DE9210692U1

DE9210692U1 - Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE9210692U1
Application number: DE9210692U
Authority: DE
Original assignee: Opti Table Info Systeme & GmbH
Current assignee: Opti Table Info Systeme & GmbH
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1993-12-16
Anticipated expiration: 2002-08-12

Description

DR.-ING. DIPL-PHYS. H. STURIES
PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. P. EICHLER

OPTI-TABLE Info Systeme GmbH & Co. KG, Löhdorfer Str. 30-36,

5650 Solingen 1

Flüssiakristal!-Anzeigeeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, mit mindestens einer transmissiven Flüssigkristallzelle, und mit einer die Flüssigkristallzelle hinterleuchtenden Lichtquelle.

Derartige Anzeigeeinrichtungen sind allgemein bekannt. Die Beleuchtung der Flüssigkristallzelle dient dazu, die Anzeige unabhängig von wechselnden Beleuchtungsverhältnissen zu machen. Kunstlicht- oder Sonnenlichteinstrahlung können jedoch so stark sein, daß die Erkennbarkeit der Anzeige unzureichend ist. Hinzu kommt, daß die Ausleuchtung der Flüssigkristallzelle bei den bekannten Lichtquellen ungleichmäßig und in den weniger stark beleuchteten Bereichen zu schwach sein kann, insbesondere bei den vorbeschriebenen ungünstigen Beleuchtungsverhältnissen durch starke Lichteinstrahlung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit den oben genannten Merkmalen so zu verbessern, daß sie auch bei sehr starker Lichteinstrahlung gut ablesbar ist, insbesondere auch in den Randbereichen der Flüssigkristallzelle.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Flüssigkristallzelle von mindestens einer Lichtquelle mit einem Bündel von Lichtwellenleitern hinterleuchtet ist, deren Lichtaustrittsenden über den Hinterleuchtungsbereich der Flüssigkristallzelle gleichmäßig oder einer anderen, vorbestimmten Anordnung entsprechend verteilt sind.

Die Hinterleuchtung einer Flüssigkristallzelle mit Lichtwellenleitern eröffnet alle Möglichkeiten zur gewünschten, beliebig wählbaren Ausleuchtung der Flüssigkristallzelle. Zunächst ist man bei der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung hinsichtlich der Auswahl einer oder mehrerer Lichtquellen völlig frei. Es kann beispielsweise eine einzige, sehr starke Lichtquelle ausgewählt werden, die die erforderliche Lichtstärke zur gleichmäßigen Ausleuchtung des gesamten Anzeigebereichs der Flüssigkristallzelle aufweist. Mit Hilfe der Lichtwellenleiter wird das Licht dieser starken Lichtquelle gleichmäßig über den Anzeigebereich der Flüssigkristallzelle verteilt. Hierzu kann eine gleichmäßige Verteilung der Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter dienen. Es können aber auch mehrere Lichtquellen verwendet werden, deren Leuchtstärke zusammengenommen wird, um die gewünschte gleichmäßige und vor allem helle Ausleuchtung des Anzeigebereichs der Flüssigkristallzelle zu erreichen. Der Einsatz mehrerer Lichtquellen hat darüber hinaus den Vorteil der Steuerung der Hinterleuchtung der Flüssigkristallzelle durch einfaches Ein- und Ausschalten von Lichtquellen. Das vereinfacht den Aufbau der Lichtquellen und den Aufbau der zugehörigen Steuerungen. Durch einfaches Ein- und Ausschalten von Lichtquellen lassen sich auch Teilbereiche des gesamten Anzeigebereichs der Flüssigkristallzelle wahlweise beleuchten oder Ausschalten, falls die Lichtquellen nur in einen Teil des Bündels der Lichtwellenleiter einspeisen. Im letzten Fall ist Voraussetzung, daß die Lichtaustrittsenden eines Teils der Lichtwellenleiter so verteilt sind, daß sie nur den zu beleuchtenden

Teilbereich ausleuchten. Es ist auch möglich, mit einer einzigen Lichtquelle nur bestimmte Bereiche der Flüssigkristallzelle zu hinterleuchten, falls die Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter bereichsgemäß angeordnet sind. Ferner ist es möglich, die vorbeschriebenen Anordnungen in Verbindung mit farbigem Licht zu benutzen, bei der Verwendung mehrerer Lichtquellen oder Bereichsfilter auch in Verbindung mit unterschiedlich farbigem Licht.

