DE4128631A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Herkömmliche, gattungsgemäße Flachanzeigen verwenden üblicherweise eine
Flüssigkristallanzeige, hinter welcher eine Beleuchtung angeordnet ist. Diese Be
leuchtung besteht beispielsweise aus mehreren fluoreszierenden Leuchtstoffröhren,
einem Reflektor und einem Diffusor. In jüngerer Zeit wurde auch die Verwendung
von Flachbettentladungslampen zur Rückseitenbeleuchtung vorgeschlagen. Solche
Beleuchtungseinrichtungen sind beschrieben in: WO 90/09 676, JP-A-58 46 568,
EP-A-02 83 014, GB-A-22 17 905, WO 87/04 562, JP-A-5 71 80 067, JP-A-
5 91 27 357, GB 91 15 185 und GB 91 05 626. Diese Flachbettlampen weisen, verglichen
mit den Leuchtstoffröhren, den Vorteil einer gleichmäßigeren Beleuchtung auf und
sind außerdem robuster und kompakter.
In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, daß die Gesamtdicke der Anzeige
vorrichtung, also einschließlich ihrer Rückseitenbeleuchtung, so gering wie möglich
gehalten wird. Dies darf jedoch nicht auf Kosten der Robustheit der Anzeigevor
richtung gehen. Das Maß, um welches die Dicke der Anzeigevorrichtung verringert
werden kann, ist jedoch begrenzt durch die Dicke der beiden Glasplatten, welche
die Rückseitenbeleuchtung bilden und durch die Dicke der beiden Glasplatten, wel
che die Anzeigevorrichtung bilden. Zudem führt jeder Zwischenraum zwischen der
vorderen Platte, der Rückseitenbeleuchtung und der hinteren Platte der Anzeige
vorrichtung zu Vielfachreflektionen, wodurch die Lesbarkeit der Anzeige und die
Beleuchtungsintensität herabgesetzt werden. Selbst wenn die vordere Oberfläche
der Rückseitenbeleuchtung mit der hinteren Oberfläche der Anzeigevorrichtung ver
klebt wird, werden diese Probleme nicht vollständig gelöst, weil es sehr schwierig ist,
sämtliche Lufteinschlüsse zwischen diesen beiden Oberflächen zu entfernen. Außer
dem führt jede Abweichung der Brechungsindizes von Glasplatten und Klebematerial
zu einer Reflektion an der Grenzfläche. Weiterhin besteht an der Klebestelle eine
erhöhte Bruchgefahr. Weil außerdem die Glasplatten sowohl der Anzeigevorrichtung
als auch der Rückseitenbeleuchtung dick genug sein müssen, um deren Beschädigung
während des Zusammenbaus zu verhindern, ist die Gesamtdicke der fertigen Anzei
gevorrichtung größer als notwendig.
Es besteht daher die Aufgabe, die Anzeigevorrichtung so weiterzubilden, daß eine
verlustfreie optische Anpassung zwischen Rückseitenbeleuchtung und eigentlicher
Anzeigevorrichtung ermöglicht wird und die gesamte Anzeigevorrichtung möglichst
leicht und dünn wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung soll im folgen
den anhand einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnun
gen erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform der Anzeigevor
richtung;
Fig. 3 und 4 perspektivische Darstellung zweier weiterer Ausführungsformen der
Anzeigevorrichtung.
Wie man aus Fig. 1 ersehen kann, besteht die Anzeigevorrichtung aus einer Rück
seitenbeleuchtung, welche durch eine flache Kaltkathodenfluoreszenzlampe 1 gebil
det wird, und aus einer dichroitischen Flüssigkristallanzeige 2 über diese Lampe.
