DE3033141C2 - Lichtleiter in einem Anzeigetableau - Google Patents

Description

a) Das Anzeigetableau ist ein Flüssigkristallschirm (9).

b) Hinter der dem Anzeigetableau abgewandten Breitseite (4) des keilförmigen Körpers (1) ist eine absorbierende Fläche (10) angeordnet

c) Mindestens eine der Breitseiten (3,4) weist eine Vielzahl von parallel zur Keilkante (2) vtrlaufenden prismatischen Erhebungen bzw. Furchen {3s, Aa) auf, die von solcher Teilung und Furchenform sind, daß die auf den Flüssigkristallschirm (9) auftreffenden Lichtstrahlen diesen nichtsenkrecht durchstrahlen und zwar unter einem solchen Winkel, daß für einen Beobachter, dessen Augenhöhe (11) sich senkrecht zur Anzeigefläche in Höhe der Lichtquelle (6) befindet, nicht angeregte Zellen des Flüssigkristallschirms (9) dunkel und angeregte Zellen durch Streuung des nichtsenkrecht auftreffenden Lichtstrahls hell erscheinen.

2. Lichtleiter nach AnspriKn 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur' die dem Flüssigkristallschirm (9) zugewandte Breitseite (3) Furchen (3a) aufweist

3. Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die andere Breitseite (4) Furchen (Aa) aufweist

4. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Furchenflächen (3a,Aa,5a)e'm Antireflexbelag aufgebracht ist

5. Lichtleiter nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (5) mit quer zur Keilkante (2) verlaufenden Streuprismen (5a) versehen ist

6. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (β) Glühlampen, vorzugsweise Soffittenlampen, vorgesehen sind.

7. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (6) eine Leuchtstofflampe vorgesehen ist.

8. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Lichtquelle (6) und die die LichteintrittsFläche (5) bildende Schmalseite ein Lichtleitfasersystem zwischengeschaltet ist

60

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter in einem Anzeigetableau, bestehend aus einem keilförmigen durchsichtigen Körper mit zwei von der Keilkante ausgehenden Breitseiten, mit einer Lichteintrittsfläche auf der der Keilkante gegenüberliegenden Schmalseite, in die mittels einer Lichtquelle Licht eingestrahlt wird, das nach Totalreflexion an einer der Breitseiten die andere Breitseite und das davor angeordnete Anzeigetableau großflächig ausleuch let.

Ein derartiger Lichtleiter ist in einem Aufsatz von A. M. Blumenfeld und S. E. Jones in »MACHINE DESIGN« vom 29. Oktober 1959, Seiten 94-103, beschrieben. Hierbei wird das an einer Schmalseite des keilförmigen Lichtleiters eintretende Licht an den glatten Seitenflächen teils umgelenkt, teils tritt es in den freien Luftraum rus und dient dort zur Ausltuchtung von hinter oder vor dem Lichtleiter angeordneten Anzeigetableaus oder auch Skalen. Hinter dem Lichtleiter befindet sich dabei eine Fläche, die das Licht durch den Lichtleiter hindurch auf dessen Vorderseite reflektiert und lediglich eine gleichmäßige Ausleuchtung des Anzeigetableaus bewirkt

Weiterhin ist aus der DE-AS 27 36 486 ein keilförmiger Körper aus lichtleitendem Material bekannt Dieser ist mit einer abgestuften Oberfläche versehen und dient zur Aufzeichnung und zum Auslesen von Mikroinformationen. Der Informationsträger befindet sich auf der Schmalseite an einem EingangsstieL Von hier wird die Information durch den Lichtleiter übertragen sowie vergrößert und gelangt dadurch zum Auge des Betrachters. Der keilförmige Korper wirkt hier als Sekundärlichtquelle mit großer Streubreite und geringer Richtwirkung. Eine ähnliche Einrichtung ist auch aus der US-PS 37 28 422 bekannt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anzeigetableau mit einem Lichtleiter der vorbeschriebenen Art so auszugestalten, daß auf der Anzeigefläche unterschiedliche Darstellungen leicht sichtbar gemacht werden können und diese durch eine gezielte Lichtlenkung bei geringer Bautiefe des Anzeigetableaus für einen Beobachter gut erkennbar werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Lichtleiter der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung hat den Vorteil, dcS ein großflächiger Flüssigkristallschirm so gleichmäßig beleuchtet werden kann, daß ein Beobachter die angeregten Flüssigkristallzellen gut erkennen und somit von den nicht angeregten Zellen unterscheiden kann. Die Bautiefe eines Elementes aus Flüssigkristallschirm und Lichtleiter ist relativ gering und man erreicht eine gute Kontrastwirkung. Zudem ist es möglich, das auf der Schmalseite eintretende Licht über Lichtleitfasern von einer entfernter liegenden zentralen Lichtquelle herzuleiten. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Ur.teransprüche.

