DE2554226A1 - Display unit with passive brightness attenuation - using mirrored fluorescent plastics plate behind fluidic crystal cell and using linearly polarised plates - Google Patents
Display unit with passive brightness attenuation - using mirrored fluorescent plastics plate behind fluidic crystal cell and using linearly polarised platesInfo
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Abstract
Description
Grundlagen der ErfindungBasics of the invention
Bei den bekannten Flüssigkristall-Anzeigen wird in verschiedensten Versionen der physikalische Grundeffekt ausgenutzt, daß Licht, welches durch eine dSnne Flüssigkristall (=FK)-Schicht tritt, unter Einwirkung.eünes elektrischen Feldes aut' letztere moduliert wird Zur Modulation selbst sind extrem kieine elektrische Spannungen bzw. Leistungen nötig. Diese passiven FK-Anzeigen können im Prinzip das Umgebungslicht modulleren und haben dann den weiteren großen Vorteil gegenüber den selbstleuchtenden Anzeigen, daß ihre Lesbarkeit in einem sehr weiten Helligkeitsbereich unabhängig von der Umgebungshelligkeit ist. Praktisch sieht es jedoch so aus, daß man zur Erreichung akzeptabler Lesbarkeit Glühlämpchen hinter die Anzeigen stellt (Transmissionsbetrieb), wodurch entscheidende potentielle Vorteile der passiven Anzeigen entfallen. Oder man nutzt das Umgebungslicht auf die Weise, daß hinter die Anzeige ein Spiegel gestellt wird zur Reflexion des durch die Zelle hindurch tretenden Umgebungslichts (Reflexionsbetrieb). Auch diese Betriebsart führt nur unter eingeschränkten Verhältnissen zu befriedigender Lesbarkeit der Anzeigen. Unter anderemergibt sich der störende Effekt, daß das einfallende Licht Schlagschatten von den Anzeigeelementen auf den spiegelnden Flächen hervorruft. Die Möglichkeiten der neueren Feldeffektanzeigen, die Polarisatoren benötigen, werden durch den Lichtverlust in den Polarisatoren und durch Schlagschatten stark beeinträchtigt. Die vorliegende Erfindung schlägt einen neuen Weg ein, um diese genannten Nachteile zu beseitigen.In the case of the known liquid crystal displays, a wide variety of Versions of the basic physical effect made use of the fact that light emitted by a The thin liquid crystal (= LC) layer occurs under the influence of a new electric field aut 'the latter is modulated. The modulation itself is extremely not electrical Tensions or services required. In principle, these passive FK displays can do that Ambient light modulleren and then have the further great advantage over the self-illuminating displays that their readability in a very wide brightness range is independent of the ambient brightness. In practice, however, it looks like that light bulbs are placed behind the displays to achieve acceptable legibility (Transmission operation), thereby creating decisive potential advantages of the passive Ads are not applicable. Or you use the ambient light in such a way that behind A mirror is placed on the display to reflect it through the cell emerging ambient light (reflection mode). This operating mode also only leads Satisfactory readability of the advertisements under restricted conditions. Under on the other hand, there is the annoying effect that the incident light casts a shadow caused by the display elements on the reflective surfaces. The possibilities of the newer field effect displays that require polarizers are due to the loss of light in the polarizers and severely affected by cast shadows. The present The invention proposes a new way of eliminating these disadvantages mentioned.
Zusammenfassung der Erfindung Die wesentliche Idee der Erfindung ist die Ausnutzung der Tatsache, daß mit Hilfe von dünnen Kunststoffplatten, in denen Fluoreszenzstoffe gelöst sind, Umgebungslicht sich mit hohem Wirkungsgrad sammeln und führen läßt und an jedem beliebigen Ort der Platte dosierbar und sichtbar zum Wiederaustritt gebracht werden kann Deshalb kann eine solche 7luoreszenzpl ctte,' die sich hinter einer als Lichtventil wirkenden Flüssigkristallanzeige befindet, hohe, sich an das Umgebungslicht anpassende Leuchtdichte der elektrisch auf Lichtdurchlässigkeit gesteuerten Anzeigeelemente bewirken. Durch Mischung von Fluoreszenzstoffen und unter Verwendung eines Paares verschiedener selektiver Polarisatoren lassen sich auch Anzeigen herstellen, die zwischen 2 verschiedenen Farben schalten können.Summary of the Invention The essential idea of the invention is taking advantage of the fact that with the help of thin plastic sheets in which Fluorescent substances are dissolved, ambient light collects with high efficiency and can lead and can be dosed and visible at any location on the plate Re-leakage can therefore be caused by such a fluorescent spot, ' which is located behind a liquid crystal display acting as a light valve, height, Luminance that adapts to the ambient light and is electrically based on light transmission cause controlled display elements. By mixing fluorescent substances and using a pair of different selective polarizers can also create displays that can switch between 2 different colors.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es folgt hier eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, auf die diese Patentanmeldung Bezug nimmt.Brief Description of the Drawings A brief description follows here of the drawings referred to in this patent application.
