DE2512548A1

DE2512548A1 - Datenanzeigevorrichtung mit fluessigkristallen

Info

Publication number: DE2512548A1
Application number: DE19752512548
Authority: DE
Inventors: Pierre Vovelle
Original assignee: CEPE; Compagnie Electronique et de Piezoelectricite CEPE
Current assignee: CEPE; Compagnie Electronique et de Piezoelectricite CEPE
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1975-09-25
Also published as: FR2265144A1; FR2265144B1

Description

COMPAGNIE D^fELECTRONIQUE ET DE
PIEZOELECTRICITE C.E.P.E.

101, rue du President Roosevelt
78 SARTROUVILLE / Frankreich

Unser Zeichen: C 3040

Datenanzeigevorrichtung mit Flüssigkristallen

Die Erfindung bezieht sich auf Datenanzeigevorrichtungen mit Flüssigkristallen und betrifft insbesondere diejenigen Anzeigevorrichtungen, die in elektronischen Uhren verwendet werden.

Diese Vorrichtungen, deren Hauptbestandteil die Form einer Scheibe oder einer ebenen Platte aufweist, gestatten eine Anzeige von Daten in Ziffern oder Buchstaben entweder in schwarz auf weissem Grund oder in weiss auf schwarzem Grund und eignen sich für die Beobachtung im Auflicht oder im Durchlicht.

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Infolge von störenden Reflexionserscheinungen, die mit der Natur der Flüssigkristallplatten selbst verknüpft sind, welche Stapel von Schichten der lichtdurchlässigen Gebilde verschiedener Zeichen enthalten, ist jedoch die Sichtbarkeit der angezeigten Daten unter bestimmten Einfallswinkeln der Sehlinien, insbesondere in der Nähe des streifenden Einfalls, schlecht oder gleich Null.

Deshalb ist im Fall von Armbanduhren bereits vorgeschlagen worden, die Flüssigkristallanzeigeplatte von solchen Uhren parallel zu der kleinen Achse der im wesentlichen elliptischen Kurve anzuordnen, die den Querschnitt der Hüllfläche eines Handgelenks begrenzt. Diese Anordnung erbringt das vorteilhafte Ergebnis, dass der Benutzer die Platte leicht unter einem Einfallswinkel beobachten kann, der sehr nahe bei der Senkrechten auf der Ebene derselben liegt, wodurch der Einfluss von störenden Lichtreflexionen minimiert wird.

Aus offensichtlichen anatomischen Gründen ist dann die Ebene der Anzeigeplatte im wesentlichen vertikal.

Als ein ernster praktischer Nachteil ergibt sich dann bei den Beobachtungsbedingungen, die mit dieser vertikalen Ausrichtung verknüpft sind, eine ungenügende Beleuchtung der Anzeigeplatte. In dem Fall, in welchem die Beobachtung im Auflicht erfolgt, ist nämlich die Intensitätshauptkomponente des einfallenden Lichts, welches gewöhnlich aus die Anzeigeplatte naturgemäss umgebenden Quellen kommt, vertikal orientiert und die Anzeigeplatte wird, da sie selbst vertikal ist, im wesentlichen tangential und infolgedessen sehr schwach beleuchtet. Es wird sich eine schlechte Lesbarkeit ergeben. In dem Fall, in welchem die Beobachtung im durchfallenden Licht erfolgt, kann die Lichtquelle, die hinter der Anzeigeplatte angeordnet sein muss, nur eine sehr

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geringe Intensität haben, um die Stromentnahme aus der eingebauten elektrischen Stromversorgungsbatterie zu begrenzen.

Dieselben Nachteile trifft man bei einem anderen Anwendungsfall der Flüssigkristallanzeigeplatten an, und zwar bei elektronischen Tischrechnern, deren Gesamtstruktur einen horizontal benutzten flachen Block und ein im wesentlichen vertikales Anzeigefeld enthält.