Die Erfindung sei nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbetspieles näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Lichtleiter mit dem davor befindlichen Flüssigkristallschirm.

F i g. 2 zeigt an einem nicht maßstabsgerechten vergrößerten Ausschnitt aus Fig. I beispielhaft den Verlauf von Lichtstrahlen im Lichtleiter, während in

F i g. 3 ebenso beispielhaft der Verlauf von Sehstrahlen im Lichtleiter dargestellt ist

Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Lichtleiter besteht aus einem durchsichtigen Körper 1, bei dem ausgehend von einer Keilkante 2 eine vordere Breitseite 3 und eine rückwärtige Breitseite 4 im spitzen Winkel zu einer als Lichteintrittsfläche 5 ausgebildeten Schmalseite auseinanderstreben. Oberhalb der Lichteintrittsfläehe befindet sich eine Lichtquelle 6. die beispielsweise aus

einer oder mehreren Soffittenlampen oder aus einer Leuchtstofflampe gebildet sein kann. Um die Lichtquelle herum ist ein Reflektor 7 bis an die beiden Breitseiten 3, 4 herangeführt, der das Licht auf die darunter befindliche Lichteintrittsfläche lenkt Das eintretende Licht ist beispielhaft durch die Pfeile 8 angedeutet Vor der vorderen Breitseite 3, die mit parallel zur Keilkante in Längsrichtung verlaufenden Auskoppelprismen 3a versehen ist, befindet sich ein großflächiger Flüssigkristallschirm 9 mi: den elektrisch ansteuerbaren einzelnen Flüssigkristallzellen. Hinter der rückwärtigen, mit Umlenkprismen 4a versehenen Breitseite 4 ist in geringem Abstand ein dunkler Hintergrund 10 angeordnet

Flüssigkristallschirm und Lichtleiter sind in einem festen System mit einem davor befindlichen Beobachter derart letzterem zugeordnet, da3 sich die Augenhöhe des Beobachters in Höhe der Lichtquelle oder darüber befindet und sich damit für den Beobachter die durch Pfeile ti angedeutete Blickrichtung auf die Flüssigkristallzellen ergibt Die Zellen im Flüssigkristallschirm sind von jenem Typ, die in angeregtem Zustand von der Rückseite einfallendes Licht bevorzugt streuen, während die nicht angeregten Zellen das Licht ungestreut hindurchtreten lassen. Dieser Effekt ermöglicht es, die angeregten Zellen zur Unterscheidung von den nicht angeregten Zellen für das menschliche Auge sichtbar zu machen. Weiterhin können statt einer glatten Lichteintrittsfläche 5 lediglich angedeutete Streuprismen 5a auf letzterer angeordnet sein, die über die Schmalseite quer zur Keilkante verlaufen. Ist aus technischen Gründen oder Wartungsgründen eine direkte Anordnung der Lichtquelle über dem Lichtleiter gemäß F i g. 1 nicht möglich oder nicht zweckmäßig, so kann zwischen die Lichtquelle 6 mit Reflektor 7 und die Lichteintrittsfläche 5 ein nicht dargestelltes Lichtleitfasersystem eingeschaltet werden. Die Lichtquelle kann dadurch an einer weiter entfernt liegenden zentralen Stelle angeordnet sein.

Der in F i g. 2 bzw. F i g. 3 gezeigte nicht maßstabgetreue und vergrößerte Ausschnitt aus dem Lichtleiter läßt auf der vorderen Breitseite 3 mehr als ein Auskoppelprisma 3a und auf der rückwärtigen Breitseite 4 nahezu zwei Umlenkprismen 4a erkennen. In F i g. 2 sind die Winkel der Prismen und zusätzlich die Winkelbereiche angegeben, innerhalb derer die Prismenwinkel schwanken können. Das in Richtung der Pfeile 8 bevorzugt eintretende Licht wird, wie an einem in Fig.2 in Strichlinien dargestellten HauptsJrahl erkennbar ist, durch die Umlenkprismen auf der rückwärtigen Breitseite so auf die Auskoppelprismen auf der vorderen Breitseite gelenkt, daß die Lichtstrahlen gegenüber der Waagerechten unter einem Winkel«, der größer als Null ist, nach unten hin austreten. Auch Streulicht, von dem in Fig.2 zwei Lichtstrahlen in Strichlinien dargestellt sind, wird ebenfalls unter einem Winkel« > 0 nach unten abgestrahlt.