Fig. 1. Auseinandergezogene Darstellung einer nematischen FK-Drehzelle Fig. 2. Darstellung der relativen reflektierten Intensität von unpolarisiertem Licht, das auf eine Luft-Glas-Grenzfläche trifft, in Abhängigkeit vom Einfallswinkel Fig. 3. Darstellung der relativen reflektierten Intensität von unpolarisiertem Licht, das auf eine Glas-Luft-Grenzfläche trifft in Abhängigkeit vom Einfallswinkel Fig. 4. Auseinandergezogene Darstellung einer elektrooptischen Anzeige unter Verwendung einer Fluoreszenzplatte als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 5. Einfache Arten der Lichtauskoppelung dargestellt anhXd eines Querschnitts durch eine FluQreszenzplatte.Fig. 1. Exploded view of a nematic LC rotary cell Fig. 2. Representation of the relative reflected intensity of unpolarized light, which meets an air-glass interface, depending on the angle of incidence Fig. 3. Representation of the relative reflected intensity of unpolarized light, that meets a glass-air interface depending on the angle of incidence Fig. 4. Exploded view of an electro-optical display using a fluorescent plate as an embodiment of the arrangement according to the invention Fig. 5. Simple types of light extraction shown using a cross-section through a fluorescent plate.
Fig. 6. Dargestellt ist anhand eines typischen Beispiels der Beobachtungswinkelbereich in Abhängigkeit vom Verhältnis von Austrittensterbreite auf der Fluoreszenzplatte zur Anzeigesegrnentbrei,e der FK-Zelle Fig. 7. Ausführungsbeispiel für eine weitere Helligkeitsarerstärkurlg einer FK-Anzeige mit Hilfe einer zusätzlichen Ko3lektorplatte Fig.8. Transmissionskurven für 3 im Handel befindliche verschiedenfarbig fluore s zierende Plexigla splatten Fig. 9. Fluoressenz-Emissionskurven für dieselben Materialien wie in Clfig.8 Ausführliche Beschreibung der Erfindung Das hier beschriebene Verfahren zur Helligkeitsverstärkung ist besonders geeignet für alle FK-Effekte, bei denen zwischen einem lichtsperrenden und einem lichtdurchlässigen Zustand durch ein elektrisches Feld geschaltet werdenkann. Diese Lichtventilwirkung läßt sich bei azolen in Displays angewandten FK-Effekten bekanntlich mit Hilfe von zusätzlichen Polarisatoren und eventuell passiven optischen Elementen erreichen. Im folgenden wird die Wirhungslveise der hier beschriebenen Vorrichtung nur im Zusammenhang mit einer "nematischen Drehzelle" beschrieben. Bei Anwendung anderer FK-Effekte ergibt sich das Zusammenwirken mit der hier beschriebenen Vorrichtung für den Fachmann ohne weiteres.FIG. 6. The observation angle range is shown on the basis of a typical example depending on the ratio of the opening width on the fluorescent plate for the display green of the LC cell Fig. 7. Exemplary embodiment for a further Brightness-increasing curve of an LC display with the help of an additional reflector plate Fig. 8. Transmission curves for 3 different colored fluors available on the market Decorative plexiglass sheets Fig. 9. Fluoro essence emission curves for the same materials as in Clfig.8 Detailed Description of the Invention This here described method for brightness enhancement is particularly suitable for everyone FK effects, where between a light blocking and a translucent State can be switched by an electric field. This light valve effect LC effects applied to azoles in displays can be known with the aid of achieve additional polarizers and possibly passive optical elements. In the following, the operation of the device described here is only given in context described with a "nematic rotating cell". When using other LC effects the interaction with the device described here results for the person skilled in the art just like that.
Das in Fig. 4 dargestellte Verfahren zur Helligkeitsverstärkung von FK-Anzeigen verwendet das elektrooptische Element der nematischen Flüssigkristall-Drehzelle, das in Fig. 1 dargestellt ist und dort mit (10) bezeichnet ist. Dieses elektrooptische Element ist beschrieben worden in den deutschen Patenten Nr.The method shown in FIG. 4 for increasing the brightness of LC displays uses the electro-optical element of the nematic liquid crystal rotary cell, which is shown in Fig. 1 and is designated there with (10). This electro-optical Element has been described in German Patents No.
