DE2808440A1 - Anzeigevorrichtung mit einem in einem zeitmultiplexverfahren angesteuerten lichtventil - Google Patents
Anzeigevorrichtung mit einem in einem zeitmultiplexverfahren angesteuerten lichtventilInfo
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Description
SIEMENS AETIENGESELISCHAi1T unser Zeichen
Berlin und München TPA 78 ρ $ Q & 2 BRS
Anzeigevorrichtung mit einem in einem Zeitmultiplexverfahren angesteuerten Lichtventil
Die Erfindung "betrifft eine Anzeigevorrichtung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Display
ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster 7724216 bekannt.
Bei elektrooptischen Anzeigen mit relativ langen Übergangszeiten zwischen den verschiedenen optischen
Zuständen, etwa bei Flüssigkristallanzeigen auf der Basis des DAP-Effektes oder des Schadt-Helfrich-Sffektes,
hängt das erreichbare Multiplexverhältnis vor allem davon ab, wie steil die Kontrast-Spannungs-Kennlinie
im Übergangsbereich gestaltet werden kann (vergl. hierzu beispielsweise J. Appl. Phys. 48 (1977) 1426).
Diese Steilheit kann Werte erreichen, die mehr als 100 Multiplexschritte ermöglichen, allerdings nur
bei Verwendung von stark gebündeltem Licht, da die
Les 1 Ode /24.02.78
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-^- VPA
Kontrast-Spannungs-Charakteristik auch noch empfindlich von der Richtung der auftreffenden Strahlung abhängt
(vergl. hierzu IEES Trans, on Electron Devices
ED-H (1974) 146).
Zur Erzeugung des bei hochmultipiexbaren Anzeigen
erforderlichen Lichtkegels hat man sich bisher mit einer stark gerichteten Beleuchtung oder mit einer
geeigneten Projektion beholfen. Derartige Maßnahmen sind besonders unbefriedigend, weil sie den Aufbau
verkomplizieren, zusätzliche Leistung verzehren und vor allem das passive Display in eine quasi aktive
Anzeige mit einem umgebungsabhängigem Kontrast umwandeln
.
Darstellungskontrast und Bildhelligkeit eines Lichtyentils
lassen sich auf rein passive Weise, also ohne Energieverbrauch, erheblich steigern, wenn man
das Ventil mit einer als Lichtfalle wirkenden, mit Lichtaustrittsfenstern versehenen Pluoreszenzplatte
kombiniert. Ein solches "Pluoreszenzaktiviertes Display"
(PLAD) ist bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 25 54 226 oder aus Electronics, 8.12.77, S. 113-116
Bei einem PLAD ließe sich der Raumwinkelbereich des die Pluoreszensplatte verlassenden Lichtes durch
speziell geformte Austrittsfenster einengen; Beispiele hierfür sind in der genannten Offenlegungsschrift
angegeben. Bei diesen Penstergestaltungen ist jedoch von Fachteil, daß der von den Penstern nicht
ausgekoppelte Lichtanteil in der Pluoreszenzplatte verbleibt und somit durch die Begrenzung des Lichtaustrittskegels
der Helligkeitsverstärkungsfaktor reduziert wird.
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- Y- YPA ?8Ρ 80 0 2 BRD
Die vorliegende Erfindung stellt sich, die Aufgabe,
ein multiplexbares FLAD zu schaffen, das über eine
besonders steile Eontrast-Spannungs-Charakteristik und zugleich über gute optische Qualitäten verfügt.
Diese Aufgabe viird erfindungsgemäß durch die im
Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination gelöst.
Die Erfindung geht aus von der an sich bekannten Beobachtung, daß von einer 3?luoreszenzplatte mehr Fluoreszenzlicht
abgegeben -wird, wenn ihre Schmalseiten
mit einen - in einem endlichen Abstand gehaltenen diffusen Reflektor statt mit einer - optisch gekoppelten
- Spiegelschicht versehen sind. Die höhere Lichtausbeute ist darauf zurückzuführen, daß zunächst
einmal der Reflexionsfaktor bei diffusen Reflektoren höher sein kann als bei Spiegelschichten. Hinzukommt,
daß Licht an diffusen Reflektoren vor allem in Richtung der Reflektornormalen zurückgeworfen wird und somit
bis zu seinem Austritt einen kürzeren Weg mit entsprechend geringeren Verlusten als im Falle von spiegelnden
Reflexionen zurücklegt (vergl. hierzu auch. Nucl. Instr.and Meth. 87 (1970) 111).
