Bekannten gemäß Fig. 1 verwendet werden.

Ein normal beleuchteter Raum liefert eine Beleuchtungs­ stärke von etwa 200 lux. Wenn in einem solchen Raum zwei miteinander verbundene Halbzylinder-Streuschirme 16 x und 16 y so orientiert werden, daß die Linienquellen des Raum­ lichts und der Beobachter in der Ebene von Fig. 3 sind, beträgt das reflektierte Umgebungslicht 20 foot-Lambert (ft-l) (1 ft-l=9,69 cd/cm). Wenn die Linienquellen des Raumlichts in der Ebene parallel zu Fig. 3 stehen und der Beobachter sich in der Ebene von Fig. 3 befindet, beträgt das reflektierte Umgebungslicht etwa 5 ft-l.

Für die nachfolgend beschriebenen Messungen wurde eine Flüs­ sigkristallzelle 10 des Typs Nr. ZL 1-2293 (hergestellt von E. Merck, Inc. Darmstadt) verwendet, die eine Dicke von 4 Mikrometern besaß. Als Polarisator 13 und als Analy­ sator 14 wurden die oben genannten Typen Nr. HN 32 einge­ setzt, während der zweite Analysator 26 den Typ Nr. HN 42 besaß. Als Zerstreuer wurde der Typ Nr. 260 eingesetzt.

Beispiel 1

Der Aufbau nach Fig. 3 besaß, wenn das Display 200 ft-l ungemusterten Lichts in 20 ft-l Umgebungslicht aussandte, ein Kontrastverhältnis von etwa 14 : 1 bei einer angelegten Spannung ein bzw. aus, wie sich durch Messung mit einem (Modell Nr. 1980 A Spectra Pritchard) Fotometer ergeben hat.

Beispiel 2ü1Ein Aufbau nach Fig. 2 mit einer Fresnel-Linse an der Öff­ nung des Reflektors 12 b und zwei Zerstreuern besaß, wenn das Display 200 ft-l Licht in 20 ft-l Umgebungslicht aus­ sandte, ein Kontrastverhältnis von etwa 8,5 : 1. Gegenbeispiel 1 Bei Verwendung einer Fresnel-Linse und zweier Zerstreuern im bekannten Aufbau nach Fig. 1 betrug das Kontrastverhält­ nis mit einem 200 ft-l Licht aussendenden Display in 20 ft-l Umgebungslicht dagegen etwa 7,3 : 1. Beispiel 3 Der Aufbau nach Fig. 3 besaß, wenn das Display 100 ft-l Licht in 5 ft-l Umgebungslicht aussandte, ein Kontrastver­ hältnis von etwa 17 : 1. Beispiel 4 Der Aufbau nach Fig. 2 mit einer Fresnel-Linse und zwei Zerstreuern besaß, wenn das Display 100 ft-l Licht in 5 ft-l Umgebungslicht aussandte, ein Kontrastverhältnis von etwa 9,2 : 1. Gegenbeispiel 2 Es wurde ein bekannter Aufbau nach Fig. 1 mit einer Fres­ nel-Linse und zwei Zerstreuern angewendet. Wenn das Display 100 ft-l Licht in 5 ft-l Umgebungslicht aussandte, betrug das Kontrastverhältnis etwa 10,5 : 1. Die Tatsache, daß dieses Kontrastverhältnis besser ist als dasjenige nach Beispiel 4 erklärt sich daraus, daß der Zer­ streuer 16 einen Einfluß auf die Polarisation des durch das Display gelieferten Lichts besaß. Der Aufbau nach Fig. 2 mit einem unvollkommenen Zerstreuer ist jedoch noch brauchbar, wenn das Umgebungslicht so stark wie in Beispiel 2 ist. Die Verwendung eines Zerstreuers mit geringerem Ein­ fluß auf die Lichtpolarisation kann dazu führen, daß der Aufbau nach Fig. 2 durch Wegfall von Lichtverlusten im zwei­ ten Analysator 26 demjenigen von Fig. 3 überlegen ist.

Claims (15)

1. Sichtanzeige, insbesondere Flüssigkristall-Display, gekennzeichnet durch ein einander gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen (10 a, 10 b) aufweisendes Licht-Polarisationsmedium (10), einen nahe der ersten Hauptfläche (10 a) angeordneten ersten Analysator (14) für Licht sowie einen zwischen der ersten Hauptfläche (10 a) und dem ersten Analysator (14) angeordneten Lichtzerstreuer (16).

2. Sichtanzeige nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine nahe der zweiten Hauptfläche (10 b) angeordnete Beleuchtung (11) des Licht-Polarisationsmediums (10).

3. Sichtanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung (11) eine Lichtquelle (12) sowie zwischen der Lichtquelle (12) und der zweiten Haupt­ fläche (10 b) einen Polarisator (13) umfaßt.

4. Sichtanzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) eine Lampe (12 a) und einen der Lampe (12 a) benachbarten Reflektor (12 b) enthält.

5. Sichtanzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) eine an der Öffnung des Re­ flektors (12 b) angeordnete Fresnel-Linse (24) enthält.

6. Sichtanzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (12 a) eine Linienquelle enthält.

7. Sichtanzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Parabol-Reflektor (12 b) vorgesehen ist.

8. Sichtanzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (13) eine Polarisationsfolie ent­ hält.

9. Sichtanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung (11) eine Fresnel-Linse (24) ent­ hält.

10. Sichtanzeige nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht-Polari­ sationsmedium (10) eine Flüssigkristallzelle enthält.

11. Sichtanzeige nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle gedrehtes nematisches Flüssigkristallmaterial enthält.

12. Sichtanzeige nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtzer­ streuer (16) eine erste linsenförmige Gruppe (16 x) enthält.

13. Sichtanzeige nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtzerstreuer (16) nahe der ersten linsen­ förmigen Gruppe (16 x) außerdem eine zweite linsenför­ mige Gruppe (16 y) enthält.

14. Sichtanzeige nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (14) eine Polarisationsfolie enthält.

15. Sichtanzeige nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Hauptfläche (10 a) und dem Zerstreuer (16) ein zweiter Licht-Analysator (26) angeordnet ist.