2 158 563 und Nr. 2 202 555 und es soll hier nur eine kurze Zusammenfassurg gegeben werden. Die Funktion dieses Elementes ist es, die Polarisationsebene eines Lichtstrahles, der durch das Element geht, um 90° zu drehen, wenn keine Spannung am Element anliegt ("Feld- aus"- Zu stand), und den einfallenden polarisierten Strahl unverändert zu lassen im "Feld-an"-Zustand. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Komponenten, die das nematische Drehelement aufbauen Dieses Element besteht aus einer nematischen FR-Schicht mit positiver dielektrischer Anisotropie (5), die zwischen zwei parallelen Glasplatten (3) und (7) eingeseklossen ist, auf denen ein elektrisch leitendes aber optisch transparentes Material, wie z.B. SL;02, auf den inneren Oberflächen (4) und (6) aufgebracht ist. Diese inneren Oberflächen, die einen typischen Abstand zwischen 5µ und SOg haben, dienen als Elektroden und sind mit einer Spannungsquelle (9) verbunden über einen Schalter (8). Die Elektroden können auch je nach Anwendung in verschiedener Weise segmentiert sein und es können Vorkehrungen getroffen sein, die Spannung zu verschiedenen Segmentkombinationen zu schalten. In diesem Falle würde die optische Drehzelle, die in Fig. 1 skizziert ist, nur einen Teil der FK-Anzeige darstellen, nämlich ein bestimmtes Elektroden-Segmentpaar. Die Oberfläche der transparenten Elektrode (4) ist speziell behandelt, z. B. durch Reiben mit einem feinen Poliermittel in ein und derselben horizotalen Richtung, um die Vorzugsrichtung der unmittelbar an die Elektrode angrenzenden nematischen FK-Schichi einheitlich in diese Richtung zu orientieren. Die Oberfläche der anderen trans- parenten Elektrode (ö) ist entsprechend behandelt, aberQdle Vorzugsrichtung der unmittelbar angrenzenden FK-Schicht vertikal ist. Wenn keine Spannung an den Elektroden anliegt, dreht sich die lokale Vorzugsorientierung des nematischen Flüssigkristalls gleichmäßig über einen Winkel von 900, wenn man von einer Elektrode zur anderen geht. Wenn die Polarisationsebene des von der Lichtquelle (1) kommenden und durch den Polarisator (2) tretenden Lichtes parallel (wie in Fig. 1 dargestellt) oder senkrecht zur angrenzenden FK-Schicht ist, dann wird sich die Polaikrsationsebene des durch die Schicht gehenden Lichtes gleichlaufend mit der verdrillten nematischen Struktur drehen, und auf der anderen Seite des Elementes um 900 gedreht wieder austreten und dann in dem zweiten Polarisator (11) absorbiert werden. Wenn eine geeignete Spannung (9) an die Elektroden angelegt wird, dann wird sich die Vorzugsorientierung des nematischen Flüssigkristalls umorientieren und im wesentlichen in der Richtung des angelegten elektrischen Feldes liegen. In diesem Zustand wird der Lichtstrahl das Element (10) durchsetzen ohne eine Veränderung zu erfahren und folglich kann jetzt das in (2) horizontal polarisierte Licht den zweiten Polarisator (11) passieren.2 158 563 and No. 2 202 555 and only a brief summary is to be given here. The function of this element is to rotate the plane of polarization of a light beam that passes through the element by 90 ° when no voltage is applied to the element ("field off" state), and to leave the incident polarized beam unchanged "Field on" state. Fig. 1 shows a perspective view of the components that make up the nematic rotating element. This element consists of a nematic FR layer with positive dielectric anisotropy (5) enclosed between two parallel glass plates (3) and (7) on which a electrically conductive but optically transparent material, such as SL; 02, is applied to the inner surfaces (4) and (6). These inner surfaces, which have a typical distance between 5μ and SOg, serve as electrodes and are connected to a voltage source (9) via a switch (8). The electrodes can also be segmented in different ways, depending on the application, and provisions can be made to switch the voltage to different segment combinations. In this case, the optical rotary cell, which is sketched in FIG. 1, would only represent a part of the LC display, namely a specific pair of electrode segments. The surface of the transparent electrode (4) is specially treated, e.g. B. by rubbing with a fine polishing agent in one and the same horizontal direction in order to uniformly orient the preferred direction of the nematic FK-Schichi immediately adjacent to the electrode in this direction. The surface of the other trans- Parent electrode (δ) is treated accordingly, but the preferred direction of the immediately adjacent LC layer is vertical. If no voltage is applied to the electrodes, the local preferred orientation of the nematic liquid crystal rotates uniformly over an angle of 900 when one goes from one electrode to the other. If the plane of polarization of the light coming from the light source (1) and passing through the polarizer (2) is parallel (as shown in FIG. 1) or perpendicular to the adjoining LC layer, the plane of polarization of the light passing through the layer will be converging rotate with the twisted nematic structure, and exit again on the other side of the element rotated by 900 and are then absorbed in the second polarizer (11). If a suitable voltage (9) is applied to the electrodes, the preferred orientation of the nematic liquid crystal will reorient itself and lie essentially in the direction of the applied electric field. In this state, the light beam will pass through the element (10) without experiencing any change, and consequently the horizontally polarized light in (2) can now pass through the second polarizer (11).