Die Lampe 1 kann beispielsweise vom Typ der in der WO 90/09 676 beschriebenen
oder jede andere Flachbettfluoreszenzlampe sein. Die Lampe 1 beinhaltet zwei par
allele, flache Platten 10 und 11 aus Kalknatronglas, welche jeweils mit einer Matrix
aus Reihen und Spalten von Abstandshaltern versehen sind. Diese Abstandshalter
weisen die Form von Pyramidenstümpfen 12 auf und sind derart auf den einander
gegenüberliegenden Oberflächen der Platten angeordnet, daß die flachen Oberseiten
von miteinander korrespondierenden Pyramiden auf jeder Platte einander berühren
und so die Platten gegeneinander abstützen. Es können auch andere Formen der
Abstützung zwischen den beiden Platten verwendet werden. Beide Platten sind ent
lang ihrer Umfänge miteinander verbunden und der Raum 5 zwischen ihnen ist mit
einer Gasentladungsmischung niedrigen Drucks gefüllt. Die inneren Oberflächen bei
der Platten sind mit einer Phosphorschicht 6 beschichtet. Zwei Elektroden 13 und
14 führen an einander gegenüberliegenden Seiten in den Gasentladungsraum 5 der
Lampe hinein, so daß bei Aktivierung der Elektroden eine Gasentladung stattfindet
und die Phosphorbeschichtung 6 Licht emittiert. An der äußeren Oberfläche der un
teren Platte 11 ist ein Polarisationsfilter 15 angebracht, welcher auch eine optische
Verzögerungsschicht enthalten kann. Eine Aluminiumschicht 16 ist auf die untere
Oberfläche des Polarisationsfilters 15 aufgebracht und wirkt als Reflektor. Die reflek
tierende Schicht kann entweder flach sein oder eine Profilierung aufweisen, um den
Anteil des Lichts, welcher durch die Abstandshalter 12 hindurchgeht, zu erhöhen.
Die Platte 10 bildet nicht nur die obere, vordere Platte der Lampe 1, sondern auch
die untere, hintere Platte der Flüssigkristallanzeige 2. Sie ist also die mittlere Platte
der Vorrichtung. Das Anschalten der Lampe 1 führt zur Beleuchtung der Flüssig
kristallanzeige 2.
Unmittelbar auf der oberen Oberfläche der Platte 10 ist eine Matrixanordnung
aus Dünnfilmtransistoren oder Diodenschaltern 20 aufgebracht, welche auf ihrer
Oberfläche eine Schicht einzelner Elektroden 21 aufweisen. Eine Vielzahl von
Drähten 22 führt zu den Reihen und Spalten der Schalter 20, so daß einzelne Elek
troden 21 in bekannter Weise adressiert werden können.
Die obere Oberfläche der Elektroden 21 ist mit einer unteren Orientierungsschicht
23 aus einem polaren, organischen Material beschichtet, welche dazu dient, dem
Flüssigkristall 24, welcher sich in dem engen Raum zwischen der mittleren Platte
10 und der oberen Platte 25 der Flüssigkristallanzeige 2 befindet, eine Verdrillung
aufzuzwingen. Unmittelbar auf die untere Oberfläche der oberen Platte 25 ist eine
dünne, halb transparente Schicht 26 aus Indiumzinnoxid aufgebracht, welche die
obere, gemeinsame Elektrode der Flüssigkristallanzeige 2 bildet. Die elektrische Ver
bindung zur Elektrodenschicht 26 wird durch einen Draht 27 hergestellt. Auf der
unteren Oberfläche der Elektrodenschicht 26 ist eine Filterschicht 28 aufgedruckt.
Diese Filterschicht 28 besteht aus transparentem Polyamid oder einem ähnlichen
Material und bildet eine Matrixanordnung aus roten, grünen und blauen Bereichen,
welche sich mit den einzelnen Elektroden 21 der Transistoren in der Matrixanord
nung 20 auf der Platte 10 decken und die gleiche Größe aufweisen. In der praktischen
Verwirklichung ist die Größe der Filterbereiche 28 und der einzelnen Elektroden 21
erheblich geringer als in der Darstellung. Weitere Einzelheiten der Herstellung ge
eigneter Filterschichten sind dem Artikel "Multicolor Graphic LCD with Tricolor
Layers Formed by Electrodeposition", SID 84 Digest, Seiten 215-216 von Kama
mori et al. zu entnehmen. Falls eine monochrome Anzeige gewünscht wird, können
die Filterschichten 28 weggelassen werden. Auf der unteren Oberfläche der Filter
schicht 28 ist eine obere Orientierungsschicht 17 aufgebracht, welche identisch mit
der unteren Orientierungsschicht 23 ist.