Die Erfindung schafft eine Anzeigevorrichtung, die diese Nachteile nicht aufweist.

Prinzipiell zieht sie genau die vertikale mittlere Orientierung der Hauptkomponente der Umgebungslichtintensität in Betracht und modifziert durch optische Einrichtungen die Richtung dieses Lichtstroms, um ihn im Durchlicht horizontal auf die hintere Fläche einer vertikalen Flüssigkristallanzeigeplatte zu leiten, wie sie oben bereits für den Fall beispielsweise einer elektronischen Kleinuhr beschrieben worden ist.

Die Erfindung betrifft, genauer gesagt, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche aus einer lichtdurchlässigen Flüssigkristallplatte und aus einem optischen System, welches der hinteren Fläche dieser Platte einen Beleuchtungslichtstrom senkrecht zuführt, besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass das optische System eine Eintrittsfläche für einen einfallenden Lichtstrom und eine Austrittsfläche für den Beleuchtungslichtstrom aufweist und dass die Richtungen der beiden Lichtströme im wesentlichen senkrecht zu einander sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 in dem Fall einer elektronischen Arm

banduhr eine erste Ausführungsform der Anzeigeplatte nach der Erfindung,

die Fig. 2 bis 5 weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung nach der Erfindung für eine elektronische Armbanduhr .

Diese Vorrichtung ist in einem Gesamtgehäuse 1 enthalten, welches mit Mitteln 2, wie etwa biegsamen Riemen, für die Befestigung an dem Handgelenk des Benutzers versehen ist, dessen im wesentlichen elliptischer Querschnitt 3 gestrichelt dargestellt ist und dessen kleine Achse im wesentlichen parallel zu der vertikalen Richtung 10 ist, wobei es sich um die übliche Ausrichtung handelt, wenn ein Träger die Anzeigevorrichtung beobachten möchte. Ein Teil 4 des Gehäuses enthält die elektronischen Schaltungen und ein weiterer Teil 5 trägt die eigentliche Anzeigevorrichtung.

Diese Vorrichtung besteht aus einer lichtdurchlässigen Flüssigkristallplatte 6 bekannter Art, die graphische Segmentzeichen 7 enthält und in einem Rahmen 8 befestigt ist, und aus einer zylindrischen Eingangssammellinse 9, welche den insgesamt in der vertikalen Richtung 10 einfallenden Lichtstrom empfängt.

Die Richtungsänderung dieses Lichtstroms, die ein Kennzeichen der Erfindung ist, erfolgt durch einen Spiegel ll_f der einen Winkel in der Grössenordnung von 30° bis 60° mit der vertikalen Richtung 10 bildet, so dass der Lichtstrom nach der Reflexion eine im wesentlichen horizontale Ausrichtung hat. Da der mittlere Abstand der Lichtquellen immer gross gegenüber den Abmessungen der Uhr ist und infolgedessen erlaubt, sie im Sinne der geometrischen Optik als im Unendlichen liegend zu

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betrachten, ist es vorteilhaft, der Eingangslinse 9 eine Brennweite in der Grössenordnung der Länge des optischen Weges zu geben, der sie von der Platte 6 trennt. Es wird so eine Konzentration des einfallenden LichtStroms auf die kleinste Fläche der nutzbaren Zone der Anzeigeplatte erzielt.

Fig. 2 zeigt eine gleiche Vorrichtung wie in Fig. 1, wobei der einzige Unterschied in der Vergenz der Eingangszylinderlinse besteht, die in dem ersten Fall, in welchem die Linse eine Sammellinse ist, positiv ist, und in dem zweiten Fall von Fig. 2, in welchem die Linse 40 eine Zerstreuungslinse ist, negativ ist. Die Linse 40 hat in diesem Fall nicht die Aufgabe, den Lichtstrom auf die nutzbare Zone der Flüssigkristallplatte zu konzentrieren, sondern einfallenden Lichtstrom in einem großen festen Winkel zu sammeln. Der Exnfallslichtstrahl 41 beispielsweise, der Teil eines gegen die vertikale Richtung 10 beachtlich geneigten Bündels ist, wird bei seinem Durchgang durch die Linse 40 derart in einer Richtung abgelenkt, dass er vorteilhafterweise zu dem Lichtbündel beiträgt, welches die Flüssigkristallplatte 6 beleuchtet.

