DE3037224A1

DE3037224A1 - Elektrooptische anzeigeeinheit

Info

Publication number: DE3037224A1
Application number: DE19803037224
Authority: DE
Inventors: Heiner Dipl.-Phys. Dr. 5100 Aachen Köstlin; Hartwig Dipl.-Chem. Dr. 5106 Roetgen Schaper
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-10-02
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1982-04-29

Description

Elektrooptische Anzeigeeinheit
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Anzeigeeinheit, bestehend aus einem Anzeig'elemeiit, insbesondere einem Flüssigkeitskristall-Anzeigeeiement, mit einem rückseitigen flächenhaften aktiven Beleuchtungsmittel und einem dahinter befindlichen Reflektor.
Flüssigkeitskristall-Anzeigeelemente (Liquid Cristal Displays) sind passive Anzeigeelemente, d.h. sie können nur bei äußerer Beleuchtung die gewünschte Information vermitteln. Für die Benutzung bei Dunkelheit sind LCD-Elemente daher mit einer elektrischen Zusatzbeleuchtung ausgestattet, die bei Bedarf kurzzeitig eingeschaltet werden kann. Beispiele dafür sind Ziffernanzeigen in Uhren, insbesondere Armbanduhren, und Armaturenanzeigen in Kraftfahrzeugen o.dgl.
Aus der DE-AS 27 22 388 ist eine zur Verwendung in Uhren bestimmte elektrooptische Anzeigeeinheit bekannt, bei der das LCD-Element mit Hilfe einer Elektrolumineszenzfolie beleuchtet wird. Derartige Elektrolumineszenzfolien benötigen zum Betrieb eine Wechselspannung von mindestens 50 V eff. Deshalb können diese Folien entweder nur aus dem Wechselspannungsnetz betrieben werden oder benötigen bei Batteriebetrieb voluminöse Inverter, wie Transformatoren oder Halbleiterschaltungen mit großen Kondensatoren. Derartige Inverter sind teuer und energieaufwendig und lassen sich z.B. in Uhren nicht unterbringen. Die Leistungsaufnahme bekannter Elektrolumineszenzfolien zur Beleuchtung von LCD-Elementen beträgt z.B. etwa 15 mW pro cm2 Leuchtfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flächenhaftes aktives Beleuchtungsmittel für ein LCD-Anzeigeelement anzugeben, welches bei geringem Energieverbrauch aus einer Gleichspannungsquelle, d.h. einer Batterie, gespeist werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrooptischen Anzeigeeinheit eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Beleuchtungsmittel eine Elektrochemolumineszenzzelle dient.
Elektrochemolumineszenzzellen (ECL-Zellen) sind an sich bekannt (vgl. Phys. Lett.76A (1980), Seiten 455 bis 458).
Sie können mit Gleichspannung von 3 bis 10 V betrieben werden und haben eine typische Leistungsaufnahme von etwa 2,5 mW pro cm2 Leuchtfläche. Sie können somit an die Batterie einer Quarzuhr oder eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden.
Der Reflektor kann auf die Rückseite der Elektrochemolumineszenzzelle aufgebracht werden. Eine vereinfachte Ausführungsform ergibt sich, wenn die hintere Elektrode der Elektrochemolumineszenzzelle aus einer reflektierenden Metallschicht besteht.
Vorzugsweise ist vor und hinter dem Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement eine Polarisatorfolie angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung erhält man eine besonders dünne und einfache Anzeigeeinheit, wenn das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement einen im Flüssigkristall gelösten dichroitischen Farbstoff enthält und die hintere Wand des Flüssigkeitskristall-Anzeigeelementes mit der Vorderwand der Elektrochemolumineszenzzelle zu einer Glasplatte zusammengefaßt ist, die auf einer Seite mit Elektroden für das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement und auf der anderen Seite mit Elektroden für die Elektrochemolumineszenzzelle versehen ist. Derartige Anzeigeeinheiten benötigen keine Polarisatorfolien.