Die obere Platte 25 wird, nach Einfüllung des Flüssigkristalls 24, entlang ihres Um
fangs mit Hilfe eines Glasklebers oder einer Anglasung 29 versiegelt.
Über der oberen Platte 25 ist eine optische Verzögerungsschicht 30 aus einem ver
streckten Polykarbonat, welches stark doppelbrechend ist. Diese Schicht 30 kann
wahlweise angebracht werden und dient dazu, die Phase des sie durchdringenden
Lichts zu verzögern. Beispielsweise wird elliptisch polarisierte, auf die Schicht 30
auffallende Strahlung diese linear polarisiert verlassen. Oberhalb der optischen
Verzögerungsschicht 30 ist ein Polarisationsfilter 31 angeordnet.
Die Konstruktion und Betriebsart der Flüssigkristallanzeigevorrichtung unterschei
det sich in der Weise von herkömmlichen Vorrichtungen, daß die untere Platte der
Flüssigkristallanzeige identisch mit der oberen Platte 10 der Lampe 1 ist. Üblicher
weise werden Flüssigkristallanzeigen unter Verwendung von Aluminiumsilikatgläsern
oder Aluminiumborsilikatgläsern hergestellt, weil diese sehr geringe Alkaligehalte
aufweisen. Alkaliionen, welche in billigerem Kalknatronglas immer vorhanden sind,
erzeugen vermutlich Instabilitäten in dem Material, welches die Dünnfilmtransistor
schicht bildet und kontaminieren den Flüssigkristall. In jüngerer Zeit ist man jedoch
der Ansicht, daß das billigere Kalknatronglas auch für Flüssigkristallanzeigen ver
wendet werden kann, wie auch aus dem Artikel "Soda Lime Glass as a Substrate for
TFT-LCD′s", Japan Display 1989, Seiten 426-428 von Uchikoga et al. hervorgeht.
Ein weiteres Problem, welches früher Zweifel an der Eignung von Kalknatronglas für
Flüssigkristallanzeigen aufkommen ließ, ist dessen Schrumpfung während Prozessen
wie der reaktiven Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition: CVD). Dieses
Problem kann jedoch vermieden werden, indem man das Glas vor der Verarbeitung
bei 500oC ausglüht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber den vorbekannten Vorrichtun
gen, bei denen die Flüssigkristallanzeige eine von der Hintergrundbeleuchtung ge
trennte Komponente bildet, verschiedene Vorteile auf. Erstens ist die Vorrichtung,
da sie anstelle von vier nur drei Glasplatten aufweist, dünner und leichter als be
kannte Vorrichtungen. Dies ist insbesondere bei großflächigen Anzeigen von Bedeu
tung, weil dort jedes Mehr an Gewicht die Anzeige empfindlicher gegenüber Ver
formungen macht, was sich negativ auf die Anzeigeeigenschaften der Flüssigkristal
lanzeige auswirken kann. Zweitens vermeidet die vorliegende Konstruktion die bei
den Glas-/Luftgrenzflächen zwischen der Hintergrundbeleuchtung und der Flüssig
kristallanzeige. Dadurch werden Strahlungsverluste an der Grenzfläche reduziert
und Mehrfachreflektionen zwischen den beiden Oberflächen vermieden. Drittens
ergibt die einheitliche Bauweise aus Flüssigkristallanzeige und Hintergrundbeleuch
tung eine erheblich robustere Konstruktion als die bekannten Vorrichtungen, bei de
nen die Flüssigkristallanzeige von der Hintergrundbeleuchtung getrennt ist. Dadurch
wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unempfindlicher gegenüber Vibrationen und
anderen mechanischen Einwirkungen. Auch bei den Vorrichtungen, bei denen die
Flüssigkristallanzeige und die Hintergrundbeleuchtung miteinander verklebt werden,
ist die Gesamtdicke der beiden miteinander verklebten Glasplatten dicker als die eine
Glasplatte der vorliegenden Erfindung. Eine verklebte Grenzfläche ist außerdem eine
mechanische Schwachstelle und führt zu Strahlungsverlusten. Schließlich ist der Ver
klebungsprozeß der Vorrichtung ein weiterer Verarbeitungsschritt und erhöht damit
die Gesamtkosten.
