DE4128631A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmliche, gattungsgemäße Flachanzeigen verwenden üblicherweise eine Flüssigkristallanzeige, hinter welcher eine Beleuchtung angeordnet ist. Diese Be­ leuchtung besteht beispielsweise aus mehreren fluoreszierenden Leuchtstoffröhren, einem Reflektor und einem Diffusor. In jüngerer Zeit wurde auch die Verwendung von Flachbettentladungslampen zur Rückseitenbeleuchtung vorgeschlagen. Solche Beleuchtungseinrichtungen sind beschrieben in: WO 90/09 676, JP-A-58 46 568, EP-A-02 83 014, GB-A-22 17 905, WO 87/04 562, JP-A-5 71 80 067, JP-A- 5 91 27 357, GB 91 15 185 und GB 91 05 626. Diese Flachbettlampen weisen, verglichen mit den Leuchtstoffröhren, den Vorteil einer gleichmäßigeren Beleuchtung auf und sind außerdem robuster und kompakter.

In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, daß die Gesamtdicke der Anzeige­ vorrichtung, also einschließlich ihrer Rückseitenbeleuchtung, so gering wie möglich gehalten wird. Dies darf jedoch nicht auf Kosten der Robustheit der Anzeigevor­ richtung gehen. Das Maß, um welches die Dicke der Anzeigevorrichtung verringert werden kann, ist jedoch begrenzt durch die Dicke der beiden Glasplatten, welche die Rückseitenbeleuchtung bilden und durch die Dicke der beiden Glasplatten, wel­ che die Anzeigevorrichtung bilden. Zudem führt jeder Zwischenraum zwischen der vorderen Platte, der Rückseitenbeleuchtung und der hinteren Platte der Anzeige­ vorrichtung zu Vielfachreflektionen, wodurch die Lesbarkeit der Anzeige und die Beleuchtungsintensität herabgesetzt werden. Selbst wenn die vordere Oberfläche der Rückseitenbeleuchtung mit der hinteren Oberfläche der Anzeigevorrichtung ver­ klebt wird, werden diese Probleme nicht vollständig gelöst, weil es sehr schwierig ist, sämtliche Lufteinschlüsse zwischen diesen beiden Oberflächen zu entfernen. Außer­ dem führt jede Abweichung der Brechungsindizes von Glasplatten und Klebematerial zu einer Reflektion an der Grenzfläche. Weiterhin besteht an der Klebestelle eine erhöhte Bruchgefahr. Weil außerdem die Glasplatten sowohl der Anzeigevorrichtung als auch der Rückseitenbeleuchtung dick genug sein müssen, um deren Beschädigung während des Zusammenbaus zu verhindern, ist die Gesamtdicke der fertigen Anzei­ gevorrichtung größer als notwendig.

Es besteht daher die Aufgabe, die Anzeigevorrichtung so weiterzubilden, daß eine verlustfreie optische Anpassung zwischen Rückseitenbeleuchtung und eigentlicher Anzeigevorrichtung ermöglicht wird und die gesamte Anzeigevorrichtung möglichst leicht und dünn wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung soll im folgen­ den anhand einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform der Anzeigevor­ richtung;

Fig. 3 und 4 perspektivische Darstellung zweier weiterer Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung.

Wie man aus Fig. 1 ersehen kann, besteht die Anzeigevorrichtung aus einer Rück­ seitenbeleuchtung, welche durch eine flache Kaltkathodenfluoreszenzlampe 1 gebil­ det wird, und aus einer dichroitischen Flüssigkristallanzeige 2 über diese Lampe.

Die Lampe 1 kann beispielsweise vom Typ der in der WO 90/09 676 beschriebenen oder jede andere Flachbettfluoreszenzlampe sein. Die Lampe 1 beinhaltet zwei par­ allele, flache Platten 10 und 11 aus Kalknatronglas, welche jeweils mit einer Matrix aus Reihen und Spalten von Abstandshaltern versehen sind. Diese Abstandshalter weisen die Form von Pyramidenstümpfen 12 auf und sind derart auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platten angeordnet, daß die flachen Oberseiten von miteinander korrespondierenden Pyramiden auf jeder Platte einander berühren und so die Platten gegeneinander abstützen. Es können auch andere Formen der Abstützung zwischen den beiden Platten verwendet werden. Beide Platten sind ent­ lang ihrer Umfänge miteinander verbunden und der Raum 5 zwischen ihnen ist mit einer Gasentladungsmischung niedrigen Drucks gefüllt. Die inneren Oberflächen bei­ der Platten sind mit einer Phosphorschicht 6 beschichtet. Zwei Elektroden 13 und 14 führen an einander gegenüberliegenden Seiten in den Gasentladungsraum 5 der Lampe hinein, so daß bei Aktivierung der Elektroden eine Gasentladung stattfindet und die Phosphorbeschichtung 6 Licht emittiert. An der äußeren Oberfläche der un­ teren Platte 11 ist ein Polarisationsfilter 15 angebracht, welcher auch eine optische Verzögerungsschicht enthalten kann. Eine Aluminiumschicht 16 ist auf die untere Oberfläche des Polarisationsfilters 15 aufgebracht und wirkt als Reflektor. Die reflek­ tierende Schicht kann entweder flach sein oder eine Profilierung aufweisen, um den Anteil des Lichts, welcher durch die Abstandshalter 12 hindurchgeht, zu erhöhen.

Die Platte 10 bildet nicht nur die obere, vordere Platte der Lampe 1, sondern auch die untere, hintere Platte der Flüssigkristallanzeige 2. Sie ist also die mittlere Platte der Vorrichtung. Das Anschalten der Lampe 1 führt zur Beleuchtung der Flüssig­ kristallanzeige 2.

Unmittelbar auf der oberen Oberfläche der Platte 10 ist eine Matrixanordnung aus Dünnfilmtransistoren oder Diodenschaltern 20 aufgebracht, welche auf ihrer Oberfläche eine Schicht einzelner Elektroden 21 aufweisen. Eine Vielzahl von Drähten 22 führt zu den Reihen und Spalten der Schalter 20, so daß einzelne Elek­ troden 21 in bekannter Weise adressiert werden können.

Die obere Oberfläche der Elektroden 21 ist mit einer unteren Orientierungsschicht 23 aus einem polaren, organischen Material beschichtet, welche dazu dient, dem Flüssigkristall 24, welcher sich in dem engen Raum zwischen der mittleren Platte 10 und der oberen Platte 25 der Flüssigkristallanzeige 2 befindet, eine Verdrillung aufzuzwingen. Unmittelbar auf die untere Oberfläche der oberen Platte 25 ist eine dünne, halb transparente Schicht 26 aus Indiumzinnoxid aufgebracht, welche die obere, gemeinsame Elektrode der Flüssigkristallanzeige 2 bildet. Die elektrische Ver­ bindung zur Elektrodenschicht 26 wird durch einen Draht 27 hergestellt. Auf der unteren Oberfläche der Elektrodenschicht 26 ist eine Filterschicht 28 aufgedruckt. Diese Filterschicht 28 besteht aus transparentem Polyamid oder einem ähnlichen Material und bildet eine Matrixanordnung aus roten, grünen und blauen Bereichen, welche sich mit den einzelnen Elektroden 21 der Transistoren in der Matrixanord­ nung 20 auf der Platte 10 decken und die gleiche Größe aufweisen. In der praktischen Verwirklichung ist die Größe der Filterbereiche 28 und der einzelnen Elektroden 21 erheblich geringer als in der Darstellung. Weitere Einzelheiten der Herstellung ge­ eigneter Filterschichten sind dem Artikel "Multicolor Graphic LCD with Tricolor Layers Formed by Electrodeposition", SID 84 Digest, Seiten 215-216 von Kama­ mori et al. zu entnehmen. Falls eine monochrome Anzeige gewünscht wird, können die Filterschichten 28 weggelassen werden. Auf der unteren Oberfläche der Filter­ schicht 28 ist eine obere Orientierungsschicht 17 aufgebracht, welche identisch mit der unteren Orientierungsschicht 23 ist.

Die obere Platte 25 wird, nach Einfüllung des Flüssigkristalls 24, entlang ihres Um­ fangs mit Hilfe eines Glasklebers oder einer Anglasung 29 versiegelt.

Über der oberen Platte 25 ist eine optische Verzögerungsschicht 30 aus einem ver­ streckten Polykarbonat, welches stark doppelbrechend ist. Diese Schicht 30 kann wahlweise angebracht werden und dient dazu, die Phase des sie durchdringenden Lichts zu verzögern. Beispielsweise wird elliptisch polarisierte, auf die Schicht 30 auffallende Strahlung diese linear polarisiert verlassen. Oberhalb der optischen Verzögerungsschicht 30 ist ein Polarisationsfilter 31 angeordnet.

Die Konstruktion und Betriebsart der Flüssigkristallanzeigevorrichtung unterschei­ det sich in der Weise von herkömmlichen Vorrichtungen, daß die untere Platte der Flüssigkristallanzeige identisch mit der oberen Platte 10 der Lampe 1 ist. Üblicher­ weise werden Flüssigkristallanzeigen unter Verwendung von Aluminiumsilikatgläsern oder Aluminiumborsilikatgläsern hergestellt, weil diese sehr geringe Alkaligehalte aufweisen. Alkaliionen, welche in billigerem Kalknatronglas immer vorhanden sind, erzeugen vermutlich Instabilitäten in dem Material, welches die Dünnfilmtransistor­ schicht bildet und kontaminieren den Flüssigkristall. In jüngerer Zeit ist man jedoch der Ansicht, daß das billigere Kalknatronglas auch für Flüssigkristallanzeigen ver­ wendet werden kann, wie auch aus dem Artikel "Soda Lime Glass as a Substrate for TFT-LCD′s", Japan Display 1989, Seiten 426-428 von Uchikoga et al. hervorgeht. Ein weiteres Problem, welches früher Zweifel an der Eignung von Kalknatronglas für Flüssigkristallanzeigen aufkommen ließ, ist dessen Schrumpfung während Prozessen wie der reaktiven Dampfabscheidung (Chemical Vapour Deposition: CVD). Dieses Problem kann jedoch vermieden werden, indem man das Glas vor der Verarbeitung bei 500^oC ausglüht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber den vorbekannten Vorrichtun­ gen, bei denen die Flüssigkristallanzeige eine von der Hintergrundbeleuchtung ge­ trennte Komponente bildet, verschiedene Vorteile auf. Erstens ist die Vorrichtung, da sie anstelle von vier nur drei Glasplatten aufweist, dünner und leichter als be­ kannte Vorrichtungen. Dies ist insbesondere bei großflächigen Anzeigen von Bedeu­ tung, weil dort jedes Mehr an Gewicht die Anzeige empfindlicher gegenüber Ver­ formungen macht, was sich negativ auf die Anzeigeeigenschaften der Flüssigkristal­ lanzeige auswirken kann. Zweitens vermeidet die vorliegende Konstruktion die bei­ den Glas-/Luftgrenzflächen zwischen der Hintergrundbeleuchtung und der Flüssig­ kristallanzeige. Dadurch werden Strahlungsverluste an der Grenzfläche reduziert und Mehrfachreflektionen zwischen den beiden Oberflächen vermieden. Drittens ergibt die einheitliche Bauweise aus Flüssigkristallanzeige und Hintergrundbeleuch­ tung eine erheblich robustere Konstruktion als die bekannten Vorrichtungen, bei de­ nen die Flüssigkristallanzeige von der Hintergrundbeleuchtung getrennt ist. Dadurch wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unempfindlicher gegenüber Vibrationen und anderen mechanischen Einwirkungen. Auch bei den Vorrichtungen, bei denen die Flüssigkristallanzeige und die Hintergrundbeleuchtung miteinander verklebt werden, ist die Gesamtdicke der beiden miteinander verklebten Glasplatten dicker als die eine Glasplatte der vorliegenden Erfindung. Eine verklebte Grenzfläche ist außerdem eine mechanische Schwachstelle und führt zu Strahlungsverlusten. Schließlich ist der Ver­ klebungsprozeß der Vorrichtung ein weiterer Verarbeitungsschritt und erhöht damit die Gesamtkosten.

