EP1460610B1 - Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer gekrümmten Oberfläche - Google Patents

Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer gekrümmten Oberfläche Download PDF

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EP1460610B1
EP1460610B1 EP20040005033 EP04005033A EP1460610B1 EP 1460610 B1 EP1460610 B1 EP 1460610B1 EP 20040005033 EP20040005033 EP 20040005033 EP 04005033 A EP04005033 A EP 04005033A EP 1460610 B1 EP1460610 B1 EP 1460610B1
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liquid crystal
crystal display
lcd elements
lcd
reflector
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Reiner Dr. Bayrle
Thomas Dr. Bitter
Otto Bader
Gerhardt Häberle
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BMG Gesellschaft fuer moderne Informationssysteme mbH
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
    • G09F9/30—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements
    • G09F9/35—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements being liquid crystals

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display for approximating a curved surface.
  • a liquid crystal display (LCD) element comprises a liquid crystal between two drive electrodes, the liquid crystal being translucent or opaque depending on the control voltage. As a result, the rear-lit LCD element appears bright or dark, allowing the display of symbols, images and the like.
  • liquid crystal displays In known liquid crystal displays, several such individual LCD elements are often arranged next to one another, thus making it possible to display larger-area displays, for example in information or billboards in train stations, airports and the like.
  • the individual LCD elements are usually designed as flat plates, which is manufacturing technology as well as optically advantageous, since, for example, a relatively uniform liquid crystal thickness and thus homogeneous optical properties can be realized relatively easily.
  • liquid crystal display having a curved surface would be desirable.
  • such liquid crystal displays could easily be mounted on already existing curved surfaces, for example on a round advertising column.
  • such liquid crystal displays could be designed under aerodynamic and / or aesthetical considerations, for example, a pleasing three-dimensional Form or to achieve a favorable air resistance.
  • Object of the present invention is therefore to provide a liquid crystal display available, on the one hand, at least approximately has a curved surface and on the other hand is easy and inexpensive to manufacture.
  • a liquid crystal display according to the invention for approximating a curved at least in one plane surface comprises a plurality of substantially planar LCD elements, which are arranged tangentially to this surface, and arranged in the viewing direction behind the LCD elements lighting device which is formed so that the Plurality of the LCD elements in the viewing direction is illuminated substantially the same.
  • the LCD elements are formed substantially planar, conventional, easy and inexpensive to produce LCD elements with good and homogeneous optical properties can be used. Due to the tangential arrangement of the individual elements to the curved surface, the curved surface is still approximately realized. In this case, the surface can be advantageously approximated the better, the smaller the individual LCD elements are.
  • the lighting device according to the invention is designed so that all LCD elements are illuminated substantially the same.
  • a corresponding luminance distribution depends on the shape of the curved surface, the arrangement of the LCD elements and the distance of the illumination device from the surface or the LCD elements and results from purely geometrical considerations.
  • a lighting device can be arranged in parallel behind each LCD element at the same distance.
  • a light source with regions of different luminance distribution, such as an LED cluster can be used.
  • the illumination device comprises a luminous means and / or a reflector which reflects light from the luminous means in the direction of the LCD elements.
  • the LCD elements preferably have a transflective layer which completely or partially reflects ambient light incident from the outside and is transmissive, ie permeable, to light from the illuminant incident from the rear.
  • the lighting means such as in the form of a lamp, correspondingly have darkened surfaces, so that the surface of each LCD element from the rear the same amount of light impinges.
  • the reflector may have weaker reflecting, in particular non-reflecting, regions which are formed so that the same amount of light impinges on each LCD element.
  • such areas may also be formed as recesses, which then reflect no light and so the reduce reflected light in this area.
  • regions with different reflection or scattering properties which correspondingly realize the luminance distribution, that is, for example, divert part of the light to areas of the LCD elements that are to be illuminated more intensely.
  • the illumination device extends substantially in the plane of curvature. This makes it possible to achieve the uniform backlighting of all LCD elements with only one light source and / or only one reflector.
  • the liquid crystal display comprises a plurality of LCD elements 1 arranged in the drawing plane ⁇ of Fig. 1 tangentially to a curved surface ⁇ and thus approximately approximating the surface.
  • the LCD elements 1 are flat, their front and rear drive electrodes (not shown) are flat, parallel and are substantially perpendicular to the plane ⁇ .