Die in Fig.2 in Strichpunktlinien eingezeichneten Strahlen, die mit einem als Umlenkwinkel ψ bezeichneten Winkel, der von der Normalen auf eine Prismenoberfläche und dem Lichtstrahl beschrieben wird, auf erstere auftreffen, begrenzen die Bereiche, in denen die Lichtstrahlen mittels der Totalreflexion nach vorn umgelenkt werden. Lichtstrahlen, die mit einem kleineren Winkel φ auf die Oberfläche der Umlenkprismen auftreffen, treten durch die rückwärtige Breitseite hindurch und werden von dem dunklen Hintergrund absorbiert Der größte Teil der Lichtstrahlen trifft jedoch mit einem Winkel, der größer als der Umlenkwinkel φ ist, auf die Oberfläche der Umlenkprismen und wird total reflektiert Der Grenzwinkel φ für die Totalreflexion ist abhängig vom Brechungsindex des Materials für den Lichtleiter, der beispielsweise aus ίο Silikatglas, optischem Glas oder auch Kunststoffglas hergestellt sein kann. Auf das gewählte Material sind daher auch die Winkel für die Prismen und die Prismenteilung abzustimmen. Bedingt durch die Keilform des Lichtleiters ist die Teilung der Umlenkprismen größer als die der Auskoppelprismen. Die Anzahl der Prismen ist zweckmäßig gewählt zwischen der Möglichkeit von wenigen Prismen, wobei die Einzelprismen zu dick werden und vielen Prismen nut kleiner Teilung, wobei der Fehler wegen der Fertigungstoleranzen zu groß wird.

In Fig.3 ist in Strichlinien der verlauf mehrerer Sehsirahlen 11 eingezeichnet, die von de^s Augen eines Beobachters ausgehen und auf den dunklen Hintergrund gelenkt werden. Der Winkel ε zwischen einer Normalen auf den Flüssigkristallschirm und den Sehstrahlen ist dabei aufgrund annähernd fester Zuordnung in einem System mit dem Beobachter größer als NuIL Die Normalen sind in Fig.3 in Strichpunktlinien eingezeichnet und treffen ebenfalls auf den dunklen Hintergrund. Somit werden alle &Ähstrahlen, die innerhalb des Winkelbereiches ε auf die Auskoppelprismen auftreffen, wie ohne weiteres aus der Fig.3 ersichtlich ist, auf den dunklen Hintergrund gelenkt Die durch die Zellen des Flüssigkristallschirms hindurchgehenden Sehstrahlen lassen also nur den dunklen Hintergrund erkennen und damit ist für das Auge die entsprechende Flüssigkristallzelle dunkel.

Als Ergebnis bleibt festzuhalten:

Gemäß F i g. 2 werden die Lichtstrahlen να; der Lichteintrittsfläche unter einem Winkel α > 0 nach unten abgestrahlt, können also beim Hindurchtreten durciidie nicht angeregten Flüssigkristallzellen nicht auf das Auge eines Beobachters fallen und sind somit unsichtbar. Gemäß Fig.3 lassen die Sehslrahlen nur den dunklen Hintergrand erkennen und die Zellen des Flüssigkristallschirms erscheinen im Ruhezustand dunkel. Werden nun einzelne Zellen elektrisch angeregt, so streuen diese die unter dem Winkel« von der Rückseite her auftreffenden Lichtstrahlen und die angeregten Zellen erscheinen heller. Damit unterscheiden sich für das Auge eines Beobachters diese helleren angeregten Zellen von den übrigen nicht angeregten Zellen, die weiterhin dunkel erscheinen.

Mit einer gezielten elektrischen Ansteuerung der Flüssigkristallzellen können diese also mittels des dahinter angeordneten erfindungsgemäßen Lichtleiters für das menschliche Auge sichtbar oder unsichtbar gemacht werden. Hierbei lassen sich auf dem großflächigen Flüssigkristallschirm, dessen Abmessungen bei· spielsweise 100 mn. in der Höhe und 250 mm in der Länge betragen können, eine Vielzahl von Ziffern. Buchstaben oder auch Symbolen darstellenden Zellen anordnen und für einen Beobachter gut erk-jnnbar nach Bedarf sichtbar machen.

Bkiil ZL-icl

Claims (1)

Patentansprüche;

1. Lichtleiter in einem Anzeigetableau, bestehend aus einem keilförmigen durchsichtigen Körper mit zwei von der Keilkante ausgehenden Breitseiten, mit einer Lichteintrittsfläche auf der der Keilkante gegenüberliegenden Schmalseite, in die mittels einer Lichtquelle licht eingestrahlt wird, das nach Totalreflexion an einer der Breitseiten die andere Breitseite und das davor angeordnete Anzeigetableau großflächig ausleuchtet, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: