DE8032102U1

DE8032102U1 - Passive elektro-optische Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE8032102U1
Application number: DE8032102U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1981-03-26

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 80 G Π 8 9 DE

Die Neuerung betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Flüssigkristallanzeige dieser Bauweise wird in der DE-OS 26 55 166 beschrieben.

Passive Displays, die bekanntlich nur das Licht der Umgebung modulieren und kein eigenes Licht erzeugen, müssen dann, wenn sie auch unter ungünstigen äußeren Helligkeitsverhältnissen anzeigen sollen, mit einer künstlichen Lichtquelle ausgerüstet werden. Die Anordnung ist dabei so zu treffen, daß man zwischen einem Betrieb mit und ohne Zusatzbeleuchtung wählen kann und daß ein Betriebswechsel keine besonderen Umstellungsmaßnahmen verlangt. Diese Forderung wird bei einer Anzeigevorrichtung mit einem halbdurchlässigen Spiegel und einem dahinter befindlichen Lämpchen erfüllt: Das Display arbeitet tagsüber reflektiv und bei Dunkelheit - mit eingeschalteter Beleuchtung transmissiv. Ein Transflektor hat allerdings nur mäßige Reflexions- und Transmiss!onsgrade, so daß die Bildqualität bei Tage häufig zu wünschen übrig läßt und die Lichtquelle relativ oft zugeschaltet werden muß ein Umstand, der gerade bei passiven Anzeigevorrichtungen mit ihrem extrem niedrigen Schaltleistungsbedarf besonders unbefriedigend ist.

Es liegt deshalb nahe, das Display ausschließlich reflektiv zu betreiben und das Lämpchen vor der Anzeigevor-

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richtung zu plazieren. Bei der Realisierung dieses Konzepts ist darauf zu achten, daß die Lichtquelle außerhalb des Anzeigefeldes zu liegen kommt und daß ihre Strahlung über einen Lichtleiter in das Displayinnere eingekoppelt wird, der - gegebenenfalls in Verbindung mit weiteren Vorkehrungen - eine bestimmte ,' Raumwinkelverteilung des Austrittslichts ermöglicht, nur geringe Helligkeitsverluste verursacht, für eine gleichmäßige Ausleuchtung der Anzeigefläche sorgt und selbst nicht störend in Erscheinung tritt. i

Die Konstruktion eines Lichtleiters, der allen diesen Anforderungen gerecht wird, bereitet erhebliche Schwierigkeiten. Die Erfahrung hat gezeigt, daß lichtführende Elemente in Form von Keilen oder Prismen praktisch nicht in Frage kommen, da sie zu viel Platz beanspruchen, zu schwer und teuer sind und vielfach dem Bild $ einen Grauschleier geben. Diese Kontrastverschlechte- ? rung ist vor allem darauf zurückzuführen, daß sich der h

massive und formstarre Lichtleiter nicht immer auf %

ganzer Fläche sauber ankleben läßt und deshalb - vor | allem bei großflächigen Anzeigeformaten - in einigen ti Bereichen optisch fehlangepaßt ist. |

Die geschilderten Nachteile entfallen, wenn der Lichtleiter eine Folie mit einer aus MLkroprismen gebildeten Oberfläche ist. Sind die Prismen auch noch, wie in der eingangs zitierten Offenlegungsschrift vorgesehen, so ausgeführt, daß ihre lichtquellenseitigen Flächen senkrecht zur Displayebene verlaufen und ihre betrachterseitigen Flächen vom Beleuchtungslicht unter einem kleinen Winkel getroffen werden, so kann ein Großteil des von der Folie aufgefangenen Kunstlichts die Anzei-

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gevorrichtung etwa parallel zur Plattennormalen verlassen. Diesen Vorzügen stehen allerdings gewichtige Nachteile gegenüber: Von dem Licht, daä unter streifendem Einfall auf die betrachterseitigen Prismenflächen trifft, tritt nur ein Bruchteil in die Folie ein; ein nicht zu vernachlässigender Rest wird reflektiert und gelangt normalerweise nicht mehr zum Betrachter. Verloren geht auch derjenige Strahlungsanteil, der durch die lichtquellenseitigen Prismenflächen in die Folie eindringt. Das bedeutet, daß die Lichtausbeute dieses sonst so vorteilhaften Lichtleitertyps noch keineswegs überzeugend ist.

Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so abzuwandeln, daß ihre Lichtquelle besser genutzt wird und daß man sie außerdem aus einer schrägen Richtung ablesen kann. Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch ein Display mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Der Lösungsvorschlag beruht auf der Überlegung, daß bei einer Strahlung, die von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium übertritt, der an der Grenzfläche reflektierte Anteil mit wachsendem Eintrittswinkel stark abnimmt. Nach den Fresnelschen . Gleichungen, die diesen Zusammenhang quantitativ beschreiben, wird beispielsweise unpolarisiertes Licht, das aus Luft in ein Medium mit einem Brechungsindex

von 1,5 eintritt, bei einem Einfallswinkel von 80° zu mehr als 50 % und bei einem Eintrittswinkel von 0° nur noch zu 4 % reflektiert. Da in einem neuerungsgemäßen Display bei allen Prismen der Einfallswinkel

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höchstens 20° beträgt, ist sichergestellt, daß der größte Teil des eingestrahlten Kunstlichts den erwünschten Weg nimmt.und das Display in einem relativ engen, ebenfalls schrägen Raumwinkelbereich wieder verläßt. Somit kann der Betrachter Bilder mit starkem Kontrast wahrnehmen.

Die Neuerung findet insbesondere bei Flüssigkristallanzeigen mit relativ hoher Informationsdichte Anwendung. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Display mit (äußeren oder integrierten) Polarisatorfolien arbeitet oder ohne spezielle Polarisatoren auskommt. Insofern kommen vor allem sogenannte "Drehzellen¹¹ und Flüssigkrisballzellen, in deren Flüssigkristallschicht pleochroitische Farbstoffe eingelagert sind, in Frage.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Neuerung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Der Lösungsvorschlag soll nun an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt in einem sehr schematisch gehaltenen Seitenschnitt eine reflektiv betriebene Flüssigkristallzelle. Die Zelle enthält im einzelnen eine Folie 1, einen vorderen Linearpolarisator 2, eine vordere Trägerplatte 3, eine hintere Trägerplatte 4, einen hinteren Polarisator 6 und einen diffusen Reflektor 7. Die beiden Trägerplatten sind über einen Rahmen 8 dicht miteinander verbunden. Sie tragen auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils elektrisch leitende Beläge (aus Segmentelektroden 9 bestehende Vorderelektrode,

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durchgehende Rückelektrode 11) und sind außerdem jeweils mit einer Orientierungsschicht 12, 13 überzogen. Die Zelle arbeitet nach dem Prinzip der sogenannten "Drehzelle¹¹, deren Aufbau und Wirkungsweise in der DE-AS 21 58 563 detailliert beschrieben wird.

Die Folie 1, die beispielsweise aus Polymethylmethacrylat mit einem Brechungsindex von ca. 1,4 besteht, ist an dem Polarisator 2 mittels eines transparenten KIebers 14 fixiert. Der Brechungsindex des Klebers ist so auf die optischen Dichten der "Folie und des Polarisators abgestimmt, daß die Grenzfiächenreflektionen von übertretendem Licht minimal sind. Die Folienoberfläche besteht aus einer Anzahl von eingeprägten Prismen 16, die im vorliegenden Fall ein symmetrisches Profil haben, zueinander parallel liegen und untereinander gleich sind. Die dargestellte Zelle wird von einer oberhalb der rechten Folienseite angeordneten, stabförmigen Lichtquelle 17 beleuchtet und aus einer Position 18 links oben abgelesen.

Um zu verdeutlichen, welchen Verlauf die von. Quelle 17 in das Display eingestrahlte Strahlung nimmt, ist in der Figur der Gang zweier repräsentativer Strahlen 19 und 21 eingezeichnet. Beide Strahlen treffen auf die Folie jeweils unter einem Winkel ■$ 20°; ein Anteil von unter 15 % wird dabei wegreflektiert, während der weit überwiegende Teil in das Innere der Zelle gelangt, dort mehrfach gebrochen und diffus zurückgestreut wird und nach einer erneuten Mehrfachbrechung die Folie unter einem Ausfallswinkel verläßt, der im Mittel etwa dem Einfallswinkel entspricht.

