DE8208245U1 - Passive elektro-optische anzeigevorrichtung, insbesondere fluessigkristallanzeige, mit einem plattenfoermigen lichtleiter - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 82 6 1 2 1 1 DE

Passive elektro-optische Anzeigevorrichtung, insbesondere Flüssigkristallanzeige, mit einem plattenförmigen Lichtleiter.

Die Neuerung befaßt sich mit einem Passiv-Display gemäB dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anzeigevorrichtung ist beispielsweise aus der US-PS AO 43 636 bekannt.

Passive Anzeigen, die auch unter ungünstigen Lichtverhältnissen eine erkennbare Darstellung liefern sollen, werden vielfach "transflektiv" betrieben: Hinter der eigentlichen Anzeigezelle ist ein Lämpchen plaziert, und zwischen der Lichtquelle und der Zelle befindet sich ein halbdurchlässiger Reflektor, der Umlicht reflektiert und die Strahlung der Lampe, die bei zu schwacher Umgebungshelligkeit zugeschaltet wird, passieren läßt.

Der Beleuchtungsteil eines solchen Displays muß so ausgeführt sein, daß er keine Fertigungsprobleme aufgibt, mögliehst wenig Platz beansprucht, das Darstellungsfeld gleichmäßig gut ausleuchtet und vor allem mit einem relativ leistungsschwachen Lämpchen auskommt, da sonst der Hauptvorteil passiver Anzeigen, nämlich der geringe Leistungsverzehr, in Frage gestellt wäre. Um diese Bedingungen zu erfüllen, sind bisher eine Reihe von Konstruktionen diskutiert worden, die sich vor allem in der Gestaltung des Lichtleiters, der Positionierung der Lichtquelle und der Art der Strahlungsführung unterscheiden.

"Wählt man einen Aufbau gemäß der zitierten Patentschrift, bei der ein vorzugsweise stabförmiges Lämpchen eine f ron-feseitig streuende und im übrigen vollverspiegelte Lichtleiterplatte versorgt, so ergibt sich eine einfache, fla-Les 1 Lk/9.3.1982

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ehe Bauform. Man muß allerdings in Kauf nehmen, daß die Flächenhelligkeit mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle abnimmt, ein Effekt, der sich durch eine sorgfältige Präparation der Streufläche (US-PS 40 43 636, Fig.6) wohl abmildern, aber - speziell bei großformatigen Anzeigefeldern - nicht vollständig beseitigen läßt. Hinzukommt, daß die Lichtausbeute noch keineswegs optimal ist, denn die Strahlen werden auf ihrem Weg zur Zelle wiederholt mit Reflektionsgraden um 0,9 gespiegelt.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Display der eingangs genannten Art die Beleuchtungseinheit derart abzuwandeln, daß sie bei Wahrung der Formund Fertigungsvorteile eine homogene Flächenhelligkeit liefert und über einen hohen Wirkungsgrad verfügt. Zur Lösung dieser Aufgabe werden zwei Alternativen vorgeschlagen, die in den Schutzansprüchen 1 und 2 (Alternative I bzw.. II) charakterisiert sind.

Die beiden vorgeschlagenen Varianten haben gemeinsam, daß die Strahlung von einer punktförmigen Lichtquelle stammt und die Verhältnisse so geartet sind, daß das Licht durch Totalreflektionen im Lichtleiter gehalten wird. Aufgrund der Totalreflektionen schreitet die Strahlung nur in Richtungen fort, die mit der"Plattenebene relativ kleine Winkel bilden; das bedeutet, daß sich das Licht im Platteninneren relativ ungehindert ausbreiten kann und nach wenigen, zudem nahezu verlustfreien Reflektionen austritt. Dementsprechend kann man auch auf handelsübliche Mikrolämpchen zurückgreifen, die in herkömmlichen Anordnungen nicht voll ausreichen.

Im Rahmen dieses Lösungsprinzips enthalten die beiden Alternativvorschläge zusätzliche Dimension!erungs- und Gestaltungsangaben für die Fälle, daß die Lichtleiterplatte dicker (Alternative I) oder dünner (Alternative II) ist als die Kugellampe. Diese Vorschriften stellen sicher,

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daß das von der Lichtquelle in die Platte eingekoppelte Licht auch die verlangten Totalreflektionen erfährt. Alternative I bietet den spezifischen Vorteil, daß nahezu das gesamte Kunstlicht auch genutzt wird, während Alternative II dann vorzuziehen ist, wenn man auf eine besonders geringe Bautiefe Wert legt.