Dadurch, daß die Flüssigkristallanzeige einen Teil der Hintergrundbeleuchtung bil­ det, ergibt sich ein guter Wärmeübergang zwischen Hintergrundbeleuchtung und Flüssigkristallanzeige. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Vorrichtung in kalter Umgebung eingesetzt wird, weil dann keine zusätzliche Heizung für die Anzeige benötigt wird. Die von der Hintergrundbeleuchtung erzeugte Wärme kann ausrei­ chend sein, um die mittlere Platte auf einer Temperatur von etwa 45^oC zu halten. Auch Temperaturfluktuationen, welche in anderen Vorrichtungen die Eigenschaften der Anzeige beeinträchtigen, werden reduziert.

Im Vergleich zu Lampen mit beheizten Elektroden haben Kaltkathodenfluoreszenz­ lampen, wie sie oben beschrieben wurden, eine lange Lebensdauer. Die Lebensdauer der Lampe kann im Bereich der Lebensdauer der Flüssigkristallanzeige liegen, also im Bereich von 15 000-20 000 Stunden.

Die zuvor beschriebene Flüssigkristallanzeige ist eine dichroitische Anzeige, es können jedoch auch andere Flüssigkristallanzeigen verwendet werden, beispiels­ weise Drehzellen, Supertwist-Anzeigen, ferroelektrische Anzeigen oder polymerdi­ spergierte Drehzellen. Diese Alternativen benötigen einen zusätzlichen Polarisati­ onsfilter, welcher das Licht der Hintergrundbeleuchtung polarisieren muß. Diese zusätzliche Polarisationsfilter kann beispielsweise zwischen Hintergrundbeleuchtung 1 und Flüssigkristallanzeige 2 angeordnet sein, oder auch zwischen der gemeinsamen Elektrode 20 und der Filterschicht 23. In einer alternativen Ausführungsform kann der Polarisationsfilter auch auf der unteren Oberfläche der Hintergrundbeleuchtung, zwischen der unteren Platte 11 und dem Reflektor 15, angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform wird das vom Reflektor 15 reflektierte Licht polarisiert, so daß das aus der Zwischenplatte 10 austretende Licht einen ausreichenden Anteil an polari­ siertem Licht aufweist. Die Gesamthelligkeit und der polarisierte Anteil des Lichts sind hier jedoch geringer.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann in vielen Anwendungsfällen einge­ setzt werden, beispielsweise bei der Instrumentierung von Fahrzeugen, bei großflächi­ gen, flachen Fernsehbildschirmen oder für Reklamezwecke.

Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Hintergrundbeleuchtung 1′ ist identisch mit derjenigen aus Fig. 1, weist jedoch keine reflektierende Schicht auf ihrer unteren Platte 11′ auf. Anstattdessen bildet die untere Platte 11′ eine Platte einer zweiten Flüssigkristallanzeige 2′′, welche identisch mit der oberen Flüssigkristallanzeige 2′ ist. Auf diese Weise wird das Licht einer Hintergrundbeleuchtung 1′ zur Ausleuchtung sowohl der oberen als auch der unteren Flüssigkristallanzeige verwendet. Eine derartige doppelseitige Anzeigevorrichtung kann in vielen Anwendungsfällen verwendet werden. Beispielsweise könnte sie in einer Reklametafel 130 eingesetzt werden, was in Fig. 3 dargestellt ist. Dort ist sie vertikal aufgebaut und wird von einem Motor 131 um eine vertikale Achse gedreht. Die Anzeigen auf gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung können dabei gleiche oder verschiedene Inhalte haben.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Anzeigevorrichtung in ein tragbares Termi­ nal 40, beispielsweise bei einem Computer, integriert. Auf den einander gegenüber­ liegenden Seiten 41 und 42 der Vorrichtung können verschiedene Informationen an­ gezeigt werden. Das Terminal 40 kann beispielsweise auch einen Sensor, wie einen Kippschalter 43, enthalten, welcher auf eine Umdrehung des Terminals anspricht und daraufhin einen Wechsel der dargestellten Information bewirkt. Auf diese Weise kann das Terminal so ausgelegt werden, daß es sich wie ein Buch mit vielen Seiten verhält und bei jeder Drehung die nächste Seite dargestellt wird. Der Sensor kann auch auf eine Umdrehung des Terminals in verschiedene Richtungen ansprechen, so daß beispielsweise bei einer Drehung von rechts nach links die nächste Seite und bei einer Drehung von links nach rechts die vorhergehende Seite angezeigt wird.