Das im Zusammenhang mit FK-Anzeigen neuartige Bauelement, das im weiteren als FlBreszenzplatte bezeichnet wird, soll nun beschrieben werden.The new type of component in connection with LC displays, which is described in the following referred to as a fluorescent plate will now be described.
Dazu betrachten wir eine wenige Millimeter dicke ebene Plexiglasplatte mit glatter Oberfläche, in welcher ein Fluoreszenzstoff in solcher Konzentration gelöst ist, daß beispielsweise aus dem auftreffenden Tageslicht der blaue Anteil voll absorbiert wird. Desweiteren soll diese Platte senkrecht zur Plattenebene verlaufende Stirnflächen besitzen, die ideal lichtreflektierend sein sollen, sodaß an den Rändern der Platte kein Licht austreten kann. Nach Fig. 2 in der die relative reflektierte Intensität für unpolarisiertes Licht in Abhängigkeit vom Einfallswinkel angegeben ist, treten bei isotroper Tageslichtverteilung ca. 82% der Intensität in die Fluoreszenzplatte ein. Für den Wiederaustritt des beispielsweise im grünen ausgesandten Fluoreszenlichtes aus der Platte ist nun die Reflexion am dünneren Medium maßgebend> die in Fig. 3 in Abhängigkeit vom Einfallswinkel dargestellt ist Man sieht, daß man in guter Näherung so rechnen kan als ob alles Licht, das unter einem Winkel # Winkel der Totalreflexionαtot auf die Grenzfläche trifft, die Platte verläßt und das Licht des übrigen Winkelbereichs infolge Totalreflexion in der Platte bleibt. Der Winkel der Totalreflexion ergibt sich aus der Beziehung (für den Brechungsindex o? von 1, 49 für Plexiglas ergibt sich = 420). Der Anteil des nicht totalreflektierten Fluoreszenzlichtes, hier zur Abkürzung als Verlustfaktor V bezeichnet beträgt (im Beispiel n = 1, 49, V = 25070).For this we consider a flat Plexiglas plate a few millimeters thick with a smooth surface, in which a fluorescent substance is dissolved in such a concentration that, for example, the blue portion of the incident daylight is fully absorbed. Furthermore, this plate should have end faces running perpendicular to the plane of the plate, which should ideally reflect light so that no light can escape at the edges of the plate. According to FIG. 2, in which the relative reflected intensity for unpolarized light is given as a function of the angle of incidence, approx. 82% of the intensity enters the fluorescent plate with isotropic daylight distribution. For the re-emergence of the fluorescent light emitted, for example in green, from the plate, the reflection on the thinner medium is decisive> which is shown in Fig. 3 as a function of the angle of incidence an angle # angle of Totalreflexionαtot hits the interface, leaves the plate and the light of the remaining angular range remains in the plate as a result of total reflection. The angle of total reflection results from the relationship (for the refractive index o? of 1.49 for Plexiglas results = 420). The proportion of the fluorescent light that is not totally reflected, here referred to as the loss factor V for abbreviation, is (in the example n = 1.49, V = 25070).
Alles innerhalb des Winkelbereichs der Totalreflexion emittierte Licht (im Beispiel also 75%) wird durch fortgesetzte verlustfreie Totalreflexion in der Plattenebene geführt (d. h. die gemittelte Ausbreitungsrichtung liegt parallel zur Plattenebene).All light emitted within the angular range of total internal reflection (75% in the example) is due to continued loss-free total reflection in the Plate plane (i.e. the mean direction of propagation is parallel to Plate level).
Das in der Fluoreszenzplatte infolge Totalreflexion eingefange Fluoreszenzlicht kann nun durch die Umlenkung an a) reflektierenden oder b) lichtstreuenden Flächen, die an der Fluoreszenzplatte angebracht werden, zum Austritt aus dieser Platte veranlaßt werden. Solche speziell angebrachten Flächen l;eden im folgenden zur Abkürzung als Austrittsfenster bezeichnet. Einfache Arten solcher Lichtauskoppelung aus einer Fluoreszenzplatte sind in Fig. 5. in Querschnitt dargestellt.The fluorescent light captured in the fluorescent plate as a result of total reflection can now be redirected to a) reflective or b) light-scattering surfaces, which are attached to the fluorescent plate, caused to emerge from this plate will. Such specially attached surfaces are referred to below for abbreviation as Designated exit window. Simple types of such light extraction from one Fluorescent plates are shown in cross section in FIG.
Unter Vernachlässigung der erwähnten Reflexions- und unvermeidlichen Wiederaustrittsverluste und unter der Annahme, daß sonst keine Verluste in der Platte vorhanden sind, ist der "Helligkeitsverstärkungsfaktor", d. h. Neglecting the aforementioned reflective and inevitable Re-exit losses and assuming that there are no other losses in the plate are present, the "brightness enhancement factor" i.e. H.
der Faktor der die Anhebung der Leuchtdichte (=Flächenhelligkeit) der Austritts.enster der Fluoreszenzplatte gegenüber der Leuchtdichte einer nicht fluoreszierenden gleichfarbigen Fläche angibt, im wesentlichen gegeben durch das Verhältnis von lichtabsorbierender Fläche der Anordnung zu Gesamtfläche der Austrittsfenster des Floureszenzlichtes.the factor that increases the luminance (= surface brightness) the exit window of the fluorescent plate compared to the luminance of a not fluorescent surface of the same color, essentially given by the Ratio of the light-absorbing area of the arrangement to the total area of the exit window of the fluorescent light.
Die erfindungsgemäße Kombination von FK-Anzeige und Fluoreszenzplatte wird nun anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 erläutert. Die Anordnung besteht aus der FK-Zelle (2) nach der Funktionsweise der nematischen Drehzelle mit einzelnen elektrisch ansteuerbaren Elektrodensegmenten (3).The combination according to the invention of LC display and fluorescent plate will now be explained with reference to the embodiment of FIG. The arrangement exists from the FK cell (2) according to the functionality of the nematic rotary cell with individual electrically controllable electrode segments (3).
Die Elektrodensegmente im Beispiel erlauben eine Zifterndarstellung nach der 7-Segment-Methode. Im Bereich der Ziffern sind auf der Vorder- und der Rückseite der FK-Zelle je ein Polarisator (1) und (4) angebracht. Die Polarisatoren haben zueinander parallele Polarisationsebenen, Hinter der FKZelle befindet sich die Fluoreszenzplatte (5) mit den verspiegelten Stirnflächen (6a) bis (8d) und den Austrittsfenstern (7). Die Austrittsfenster bilden die Elektrodensegmente (3) nach, ihre Balkenbreite ist jedoch größer als die Eiektrodensegmentbreite, um die Parallaxe zwischen FK-Segmenten und Austrittsfenstern zu kompensieren. Alles nähere dazu, wie der Beobachtungswinkelbereici'i der Anzeige vom Verhältnis von Austrittsfensterbreite zu Anzeigensegmentbreite abhängt ist an einem typischen Beispiel in Fig. 6 mit Erläuterungen dargestellt. Hinter der Fluoreszenzplatte (5) befindet sich eine lichtabsorbierende Folie (8) (nicht im optischen Kontakt mit (5)), die dazu dient die Fluoresenzplatte, die im Durchlicht natürlich eine charakteristische Eigenfarbe zeigt so "schwarz" wie möglich erscheinen zu lassen und die so den Kontrast der Anzeige günstig beeinflußt. Das Anregungslicht gelangt von vorne aus allen RIchtungen durch die FK-Zelle in die Fluoreszenzplatte und zwar nur dort, wo keine Polarisatoren sind. Das Fluoreszenzlicht verläßt die Platte (5) nach vorne in Richtung der FK-Zelle durch die Austrittsfenster (7) Nur solche Elektrodensegmente (3), an die eine Spannung gelegt wird, werden lichtdurchlässig, die anderen sperren das Fluoreszenzlicht. Angezeigte Ziffern erscheinen in diesem Fall hell auf schwarzem Grund. Bisher wurde angenommen, daß die Polarisatoren (1) und (4) neutrale Polarisatoren sind, die also Licht allerrellenlängen im sichtbaren Bereich polarisieren. Einen Vorteil erreicht man, wenn man statt dessen 2 selektive Polarisatoren verwendet, die im Bereich des Anregungslichtes beide Polarisationsrichtungen passieren lassen und nur den Rest des Spektrums polarisierer. In diesem Fall kann die gesamte Display-Fläche als Lichtkollektorfläche ausgenutzt werden, da das Anregungslicht die Polarisatoren ungeschwächt passiert.The electrode segments in the example allow numbers to be displayed using the 7-segment method. In the area of the digits are on the front and the A polarizer (1) and (4) are attached to the rear of the LC cell. The polarizers have mutually parallel polarization planes, behind the LC cell is the fluorescent plate (5) with the mirrored end faces (6a) to (8d) and the Exit windows (7). The exit windows simulate the electrode segments (3), however, their bar width is greater than the width of the electrode segment in order to avoid parallax to compensate between LC segments and exit windows. Everything closer to like the observation angle range of the display from the ratio of the exit window width to display segment width depends on a typical example in Fig. 6 with explanations shown. A light-absorbing plate is located behind the fluorescent plate (5) Foil (8) (not in optical contact with (5)), which serves the fluorescence plate, which naturally shows its own characteristic color in transmitted light so "black" to appear as possible and which has a positive effect on the contrast of the display. The excitation light passes through the LC cell in from all directions from the front the fluorescent plate and only where there are no polarizers. The fluorescent light leaves the plate (5) forwards in the direction of the LC cell through the exit window (7) Only such electrode segments (3) to which a voltage is applied become translucent, the others block the fluorescent light. Displayed In this case, digits appear light on a black background. So far it has been assumed that the polarizers (1) and (4) are neutral polarizers, that is, light of all wavelengths polarize in the visible range. You get an advantage if you instead 2 selective polarizers are used, which in the area of the excitation light both polarization directions let pass and only polarizer the rest of the spectrum. In this case it can the entire display surface can be used as a light collector surface, as the excitation light the polarizers happened undiminished.
Ein weiteres spezielles Ausführungsbeispiel für die vorteilhafte Gestaltung der Fluoreszenzplatte ist in Fig. 7 gegeben. Diese Ausführungsform soll demonstrieren, daß sich auch ein Teil der Fläche eines Gehäuses, in welches eine FK-Anzeige eingebaut ist, leicht als zusätzliche Lichtkollektorfläche ausnutzen läßt und sich so die Helligkeit einer Anzeige weiter steigern läî:t. Hier wird an die Fluoreszenzplatte (1) mit Austrittsfenstern (2) eine zusätzliche Kollektorplatte (3) aus fluoreszierendem Kunststoff über eine verspiegelte 45° Stirnfläche (4) zur Lichteinkoppelung angeschlossen.Another special embodiment for the advantageous design the fluorescent plate is given in FIG. This embodiment is intended to demonstrate that there is also part of the surface of a housing in which an LC display is installed is, can easily be used as an additional light collector surface and so the The brightness of a display can be increased further. This is where the fluorescent plate is attached (1) with exit windows (2) an additional collector plate (3) made of fluorescent Plastic connected via a mirrored 45 ° end face (4) for coupling in light.
Eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es auch zwischen 2 verschiedenen Farben elektrisch zu schalten. Dazu enthalt die Fluoreszenzplatte eine 2-farbige Fluoreszenzstoffmischung. Sie sende also beispielsweise rotes und grünes Fluoreszenzlicht aus. Man braucht dann lediglich noch den Polarisator (4) in Fig. 4 zu ersetzen durch eine Kombination eines horizontal polarisierenden selektiven Polarisators, der nur grünes Licht unpolarisiert läßt, plus einen vertikal polarisierenden anderen selektiven Polarisator, der nur rotes Licht unpolarisiert läßt. Dann besteht das Fluoreszenzlicht nach dem Durchgang durch diese Polarisatorkombination aus horizontal polarisiertem roten Licht und vertikal polarisiertem grünen Licht. Folglich läßt die Gesamtanordnung dann an Segmenten, an denen keine Spannung liegt nur das grüne Fluoreszenzlicht passieren, während an den Segmenten mit Spannung nur das rote Licht passieren kann.A further modification of the device according to the invention allows to switch it electrically between 2 different colors. To do this, the Fluorescence plate a 2-color mixture of fluorescent substances. So you send for example red and green fluorescent light off. All you need then is the polarizer (4) in Fig. 4 to be replaced by a combination of a horizontally polarizing one selective polarizer, which only leaves green light unpolarized, plus one vertical polarizing another selective polarizer that unpolarizes only red light leaves. Then there is the fluorescent light after passing through this polarizer combination of horizontally polarized red light and vertically polarized green light. As a result, the overall arrangement then leaves segments where there is no voltage only the green fluorescent light will pass while on the segments with tension only the red light can pass.
In Fig. 8 bzw. 9 sind die Lichttransmissionskurven bzw. die Fluoreszenz-Emissionskurven von 3 verschiedenfarbigen Fluoreszenzplatten, wie sie im Handel erhältlich sind, wiedergegeben, anhand derer die erfindungsgemäßen Vorstellungen erprobt wurden Als Abschluß werden hier die Faktoren, von denen die Helligkeitsverstärkung entscheidend abhängt aufgezählt und kurz kommentiert. Dabei werden die Funkticnen der Fluoreszenzplatte im Zusammernvirken mit der FK-Anzeige unterteilt in A) Lichtsammlung B) Lichtfortleitung C) Lichtauskoppelung Zu A 1. Verlustfaktor Anteil des nicht totaireflektierten Fluoreszenzlichtes.In Fig. 8 and 9, the light transmission curves and the fluorescence emission curves of 3 different colored fluorescent plates, as they are commercially available, are shown, on the basis of which the ideas according to the invention were tested enumerated and briefly commented on. The functions of the fluorescent plate in combination with the LC display are subdivided into A) light collection B) light propagation C) light extraction To A 1. Loss factor Proportion of the fluorescent light not totally reflected.
