DE10000300A1 - Flüssigkristallanzeige - Google Patents

Abstract

Bei einer Flüssigkristallanzeige (1) ermöglicht eine seitlich angeordnete Lichteinkoppelfläche (2) die aktive Beleuchtung der Flüssigkristallanzeige (1) mittels einer Lichtquelle (3). Hierzu hat die Flüssigkristallanzeige (1) ein Lichtumlenkelement (7), welches die einfallende Lichtstrahlung in Richtung einer Flüssigkristallzelle (5) umlenkt. An einem rückwärtigen, reflektiven Element (10) wird das mittels eines Rückpolarisationsfilters (9) polarisierte Licht reflektiert und in die Flüssigkristallzelle (1) umgelenkt. An einer mit einem Frontpolarisationsfilter (13) versehenen Vorderseite (14) der Flüssigkristallanzeige (1) erfolgt so die segmentierte Darstellung. Gegenüber bekannten Flüssigkristallanzeigen mit einem Transflektor kann dadurch eine mögliche Farbabweichung und die damit verbundene eingeschränkte Ablesbarkeit erheblich vermindert werden. Zugleich wird der Herstellungsaufwand und der erforderliche Bauraum wesentlich reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine beleuchtbare Flüssigkristal­ lanzeige, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Frontpolarisationsfilter, einem Rückpolarisationsfilter und einer durch zwei jeweils mit Elektroden verbundene Substrate eingeschlossenen Flüssigkristallzelle sowie einem hinter dem Rückpolarisationsfilter angeordneten, reflektiven Element.

Eine solche Flüssigkristallanzeige wird in der Praxis eingesetzt, um einerseits im Tagbetrieb eine Darstellung mittels des einfallenden Umgebungslichtes zu erreichen (reflektiver Betrieb), andererseits im Nachtbetrieb eine aktive Beleuchtung mittels einer Lichtquelle zu ermögli­ chen. Hierzu besitzt das reflektive Element als Trans­ flektor eine einstellbare Transmission, so dass das einfallende Umgebungslicht reflektiert, zugleich jedoch das von der Lichtquelle ausgehende Licht - bis auf eine unvermeidliche, von der Transmission des Transflektors abhängige Abschwächung - ungehindert von der Rückseite des Transflektors einstrahlen kann. Durch die so geschaf­ fene Möglichkeit, in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit mittels der Lichtquelle eine gewünschte Helligkeit einzu­ stellen, wird auch bei veränderlicher Umgebungshelligkeit stets eine zum Ablesen der Flüssigkristallanzeige ausrei­ chende Helligkeit gewährleistet.

Als nachteilig bei dem beschriebenen Stand der Technik hat sich jedoch erwiesen, dass mit der Veränderung der reflektiven bzw. transmissiven Eigenschaften des reflek­ tiven Elementes zugleich auch eine Veränderung des Farb­ spektrums verbunden ist. Infolgedessen können Farbverfäl­ schungen entstehen, durch die die Ablesbarkeit der Flüs­ sigkristallanzeige erschwert wird.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Flüssigkristallanzeige der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der Farbverfälschungen infolge der Umstel­ lung vom reflektiven auf transflektiven oder transmissi­ ven Betrieb der Flüssigkristallanzeige minimiert sind. Dabei soll insbesondere auch die Ablesbarkeit der Flüs­ sigkristallanzeige verbessert werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flüssigkristallanzeige ein Lichtumlenkelement zur Umleitung von seitlich in eine Lichteinkoppelfläche der Flüssigkristallanzeige einfallendem Licht in Richtung der Flüssigkristallzelle aufweist. Hierdurch erfordert das reflektive Element bei der aktiven Beleuchtung keine transflektive Eigenschaft, da einstrahlendes Licht einer Lichtquelle nicht durch das reflektive Element hindurch­ treten muss, so dass Farbverfälschungen minimiert sind. Zur aktiven Beleuchtung wird dabei das Licht, beispiels­ weise mittels eines Lichtleiters, der Lichteinkoppelflä­ che zugeführt und an dem Lichtumlenkelement so umgelei­ tet, dass es ebenso wie das Umgebungslicht im Tagbetrieb an dem beispielsweise als Spiegel ausgeführten, reflekti­ ven Element reflektiert wird und in die Flüssigkristall­ zelle einstrahlt. Dabei werden zugleich auch die mit dem Einsatz eines Transflektors verbundenen Helligkeitsverlu­ ste merklich verringert. Weiterhin kann dabei eine kom­ pakte, insbesondere sehr flache Bauform erreicht werden, bei der zusätzlich auch auf eine aufwendige Steuereinheit für das reflektive Element verzichtet werden kann. Durch die Kompaktheit und geringes Gewicht der erfindungsgemä­ ßen Flüssigkristallanzeige eignet sich diese besonders für einen Einsatz in Kraftfahrzeugen, da die Ziele einer guten Raumausnutzung und maximalen Gewichtsreduzierung besonders bei modernen Fahrzeugen als vordringlich ange­ sehen werden.