Die Anzeigevorrichtung kann weiterhin andere konventionelle Merkmale, wie bei­ spielsweise eine berührungsempfindliche Membran auf dem Polarisationsfilter 31, zur Eingabe oder zur Auswahl von Daten enthalten.

Claims (10)

1. Anzeigevorrichtung, bestehend aus einer Flüssigkristallanzeige mit zwei Glas­ platten, zwischen denen sich der Flüssigkristall befindet, wobei jede Glasplatte eine Elektrodenschicht aufweist, und einer flächigen Fluoreszenzlampe, die aus zwei weiteren Glasplatten gebildet wird, zwischen denen sich ein Gasentla­ dungsraum befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Glasplatten (10) der Lampe (1) gleichzeitig eine der Glasplatten der Flüssigkristallanzeige (2) bildet und so die Flüssigkristallanzeige (2) eine Baueinheit mit der Lampe (1) bildet und die Aktivierung der Lampe (1) eine Beleuchtung der Flüssigkri­ stallanzeige (2) bewirkt.

2. Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1) eine fluoreszierende Kaltkathodenlampe ist.

3. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flüssigkristallanzeige (2) eine dichroitische Flüssigkeitsan­ zeige ist.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lampe (1) zwischen den beiden Platten (10, 11) eine Vielzahl von Abstandshaltern (12) aufweist, welche die Platten (10, 11) ge­ geneinander abstützen.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Platten (10, 11) aus Natronglas bestehen.

6. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine Filterschicht (28) mit Bereichen verschiedener Farbdurchlässigkeitseigenschaften besitzt, diese Filterschicht (28) auf die an­ dere Platte (25) der Flüssigkristallanzeige (2) aufgebracht ist und daß die Bereiche der Filterschicht (28) mit den Einzelelektroden einer der beiden Elek­ trodenschichten (21, 26) zur Deckung kommen.

7. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die andere Glasplatte (11) der Lampe (1) auf ihrer äußeren Oberfläche einen Reflektor (16) trägt.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen der anderen Glasplatte (11) und dem Reflektor (16) ein Polarisationsfil­ ter (15) ist.

9. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine zweite Flüssigkristallanzeige (2′′) beinhaltet, welche aus zwei Glasplatten (11′, 25′′) mit einem dazwischen liegenden Flüssigkristall (24′′) besteht, daß jede Glasplatte der zweiten Flüssigkristallanzeige (2′′) eine Elektrodenschicht trägt und die andere der Platten (11′) der Lampe (1′) eine der Glasplatten der zweiten Flüssigkristallanzeige (2′′) bildet und so die zweite Flüssigkristallanzeige (2′′) eine Baueinheit mit der Lampe (1′) bildet und eine Aktivierung der Lampe (1′) die Beleuchtung beider Flüssigkristallanzeigen (2′, 2′′) bewirkt.

10. Anzeigevorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen Sensor (43) beinhaltet, welcher auf eine Drehung der Vorrichtung anspricht und daraufhin eine Änderung der von der Anzeige angezeigten Information bewirkt.