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Das Prisisanmuster der Folie wird, wie Versuche ergeben haben, vom Betrachter normalerweise nicht als störend empfunden. Um aber auch unter ungünstigen Umständen jeglichen optischen Störeffekt· auszuschalten, steht bei Displays mit einer Bildpunktematrix, die man normalerweise für höher-informative Darstellungen verwendet, ein einfaches Mittel zur Verfügung: Man macht die einzelnen Prismen so breit, daß die Breiten der Bildpunkt ezeilen ein ganzzahliges Vielfaches davon sind,und wird das Prismenmuster lagerichtig zum Bildpunkteraster anbringen.

Die Neuerung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So besteht vor allem ein erheblieher Spielraum bei der Gestaltung der Prismenstruktur. Von einem Muster aus zueiander parallelen, symmetrischen und identischen Prismen wird man vor allem dann abgehen, wenn statt einer stabförmigen eine punktförmige Lichtquelle zur Verfugung steht, wenn der Öffnungswinkel des auf die Folienfläche treffende Beleuchtungslichts größere Werte annimmt, wenn die Hauptbetrachtungsrichtung verschoben werden soll oder wenn man auf eine möglichst homogene Flächenausleuchtung Wert legt. Außerdem bleibt es dem Fachmann unbenommen, die Prismen direkt in den Polarisator einzubringen oder - falls die Vorderplatte keinen Polarisator vor sich hat - gleich die Vorderplatte mit der Oberflächenstruktur zu versehen. Im übrigen kann es sich im Einzelfall empfehlen, die Oberflächenstruktur!erung noch durch Maßnahmen an anderen Displayteilen zu unterstützen; sinnvoll kann es unter bestimmten Umständen sein, einen diffusen Reflektor mit einer speziellen Richtcharakteristik hinzuzunehmen (DE-OS 29 01 580).

9 Patentansprüche,
1 Figur.

Claims

• · · ι • · I • · I • · 1 • · I 1 Ii j "7" VPA 8OG 1 189GE

1. Passive elektro-optische Anzeigevorrichtung mit

a) zwei zueinander parallelen, in Betrachtungsrichtung hintereinanderliegenden Trägerplatten,

b) einem zwischen optisch verschiedenen Zuständen schaltbaren Medium, insbesondere einem Flüssigkristall, zwischen den "beiden Trägerplatten,

cj einem diffusen Reflektor hinter der rückwärtigen Trägerplatte (Rückplatte) und

d) einer Lichtquelle schräg vor der vorderen Träger-. platte (Vorderplatte), wobei

e) die dem Betrachter zugewandte Seite der Anzeigevorrichtung (Frontseite) eine Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von Prismen hat, die jeweils eine der Lichtquelle zugewandte und eine der Lichtquelle abgewandte Fläche (lichtquellenseitige

Fläche bzw. betrachterseitige Fläche) aufweisen, dadurch gekennzeichne t, daß

f) die Lichtquelle (17) in die Anzeigevorrichtung eingebaut ist und

g) das von der Lichtquelle (17) abgegebene, zu den Prismen (16) gelangende Licht im wesentlichen nur auf deren lichtquellenseitige Flächen fällt, und zwar unter einem Winkel von höchstens 20°.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß der Einfallswinkel 4 10° ist.

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3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Prismenflächen um den gleichen Winkel gegen die Trägerplattenebene geneigt sind.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Prismen (16) das gleiche Profil haben.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Frontseite zu einer Folie (1) gehört, die an der Anzeigevorrichtung fixiert und an ihre Unterlage optisch angepaßt ist.

6.Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Folie (1) auf ihrer Unterlage aufgeklebt ist.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (1) ein Polarisator ist.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage der Folie (1) ein Polarisator (2) ist.

9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1. bis 8, bei der das anzuzeigende Bild aus einem aus Zeilen und Spalten gebildeten Bildpunkteraster' aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite einer Rasxerzeile ein ganzzahliges Vielfaches einer Prismenbreite ist.