Die vorbeschriebene Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung läßt sich vorteilhaft insbesondere im Bankenbereich einsetzen, wo von außerhalb eines Gebäudes durch dessen Fenster auch dann leicht erkennbar abgelesen werden soll, wenn sehr viel Außenlicht auf die Anzeigeeinrichung einfällt, z.B. durch tiefstehende Sonne.

Für eine dauerhaft gleichmäßige Verteilung der Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter oder für deren vorbestimmte Anordnung gemäß einem vorgegebenen Muster wird die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung so ausgebildet, daß die Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter in einer etwa mit der Flüssigkristallzelle deckungsgleichen Lochblech-Maske gehalten sind, die der Flüssigkristallzelle parallel angeordnet ist. Die Lochblech-Maske läßt sich im Hinblick auf die gewünschte Lichtzufuhr gestalten, beispielsweise mit Löchern gleichen gegenseitigen Abstands, in denen die Lichtaustrittsenden z.B. durch Klemmung gehalten sind. Die parallele Anordnung der Lochblech- Maske zur Flüssigkristallzelle bewirkt, daß das Licht im Anzeigebereich der Flüssigkristallzelle überall in gleichem Maße zur Verfügung steht.

Wenn die Lochblech-Maske mit einem Lichstreuung zwischen den Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter und der Flüssigkristallzelle bewirkenden Abstand zur Flüssigkristallzelle angeordnet ist, kann die an den Lichtaustrittsenden der Lichtwellenleiter auftretende Streuung bzw. die ab Lichtaustrittsenden auftretende Lichtstreuung ausgenutzt werden, um eine Vergleichmäßigung der Hinterleuchtung der Flüssigkristallzelle zu erreichen .

Ein weiteres Mittel zur Vergleichmäßigung der Hinterleuchtung der Flüssigkristallzelle ist dann gegeben, wenn die Flüssigkristallzelle beleuchtungsseitig mit einer Streuscheibe versehen ist.

Zweckmäßiger Weise ist die Anzeigeeinrichtung so ausgestaltet, daß die Lichtquelle in einem Lampengehäuse angeordnet ist, das eine die Lichteintrittsenden der Lichtwellenleiter haltende Lochblechwand aufweist. Das Lampengehäuse übernimmt mit der Lochblechwand zugleich die Halterung der Lichteintrittsenden der Lichtwellenleiter und trägt so zu einer Vereinfachung der Konstruktion bei. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, in einfacher Weise auf die Anordnung der Lichteintrittsenden der Lichtwellenleiter Einfluß zu nehmen, nämlich im Sinne einer Anordnung der Lichteintrittsenden möglichst nahe bzw. in einem definierten Abstand zur Lichtquelle sowie im Sinne einer vorbestimmten z.B. gebündelten Anordnung der Lichteintrittsenden .

Damit die Lichtwellenleiter nicht oder nur in unwesentlichem Maße wärmebelastet werden, ist die Anzeigeeinrichtung so ausgebildet, daß im Lampengehäuse zwischen der Lichtquelle und den Lichteintrittsenden der Lichtwellenleiter ein Wärmefilter angeordnet ist. Das Wärmefilter verhindert die Aufheizung der Lichteintrittsenden. Es ist zweckmäßigerweise eine hitzebeständige Quarzglasscheibe. Der Wärmefilter bzw. die hitzebeständige Quarzglasscheibe verhindern darüber hinaus, daß Wärmestrahlung durch die Lichtwellenleiter auf die Flüssigkristallzelle gelangt. Das gefilterte Licht ist also Kaltlicht, welches die Flüssigkristallzelle nicht oder nur unwesentlich aufzuheizen vermag.

Vorteilhafterweise ist die Anzeigeeinrichtung so ausgebildet, daß die Flüssigkristallzelle gegen von der Lichtquelle herrührende Warmluft abgeschirmt ist. Da die Flüssigkristallzelle möglist hell hinterleuchtet werden soll, muß die Lichtquelle entsprechend stark sein und dementsprechend stark ist auch ihre Verlustwärme. Die infolgedessen entstehende Warmluft befindet sich innerhalb eines Gehäuses der Anzeigeeinrichtung und kann infolgedessen die Flüssigkristallzelle aufheizen,

falls nicht besondere Gegenmaßnahmen getroffen werden. Die Abschirmung der Flüssigkristallzelle gegen die von der Lichtquelle herrührende Warmluft ist eine wirksame Maßnahme gegen die Aufheizung.