Fig. 3 zeigt eine aus Übersichtlichkeitsgründen auf seine Hauptbestandteile reduzierte erste abgewandelte Ausführungs— form der Vorrichtung nach der Erfindung. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist die Struktur der Vorrichtung von Fig. 1 vereinfacht worden, indem die beiden Funktionen der Konzentration und der Reflexion in einer einzigen Einrichtung, dem konkav-zylindrischen Spiegel 13, zusammengefasst worden sind. Die Bedinungen für die Brennweite sind die gleichen wie bei Fig. 1 und die lichtdurchlässige Platte 14 hat einfach nur die Auf gabt», den Spiegel 13 vor äusnsrrin Verunreinigungen zu schützen.

Fig. 4 zeigt eine auf ihre Hauptbestandteile reduzierte

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zweite abgewandelte Ausfuhrungsform der Anzeigevorrichtung nach der Erfindung.

Die Änderung der Orientierung des Lichtstroms erfolgt hier durch einen Block 15, der aus einem lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, besteht und ein Brechungssystem mit mehreren Flächen bildet. Dieses Brechungssystem hat eine Eintrittsfläche 16, eine reflektierende gekrümmte Fläche 17, deren Konkavität dem Innern des Brechungssystems zugewendet ist, und eine Austrittsfläche 18, die der hinteren Fläche der nicht dargestellten Flüssigkristallplatte gegenüberliegt. Eine reflektierende Zwischenfläche 19 ist gegenüber der gekrümmten Fläche 17 angeordnet.

Die optische Arbeitsweise eines solchen Brechungssystem beruht entweder auf einer Reflexion (analog der des Falles von Fig. 2)an der gekrümmten Fläche 17, die wie ein Konkavspiegel wirkt, oder auf zwei Reflexionen, von denen die erste an derselben Fläche 17 und die zweite an der Zwischen— fläche 19 erfolgt.

Zur Erläuterung dieser beiden Möglichkeiten sind der Strahl 20 für die erste und der Strahl 21 für die zweite dargestellt worden.

In der Praxis sind die beiden Fälle vermischt und es ist möglich, die optische Arbeitsweise des ßrechungssystems von Fig. 2 wie einen Lichtstromleiter mit Mehrfachreflexion zu interpretieren.

Eine Möglichkeit der Beobachtung der Flüssigkristallplatte ohne äusseres Licht ergibt sich bei dieser Ausführungsform in.besonders vorteilhafter V/eise dadurch, daß das Brechungssystem mit einer der internen Lichtquelle 23 gegenüberliegenden und zu der Austrittsfläche 18 parallelen Flächen 22 versehen ist.

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Das Flächenpaar 18,22 des Brechungssystems macht aus diesem Teil desselben im optischen Sinne eine Schicht mit parallelen Flächen, welche das Licht der Quelle 23 direkt überträgt. Ausserdem zieht diese Übertragung vorteilhaften Nutzen aus den Reflexionen an den reflektierenden Schichten 17 und 19 und an der Eintrittsfläche 16, auf die die Lichtstrahlen der internen Lichtquelle streifend auftreffen.

Fig. 5 zeigt im Schnitt eine dritte abgewandelte Aus^ührungsform der Anzeigevorrichtung nach der Erfindung. Die Änderung der Orientierung des Lichtstroms erfolgt hier durch ein Bündel 35 von lichtdurchlässigen Leitern 34, welche zwischen ihren beiden äusseren Enden einen Lichtstrom durch mehrfache -innere Reflexionen übertragen und auch als optische Fasern bezeichnet werden.

