ES2311565T3 - Celda de indicacion de cristal liquido. - Google Patents
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Abstract
Una celda de LCD con una primera placa transparente (1), una segunda placa transparente (2) dispuesta en paralelo por detrás, un cristal líquido (4) dispuesto entre la primera y la segunda placa (1, 2), un equipo de impermeabilización (3) dispuesto entre la primera y la segunda placa (1, 2), que incluye el cristal líquido (4) y primeros separadores (5a) y segundos separadores (5b) dispuestos entre las dos placas (1, 2), donde los primeros y los segundos separadores (5a, 5b) se diferencian en sus dimensiones en el estado no deformado y sus propiedades de material y donde las dimensiones de los separadores (5a, 5b) en el estado no deformado en el sentido vertical con respecto a las dos placas se seleccionan de tal forma que la mayoría de los primeros separadores (5a) son menores que la mayoría de los segundos separadores (5b), caracterizada porque la dimensión de los segundos separadores (5b) en el sentido vertical con respecto a las dos placas se selecciona de tal forma que en el estado no deformado a 85ºC es mayor que la separación de las superficies orientadas entre sí de las placas (1, 2).
Description
Celda de indicación de cristal líquido.
La invención se refiere a una celda en una
indicación de cristal líquido (celda de Liquid Crystal Display
(LCD)) de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1,
particularmente para tableros de indicación LCD que trabajan en un
intervalo de temperaturas amplio.
Las indicaciones de LCD móviles como, por
ejemplo, en autobuses o trenes o las indicaciones de LCD
estacionarias como, a modo de ejemplo, en estaciones de trenes,
comprenden una o varias celdas de LCD que se pueden controlar
eléctricamente. Una única celda de LCD comprende dos placas
transparentes dispuestas en paralelo de forma sucesiva, entre las
que se sitúa un cristal líquido. En las placas se disponen
electrodos, a modo de ejemplo, como capa de electrodos
transparente, que puede estar compuesta por varios elementos
controlables de forma individual. Si entre los electrodos o entre
los elementos individuales hay una tensión, aparecen zonas de la
celda de LCD claras ("Normally-blackmode LCD")
u oscuras, sin tensión de forma correspondiente a la inversa,
oscuras o
claras.
claras.
En celdas de LCD no dispuestas de forma
horizontal, el cristal líquido se acumula como consecuencia de la
gravedad en la zona inferior, por lo que por un lado se modifica la
distribución de densidad en el interior del cristal en sentido
paralelo con respecto a las dos placas y por otro lado, las placas
transparentes en esta zona se separan y en la zona superior, de
forma correspondiente, se juntan. Evidentemente, lo mismo se aplica
de forma correspondiente a fuerzas de inercia en vez de gravedad
como consecuencia de aceleraciones de una indicación móvil montada
de forma horizontal o vertical. Esto conduce a irregularidades de
color indeseadas en el interior de la zona de indicación.
Para evitar esto una solución conocida consiste
en disponer entre las dos placas separadores transparentes u
oscuros que se producen la mayoría de las veces a partir de vidrio o
plástico y que se fijan mediante adhesión o por pinzamiento
elástico entre las dos placas. Las celdas de LCD de este tipo se
conocen, a modo de ejemplo, a partir del documento JP 08 304832 A,
del documento JP 08 0150708 A y del documento EP-B 0
311 441 B1. A partir del documento US 5.851.605 B se conoce el uso
de separadores adherentes en indicaciones de LCD. Estos separadores
evitan una aproximación de las placas en la zona superior y, por
tanto, una separación en la zona inferior. Sin embargo, estos
materiales presentan un coeficiente de dilatación térmica claramente
inferior con respecto al cristal líquido (a modo de ejemplo, de uno
a dos órdenes de magnitud) \alpha = (V-V_{0}) /
[V(t-t_{0})], donde V o V_{0} indica el
volumen de un cuerpo a la temperatura t o t_{0}.
Si ahora se calienta claramente la celda de LCD
(a modo de ejemplo, de 20ºC a 85ºC), entonces el cristal líquido se
dilata esencialmente con mayor intensidad que los separadores y como
consecuencia separa por presión las placas transparentes, por lo
que los separadores fijados en las placas por adhesión se separan de
las placas al menos por un lado o los separadores enclavados entre
las placas se destensan claramente. El cristal líquido cae entonces
como consecuencia de la gravedad con una separación por presión
adicional de la zona inferior y en relación a esto un acercamiento
de la zona superior de las placas hacia abajo, lo que conduce a
irregularidades de color indeseadas a mayores temperaturas.