2. Fluoreszensquantenausbeute = Zahl der absorbierten Lichtquanten Zahl der emittierten Lichtquanten (soll möglichst nahe 1 sein).2. Fluorescence quantum yield = number of light quanta absorbed Number of light quanta emitted (should be as close as possible to 1).
3. Verhältnis von Absorptionsbandbreite zu Emissionsbandbreite (möglichst groß; erreichbar durch Mischung von Fluoreszenstoffen, deren Absorptionsbänder unterschiedlich liegen, die aber annähernd gleiches Emissionsband haben).3. Ratio of absorption bandwidth to emission bandwidth (if possible great; achievable by mixing fluorescent substances with different absorption bands which, however, have approximately the same emission band).
4. Fluoreszenstoffkonzentration Absorbierte Intensität I= I 10-# Cd 0 I Ausgangsintensität Liter £ Extinktionskoeffizient, typischer Wert 5 104 Mol cm C Molare Konzentration des Fluoreszenstoffes; obere sinnvolle Grenze für C ist die Konzentration bei der Selbstlöschung der Fluoreszenz ein Mol setzt z.B. 10-3 Liter d Schichtdicke Leicht erreichbar bei 1mm Schichtdicke volle Absorption des Hauptabsorptionsbandes.4. Fluorescent Substance Concentration Absorbed Intensity I = I 10- # Cd 0 I output intensity liter £ extinction coefficient, typical value 5 104 mol cm C Molar concentration of the fluorescent substance; upper reasonable limit for C is the concentration in the self-extinguishing of fluorescence is one mole, e.g. 10-3 Liter d layer thickness Easily achievable with 1 mm layer thickness full absorption of the Main absorption band.
5. Chemische (photochemische) Stabilität des Fluoreszenstoffes.5. Chemical (photochemical) stability of the fluorescent substance.
Zu B 6. Reflexionsvermögen der Spiegelschichten.Re B 6. Reflectivity of the mirror layers.
Zur Illustration: Aufgedampfte Aluminiumschicht: Intensitäts-Reflexionsvermögen R = 0> 913. Nach 20 Reflexionen ist die Intensität auf 15 % des Anfangvertes abgesunken. For illustration: vapor-deposited aluminum layer: intensity reflectivity R = 0> 913. After 20 reflections, the intensity is 15% of the initial value sunk.
Aufgedampfte Silber schicht: Intensitäts-Reflexionsvemögen R = 0, 985. Evaporated silver layer: intensity reflection ability R = 0, 985.
Nach 20 Reflexionen ist die Intensität auf 73, 5 % abgesunken. (R soll möglichst nahe bei 1 liegen) 7. Absorption (und Streuung) der Kunststoff-Grundmasse. After 20 reflections, the intensity has dropped to 73.5%. (R should be as close as possible to 1) 7. Absorption (and scattering) of the plastic matrix.
Für eine 4 mm dicke klare Plexiglasplafte, die bei senkrechtem Lichteinfall 1% des Lichtes echt absorbiert, würde das Licht schon nach einer Laufzeit von 40cln auf 1/e der Anfangsintensität abgesunken sein. (Absorption soll möglichst klein sein) 8. Lichtstreuung infolge Ob erflächenrauhi gkeit bzw. Oberflächenverschmutzung. For a 4 mm thick clear Plexiglas plate, which is exposed to vertical incidence of light If 1% of the light is really absorbed, the light would already be after a running time of 40 cln should have dropped to 1 / e of the initial intensity. (Absorption should be as small as possible 8. Light scattering due to surface roughness or surface contamination.
Da das Fluoreszenzlicht viel häufiger an~den zur Plattenebene parallelen Grenzflächen als an den verspiegelten Stirnflächen reflektiert wird, kommt es besonders darauf an, daß diese Reflexionen verlustfrei d. h. in diesem Fall streuungsfrei verlaufen. Die im Spritzgußverfahren hergestellten Platten erfüllen im allgemeinen diese Bedingung gut. Since the fluorescent light is much more often parallel to the plane of the plate Boundaries than is reflected on the mirrored end faces, it is particularly important on that these reflections are lossless d. H. in this case free of scatter get lost. The plates produced by injection molding generally meet this condition good.