Die Maßnahme, ein Lämpchen in einer Lichtleiterplatte unterzubringen und sein Licht durch Totalreflektionen zu verteilen, ist an sich aus der DE-OS 26 19 367 bereits bekannt. Die dort beschriebene Platte hat allerdings vertiefungsfreie, rechteckige Grundflächen und enthält außerdem lichtstreuende Fluoreszenzzentren. Es ist überdies auch schon angeregt worden, eine kleinflächige Lichtquelle in eine dünne Schaltungsplatte mit ovaler Grundfläche einzusetzen (DE-OS 26 28 544); in diesem Flachkörper wird das Licht jedoch nicht durch Totalreflekticnen, sondern durch Spiegelungen und Streuungen weitergeleitet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Lösungsvorschlags sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Die Neuerung soll nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Fig. 1 in einer sehr schematisch gehaltenen Perspektivansicht ein erstes Ausführungsbeispiel; Fig. 2 die Fig. 1 im Schnitt II-II, teilweise gebrochen; Fig. 3 von einem abgewandelten Ausführungsbeispiel die Lichtleiterplatte, in der Darstellungsweise der Fig. 2; und

Fig. 4 von einem dritten Ausführungsbeispiel die Licht leiterplatte, aus der gleichen Sicht wie das Beispiel der Fig. 1.

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Das Display der Fig. 1 enthält eine Flüssigkristallzelle und eine Lichtleiterplatte 2. Die Flüssigkristallzelle arbeitet im vorliegenden Fall nach dem Prinzip der sogenannten "Drehzelle¹¹, die in der DE-AS 21 58 563 ausführlieh beschrieben wird. In der Figur ist die Zelle als ein einheitlicher Block dargestellt, da ihre Einzelheiten im vorliegenden Zusammenhang ohne Belang sind.

Die Lichtleiterplatte 2 besitzt zwei zueinander parallele Grundflächen 3, 4 und vier Stirnflächen, die auf den Grundflächen senkrecht stehen und jeweils mit einer Reflektionsschicht 6, 7, 8, 9 überzogen sind. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ragt die Platte 2 an einer Seite über die Drehzelle hinaus und hat in diesem Bereich, gesehen in Richtung der Zellennormalen, eine parabelförmöge Berandung. Im Brennpunkt dieser Parabel befindet sich ein kugelförmiges Halogenlämpchen 11. Diese Lichtquelle hat einen Durchmesser d von ungefähr 5mm, während die Dicke D der Platte 2, die aus einem transparenten Kunststoff material mit einem Brechungsindex np von etwa 1,5 besteht, etwa 3,5mm beträgt. Die Dickenrelation ist so bemessen, daß die Platte 2 das Lampenlicht aus Richtungen empfängt, die mit der Plattennormalen einen Mindestwinkel «c= 45° einschließen (χ= arc cos D/d=arc cos 3,5/5). Der Minimalwinkel eC^ für Totalref lektion an der Grenzfläche Platte/Luft ist kleiner tc-fc-arc sin ng/n_p=1/1,5=42°;no=Brechungsindex für Luft), so daß das eingekoppelte Licht nur dann aus der Platte entweichen kann, wenn es auf eines der (nicht dargestellten) Lichtaustrittsfenster trifft.

Diese Fenster, die sich gewöhnlich jeweils hinter einem der Anzeigeelemente befinden, können entweder aus - glatten oder aufgerauhten - Kerben auf der Plattenrückseite und /oder aus Streuflächen, beispielsweise einer aufgerauhten Oberfläche oder einer Pigmentschicht, auf der Plattenvorderseite bestehen. Einzelheiten hierzu können der DE-AS 25 54 226 entnommen werden.

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Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die vorgeschlagene Alternative I. In die Grundflächen 3', 4· der Lichtleiterplatte 2¹ sind jeweils trichterförmige Vertiefungen 12, 13 eingebracht. Diese Trichter liegen in Richtung der Plattennormalen koaxial zur Kugellampe und haben konvex gekrümmte Wände, die dafür sorgen, daß das auftreffende Lampenlicht totalreflektiert wird und anschließend weitere Totalreflektionen erfahren kann.