  • a translucent cover 5 is arranged, which is formed so that the individual LCD elements 1 touch each of them on its rear surface in a secant manner and there, for example by means of gluing, are attached.
  • this cover 5 is also approximated by the individual LCD elements 1 by the theoretical curved surface ⁇ of the cover 5 is designed accordingly.
  • the surface to be approximated may equally be an actual outer surface, such as the surface of an advertising column or the like, as well as a merely theoretical surface ⁇ , as defined herein, such that the liquid crystal display has a real inner surface (in the example) the cover 5) approximates.
  • the theoretical surface results, for example, as a concentric sphere corresponding to a smaller diameter.
  • the lighting device 2 is arranged, which here consists of a light source 4, such as a CCFL or a fluorescent tube, and a reflector 3, the light from the light source 4 in the direction of the LCD elements 1 reflected. These are thus illuminated both by the reflected light and directly from the light source 4 from behind.
  • the LCD elements 1 have a transflective layer (not shown here) that is permeable (transmissive) to the light rays coming from the rear of the illuminant 4 and at the same time at least partially reflects incident ambient light from outside.
  • the luminous means 4 emits homogeneous light in the viewing direction, that is to say in the direction of the LCD elements 1.
  • the illuminant idealizes a straight line through the center of the circle and two LCD elements a, b of the same length l at angles .alpha., .beta. to the illuminant are arranged tangentially to the circle, then the quantity of light .lambda . on the element a, and the quantity of light .lambda.
  • the mean distance between the elements and the light source is ⁇ • sin ⁇ or ⁇ • sin ⁇ .
  • the amount of light incident on an LCD element is reduced by the factor 1 / ( ⁇ • sin ⁇ ) 2 or 1 / ( ⁇ • sin ⁇ ) 2 .
  • the reflector 3 recesses 3a which are formed so that the remaining reflector, together with the lighting means 4 of each LCD element evenly, ie. illuminated with the same amount and intensity of light.
  • a possible shape is shown simplified in Fig. 2, in which the recesses are getting larger to the outer ends of the reflector, since here the distance lighting device-curved surface is increasingly reduced and correspondingly less light must be reflected.
  • Actual advantageous forms of the recesses result in the concrete application of the shape of the curved surface, the distribution of the LCD elements, the characteristics of the light source and the like.
  • the reflector may also have areas of weaker reflection, such as the emission coefficient of the reflector locally is correspondingly different. Reflectors with areas of different reflection and scattering properties are also possible, in which certain areas redirect the light incident from the illuminant to areas of the LCD elements which are to be illuminated more intensely.
  • the recesses 3a areas on the reflector 3 may be present, the reflected light reflected in the direction of the central LCD element, so that the emitted light from the light source 3 is used as well as possible.
  • the uniform illumination of all LCD elements is achieved with only one light source 4 and a reflector 3, which lie in the plane of the curved surface (drawing plane of Fig. 1).
  • a plurality of illumination devices arranged perpendicular to this plane and having substantially point- or line-shaped light sources.
  • a plurality of lighting devices would have to be present, which is disadvantageous in terms of both cost and energy consumption.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer gekrümmten Oberfläche.
  • Ein Flüssigkristallanzeige (liquid crystal display LCD)-Element umfaßt einen Flüssigkristall zwischen zwei Ansteuerelektroden, wobei der Flüssigkristall je nach Steuerspannung lichtdurchlässig oder -undurchlässig ist. Dadurch erscheint das von hinten erleuchtete LCD-Element hell bzw. dunkel und ermöglicht so die Darstellung von Symbolen, Bildern und dergleichen.
  • In bekannten Flüssigkristallanzeigen sind oft mehrere solcher einzelner LCD-Elemente nebeneinander angeordnet und ermöglichen so die Darstellung großflächigerer Anzeigen, beispielsweise bei Informations- oder Werbetafeln in Bahnhöfen, Flughäfen und dergleichen.
  • Dabei sind die einzelnen LCD-Elemente zumeist als ebene Platten ausgebildet, was fertigungstechnisch wie auch optisch vorteilhaft ist, da beispielsweise verhältnismäßig einfach eine gleichmäßige Flüssigkristalldicke und damit homogene optische Eigenschaften realisiert werden kann.
