DE2619285A1 - Fluessigkristallanzeigevorrichtung mit einer fluoreszenzplatte - Google Patents

Description

• Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Fluoreszenzplatte
• Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-(FK)-Anzeigevorrichtung mit einer FE-Schicht und einer in Betrachtungsrichtung hinter der FK-Schicht angeordneten Platte (Fluoreszens'platte), die aus einem mit einem fluoreszierenden Zusatz versehenen Trägermaterial mit einem Brechungsindex größer 1 besteht und verspiegelte Seitenflächen sowie mindestens ein Lichtaustrittefenster hat.
• Ein solches Display ist bereits vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 25 54 226). Bei dieser Ausführung wird ein Großteil des auf die Fluoreszenzplatte treffenden Umgebungslichts durch Fluoreszenzstreuung und nachfolgende Totaireflektion im Platten- -inneren eingefangen, dort verteilt und schließlich an speziellen, hinter den Bildsegmenten befindlichen Lichtaustrittafenstern mit i hoher Leuchtdichte ausgekoppelt. Die Fluoreszenzplatte hellt somit die vor dunklem Hintergrund weiß oder farbig erscheinenden- Bilder auf und liefert eine um-so höhere Lichtverstärkung, je größer das Verhältnis der lichtaufnehtnenden zur lichtabgebenden Plattenfläche ist.
• Zur Erzelung hoher Kontraste wird man also die Fluoreszenzplatte seitlich über die eigentliche BE-Zelle hinausragen lassen und außerdem nach hinten durch eine schwarze Rückplatte abdecken müssen. Abgesehen von den nicht immer leicht zu realisierenden Querformatsbedingungen ist die Fluoreszenplatte der vorgeschlagenen Version aber auch noch mit einem gewissen Herstellungsaufwand belastet: Die Lichtaustrittsfenster bestehen aus Einkerbungen, die in einem gesonderten Aufdampfschritt mit einer zusätzlichen Reflexionsschicht überzogen werden müssen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das geschilderte Display derart abzuwandeln, daß bei Wahrung aller Vorteile, insbesondere der örtlich begrenzten lichtauskopplung, die genannten Dimensionierungsschwierigkeiten und Fertigungsbelastungen beseitigt sind. Hierzu ist bei einer Anzeige der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich die Ft-Schicht vor einer der Seitenflächen der Fluoreszenzplatte (Stirnfläche) befindet und daß alle übrigen Seitenflächen dieser Platte voll verspiegelt sind, die Stirnfläche dagegen in zumindest einem, das Lichtaustrittafenster bildenden Bereich keine Reflexionsschicht trägt.
• Der Lösungsvorschlag geht von der ueberlegung aus, daß die Strahlung, die durch die beiden großen Plattenflächen (Kollektor--flächen) in das Platteninnere eintritt und dort durch (Uotal-) Reflektion eingefangen bleibt, zu einem wesentlichen Teil aus den senkrecht auf den Kollektorflächen stehenden vier kleinen Plattenflächen (Seitenflächen), wären diese nicht verspiegelt, wieder austreten würde. Setzt man nun die eigentliche FE-Zelle statt vor eine der lichtsammelnden Flächen vor eine spiegelfreie Stirnfläche, dann tritt Licht ohne spezielle Oberflächenformung und -verspiegelung auf einem begrenzten Bereich aus dem Platteninneren in einen großen Raumwinkelbereich aus. Hin zukommt, daß in dieser Fall keine der beiden großen Plattenflächen abgedeckt werden muß und daß zugleich die Platte auch bei groß bemessenen Sammelflächen nicht seitlich über die eigentliche FK-Zelle hinauszuragen braucht. Man erhält insgesamt ein günstiges Verhältni.s zwischen der Kollektorfläche und der Lichtaustrittsfläche bei knappen Querabmessungen.
• Es ist an sich bereits eine FK-Anzeige bekanntgeworden (DU-OS 25 12 548), bei der ein optischen System einen einfallenden Lichtstrom um 900 umlenkt und senkrecht von hinter auf die FK-Schicht wirft. Dieses Display arbeitet jedoch mit einer andersartige,l Strahlführung (einmalige Spiegelreflexion ohne vorausgehende Fluoreszenzstreuung) als die vorliegende Anzeige, führt demgemäß auch zu anderen optischen Qualitäten und verlangt andere konstruktive Maßnahmen.
• Die hier vorgeschlagene ÄnzeigevorrichtLing bietet sich vorallem dann an, wenn die darzustellende Information ein der Stirnfläche ähnliches, bandförmiges Format beansprucht. Dies ist insbesondere der Fall bei analogen oder digitalisierten Anzeigen physikalischer Crößerl auf einer Skala. So kann man das Display sehr gut zur Anzeige der Umgebungstemperatur heranziehen ("Digital-Thermometer"), es können daneben aber auch andere Variablen, eta elektrische Spannungen oder in Spannungssignale umgewandelte sonstige Parameter, zur Darstellung gebracht werden (Beispiele: Voltmeter, Tachometer).