Bei dem vorliegenden Lösungsvorschlag wird die Tatsache, daß ein diffuser Reflektor gebündelt zurüekstreut,
ferner dazu benutzt, ein multiplexbares Lichtventil mit Licht aus einem engen Winkelbereich, zu bestrahlen.
Dabei ergibt eine überschlägige Rechnung, daß eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung nicht
nur eine Vielzahl von Multiplsxschritten zuläßt, sondern
auch in ihren optischen Eigenschaften den bisher bekannt gewordenen J1LAD-Aus führungen nicht nachsteht.
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- >r- YPA 78 P 30 0 2 BRD
Die MuItipiexbarkeit des vorgeschlagenen Displays läßt
sich noch verbessern, wenn man das Lichtaustrittsfenster der Fluoreszenzplatte mit einem Fenster versieht,
das den Austrittskegel des Fluoreszenzlichtes noch weiter einengt. Dieses Fenster besteht vorzugsweise
aus einer dielektrischen Mehrfachschicht, wie sie an sich bereits bei einem FLAD zur Variation der
Bildfarbe diskutiert v/orden ist (beispielsweise DE-OS 26 19 368 ). Die dielektrische Mehrfachschicht
beeinträchtigt die Bildhelligkeit des Displays praktisch nicht, denn das von einem solchen Spiegel nicht
hindurchgelassene Licht wird reflektiert und gelangt schließlich auf den diffusen Reflektor, von dem es
in eine neue Richtung zurückgeworfen wird, in der es mit großer Wahrscheinlichkeit die dielektrische
Mehrfachschicht durchsetzen kann. Ein dielektrischer Spiegel wirkt also mit dem diffusen, als Winj£elkonverter
fungierenden Reflektor derart zusammen, daß der öffnungswinkel des Lichtaustrittskegels durch (verlustarme)
Bündelung und nicht etwa durch (verlustreiche) Ausblendung verkleinert wird.
Wird das Lichtventil noch mit einem zweiten Fenster nach Art der in Anspruch 6 angegebenen Merkmalskombination
ausgestattet, so kann man polar!satorfreie
Flüssigkristallanzeigen auf Feldeffekt-Basis erhalten.
Eine weitere Steigerung des Multiplexverhältnisses ist
möglich, wenn man die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung in der in Anspruch 8 charakterisierten Weise ausbildet.
Der Zusammenhang zwischen dem Winkel,den die
eil)
Polarisationsrichtung^oer beiden Linearpolarisatoren
Polarisationsrichtung^oer beiden Linearpolarisatoren
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28Q8440
β
- r - 7PA 78 P 8 0 0 2 BRD
- r - 7PA 78 P 8 0 0 2 BRD
miteinander bilden, und der Steilheit der Kontrast-Spannungs-Charakteristik
wird in J. Appl. Phys. 43 (1977) 1426 näher untersucht.
V/eitere vorteilhafte Ausgestaltungen und V/eiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Die Erfindung soll nun anhand von "bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren der "beigefügten Zeichnung näher erläutert v/erden.
In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ss zeigen:
Fig. 1 in einem Seitenschnitt ein erstes Ausführungs-"beispiel
einer erfindungs gemäß en Anaeigevorrichtung, eingebaut in einem Taschenrechner,
und
Fig. 2 von einem zweiten Ausführungsbeispiel einen teilweise weggebrochenen Seitenschnitt.
Die Figuren sind sehr schematisch gehalten. Alle für
ein Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderlichen Einselteile, beispielsweise die Elektronik
oder das Tastenfeld eines Taschenrechners, sind der Einfachhs.t halber weggelassen.