In Fig. 4 ist eine weitere Modifikation dargestellt, bei der die Ratte 2" statt eines einzigen mehrere Seitenansätze mit parabelfSrmigen Umrissen und Lämpchen 11" aufweist. Eine solche Formgebung bietet sich an, wenn die Platte besonders kompakt sein soll. Der Figur entnimmt man, daß die Platte auf ihrer Vorderseite mit drei nebeneinander liegenden Lichtaustrittsfenstern 14, 16 und 17 versehen ist. Diese Fenster sind im vorliegenden Fall streuende, nach Art einer "8" geformte Pigmentschichten.

Die Neuerung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kommen statt Drehzellen auch andere Displays in Frage, die als Lichtventile arbeiten (Beispiel: elektrochrome oder elektrolytische Anzeigen). Davon abgesehen bleibt es dem Fachmann unbenommen, den Wirkungsgrad der Beleuchtungseinheit noch durch zusätzliche Vorkehrungen zu steigern, etwa dadurch, daß die Plattenschmalseiten diffuse Reflektoren erhalten und/oder bei der Alternative II die freiliegenden Lampenflächen mit Reflektoren abgedeckt werden.

7 Schutzansprüche
4 Figuren

• · ■ ·

Claims (7)

Schutzansprüche

1. Elektro-optische Anzeigevorrichtung, insbesondere Flüssigkristallanzeige, enthaltend 1)" eine Anzeigezelle mit zwei zueinander parallelen,

in Blickrichtung hintereinander liegenden Trägerplatten (Vorderplatte, Rückplatte), 2a) einen plattenförmigen Lichtleiter (Lichtleiterplatte),

b) der sich in einer zur Trägerplattenebene parallelen Ebene hinter der Rückplatte befindet, . c) der zumindest auf seinen Stirnflächen reflektierend

ausgebildet ist, d)der eineaRandbereich '("Lampenbereich") umfaßt, der über die Anzeigezelle hinausragt und in Blickrichtung eine Kontur mit mindestens einer parabelförmigen Krümmung

hat und

e) der mit wenigstens einem Lichtaustrittsfenster versehen ist, sowie

3a) eine in die Lichtleiterplatte integrierte Lichtquelle, b) deren Mittelpunkt von den beiden Grundflächen der Lichtleiterplatte wenigstens angenähert gleich weit entfernt ist und im Brennpunkt der parabelartigen Kontur liegt und

c) deren Licht durch Reflektion an den Plattengrenzflä- chen zum Lichtaustrittsfenster fortgeleitet und dort

zur Anzeigezelle hin ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

LichtleiterBlat

eKtion er-

e) die Lichtquelle (11, 11») kugelförmig ist,

f) für die Dicke D der Lichtleiterplatte (2) und den Durchmesser d der kugelförmigen Lichtquelle (11, 11") die Beziehung gilt 1,5 < D/d<2,5 und 2f) die beiden Grundflächen (3, 4) der Lichtleiterplatte (2) am Ort der Lichtquelle (11,11") jeweils eine trichterförmige, in Blickrichtung zur Lichtquelle koaxiale

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Vertiefung (Trichter 12, 13) aufweisen.

2. Anzeigevorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß

älreflektion

e) die Lichtquelle (11·,) kugelförmig ist und

f) für die Dicke D der Lichtleiterplatte und den Durchmesser d der kugelförmigen Lichtquelle (11·) die Beziehung gilt:cos cc_t<_D/d< 1,2 cos oct(sin «t = nQ/Πρ, mit no»ρ - Brechungsindex des die Lichtleiterplatte umgebenden Mediums bzw. der Lichtleiterplatte).

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Trichter (12, 13) konvex gekrümmt sind.

4. Anzeigevorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 3» d adurch gekennzeichnet, daß gilt:

und cos octl.D/d<. 1,05 cos

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Lichtleiterplatte (2) herausragende Teil der Lichtquelle (11') mit einer reflektierenden Schicht überzogen ist.

6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich nee t, daß die Kontur des Lampenbereiches der Lichtleiterplatte (2) in Blickrichtung mehrere parabelförmige Krümmungen hat.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Trägerplatten der Anzeigezelle (1) rechteck!- ge Grundflächen haben, dad ur c h g e k e η η zeichnet, daß der Lampenbereich der Lichtleiterplatte (2) an einer Breitseite der Trägerplattengrundfläche über die Anzeigezelle (1) hinausragt.