• In vielen Fällen, beispielsweise wenn das Display auch nachts anzeigen oder als ein versenkbarer Einschub ausgebildet sein soll, muß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer zusätzlichen Beleuchtung versehen werden. Die Anzeige kann dabei ihre knappen Abmessungen behalten, wenn die Lichtquelle in die Bluoreszenz- platte inte,,riert wlrd. Die von der Quelle sta'nende .Strahlung wird in der Fluoreszenzplatte praktisch ohne Eigenabsorption gleichmäßig verteilt und leuchtet die Stirnfläche gut aus. Bezieht das Display sein Licht ausschließlich aus der Zusatzbeleuchtung, so kann man der Fluoreszenzplatteein kleincs Volumen geben, da nunmehr keine Sammelflächen erforderlich sind. Als zusätzliche Lichtquellen eignen sich vorallem lichtemittierende Dioden, Leuchtstofflampen oder Glühlämpchen Eine optimale Lichtausbeute bzw. ein guter Kontrast bei extrem geringer Leistungsaufnahme ist möglich, wenD die Lichtquelle an das Plattenmaterial optisch oder/und bezüglich des Frequenzspektrums an den Fluoreszenzstoff angepaßt ist, wenn also die Werkstoffe der Platte und der Lichtquelle aufeinander abgestimmte Brechungsindizes haben oderAind das Emissionsspektrum der Lichtquelle mit dem Anreugungsspektrum des fluoreszierenden Zusatzes soweit wie möglich übereinstimmi-.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Anspruche.
• Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert werden.
• Die Figur zeigt in perspektivischer Ansicht eine zwei Digital-Thermometer (Hauptthermometer 1, Hilfstehermometer 2) umfassende Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; zur Verdeutlichung sind dabei die Einzelteile des Hauptthermometers auseinandergezogen dargestellt. Das Hilfsthermoueter unterscheidet sich vom Hauptthermometer nur darin, daß seine Fluoreszenzplatte eine geringere Bautiefe hat.
• Das Hauptthermometer 1 enthalt iiri Einzelnen folgende Teile: Eine mit einer Temperaturskala 3 versehene transparente Declplatte 4, einen vorderen Linearpolarisator 5, eine vordere Urägerplatte 6, ein übereinanderliegende Durchbrüche 7 enthaltender Distrizierunge:rahmen 8, eine hintere Trägerplatte 9, ein hinterer, zum vorderen parallel liegender Linearpolarisator 10 und schließlich eine Fluoreszenplatte 11. Alle Teile sind in der Reihenfolge ihrer Aufzählung in Betrachtungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet.
• Die Temperaturskala 3 enthält äquidistante Teilstriche 12, die jeweils einer bestimmten Temperatur zugeordnet sind; im vorliegenden Beispiel liegt der Meßbereich zwischen -200C und +40°C.
• Auf der Höhe eines jeden Teilstrische befindet sich ein Durchbruch 7, der bei zusammengesetzter Anzeige eine SK-Substanz aufnimmt.
• Die Fluoreszenplatte ist quaderförmig ausgebildet und mit einer ihrer vier Seitenflächen (Stirnfläche 13) dem Linearpolarisator 10 direkt angesetzt. Alle Seitenflächen sind - mit Ausnahme der Stirnfläche - mit einer Reflexionsschicht 14 vollständig überzogen.
• Die Stirnfläche selbst ist bis auf einen direkt hinter den Durchbrüchen 7 verlaufenden, als Lichtaustrittsfenster dienenden Streifen 15 ebenfalls verspiegelt.
• Die nematischen Substanzen in den einzelnen Rahmendurchbrüchen haben ihre Klärpunkte jeweils bei derjenigen Temperatur, die der auf gleicher Höhe liegende Skalenteilstrich angibt. Im nematischen Zustand sind die FK-Substanzen homogen orientiert und aufgrund zueinander senkrechter Wandorientierungen -in Richtung der Trägerplattennormalen um 900 verdrillt. Mit den beiden zueinander parallelen Linearpolarisatoren vor und hinter der FK-Schicht bleiben die einzelnen FK-Zellen unterhalb ihres Klärpunktes dunkel und leuchten oberhalb des Klärpunktes mit der Farbe des Fluoreszenzlichtes auf.
• Bei der dargestellten Anordnung ist das Hilfsthermometer mit dem Hauptthermometer optisch verbunden: Ein Lichtleiter 16, üblicherweise ein LichtleitfaserbUndel, koppelt aus der großen Fluoresæenzpla-tte ein Lichtbtindel aus und speist damit die sehr viel kleiner bemessene Pluoreszenzplatte der Tochteranzeige.
• Eine solche Zweitanzeige kann beispielsweise an dunklen Orten aufgestellt werden oder als ein versenkbarer Einschub ausgebildet sein. Es sind daneben auch optische Verbindungen denkbar, bei denen der optische Zustand einer jeden FK-Zelle über je einen Lichtleiter auf eine lediglich mit riner Skala versehene Tafel übertragen und dort zur Anzeige gebracht werden kann.