Das bei der Erfindung verwendete Faserbündel bewirkt durch seine Krümmung die verlangte Orientierungsänderung. Ausserdem kann durch Verringerung des Querschnitts jeder Faser zwischen der Eintrittsfläche 30 und der Austrittsfläche 31 des Bündels eine vorteilhafte Lichtkonzentration erreicht werden.Es ist anzumerken, dass, im Gegensatz zu dem allgemeinen Fall der Verwendung der Bündel von optischen Fasern, in welchem die Übertragung von geometrisch homologen Bildern eine genaue parallele Anordnung jeder Faser zwischen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche erfordert, bei der erfindungsgemässen Verwendung allein die Übertragung eines Lichtstroms verlangt wird, was den Herstellungspreis des Bündels beträchtlich senkt. In Fig. 5 ist ausserdem ein lichtdurchlässiger Schirm 32 dargestellt, welcher Rillen aufweist, die mikroprismatische Zerstreuungselemente bilden und das Sammeln von Licht am Eingang in einem grösseren festen Winkel verbessern.

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Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich als Beispiel. So erstreckt sich insbesondere auf alle diese Ausführungsformen die Verwendung einer internen Lichtquelle, die in dem Fall von Fig. 4 beschrieben worden ist, und die Verwendung eines mikroprismatischen Schirms, welcher in dem Fall von Fig. 5 beschrieben worden ist. Ebenso erstrecken sich die Anwendungsbereiche der Erfindung, deren Beschreibung auf den Fall der elektronischen Armbanduhr beschränkt worden ist, auf jegliche Vorrichtung mit einer Datenanzeigetafel, die unter denselben Orientierimgs- und Beleuchtungsbedingungen benutzt werden muss, wie etwa diejenigen, die bei elektronischen Tischrechnern und Armaturenbrettern von Autos verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche :

Datenanzeigevorrichtung mit Flüssigkristallen, welche

einer lichtdurchlässigen Flüssigkristallplatte und aus einem optischen System besteht, welches einen Beleuchtungslichtstrom senkrecht auf die hintere Fläche dieser Platte leitet, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Eintrittsfläche für einen einfallenden Lichtstrom und eine Austrittsfläche für den Beleuchtungslichtstrom enthält und dass die Richtungen der beiden Lichtströme im wesentlichen senkrecht zu einander sind.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ihrer Eintrittsfläche und ihrer Austrittsfläche ein reflektierendes Element angeordnet ist.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierende Element eine reflektierende Fläche aufweist, deren zu dem Mittelteil Normale in der Ebene liegt, welche durch die Richtungen des einfallenden Lichtstroms bzw. des Beleuchtungslichtstroms festgelegt ist, und mit einer dieser Richtungen einen Winkel zwischen 30 und 60 bildet.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierende Element einen reflektierenden Flächenteil aufweist, welcher mit einem endlichen Krümmungsradius versehen ist.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche, die Austrittsfläche und die reflektierende Fläche bestimmte Trennflächen mit der Luft eines optischen Brechungssystems bilden, welches aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, dessen Brechungsindex grosser

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als Eins ist.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Trennflächen mit einer Schicht aus einem Material mit hohem Reflexionskoeffizienten bedeckt sind.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System aus einem Bündel von optischen Fasern besteht.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche ein lichtdurchlässiges optisches Element aufweist, welches den einfallenden Lichtstrom bricht.
9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche ein lichtdurchlässiges optisches Element aufweist, welches den einfallenden Lichtstrom zerstreut.
10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,■ gekennzeichnet durch eine interne Lichtquelle, welche zu dem Beleuchtungslichtstrom beiträgt.
11. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den Flächeninhalten der Eintritts- bzw. Austrittsflächen der optischen Vorrichtung grosser als Eins ist.

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