Das Lichtumlenkelement und die Lichteinkoppelfläche können an einem separaten Bauelement angeordnet werden, das je nach den individuellen Anforderungen an die Flüs­ sigkristallanzeige hinzugefügt wird. Eine andere beson­ ders günstige Ausführungsform der Erfindung ist hingegen dann gegeben, wenn das Lichtumlenkelement an einer der Flüssigkristallzelle zugewandten Oberfläche zumindest eines der beiden Substrate angeordnet ist. Hierdurch entfällt ein zusätzliches Bauelement, so dass der erfor­ derliche Bauraum weiter reduziert werden kann. Dabei dient das Substrat zugleich als Lichtleiter für die mittels der Lichteinkoppelfläche eingekoppelte Licht­ strahlung und ermöglicht so eine gleichmäßige Lichtver­ teilung mit einheitlicher Helligkeit.

Dabei ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dadurch gegeben, dass das Lichtumlenkelement an einer einem Betrachter der Flüssigkristallanzeige abge­ wandten Seite des Rückpolarisationsfilters angeordnet ist. Hierdurch wird das Licht unmittelbar in Richtung der Vorderseite der Flüssigkristallanzeige umgelenkt, so dass im aktiv beleuchteten Betrieb keine Lichtumleitung an dem reflektiven Elemente erforderlich ist. Die einzelnen Bauelemente der Flüssigkristallanzeige werden dabei von dem eingekoppelten Licht nur in jeweils einer Richtung passiert, so dass mögliche Helligkeitsverluste weiter reduziert werden können.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dann gegeben, wenn eines der Substrate die Lichtein­ koppelfläche aufweist und wenn die Lichteinkoppelfläche an einer Stirnfläche des die Lichteinkoppelfläche aufwei­ senden Substrates angeordnet ist. Das entsprechende Substrat ermöglicht dabei als integrales Bauelement zugleich einerseits die Einkopplung von zusätzlicher Lichtstrahlung mittels der Lichteinkoppelfläche, anderer­ seits das ungehinderte Hindurchtreten der durch die Vorderseite der Flüssigkristallanzeige eintretenden Umgebungshelligkeit. Ein derart ausgeführtes Substrat kann daher problemlos gegen ein herkömmliches Substrat ausgetauscht werden und erfordert demnach keine aufwendi­ ge Neukonstruktion. Weitere Ausführungsformen, bei denen beide Substrate mit entsprechenden Lichteinkoppelflächen und Lichtumlenkelementen ausgestattet sind, ermöglichen beispielsweise eine wahlweise unterschiedlich helle Beleuchtung.

Eine andere besonders günstige Weiterbildung der Erfin­ dung ist dadurch gegeben, dass eine der Lichteinkoppel­ fläche gegenüberliegende Stirnfläche der Flüssigkristal­ lanzeige mit einem Reflektor versehen ist. Hierdurch können Helligkeitsverluste durch das unkontrollierte Austreten des eingekoppelten Lichtes an einer der Licht­ einkoppelfläche abgewandten Seite verhindert werden. Eine solche, beispielsweise als Beschichtung ausgeführte, Spiegelfläche ermöglicht daher eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades bei der aktiven Beleuchtung. Dabei können zusätzlich auch weitere Seitenflächen und auch die über eine Darstellungsfläche der Flüssigkristallanzeige hinausgehenden Randflächen mit einem solchen Reflektor ausgestattet sein.

Besonders einfach ist dabei eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Lichtumlenkelement als eine Struk­ turfläche ausgeführt ist. Ein derart ausgeführtes Lich­ tumlenkelement ermöglicht im wesentlichen unveränderte äußere Abmessungen der Flüssigkristallanzeige. Dabei verhindert eine beispielsweise als Mikrostruktur ausge­ führte Strukturfläche zugleich lokale Helligkeitsdiffe­ renzen und führt somit zu einer weiter verbesserten Ablesbarkeit. Die Strukturfläche kann hierzu beispiels­ weise auch als Textur oder Linsenstruktur ausgeführt und sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren eines trans­ parenten Elementes angeordnet sein.

In die Lichteinkoppelfläche kann mittels eines Lichtlei­ ters vergleichsweise helles Umgebungslicht, welches der Flüssigkristallanzeige nicht unmittelbar zugänglich ist, oder das Licht unabhängiger Beleuchtungseinheiten ein­ strahlen. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist hingegen auch dann gegeben, wenn die Flüs­ sigkristallanzeige eine in die Lichteinkoppelfläche einstrahlende Lichtquelle aufweist. Eine solche Licht­ quelle ermöglicht die optimale Anpassung der erforderli­ chen Beleuchtungsstärke nach den jeweils vorherrschenden Betriebsbedingungen. Hierzu kann die Lichtquelle bei­ spielsweise auch elektronisch dimmbar sein, um so einen fließenden Übergang zwischen passiver Beleuchtung mittels Umgebungshelligkeit und aktiver Beleuchtung mittels der Lichtquelle zu ermöglichen.

Dabei ist eine besonders gut geeignete Weiterbildung der Erfindung dadurch gegeben, dass die Lichtquelle eine Entladungslampe ist. Die Entladungslampe ermöglicht aufgrund ihrer großen Helligkeit bei zugleich vergleichs­ weise geringer Wärmeabstrahlung eine Ablesbarkeit auch bei Negativ-Darstellung der Flüssigkristallanzeige, bei der die angesteuerten Segmente hell gegenüber dem im übrigen dunklen Hintergrund hervortreten.

Demgegenüber ist eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dann erreicht, wenn die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED) aufweist. Durch den geringen Energie­ verbrauch und die Langlebigkeit einer derart ausgeführten Flüssigkristallanzeige wird auch der Einsatz abseits der ständigen Netzversorgung möglich. Dabei ist beispielswei­ se die Verwendung bei tragbaren und Batterie- oder akku­ mulatorbetriebenen Geräten möglich. Die Leuchtdiode (LED) eignet sich dabei vor allem zur Positiv-Darstellung, bei der die angesteuerten Segmente als abgedunkelte Flächen auf dem im übrigen hell beleuchteten Hintergrund darge­ stellt sind.

Die Farbverfälschungen der Flüssigkristallanzeige in Folge der Umstellung vom reflektiven auf transflektiven oder transmissiven Betrieb können gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in weiten Grenzen nahezu vollständig ausgeschlossen werden, wenn das Farbspektrum der Lichtquelle an das Farbspektrum von in die Flüssigkristallanzeige einfallendem Auflicht angepaßt ist. Da das Farbspektrum des Auflichts, bei dem es sich üblicherweise um Umgebungshelligkeit (d. h. Sonnenlicht) handelt, unter anderem jahres- und tages­ zeitabhängig variieren kann, ist mit einer ein festes Farbspektrum aufweisenden Lichtquelle nicht unter allen Bedingungen eine identische Übereinstimmung ihres Farb­ spektrums mit dem des Auflichts zu gewährleisten. Abhilfe könnte hier eine Einstellbarkeit des Farbspektrums der Lichtquelle schaffen, was jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv ist. Jedoch kann von einem mittleren, innerhalb weiter Grenzen konstanten Farbspektrum des Auflichts ausgegangen werden, so daß bei einer Anpassung der Lichtquelle hieran für nahezu alle relevanten Anwen­ dungsfälle die Farbverfälschungen ausgeschlossen werden können.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es zudem von besonderem Vorteil, wenn vor dem Frontpolarisa­ tionsfilter und/oder zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkoppelfläche ein Spektralfilter angeordnet ist. Damit wird in einfacher Weise das Farbspektrum des Auf­ lichts und/oder der Lichtquelle festgelegt und Farbver­ fälschungen der Anzeige damit sicher ausgeschlossen.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Seitenansicht den Aufbau einer in eine hier nicht weiter dargestellte Instrumententafel oder Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs eingebaute Flüssigkristallanzeige 1. Die Flüssigkristall­ anzeige 1 hat eine seitlich in eine Lichteinkoppelfläche 2 einstrahlende Lichtquelle 3, mittels der die aktive Beleuchtung für Darstellungen der Flüssigkristallanzeige 1 bei unzureichender Umgebungshelligkeit ermöglicht wird. Hierzu trifft das von der Lichtquelle 3 ausgehende Licht zunächst auf ein als Lichtleiter ausgeführtes Substrat 4, welches an seiner einer Flüssigkristallzelle 5 zugewand­ ten Oberfläche 6 mit einem Lichtumlenkelement 7 versehen ist. Durch dieses als Mikrostrukturelement ausgeführte Lichtumlenkelement 7 wird das einstrahlende Licht abge­ lenkt und fällt anschließend zunächst durch ein weiteres, rückwärtiges Substrat 8 und einen Rückpolarisationsfilter 9. An einem hinter dem Rückpolarisationsfilter 9 angeord­ neten, reflektiven Element 10 wird das Licht reflektiert und strahlt anschließend in umgekehrter Richtung als polarisiertes Licht in die Flüssigkristallzelle 5 ein. Zwei jeweils mit einem der beiden Substrate 4, 8 verbun­ dene Elektroden 11, 12 ermöglichen nach dem an sich bekannten Prinzip durch Anlegen einer elektrischen Span­ nung eine Orientierung nicht dargestellter Flüssigkri­ stallmoleküle, die somit mittels eines Frontpolarisati­ onsfilters 13 an einer Vorderseite 14 der Flüssigkristal­ lanzeige 1 je nach Ansteuerung eine sichtbare, helle oder lichtundurchlässige Darstellung eines jeweiligen Segments erkennbar werden lassen. Um die Helligkeitsverluste der in die Lichteinkoppelfläche 2 einstrahlenden und als Entladungslampe ausgeführten Lichtquelle 3 möglichst gering zu halten, ist eine Stirnfläche 15 des Substrates 4 mit einem Reflektor 16 versehen, der das unerwünschte Austreten des Lichtes verhindert. Im Gegensatz zu einem bekannten transflektiven Betrieb wird so einerseits die Bauhöhe der Flüssigkristallanzeige 1 wesentlich redu­ ziert, andererseits werden Farbverfälschungen, die bei Verwendung eines Transflektors unvermeidlich sind, nahezu ausgeschlossen.