Einige Ausführungsbeispiele von Anzeigeeinheiten nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anzeigeeinheit mit einem LCD-Anzeigeelement sowie einer mit einem rückseitigen Reflektor versehenen ECL-Zelle, Fig. 2 eine ähnliche Einheit wie Fig. 1 mit einem in der ECL-Zelle untergebrachten Reflektor, Fig. 3 einen Schnitt durch eine übersichtshalber auseinandergezogen dargestellte Anzeigeeinheit mit einer gemeinsamen Mittelwand für das LCD-Anzeigeelement und die ECL-Zelle.
In Fig. 1 ist mit 1 ein an sich bekanntes Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement (LCD) bezeichnet, hinter dem eine Elektrochemolumineszenzzelle (ECL) 2 angeordnet ist. Auf die Rückseite der ECL-Zelle 2 ist eine Reflektorschicht 3, z.B.
aus Silber, aufgebracht. Vor und hinter dem LCD-Anzeigeelement 1 ist jeweils eine Polarisatorfolie 4 bzw. 5 angeordnet.
Die ECL-Zelle 2 besteht aus zwei planparallelen Glasplatten 6 und 7, die durch einen dünnen Abstandshalter 8 voneinander getrennt sind, der gleichzeitig den Innenraum 9 der Zelle 2 begrenzt. Im Bereich des Zelleninnenraums 9 sind auf den Innenseiten der Glasplatten 6 und 7 nicht dargestellte transparente Elektroden aus z.B. dotiertem Sn02 oder In203 in Dünnschichttechnik aufgebracht, von denen aus Kírntaktbahnen für die elektrischen Anschlüsse bis an den ligand der Glasplatten 1 und 2 führen. Der Innenraum 9 der ECL-Zelle 2 ist mit einer elektrolytfreien Lösung von Rubren (v,6,11,12-Tetraphenyltetracen) in 1,2-Dimethoxyethan gefüllt. Die Zelle wird mit Gleichstrom betrieben und aus einer Gleichspannungsquelle von etwa 3 bis 10 V gespeist. Eine derartige ECL-Zelle ist z.B. Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldungen P 29 49 967.0 und P 30 21 587.3.
Zur Herstellung anderer ECL-Lösungen können grundsätzlich alle aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet werden, die unter den Betriebsbedingungen der Elektrochemolumineszenzzelle inert sind, z.B. chlorierte Alkane, wie Dichlormethan; mono- oder polyfunktionelle Ether, wie Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan oder 1,2-Dimethoxyethan; Amide, wie N,N-Dimethylformamid; Nitrile, wie Acetonitril oder Benzonitril; Sulfoxide, wie Dimethylsulfoxid; Carbonate, wie Propylencarbonat. Diese genannten Lösungsmittel können jedes für sich, in Gemischen untereinander oder verdünnt mit aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie z.B. n-Hexan bzw. Cyclohexan bzw. Benzol, eingesetzt werden.
Beispiele für weitere ECL-fähige Substanzen sind andere aromatische Kohlenwasserstoffe und deren Derivate, z.B.
Antracen, 9,10-Diphenylantracen; Heteroaromate und deren Derivate, z.B. N-Methylphenothiazin oder Thianthren; metallorganische Komplexverbindungen, z.B. Tris-bipyridinruthenium (II)-dichlorid; Farbstoffe, z.B. Rhodamin 6 G.
Die Funktionsweise der Anzeigeeinheit nach Fig. 1 ist folgende: a) bei äußerer Beleuchtung: Das durch die Polarisatorfolie 4-in durch den Pfeil P bezeichneter Betrachtungsrichtung eintretende Licht durchläuft das LCD-Anzeigeelement 1 und die ECL-Zelle 2 und wird an der Reflektorschicht 3 reflektiert. Je nach Anordnung der beiden Polarisatorfolien 4 und 5 zueinander, d.h. parallel oder gekreuzt, erscheint die gewünschte Information in dem LCD-Anzeigeelement 1 dunkel vor hellem Hintergrund oder umgekehrt.