Zu C 9. Helligkeitsverstärkungsfaktor = ,Lichts2mmeifläche 9. Helligkeitsverstärkungsfaktor = Lichtaustrittsfensterfläche 10. Winkelverteilung des austretenden Fluoreszenzlichtes.Re C 9. Brightness amplification factor =, luminous surface 9. Brightness amplification factor = Light exit window area 10. Angular distribution of the emerging fluorescent light.
Die Winkelverteilung des austretenden Fluoreszenzlichtes hängt sei. von der Art der Auskoppelung ab, womit wiederum die Helligkeit der Anzeige beeinflußt wird. Die sei kurz an den angegebenen Beispielen der Fig. 5 erläutert. The angular distribution of the emerging fluorescent light depends on. on the type of coupling, which in turn affects the brightness of the display will. This will be explained briefly using the examples given in FIG. 5.
In den Beispielen 1 und 4 bedingt die vordere plane Fläche die Größe des Rau mwinkelbereichs, in den überhaupt Fluoreszenzlicht gebrochen wird, nämlich 21; . Im Beispiel 2 dagegen ist der Raumwinkelbereich des austretenden Lichtes schon eingeschränkt. An diesen einfachen Beispielen kann man sich auch des näheren die erheblich unterschiedlichen Winkelverteilungen klarmachen. In Examples 1 and 4, the front plane surface determines the size the rau mwinkelbereich in which fluorescent light is refracted at all, namely 21; . In example 2, on the other hand, is the solid angle range of the exiting Light already restricted. You can get a closer look at these simple examples make clear the considerably different angular distributions.
11. Formgebung der reflektierenden Ränder und der Austrittsfenster so'daß die Laufzeit des Lichtes kurz wird.11. Shaping of the reflective edges and the exit window so that the transit time of the light becomes short.
Es ist leicht verständlich, daß für den Fall, daß keine Verluste bei der Liditfortleitung auftreten, die Art der Lichtauskoppelung und deren Efktivität auf die Leuchtdichte der Austrittsfenster keinen Einfluß hätte. Im selben Maße wie man sich diesem Idealfall nähert, werden die Anforderungen an die Lichtau skoppelung s effektivität geringer. It is easy to understand that in the event that there are no losses occur in the lidite propagation, the type of light extraction and its effectiveness would have no influence on the luminance of the exit window. To the same extent as one approaches this ideal case, the requirements for the light decoupling s effectiveness lower.
Die günstigste Formgebung der reflektierenden Raiidfiächen der Fluoreszenzplatte muß im Einzelfall empirisch gefunden werden Die Rechteckform ist sicherlich niceimmer die günstigste. The most favorable shape of the reflective surfaces of the fluorescent plate must be found empirically in each individual case. The rectangular shape is certainly always nice the cheapest.
Weiterhin ist leicht einsehbar, daß LichtauskoppelungseffektixitGt und gleichmäßige Ausleuchtung der Austrittsfenster sich nicht gleichzeitig maximieren laßen. Es ist also jeweils ein angepaßter Kompromiß zu suchen. Furthermore, it is easy to see that the light decoupling effect does not exist and uniform illumination of the exit window do not maximize at the same time permit. An adapted compromise must therefore be sought in each case.
Vorteile der Erfindung Die beschriebene: Erfindung hat viele Vorteile gegenüber den bekannten Beleuchtungsarten, wodurch der Anwendungsbereich von FK-Anzeigen erweitert wird.Advantages of the Invention The described invention has many advantages compared to the known types of lighting, whereby the scope of LC displays is expanded.
Die Vorteile der Erfindung sind: 1. Man kann ohne zusätzliche Lichtquelle außergewöhnlich hohe, bisher nicht erreichte Helligkeit bei hohem Kontrast erzielen.The advantages of the invention are: 1. You can do without an additional light source achieve exceptionally high, previously unattained brightness with high contrast.
2. Die Lesbarkeit der Anzeige ist in bisher nicht erreichten Grenzen unabhangig von der Umgebungshelligkeit.2. The readability of the display is within limits that have not yet been achieved regardless of the ambient brightness.
3. Die Anzeigen sind frei von Parallaxe und Schatten.3. The displays are free from parallax and shadows.
4. Das Verfahren ermöglicht es auch ohne weiteres, zwischen 2 Farben zu schalten.4. The process also allows you to easily choose between 2 colors to switch.
5. Die Vorrichtung ist einfach, billig und flexibel, da die fluoreszierende Kunststoffplatte wegen ihrer leichten Formbarkeit durch Spritzgußverfahren in beliebig komplizierten Formen billig hergestellt werden kann, sodaß speziellen Display-I3eleuchtungswün schen leicht Rechnung getragen werden kann.5. The device is simple, cheap and flexible because the fluorescent Plastic plate because of its easy moldability by injection molding in any complex shapes can be manufactured cheaply, so that special display lighting requirements can easily be taken into account.
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