Der Zeichnung ist ferner zu entnehmen, daß in diesem Ausführungsbeispiel vor dem Frontpolarisationsfilter 13, d. h. auf der einem Betrachter zugewandten Seite der Flüssigkristallanzeige 1, ein auch als Wellenlängenfilter bezeichneter Spektralfilter 17 angeordnet ist. Durch drei Pfeile symbolisch dargestelltes, in die Flüssigkristal­ lanzeige 1 einfallendes Auflicht 19, das üblicherweise von Umgebungshelligkeit gebildet wird, durchdringt somit den Spektralfilter 17. Zusätzlich ist zwischen der Licht­ quelle 3 und der Lichteinkoppelfläche 2 ein weiterer Spektralfilter 18 angeordnet, der von von der Lichtquelle 3 ausgesandtem Licht durchdrungen wird. Durch die Spek­ tralfilter 17, 18 sind die Farbspektren des Auflichts 19 und der Lichtquelle 3 aufeinander abgestimmt, so daß unabhängig davon, ob das Auflicht 19 oder die Lichtquelle 3 zur Darstellung auf der Flüssigkristallanzeige 1 ge­ nutzt wird, keinerlei Farbverfälschungen auftreten.

Claims (11)

1. Beleuchtbare Flüssigkristallanzeige, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Frontpolarisationsfilter, einem Rückpolarisationsfilter und einer durch zwei je­ weils mit Elektroden verbundene Substrate eingeschlosse­ nen Flüssigkristallzelle sowie einem hinter dem Rückpola­ risationsfilter angeordneten, reflektiven Element, da­ durch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallanzeige (1) ein Lichtumlenkelement (7) zur Umleitung von seitlich in eine Lichteinkoppelfläche (2) der Flüssigkristallanzeige (1) einfallendem Licht in Richtung der Flüssigkristall­ zelle (5) aufweist.

2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Lichtumlenkelement (7) an einer der Flüssigkristallzelle (5) zugewandten Oberfläche (6) zumindest eines der beiden Substrate (4, 8) angeordnet ist.

3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenkelement (7) an einer einem Betrachter der Flüssigkristallanzeige (1) abgewand­ ten Seite des Rückpolarisationsfilters (9) angeordnet ist.

4. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Sub­ strate (4, 8) die Lichteinkoppelfläche (2) aufweist und dass die Lichteinkoppelfläche (2) an einer Stirnfläche (15) des die Lichteinkoppelfläche (2) aufweisenden Sub­ strates (4, 8) angeordnet ist.

5. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Licht­ einkoppelfläche (2) gegenüberliegende Stirnfläche (15) der Flüssigkristallanzeige (1) mit einem Reflektor (16) versehen ist.

6. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenke­ lement (7) als eine Strukturfläche ausgeführt ist.

7. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkri­ stallanzeige (1) eine in die Lichteinkoppelfläche (2) einstrahlende Lichtquelle (3) aufweist.

8. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) eine Entladungs­ lampe ist.

9. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED) aufweist.

10. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbspektrum der Lichtquelle (3) an das Farbspektrum von in die Flüssig­ kristallanzeige (1) einfallendem Auflicht (19) angepaßt ist.

11. Flüssigkristallanzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Frontpo­ larisationsfilter (13) und/oder zwischen der Lichtquelle (3) und der Lichteinkoppelfläche (2) ein Spektralfilter (17; 18) angeordnet ist.