b) ohne äußere Beleuchtung: Bei Einschalten der ECL-Zelle 2 tritt deren Lumineszenz durch die Polarisatorfolie 5 in die LCD-Zelle 1 ein.
Wiederum abhängig von der relativen Anordnung der beiden Polarisa-,orfolien 4 und 5 zueinander (parallel oder gekreuzt) kann man entweder die gewünschte Information im LCD-Anzeigeelement 1 dunkel vor Leuchtendem Hintergrund oder sèll)stleuchtend vor dunklem Hintergrund se.len.
Das Anzeigeelement nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß bei Fortfall der äußeren Reflektorschicht 3 die auf die hintere Glasplatte 7 der ECL-Zelle 2 aufgebrachte Innenelektrode 10 aus einer reflektierenden Metallschicht, z.B. aus Gold, Silber,- Aluminium oder Platin, besteht, während die auf die vordere Glasplatte 6 aufgebrachte Innenelektrode 11 wiederum transparent ausgebildet ist und z.3. aus do-tiertem Zinn- oder Indiumoxid besteht.
Fig. 3 zeigt eine Anzeigeeinheit mit einem LCD-Anzeigeelement 1, das einen im Flüssigkristall gelösten dichroitischen Farbstoff enthält und keine Polarisatorfolien benötigt, und einer ECL-Zelle 2. Die der USersichtlichkeit wegen auseinandergezogen dargestellte Anzeigeeinheit entspricht im wesentlichen der nach Fig. 1, jedoch mit der Maßgabe, daß die hintere Wand des LCD-Anzeigeelementes 1 und die Vorderwand der ECL-Zelle 2 zu einer gemeinsamen Glasplatte 12 zusammengefaßt sind, welche auf einer Seite mit transparenten Elektroden 13 für das LCD-Anzeigeelement 1 und auf der anderen Seite mit der transparenten Elektrode 11 für die ECL-Zelle 2 versehen ist. Mit 14 und 15 sind die transparenten Gegenelektroden des LCD-Anzeigeelementes 1 und der ECL-Zelle bezeichnet.
Die Dicke der ECL-Zellen hängt im wesentlichen von der Stärke der Glasplatten ab, da der Zelleninnenraum mit z.B. weniger als 0,1 mm Plattenabstand demgegenüber vernachlässigbar dünn ist. In der Praxis arbeitet man z.Zt. mit 0,5 mm dicken Glasplatten, was eine Gesamtdicke der ECL-Zelle von etwa 1 mm bedeutet. Durch EC5.-Zellen wird somit die Dicke von elektrooptischen Anzeigeeinheiten mit Flüssigkeitskristall-Anzeigeelementen kaum vergrößert.

Claims

Patentansprüche: ¼ Elektrooptische Anzeigeeinheit, bestehend aus einem Anzeigeelement, insbesondere einem E'lüssigkeitskristall-Anzeigeelement, mit einem rückseitigen flächenhaften aktiven Beleuchtungsmittel und einem dahinter befindlichen Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß als Beleuchtungsmittel eine Elektrochemolumineszenzzelle (2) dient.
2. Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) auf die Rückseite der Elektrochemolumineszenzzelle (2) aufgebracht ist.
3. Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Elektrode (10) der Elektrochemolumineszenzzelle (2) aus einer reflektierenden Metallschicht besteht.
4. Anzeigeeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement (1) eine Polarisatorfolie (4 bzw.5) angeordnet ist.
5. Anzeigeeinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement (1) einen im Flüssigkristall gelösten dichroitischen Farbstoff enthält und die hintere Wand des Flüssigkeitskristall-Anzeigeelementes mit der Vorderwand der Elektrochemolumineszenzzelle (2) zu einer Glasplatte (12) zusammengefaßt ist, die auf einer Seite mit Elektroden (13) für das Flüssigkeitskristall-Anzeigeelement und auf der anderen Seite mit Elektroden (11) für die Elektrochemolumineszenzzelle versehen ist.