Dadurch, daß die Flüssigkristallanzeige einen Teil der Hintergrundbeleuchtung bil
det, ergibt sich ein guter Wärmeübergang zwischen Hintergrundbeleuchtung und
Flüssigkristallanzeige. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Vorrichtung in kalter
Umgebung eingesetzt wird, weil dann keine zusätzliche Heizung für die Anzeige
benötigt wird. Die von der Hintergrundbeleuchtung erzeugte Wärme kann ausrei
chend sein, um die mittlere Platte auf einer Temperatur von etwa 45oC zu halten.
Auch Temperaturfluktuationen, welche in anderen Vorrichtungen die Eigenschaften
der Anzeige beeinträchtigen, werden reduziert.
Im Vergleich zu Lampen mit beheizten Elektroden haben Kaltkathodenfluoreszenz
lampen, wie sie oben beschrieben wurden, eine lange Lebensdauer. Die Lebensdauer
der Lampe kann im Bereich der Lebensdauer der Flüssigkristallanzeige liegen, also
im Bereich von 15 000-20 000 Stunden.
Die zuvor beschriebene Flüssigkristallanzeige ist eine dichroitische Anzeige, es
können jedoch auch andere Flüssigkristallanzeigen verwendet werden, beispiels
weise Drehzellen, Supertwist-Anzeigen, ferroelektrische Anzeigen oder polymerdi
spergierte Drehzellen. Diese Alternativen benötigen einen zusätzlichen Polarisati
onsfilter, welcher das Licht der Hintergrundbeleuchtung polarisieren muß. Diese
zusätzliche Polarisationsfilter kann beispielsweise zwischen Hintergrundbeleuchtung
1 und Flüssigkristallanzeige 2 angeordnet sein, oder auch zwischen der gemeinsamen
Elektrode 20 und der Filterschicht 23. In einer alternativen Ausführungsform kann
der Polarisationsfilter auch auf der unteren Oberfläche der Hintergrundbeleuchtung,
zwischen der unteren Platte 11 und dem Reflektor 15, angeordnet sein. Bei dieser
Ausführungsform wird das vom Reflektor 15 reflektierte Licht polarisiert, so daß das
aus der Zwischenplatte 10 austretende Licht einen ausreichenden Anteil an polari
siertem Licht aufweist. Die Gesamthelligkeit und der polarisierte Anteil des Lichts
sind hier jedoch geringer.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann in vielen Anwendungsfällen einge
setzt werden, beispielsweise bei der Instrumentierung von Fahrzeugen, bei großflächi
gen, flachen Fernsehbildschirmen oder für Reklamezwecke.
Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Die
Hintergrundbeleuchtung 1′ ist identisch mit derjenigen aus Fig. 1, weist jedoch
keine reflektierende Schicht auf ihrer unteren Platte 11′ auf. Anstattdessen bildet die
untere Platte 11′ eine Platte einer zweiten Flüssigkristallanzeige 2′′, welche identisch
mit der oberen Flüssigkristallanzeige 2′ ist. Auf diese Weise wird das Licht einer
Hintergrundbeleuchtung 1′ zur Ausleuchtung sowohl der oberen als auch der unteren
Flüssigkristallanzeige verwendet. Eine derartige doppelseitige Anzeigevorrichtung
kann in vielen Anwendungsfällen verwendet werden. Beispielsweise könnte sie in
einer Reklametafel 130 eingesetzt werden, was in Fig. 3 dargestellt ist. Dort ist sie
vertikal aufgebaut und wird von einem Motor 131 um eine vertikale Achse gedreht.