Der in Fig. 1 dargestellte Taschenrechner enthält ein Gehäuse 1, eine Flüssigkristallanzeige 2 und eine
Fluoreszenzplatte 3. Das Gehäuse ist oberhalb der
Fluoreszensplatte mit einem Filter 4 abgedeckt, aas lediglich Anregungslicht für die fluoreszierenden
Partikel hindurchläßt. Die Flüssigkristallanzeige ist auf ihrer Frontseite mit einem transparenten.
diffus streuenden Film 5 überzogen.* Die Darstellung erfolgt
mittels einer'X-Y-Matrix; das Display
kann Buchstabenfolgen sowie eine
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- β - VPA 7SP 30 0 2 9RD
■mehrstellige Ziffer anzeigen, wird in einem Zeitmultiplexverfahren
adressiert und arbeitet im vorliegenden Fall auf der Sasis des DAF-Effektes. Der Figur entnimmt
man, daß die Flüssigkristallanzeige gegen die Fluoreszenzplatte geneigt ist. Neigungsachse und --winkel
sind dabei so gewählt, daß die Flüssigkristallmoleküle, die bei einer DAP-Flüssigkristallanzeige im Ruhezustand
verkippt homöotrop orientiert sind, parallel zur Hauptaustrittsrichtung
des Fluoreszenzlichtes liegen. Unter dieser Bedingung ist die Flanke der Kontrast-Spannungs-Kennlinie
- soweit ihr Verlauf vom Einfallswinkel des Lichtes abhängt - am steilsten.
Die Fluoreszenzplatte ist an ihrer von der Fllissigkristallanzeige
abgewandten Schmalseite mit einer diffus reflektierenden Schicht 7 versehen und trägt
an ihrer Vorderseite eine dielektrische Mehrfachschicht 8. Die übrigen beiden Plattenschmalseiten
können ebenfalls mit diffus reflektierenden Schichten oder aber mit spiegelnden Reflektoren abgeschlossen
werden. Die diffus reflektierende Schicht besteht zweckmäßigerweise aus TiOp und steht mit der Fluoreszenzplatte
optisch nicht in Kontakt. Eine solche Entkopplung ist bereits dann gegeben, wenn der Reflektor
auf ein anderes Substrat, beispielsweise das Gehäuse, aufgebracht wird und man dann die Fluoreszenzplatte
gegen der Reflektor drückt. Der vorgeschriebene endliche Abstand zwischen der diffus reflektierenden Schicht
und der Fluoreszenzplatte ist nämlich nur dann nicht gewahrt, wenn die Reflexionsschicht direkt auf die
Platte aufgetragen wird.
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/ICT
- 7 - 7PA TB P S 0 0 2 BRD
die Winkelverteilung des Lichtes, das von einem diffusen Reflektor in ein optisch vom Reflektor entkoppeltes
Medium gestreut wird, gilt die folgende, aus dem Lambertschen Gesetz abgeleitete Beziehung
I = V 1-n2.jiitAc
(I = Anteil des diffus reflektierten Lichtes, bezogen auf die Intensität bei£C=O; <?C = Winkel des Lichtes
mit der Reflektornorraalen; η = Brechungsindex des
Mediums). Dem Ausdruck entnimmt man, daß mit waehsendem η der Streukegel immer schmaler wird. In diesem
Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sich ein diffuser Reflektor auch so ausführen läßt, daß er
selbst eine noch ausgeprägtere Richtcharakteristik als die vom Lambertschen Gesetz beschriebene Yerteilung
hat. Derartige Reflektoren sind kommerziell erhältlich.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich
von der geschilderten Ausführung im wesentlichen in der Lage und im Aufbau der Flüssigkristallanzeige.
Die Flüssigkristallzelle ist unverkippt an die Vorderseite
der 3?luoreszenzplatte gesetzt. Sie enthält im Einzelnen eine transparente, diffus streuende Schicht 5,
eine jpluoreszenzplatte 14, eine vordere dielektrische
Mehrfachschicht 16, eine vordere Trägerplatte 17, die mit einer segmentierten Leitschicht (Elektrodensegmente
18) versehen ist, eine hintere Trägerplatte 19, die eine durchgehende Leitschicht (Rückelektrode 22)
trägt und außerdem noch mit einer dielektrischen Ifehrfachschicht
21 überzogen ist. Die beiden Trägsrplatten sind über einen Rahmen 23 miteinander in einem vorgegebenen
Abstand verbunden. Die vom Rahmen und den bei-
»{., 909835/0407
den Trägerplatten begrenzte Kammer ist mit einer Flüssigkristallschicht 24 gefüllt.