• Wollte man ein in vorgegebenen Abschnitten mit einer bestimmten Farbe leuchtendes Band erzeugen, so könnten die entsprechenden Bereiche der dahintergelegenen Plattenstirnfläche mit geeignet frequenzselektiv auskoppelnden dielektrischen Spiegeln versehen werden. Die Bluoreszenzplatte muß dann solche fluoreszierenden Zusätze enthalten, in deren Emissionsspektren die gewünschten Farben liegen. Beispielsweise ließe sich eine Temperaturskala dreifarbig gestalten, mit einem roten Abschnitt für Temperaturen kleiner 0°C, einem gelben für Temperaturen von 0°C bis 20°C und oberhalb 24°C und mit einem grünen Abschnitt für Temperaturen von 2000 bis 240C.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Abgesehen davon, daß die vorgeschlagene Vorrichtung keineswegs nur als Meßgerät Verwendung findet, läßt sich das Display auch in konstruktiver Hinsicht auf mannigfache Weise abwandeln. So erhält man beispielsweise auf höchst einfache Weise ein Skalen-Instrument mit stets deutlich ablesbaren Werten, wenn man das Fluoreszenslicht auch zur Erhöhung des Skalenkontrastes heranzieht. Dies kann etwa dadurch geschehen, daß man zwischen Skala und Fluoreszenzplattenstirnfläche nur transparente Elemente einsetzt und somit den Skalenbereich ausleuchtet oder daß die Skala direkt auf die Platte aufgedruckt wird bzw. sich durch entsprechende Spiegel aussparungen auf der Stirnfläche ergibt oder aber daß gleich den Durchbrechungen bzw. den dahinterliegenden Lichtaustrittsfenstern geeignete Umrisse gegeben werden.
• 8 Patentansprüche 1 Figur

Claims (8)

1. a a t e n t a ii s a) r ü c h e 1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall schicht und einer in Betrachtungsrichtung hinter der Flüssigkristalischicht angeordneten Platte (Fluoreszenzplatte), die aus einet mit einem fluoreszierenden Zusatz versehenen Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht und verspiegelte Seitenflächen sowie mindestens ein Lichtaustrittsfenster hat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß, insbesondere zur Darstellmg analoger Größen auf einer Skala, die Flüssigkristallschicht sich vor einer der Seitenflächen der Fluoreszenplatte (11) (Stirnflache 13) befindet und daß alle übrigen Seitenflächen dieser Platte voll verspiegelt sind, die Stirnfläche (13) dagegen in zumindest einem, das Lichtaustrittsfenster bildenden Bereich (15) keine Reflexionsschicht trägt.
2. 2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie eine mit Teilstrichen (12) versehne Temperaturskala (3) enthält, daß die Flüssigkristallschicht in einzelne Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt einem der Teilstriche (12) räumlich zugeordnet ist und aus einer Flüssigkristallsubstanz besteht, deren Klärpunkt-Temperatur der von dem zugeordneten Teilßtrich angegebenen Temperatur entspricht, und daß die Stirnfläche (13) der Fluoreszenzplatte (11) zumindest in den direkt hinter den Abschnitten der Flüssigkristallschicht befindlichen Bereichen (15) keine Reflexionsschicht (14) trägt ("Digital-Thermometer").
3. 3. Digita ermlome~ter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkristallschicht in den einzelnen Abschnitten jeweils aus einer nematischen Substanz mit einer homogenen, in Richtung der Stirnflächennoemalen um 90° verdrillten Orientierung besteht und daß Linearpolarisation (5, 10) jeweils vor der Flüssigkristallschicht sowie zwischen der Stirnfläche (13) und der Blüssigkristallschicht in zueinander paralleler Stellung angeordnet sind.
4. 4. Digital-Thermometer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperaturskala (3) von dem aus der Stirnfläche (13) austretenden Licht beleuchtet wird.
5. 5. Digital-Thermometer nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperaturskala (3) auf der Stirnfläche (5) aufgedruckt ist oder sich durch Aussparungen in der Stir-lflachenverspiegelung ergibt.
6. 6. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur mehrfarbigen Darstellung d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß zumindest ein Teil des unverspiegelten Bereichs (15) der Stirnfläche (13) mit einer für eine bestimmte Farbe transparenten dielektrischen Schicht bedeckt ist und daß diese Farbe im Emissionsspektrum des fluoreszierenden Zusatzes liegt.
7. 7. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c ii g e k e ii n z e i c h ii e t , daß in die Fluoreszenzplatte (11) eine Zusatzbeleuchtung, insbesondere eine lichtemittierende Diode, eine Leuchtstofflampe oder ein Glühlämpchen integriert ist.
8. 8. Anordnung mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens eine weitere Anzeigevorrichtung (Hilfsanzeige 2), die über Lichtleiter (16) Licht von der Flüssigkristallanzeigevorrichtung (Hauptanzeige 1) enpfängt, wobei das Licht der Hauptanzeige (1) entweder aus der Rluoreszenzplatte (11) oder jeweils vor einem Abschnitt der Flüssigkristallschicht entnommen wird.