Die Anzeigen auf gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung können dabei gleiche
oder verschiedene Inhalte haben.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung in ein tragbares Termi
nal 40, beispielsweise bei einem Computer, integriert. Auf den einander gegenüber
liegenden Seiten 41 und 42 der Vorrichtung können verschiedene Informationen an
gezeigt werden. Das Terminal 40 kann beispielsweise auch einen Sensor, wie einen
Kippschalter 43, enthalten, welcher auf eine Umdrehung des Terminals anspricht
und daraufhin einen Wechsel der dargestellten Information bewirkt. Auf diese Weise
kann das Terminal so ausgelegt werden, daß es sich wie ein Buch mit vielen Seiten
verhält und bei jeder Drehung die nächste Seite dargestellt wird. Der Sensor kann
auch auf eine Umdrehung des Terminals in verschiedene Richtungen ansprechen, so
daß beispielsweise bei einer Drehung von rechts nach links die nächste Seite und bei
einer Drehung von links nach rechts die vorhergehende Seite angezeigt wird.
Die Anzeigevorrichtung kann weiterhin andere konventionelle Merkmale, wie bei
spielsweise eine berührungsempfindliche Membran auf dem Polarisationsfilter 31,
zur Eingabe oder zur Auswahl von Daten enthalten.
Claims (10)
1. Anzeigevorrichtung, bestehend aus einer Flüssigkristallanzeige mit zwei Glas
platten, zwischen denen sich der Flüssigkristall befindet, wobei jede Glasplatte
eine Elektrodenschicht aufweist, und einer flächigen Fluoreszenzlampe, die aus
zwei weiteren Glasplatten gebildet wird, zwischen denen sich ein Gasentla
dungsraum befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Glasplatten
(10) der Lampe (1) gleichzeitig eine der Glasplatten der Flüssigkristallanzeige
(2) bildet und so die Flüssigkristallanzeige (2) eine Baueinheit mit der Lampe
(1) bildet und die Aktivierung der Lampe (1) eine Beleuchtung der Flüssigkri
stallanzeige (2) bewirkt.
2. Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lampe (1) eine fluoreszierende Kaltkathodenlampe ist.
3. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Flüssigkristallanzeige (2) eine dichroitische Flüssigkeitsan
zeige ist.
4. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lampe (1) zwischen den beiden Platten (10, 11) eine
Vielzahl von Abstandshaltern (12) aufweist, welche die Platten (10, 11) ge
geneinander abstützen.
5. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Platten (10, 11) aus Natronglas bestehen.
6. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie eine Filterschicht (28) mit Bereichen verschiedener
Farbdurchlässigkeitseigenschaften besitzt, diese Filterschicht (28) auf die an
dere Platte (25) der Flüssigkristallanzeige (2) aufgebracht ist und daß die
Bereiche der Filterschicht (28) mit den Einzelelektroden einer der beiden Elek
trodenschichten (21, 26) zur Deckung kommen.
7. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die andere Glasplatte (11) der Lampe (1) auf ihrer äußeren
Oberfläche einen Reflektor (16) trägt.
8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen der anderen Glasplatte (11) und dem Reflektor (16) ein Polarisationsfil
ter (15) ist.
9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie eine zweite Flüssigkristallanzeige (2′′) beinhaltet, welche
aus zwei Glasplatten (11′, 25′′) mit einem dazwischen liegenden Flüssigkristall
(24′′) besteht, daß jede Glasplatte der zweiten Flüssigkristallanzeige (2′′) eine
Elektrodenschicht trägt und die andere der Platten (11′) der Lampe (1′) eine
der Glasplatten der zweiten Flüssigkristallanzeige (2′′) bildet und so die zweite
Flüssigkristallanzeige (2′′) eine Baueinheit mit der Lampe (1′) bildet und eine
Aktivierung der Lampe (1′) die Beleuchtung beider Flüssigkristallanzeigen (2′,
2′′) bewirkt.
10. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie einen Sensor (43) beinhaltet, welcher auf eine Drehung
der Vorrichtung anspricht und daraufhin eine Änderung der von der Anzeige
angezeigten Information bewirkt.
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