Die hintere Mehrfachschicht 21 bildet zusammen mit der Rückelektrode 22 und der Flüssigkristallschicht
eine einsige dielektrische Vielfachschicht. Diese Vielfachschicht ist so auf die Fluoreszenzplatte abgestimmt,
daß sie im Ruhezustand der Flüssigkristallschicht das Fluoreszenzlicht nur in einem engen, am
die Senkrechte zur Plattenvorderfläche zentrierten Lichtkegel ("Zentralkegel") passieren läßt. Die
vordere, von der Vielfachschicht durch die relativ dicke Trägerplatte 17 optisch entkoppelte Mehrfachschicht
16 ist so aufgebaut, daß sie nur für das Fluoreszenzlicht aus dem Zentralkegel durchlässig ist.
¥ird die Flüssigkristallschicht in einem bestimmten Bereich angesteuert, so ändert sie ihren Brechungsindex
und damit die Transmissionscharakteristik der Vielfachschicht derart, da3 das Fluoreszenzlicht nicht
mehr in dem Zentralkegel durchtritt; es wird entweder reflektiert oder passiert die Vielfachschicht
in einem Hohlkegel, dessen kleinerer Grenzwinkel größer ist als der Öffnungswinkel des Zentralkegels« Da die
vordere Mehrfachsdlcht für Fluoreszenzlicht aus solchen
Richtungen undurchlässig ist, ergibt sich folgende Darstellung: Der Anzeigeschirm erscheint außerhalb der
Anzeigebereiche sowie an den nicht angesteuerten Anzeigebereichen in einer Farbe, die durch Reflexion
des Urngebungslichtes an der Mehrfachschicht und durch.
das aus der Fluoressenzplatte stammende Fluoreszenzlicht bestimmt wird. An den angesteuerten Anzeige-
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-^- YPA 78 P SO(LZ BRO
Bereichen fehlt der Beitrag des Fluoreszenzlichtes. Es
entsteht ein Bild in einer zur Fluoressenzfarbe komplementären
Farbe auf einem in der Fluoreszenzfarbe getönten, hellen Untergrund. Mit einem vorgeschalteten
Farbfilter läßt sich der Kontrast noch erhöhen.
Das lichtventil aus Jig. Z könnte auch komplementär
in dem Sinne aufgebaut sein, daß die gesamte Anordnung im Ruhezustand kein Fluoreszenzlicht passieren läßt,
in den aktivierten Bereichen dagegen für das Fluoreszenzlicht durchlässig wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So lassen sich auch andere Lichtventile einsetzen, bei denen die MuItipiexbarkeit
von der Steilheit der Kontrast-Spannungs-Charakteristik
abhängt und diese Kennlinie wiederum mit den Einfallswinkel des Lichtes variiert. Insbesondere
kommen dabei andere Feldeffekt-Flüssigkristallanseigen
*wie beispielsweise die sog. "Drehzells" infrage. Auch
hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus besteht noch ein erheblicher Spielraum. Beispielsweise erhält man
die gleiche Wirkung, wenn das Lichtventil vor eine der beiden großen Oberflächen der Fluoressenzplatte
statt vor einer der Plattenschmalseiten gesetzt v/ird.
In diesem Fall ist es ebenfalls zweckmäßig, die den Austrittsfenstern gegenüberliegenden Flächenbereiche
mit dielektrischen Spiegeln zu versehen. Im übrigen braucht die Fluoreszenzplatte keine streng auaderförmige
Gestalt zu haben; denkbar sind auch Abwandlungen der rechteckigen Grundform oder Knickungen
der Platte. 1st die Fluoreszenzplatte mit einem Hoch-
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28Q844
7BP 800 2 BRD
paß-Filter bedeckt, so könnte dieses Filter zugleich
auch dazu dienen, aus der eingefangenen Sonnenenergie - über einen Fo to empfänger - eine Batterie aufzuladen,
die ggf. eine Lichtquelle für das Lichtventil 5 oder etwa die Elektronik eines Taschenrechners speist.
Zu diesem Zweck sollte das Filter in der gleichen Weise wie die Floureszenzplatte als Lichtfalle ausgebildet
sein, also mit einem Fluoreszenzstoff versehen werden und so beschaffen sein, daß es seine
Fluoreszenzstrahlung auf einen Fotoempfänger leitet. Der Fluoreszenzstoff ist so zu wählen, daß er die
Filterwirkung selbst hervorruft oder zumindest nicht beeinträchtigt.