  • Für verschiedene Anwendungsbereiche wäre jedoch eine Flüssigkristallanzeige mit einer gekrümmten Oberfläche wünschenswert. Beispielsweise könnten solche Flüssigkristallanzeigen einfach auf bereits vorhandenen gekrümmten Oberflächen befestigt werden, beispielsweise an einer runden Litfaßsäule. Ebenso könnten solche Flüssigkristallanzeigen unter aerodynamischen und/oder ästethischen Gesichtspunkten designed werden, um beispielsweise eine gefällige dreidimensionale Form oder einen günstigen Luftwiederstand zu erzielen.
  • Hierzu schlägt beispielsweise die US 4 804 254 flexible LCD-Elemente vor. Solche Elemente weisen jedoch gegenüber ebenen Platten vielfache Nachteile auf. Insbesondere sind solche flexiblen Elemente fertigungstechnisch nur unter großen Kosten herzustellen. Darüber hinaus ist es bei solchen Elementen sehr schwierig, eine gleichmäßige Verteilung des Flüssigkristalls und damit homogene optische Eigenschaften sicherzustellen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flüssigkristallanzeige zur Verfügung zu stellen, die einerseits zumindest näherungsweise eine gekrümmte Oberfläche aufweist und zum anderen einfach und kostengünstig herzustellen ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Eine erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer wenigstens in einer Ebene gekrümmten Oberfläche umfaßt eine Mehrzahl von im wesentlichen ebenen LCD-Elementen, die tangential zu dieser Oberfläche angeordnet sind, und eine in Blickrichtung hinter den LCD-Elementen angeordneten Beleuchtungsvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
  • Dadurch, daß die LCD-Elemente im wesentlichen eben ausgebildet sind, können herkömmliche, leicht und kostengünstig herzustellende LCD-Elemente mit guten und homogenen optischen Eigenschaften verwendet werden. Durch die tangentiale Anordnung der einzelnen Elemente zur gekrümmten Oberfläche wird trotzdem die gekrümmte Oberfläche näherungsweise realisiert. Dabei kann die Oberfläche vorteilhafterweise um so besser approximiert werden, je kleiner die einzelnen LCD-Elemente sind.
  • Die Beleuchtungseinrichtung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß alle LCD-Elemente im wesentlichen gleich beleuchtet werden. Eine entsprechende Leuchtdichteverteilung hängt dabei von der Form der gekrümmten Oberfläche, der Anordnung der LCD-Elemente dazu und dem Abstand der Beleuchtungseinrichtung von der Oberfläche bzw. den LCD-Elementen ab und ergibt sich aus rein geometrischen Überlegungen. Beispielsweise kann parallel hinter jedem LCD-Element im gleichen Abstand jeweils eine Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein. Gleichermaßen kann auch ein Leuchtmittel mit bereichsweise unterschiedlicher Leuchtdichteverteilung, etwa ein LED-Cluster verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise umfaßt die Beleuchtungseinrichtung ein Leuchtmittel und/oder einen Reflektor, der Licht vom Leuchtmittel in Richtung auf die LCD-Elemente reflektiert. Bevorzugt weisen die LCD-Elemente zusätzlich eine transflektive Schicht auf, die von außen einfallendes Umgebunslicht ganz oder teilweise reflektiert und für von hinten einfallendes Licht des Leuchtmittels transmissiv, also durchlässig ist. Zur Realisierung der gleichmäßigen Beleuchtung der verschiedenen LCD-Elemente kann dann beispielsweise das Leuchtmittel, etwa in Form einer Lampe, entsprechend abgedunkelte Flächen aufweisen, so daß auf die Oberfläche jedes LCD-Elements von hinten die gleiche Lichtmenge auftrifft. Gleichermaßen kann der Reflektor schwächer reflektierende, insbesondere nicht-reflektierende, Bereiche aufweisen, die so ausgebildet sind, daß auf jedes LCD-Element die gleiche Lichtmenge auftrifft. Vorteilhafterweise können solche Bereiche auch als Aussparungen ausgebildet sein, die dann kein Licht reflektieren und so die reflektierte Lichtmenge in diesem Bereich reduzieren. Gleichermaßen können auch Bereich mit unterschiedlichen Reflexions- bzw. Streueigenschaften ausgebildet sein, die die Leuchtdichteverteilung entsprechend realisieren, also beispielsweise einen Teil des Lichts auf stärker zu beleuchtenden Bereiche der LCD-Elemente ablenken.
  • Vorteilhafterweise erstreckt sich die Beleuchtungseinrichtung im wesentlichen in der Krümmungsebene. Hierdurch ist es möglich, mit nur einem Leuchtmittel und/oder nur einem Reflektor die gleichmäßige Hinterleuchtung aller LCD-Elemente zu erreichen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Ausführunsgbeispielen. Hierzu zeigt:
    • Fig. 1 eine Flüssigkristallanzeige nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht; und
    • Fig. 2 die Flüssigkristallanzeige aus Fig. 1 von hinten.
  • In Fig. 1 umfaßt die Flüssigkristallanzeige eine Mehrzahl von LCD-Elementen 1, die in der Zeichenebene Π der Fig. 1 tangential zu einer gekrümmten Oberfläche Σ angeordnet sind und so die Oberfläche näherungsweise approximieren. Die LCD-Elemente 1 sind eben, ihre vorderen und hinteren Ansteuerelektroden (nicht dargestellt) sind eben, parallel und stehen im wesentlichen senkrecht zur Ebene Π.
  • Vor der Flüssigkristallanzeige ist eine lichtdurchlässige Abdeckung 5 angeordnet, die so ausgebildet ist, daß die einzelnen LCD-Elemente 1 diese an ihrer hinteren Oberfläche jeweils sekantenartig berühren und dort, beispielsweise mittels Kleben, befestigt sind. Somit wird diese Abdeckung 5 durch die einzelnen LCD-Elemente 1 ebenfalls approximiert, indem die theoretische gekrümmte Oberfläche ∑ der Abdeckung 5 entsprechend ausgelegt ist. Die zu approximierende Oberfläche kann also gleichermaßen eine tatsächlich vorhandene äußere Oberfläche, etwa die Oberfläche einer Litfaßsäule oder dergleichen, wie auch wie im hier dargestellten Beispiel eine bloß theoretische Oberfläche Σ sein, die so definiert ist, daß die Flüssigkristallanzeige eine reale innere Oberfläche (im Beispiel die Abdeckung 5) approximiert. Im einfachsten Fall einer realen sphärischen Oberfläche, die von innen approximiert werden soll, ergibt sich beispielsweise die theoretische Oberfläche als konzentrische Sphäre entsprechend geringeren Durchmessers.
  • In Blickrichtung hinter den LCD-Elementen 1 ist die Beleuchtungsvorrichtung 2 angeordnet, die hier aus einem Leuchtmittel 4, etwa einer CCFL oder einer Leuchtstoffröhre, und einem Reflektor 3 besteht, der Licht vom Leuchtmittel 4 in Richtung auf die LCD-Elemente 1 reflektiert. Diese werden somit sowohl durch das reflektierte Licht als auch direkt vom Leuchtmittel 4 von hinten beleuchtet. Zusätzlich weisen die LCD-Elemente 1 eine (hier nicht dargestellte) transflektive Schicht auf, die für die von hinten kommenden Lichtstrahlen vom Leuchtmitel 4 durchlässig (transmissiv) sind und gleichzeitig von außen einfallendes Umgebungslicht wenigstens teilweise reflektieren.
  • Im folgenden wird das Prinzip der gleichmäßigen Hinterleuchtung vereinfacht im zweidimensionalen Fall in der Zeichenebene Π der Fig. 1 erläutert. In dieser Ebene strahlt das Leuchtmittel 4 homogen Licht in Blickrichtung, also in Richtung auf die LCD-Elemente 1, ab.
  • Auf die gekrümmten Oberfläche Σ und die hierzu tangentialen LCD-Elementen 1 trifft daher eine unterschiedliche Lichtmenge je Flächeneinheit. Sind beispielsweise die Oberfläche Σ kreisförmig mit Radius ρ, das Leuchtmittel idealisiert eine Gerade durch den Mittelpunkt des Kreises und zwei LCD-Elemente a, b der gleichen Länge l unter den Winkeln α , β zum Leuchtmittel tangential am Kreis angeordnet, so trifft auf das Element a die Lichtmenge l•sinα, auf das Element b die Lichtmenge l•sinβ.
  • Zusätzlich beträgt der mittlere Abstand der Elemente zum Leuchtmittel ρ•sinα bzw. ρ•sinβ. Durch die (als radial angenommene) Aufbreitung des vom Leuchtmittel ausgesandten Lichts senkrecht zur Ebene Π reduziert sich die auf ein LCD-Element auftreffende Lichtmenge also um den Faktor 1/(ρ• sinα) 2 bzw. 1/(ρ•sinα) 2.
  • Insgesamt ergibt sich also über der gekrümmten Oberfläche bzw. den hierzu tangential angeordneten LCD-Elementen eine sehr ungleichförmige Beleuchtung, die sich im optischen Eindruck der Flüssigkristallanzeige (Helligkeit, Kontrast und dergleichen) nachteilig auswirkt.
  • Erfindungsgemäß weist daher der Reflektor 3 Aussparungen 3a auf, die so ausgebildet sind, daß der verbleibende Reflektor zusammen mit dem Leuchtmittel 4 jedes LCD-Element gleichmäßig, i.e. mit der selben Lichtmenge und -intensität beleuchtet. Hierzu ist in Fig. 2 eine mögliche Form vereinfacht dargestellt, bei der zu den äußeren Enden des Reflektors die Aussparungen immer größer werden, da sich hier der Abstand Beleuchtungsvorrichtung-gekrümmte Oberfläche immer mehr verringert und entsprechend weniger Licht reflektiert werden muß. Tatsächliche vorteilhafte Formen der Aussparungen ergeben sich im konkreten Anwendungsfall aus der Form der gekrümmten Oberfläche, der Verteilung der LCD-Elemente, der Charakteristik des Leuchtmittels und dergleichen.
  • Alternativ oder zusätzlich zu den Aussparungen kann der Reflektor auch Bereiche schwächerer Reflexion aufweisen, indem etwa der Emissionskoeffizient des Reflektors lokal entsprechend unterschiedlich ist. Ebenfalls sind Reflektoren mit Bereichen unterschiedlicher Reflektions- und Streueigenschaften möglich, in denen bestimmte Bereiche das vom Leuchtmittel einfallende Licht auf stärker zu beleuchtende Bereiche der LCD-Elemente umlenken. Im dargestellten beispiel können beispielsweise anstelle der Aussparungen 3a Bereiche auf dem Reflektor 3 vorhanden sein, die einfallendes Licht verstärkt in Richtung des mittleren LCD-Elements reflektieren, so daß die vom Leuchtmittel 3 abgegebene Lichtmenge möglichst gut genutzt wird.
  • Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die gleichmäßige Beleuchtung aller LCD-Elemente mit nur einem Leuchtmittel 4 und einem Reflektor 3 erzielt, die in der Ebene der gekrümmten Oberfläche (Zeichenebene von Fig. 1) liegen. Gleichermaßen wäre eine homogene Beleuchtung auch durch eine Mehrzahl senkrecht zu dieser Ebene angeordneter Beleuchtungseinrichtungen mit im wesentlichen punkt- bzw. linienförmigen Lichtquellen möglich. Jedoch müßten dazu, im Gegensatz zu der hier dargestellten Ausführung, mehrere Beleuchtungseinrichtungen vorhanden sein, was sowohl vom Kosten- als auch Energieaufwand nachteilig ist.

Claims (6)

  1. Flüssigkristallanzeige zur Approximation einer wenigstens in einer Ebene (Π) gekrümmten Oberfläche (Σ) mit:
    einer Mehrzahl von im wesentlichen ebenen LCD-Elementen (1), die tangential zur Oberfläche (Σ) angeordnet sind,
    wobei jedes LCD-Element (1) einen zwischen zwei Ansteuerelektroden angeordneten Flüssigkristall aufweist; und
    einer in Blickrichtung hinter den LCD-Elementen angeordneten Beleuchtungsvorrichtung (2), die so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
  2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (2) einen Reflektor (3) zum Reflektieren von Licht in Richtung auf die LCD-Elemente aufweist, wobei der Reflektor (3) so ausgebildet ist, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
  3. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (2) ein Leuchtmittel (4) umfaßt, das die LCD-Elemente direkt und/oder über den Reflektor (3) beleuchtet.
  4. Flüssigkristallanzeige nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (2) sich im wesentlichen in der einen Ebene (Π) erstreckt.
  5. Flüssigkristallanzeige nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) Aussparungen (3a) aufweist, die so ausgebildet sind, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
  6. Flüssigkristallanzeige nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) Bereiche mit unterschiedlichen Reflektions- und/oder Streueigenschaften, insbesondere nichtreflektierende Bereiche aufweist, die so ausgebildet sind, daß die Mehrzahl der LCD-Elemente (1) in Blickrichtung im wesentlichen gleich beleuchtet wird.
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