Wenn die Lichtquelle in einem deren Verlustwärme abführenden Lampengehäuse angeordnet ist, kann durch eine entsprechende Gestaltung des Lampengehäuses dafür gesorgt werden, daß das Gehäuse der Anzeigeeinrichtung im übrigen keine Warmluftzufuhr erhält. Es werden beispielsweise die Lichtwellenleiter nicht erwärmt. Das Lampengehäuse kann so gestaltet werden, daß die Verlustwärme auf vorbestimmtem Weg strömt, beispielsweise gefördert durch Lüfter.

Wenn die Lichtquelle eine Halogenlampe ist, wird auf kleinem Raum sehr viel Licht erzeugt, was günstig für eine raumsparende Ausgestaltung der gesamten Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist. Außerdem kann die herkömmliche Lampentechnik benutzt werden, um im Falle dieser speziellen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung Verwendung zu finden. In einem solchen Fall eines maximalen Lichtaustritts von z.B. 10 &khgr; 10cm kann die Anzeigeeinrichtung so ausgebildet werden, daß die Lichtwellenleiter im Bereich ihrer Lichteintrittsenden nahe der Lichquelle blumenstraußmäßig gebündelt sind. Auch in diesem Fall kann die Lochblechwand eines Lampengehäuses dazu dienen, die Lichteintrittsenden zu halten. Zu diesem Zweck kann die Lochblechwand auch z.B. eine vorbestimmte Raumform haben, die der Raumform der Lichtquelle angepaßt ist. Im Falle der vorgenannten Halogenlampe ist beispielsweise eine quadratische Lochblechwand von 10 &khgr; 10cm vorteilhaft. Auch auf einer solchen Wand können die Lichteintrittsenden der beispielsweise punktförmigen Halogenlampe derart zugeordnet werden, daß sie auf einer Kreisfläche oder auf einer Kugelkalottenfläche angeordnet sind, damit sie von der Lichtquelle einen möglichst gleichen Abstand haben.

Die Lichtwellenleiter bieten infolge ihrer Flexibilität den Vorteil, die Anzeigeeinrichtung so auszubilden, daß die von den Lichteintrittsenden der Lichwellenleiter eingenommene Ebene zur Lochblech-Maske in einem Winkel angeordnet ist. Das bewirkt vor allem, daß die Erstreckung der Anzeigeeinrichtung quer zur

Flüssigkristallzelle klein gehalten werden kann. Eine in dieser Richtung dünne bzw. flache Anzeigeeinrichtung kann vorteilhaft auf Fensterbrettern angeordnet sein, ohne überzustehen, oder ohne an dahinter befindliche Vorhänge anzustoßen.

Im vorgenannten Sinne ist es vorteilhaft, die Anzeigeeinrichtung so auszubilden, daß die Lochblechwand unterhalb der Lochblech-Maske und symmetrisch zu dieser im rechten Winkel angeordnet ist. Es ergibt sich eine hinreichend gleichmäßige Beanspruchung aller Lichtwellenleiter im Krümmungsbereich bei zugleich geringer vertikaler Erstreckung.

Die einzige Figur zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung.

Die Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung 10 hat ein Gehäuse 10', welches lediglich durch drei in den Richtungen der Raumkoordinaten angeordnete Striche dargestellt ist. Dieses Gehäuse 10' dient der nicht näher dargestellten Halterung einer ebenfalls nur schematisch dargestellten Flüssigkristallzelle 11, die in herkömmlicher Weise aufgebaut ist, z.B. als Graphic-Color-Standard-Display mit 640 &khgr; 480 Punkten. Auch der Einsatz eines monochromen Displays ist möglich.

Die Flüssigkristallzelle 11 ist transmissiv und wird von einer Lichtquelle 12 hinterleuchtet. Zur Übertragung des Lichts von der Lichtquelle 12 zur Flüssigkristallzelle 11 dienen Lichtwellenleiter 13, die in großer Anzahl vorgesehen sind, z. B. 5000 Stück. Lichtaustrittsenden 14 der Lichtwellenleiter 13 sind in der Nähe der Lichtquelle 12 angeordnet und nehmen deren Licht auf. Sie leiten es weiter bis in die Nähe der Flüssigkristallzelle 11, wo das Licht die Lichtwellenleiter 13 aus den Lichtaustrittsenden 14 verläßt und auf die Rückseite der Flüssigkristallzelle 11 trifft. Die Lichtaustrittsenden 14 sind mit einem Abstand 16 von der Rückseite der Flüssigkristallzelle 11 angeordnet. Infolgedessen kann das austretende Licht streuen. Ein Lichtfleck auf der Rückseite der Flüssigkristallzelle 11 ist etwas größer als der Durchmesser eines Lichtwellenleiters, wobei die Anordnung der Lichtwellenleiter und der Abstand der

Lichtaustrittsenden 14 von der Rückseite der Flüssigkristallzelle 11 so getroffen sind, daß sich die Lichtflecken der einzelnen Lichtwellenleiter 13 überdecken. Die Hinterleuchtung der Flüssigkristallzelle 11 wird dementsprechend vergleichmäßigt. Um die Lichtstreuung zu vergrößern, können die Lichtaustrittsenden 14 der Lichtwellenleiter 13 entsprechend bearbeitet werden. Eine derartige Bearbeitung ist im Vergleich zum Abschneiden der Lichtwellenleiter von einem Strang aufwendig, rechtfertigt sich jedoch insbesondere dann, wenn dadurch die Anzahl der Lichtwellenleiter reduziert werden kann.

Um die Lichtaustrittsenden 14 der Lichtwellenleiter 13 mechanisch sicher und in einfacher Weise hinter der Flüssigkristallzelle 11 gleichmäßig verteilt halten zu können, ist eine Lochblech-Maske 15 vorhanden, in die die Lichtaustrittsenden 14 hineingesteckt sind. Das Lochmuster der Lochblech-Maske 15 ist den Anforderungen entsprechend gewählt. Beispielsweise haben alle Löcher gleichen Abstand voneinander, wenn es darauf ankommt, die Flüssigkristallzelle 11 möglichst gleichmäßig zu beleuchten .

Wenn der Abstand 16 als Mittel zur Streuung des Lichts der Lichtwellenleiter 13 nicht ausreicht, ist es möglich, auf der Rückseite der Flüssigkristallzelle 11 zusätzlich eine Streuscheibe 17 anzuordnen. Eine solche Streuscheibe 17 ist beispielsweise eine aufgerauhte Folie, die auf die Rückseite der Flüssigkristallzelle 11 aufgebracht ist. Es kann jedoch auch beispielsweise eine Acrylscheibe verwendet werden, die in einem Zusammenbau mit der Flüssigkristallzelle 11 deren Stabilisierung bewirken kann.

Damit die Lichtwellenleiter 13 möglichst zweckmäßig angeordnet werden können, nämlich gemäß der figürlichen Darstellung weitgehend parallel verlaufend, sind auch die Lichteintrittsenden 19 der Lichtwellenleiter 13 in der Nähe der Lichtquelle 12 geordnet gehalten, nämlich von einer Lochblechwand 20. Diese Lochblechwand 20 weist beispielsweise das gleiche Muster auf, wie die Lochblech-Maske 15. Das Lochmuster der Lochblechwand 20 kann jedoch auch vom Muster der Lochblech-Maske 15 abweichen. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Lichteintrittsen-

den 19 auf die räumliche Ausgestaltung der Lichtquelle 12 abgestimmt werden sollen, um möglichst viel des von der Lichtquelle erzeugten Lichts aufzunehmen. Eine derartige Anpassung erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel der figürlichen Darstellung dadurch, daß die Lochblechwand 20 eine längliche Konfiguration hat, weil die Lichtquelle 12 im wesentlichen stabförmig ausgebildet ist. Es versteht sich jedoch, daß die Lochblechwand 20 auch schalenförmig gekrümmt sein könnte, um sich dieser Stabform der Lichtquelle 12 noch besser anzupassen.

Die Lochblechwand 20 ist eine der vier Seitenwände des Lampengehäuses 18, welches die Lichtquelle 12 umschließt. Zwischen der Lichtquelle 12 und der Lochblechwand 20 bzw. den Lichteintrittsenden 19 ist ein Wärmefilter 21 angeordnet, der die von der Lichtquelle 12 erzeugte Hitze von den Lichteintrittsenden 19 der Lichtwellenleiter 13 fernhalten soll. Dieses Wärmefilter 21 ist beispielsweise eine hitzebeständige Quarzglasscheibe .