11 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (11)
- - Ζ- γ?Α .78 P 80 0 2 BRDPatentansprücheM ."= Anzeigevorrichtung mit einem in einem Zeitmultiplexverfahren angesteuerten Lichtventil, insbesondere einer Flüssigkristallanzeige, sowie mit einem plattenförmigen Körper ("JFluoreszenzpiatte"), der aus einem Material mit einem Brechungsindex größer 1 besteht, fluoreszierende Partikel enthält, an seinen vier Schmalseiten zumindest teilweise mit einer refiektierenden Schicht versehen ist und mindestens ein Lichtaustrittsfenster hat, d a d u r c h g e k e η η zeichnet, daß sich die reflektierende Schicht(7) in einem endlichen Abstand parallel zur Schmalseite der Fluoreszenzplatte (3) erstreckt und diffus reflektiert.
- 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet , daß sich das Lichtventil (2) in Blickrichtung vor einer der vier Schmalseiten der Pluoreszenzplatte ("Vorderseite") befindet, wobei das Lichtaustrittsfenster dadurch gebildet ist, daß der vom Lichtventil bedeckte Seil der Plattenvorder·= seite keine reflektierende Schicht hat.
- 3* Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2? dadurch gekennzei chnet » daß nur die der Vorderseite gegenüberliegende Schmalseite der Fluoreszenzplatte ("Rückseite") mit einer diffus reflektierenden Schicht (7) versehen ist.ORiGJNAL INSPEC1ED909835/OA2608440- 2 - VPA 78 P ZQQ 2 BRD
- 4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch die beiden übrigen Schmalseiten der Fluoressenzplatte (5) Kit einer diffus reflektierenden Schicht (7) versehen sind.
- 5. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis A-, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtaustrittsfenster mit einer dielektrischen Mehrfachschicht (8) versehen ist, die das von den fluoreszierenden Partikeln (12) emittierte Licht (Fluoreszenzlicht) nur in einem relativ begrenzten Raumv;inkelbereich austreten läßt.
- 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne t,daß das durch Ansteuerung des Lichtventils (2) zwischen verschiedenen optischen Zuständen schaltbare Medium in Betrachtungsrichtung unmittelbar vor der dielektrischen Mehrfachschicht(8) angeordnet ist und sich im Abstand vcr dem Medium eine weitere dielektrische Mehrfachschicht (16) befindet, die das das Medium durchsetzende Fluoreszenzlicht nur in einem relativ begrenzten Raumwinkelbereich austreten läßt.
- 7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der vorderen Mehrfachschicht (16) ein Farbfilter angeordnet ist, das insbesondere nur für Fluoresgenzlicht durchlässig3C ist.S. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtventil eine Flüssigkristallanzeige mit einer909835/0407i„ -J J O *r *4- 3 - VPA 78 P
- S O O 2 BRDzwischen zwei Trägerplatten (17,19) und zwei Linearpolarisatoren befindlichen Flüssigkristallschicht ist, deren Moleküle plattenparallel orientiert sind und dabei in Richtung der Plattennormalen eine Drehung von insgesamt 90° beschreiben, und daß die Polarisationsrichtungen der beiden Linearpolarisatoren einen endlichen Winkel < 15°, insb. zwischen 5° und 12°, miteinander bilden.
- 9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Senkrechte auf die Brstreckungsebene des Lichtventils (2) mit derjenigen Richtung, in der der größte Anteil des iluoreszenziichtes in das Lichtventil (2) eintritt (Haupteintrittsrichtung), einen endlichen Winkel bildet.
- 10. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Lichtventil (2) auf seiner Frontseite eine transparente, diffus streuende Schicht (5) trägt.
- 11. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Fluoreszenzplatte (3) nit einerü Filter (4) bedeckt ist, das nur das Anregungslicht für die fluoreszierenden Partikel (11) der Fluoreszenzplatte (5) hindurchläßt, ebenfalls einen Fluoreszensstcff enthält und derart ausgebildet ist. daB sein Fluoressenzlicht gebündelt an einem Ort austritt.909835/CU07
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