Bei dem Aufbau des Lampengehäuses 18 ist von Bedeutung, daß die Lochblechwand 20 in einem Winkel zur Lochblech-Maske 15 angeordnet ist. Hierdurch werden zwar die Lichtwellenleiter 13 zu dem aus der Figur ersichtlichen gekrümmten Verlauf gezwungen, jedoch wird dadurch andererseits in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Lochblechwand 20 näher an der Flüssigkristallzelle 11 angeordnet sein kann. Infolgedessen ist die zur Hauptebene der Flüssigkristallzelle 11 vorhandene Erstreckung der Anzeigeeinrichtung 10 entsprechend verringert. Die Anzeigeeinrichtung 10 ist dementsprechend kompakt zu gestalten, was für ihren Einsatz z.B. auf Gebäudeleibungen von Fenstern günstig ist, wo üblicherweise nur eine geringe Tiefe vorhanden ist. Die spezielle Anordnung der Lochblechwand 20 relativ zur Lochblech-Maske 15 kann wegen der Flexibilität der Lichtwellenleiter 13 den jeweiligen Anforderungen an die Gestaltung des Gehäuses 10 ' der Anzeigeeinrichtung 10 entsprechend frei gewählt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Lochblechwand 20 unterhalb der Lochblech-Maske 15 angeordnet ist, wobei die Lochblechwand 20 symmetrisch zur Lochblech-Maske 15 im rechten Winkel angeordnet sein kann, um die Länge der Lichtwellenleiter 13 möglichst kurz zu halten.

Das Lampengehäuse 18 ist nur schematisch dargestellt. Es ist innerhalb des Gehäuses 10 ' der Anzeigeeinrichtung 10 so ausgebildet, daß es die jeweils eingesetzte Lichtquelle 12 aufnehmen kann, die in der Darstellung eine stabartige Lampe ist, beispielsweise eine Halogenlampe. Die von einer solchen Lichtquelle 12 erzeugte Wärme bzw. Warmluft muß abgeführt werden. Hierzu kann das Lampengehäuse 18 über nicht dargestellte seitliche Austrittsöffnungen des Gehäuses 10' mit der umgebenen Atmosphäre in Verbindung stehen, so daß die Warmluft der Lichtquelle 12 entweder durch natürliche Konvektion ausströmt, oder indem erforderlichenfalls zusätzliche Lüfter verwendet werden.

Claims

DR.-ING. DIPL-PHYS. H. STURIES PATENTANWÄLTE DIPL-ING. P. EICHLER Ansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung (10), mit mindestens einer transmissiven Flüssigkristallzelle (11), und mit einer die Flüssigkristallzelle (11) hinterleuchtenden Lichtquelle (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle (11) von mindestens einer Lichtquelle (12) mit einem Bündel von Lichtwellenleitern (13) hinterleuchtet ist, deren Lichtaustrittsenden (14) über den Hinterleuchtungsbereich der Flüssigkristallzelle (11) gleichmässig oder einer anderen, vorbestimmten Anordnung entsprechend verteilt sind.

2. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsenden (14) der Lichtwellenleiter (13) in einer etwa mit der Flüssigkristallzelle (11) deckungsgleichen Lochblech-Maske (15) gehalten sind, die der Flüssigkristallzelle (11) parallel angeordnet ist.

3. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblech-Maske (15) mit einem Lichstreuung zwischen den Lichtaustrittsenden

(14) der Lichwellenleiter (13) und der Flüssigkristallzelle (11) bewirkenden Abstand (16) zur Flüssigkristallzelle (11) angeordnet ist.

4. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle (11) beleuchtungsseitig mit einer Streuscheibe (17) versehen ist.

5. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) in einem Lampengehäuse (18) angeordnet ist, das eine die Lichteintrittsenden (19) der Lichtwellenleiter (13) haltende Lochblechwand (20) aufweist.

6. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß im Lampengehäuse (18) zwischen der Lichtquelle (12) und den Lichteintrittsenden (19) der Lichtwellenleiter (13) ein Wärmefilter (21) angeordnet ist.

7. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß das Wärmefilter (21) eine hitzebeständige Quarzglasscheibe ist.

8. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle (11) gegen von der Lichtquelle (12) herrührende Warmluft abgeschirmt ist.

9. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) in einem deren Verlustwärme abführenden Lampengehäuse (18) angeordnet ist.

10. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) eine Halogenlampe ist.

11. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (13) im Bereich ihrer Lichteintrittsenden (19) nahe der Lichquelle (12) blumenstraußmässig gebündelt sind.

12. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lichteintrittsenden (19) der Lichwellenleiter (13) eingenommene Ebene (22) zur Lochblech-Maske (15) in einem Winkel angeordnet ist.

13. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 12, da durch gekennzeichnet, daß die Lochblechwand (20) unterhalb der Lochblech-Maske (15) und symmetrisch zu dieser im rechten Winkel angeordnet ist.