Si por otro lado la celda de LCD se enfría
claramente (a modo de ejemplo, de 20ºC a -30ºC), el cristal líquido
se contrae con mayor intensidad que los separadores. Por tanto, las
placas no pueden seguir de forma suficiente la disminución de
volumen del cristal líquido, en sitios individuales se producen
burbujas de vacío en el cristal líquido que, a su vez, son visibles
de forma molesta. Si, por otro lado, los separadores son tan blandos
que es posible una modificación de volumen de la celda elástica
correspondiente a la disminución de volumen del cristal, esto
conduce a unas modificaciones macroscópicas indeseadas del grosor de
capa (separación de las dos superficies orientadas entre sí de las
placas transparentes, "Cell-Gap") de la celda
de LCD. Para evitar esta formación de burbujas a temperaturas bajas
se conoce a partir del documento JP 08 304832 A, del documento JP
08 015708 A y del documento EP-B 0 311 411 B1 usar
separadores de diferentes tamaños.
Se conocen coeficientes de dilatación térmica de
materiales como se usan habitualmente para separadores a partir del
"Standard Test Method for Coefficient of Linear Thermal Expansion
of Plastics between -30ºC and 30ºC with a Vitreous Silica
Dilatometer", ASTM designation D696-98, ASTM
International, US, páginas 1-5.
Si los separadores no están fijados por
adhesión, sino por pinzamiento elástico entre las dos placas, estos
separadores realizan durante vibraciones de la celda de LCD, por
ejemplo, en un ensayo de vibración habitual o durante el
funcionamiento móvil, por lo demás, micromovimientos que conducen a
rayados indeseados sobre la superficie de las placas transparentes.
Este problema aumenta con mayores temperaturas cuando los
separadores están enclavados con menor intensidad debido a la
dilatación de la celda de LCD.
Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de
proporcionar una celda de LCD en la que con variaciones de
temperatura a lo largo del intervalo de funcionamiento de la celda
apenas puedan presentarse irregularidades de color ni burbujas de
vacío y en la que las vibraciones de la celda de LCD apenas
conduzcan a rayados por los separadores.
Este objetivo se resuelve mediante las
características de la reivindicación 1.
En una celda de LCD de acuerdo con la presente
invención, los separadores comprenden primeros separadores menores
y segundos separadores mayores, que se diferencian entre sí al menos
por sus propiedades de material y sus dimensiones geométricas. Por
una distribución correspondiente en el espacio y cuantitativa, de
este modo, sobre toda la superficie de la celda de LCD se puede
ajustar una rigidez diversa de forma local y/o una propiedad de
dilatación térmica diferente de forma local. Las dimensiones de los
separadores se seleccionan de tal forma que la mayoría de los
primeros separadores presentan al menos en el sentido vertical con
respecto a las dos placas una dimensión menor que la mayoría de los
segundos separadores. Adicionalmente, la dimensión de los segundos
separadores se selecciona en sentido vertical con respecto a las dos
placas de tal modo que en el estado no deformado a 85ºC es mayor
que la separación de las superficies orientadas entre sí de las
placas. De este modo se garantiza que la mayoría de los segundos
separadores se enclave siempre de forma segura entre las dos
placas.
Una configuración ventajosa de la invención
consiste en que para las dimensiones de los separadores se aplica:
\mu_{1} + i \cdot \sigma_{1} < \mu_{2} - i \cdot
\sigma_{2}, i = 1, 2, 3, donde \mu_{1} o \mu_{2} indican el
valor medio de la dimensión del primer o segundo separador en el
sentido vertical con respecto a las dos placas y \sigma_{1} o
\sigma_{2} indican la desviación típica correspondiente.
Por rigideces locales menores, la celda de LCD
durante el enfriamiento local puede seguir de manera elástica el
cambio de volumen del cristal líquido, lo que evita la producción de
burbujas de vacío en el cristal. Por otro lado, rigideces
localmente mayores garantizan macroscópicamente un grosor de capa
constante de la celda. Un efecto similar se consigue por una
dilatación térmica diferente localmente si zonas con una gran
dilatación térmica pueden seguir mejor el cristal líquido y evitan
de este modo la formación de burbujas de vacío, mientras que zonas
con una menor dilatación térmica garantizan macroscópicamente una
configuración constante de la celda. Ventajosamente, ambos efectos
están asociados entre sí, presentando zonas localmente más rígidas
incluso una menor dilatación térmica y zonas localmente más
flexibles, también una mayor dilatación térmica.
La menor o mayor rigidez o dilatación térmica se
puede conseguir preferiblemente por el uso de separadores de
diferentes materiales, donde los primeros separadores de un material
más rígido de forma apropiada presentan un menor coeficiente de
dilatación térmica \alpha y al menos en el sentido vertical con
respecto a las superficies internas orientadas entre sí de las
placas transparentes una dimensión que se corresponde a la
separación entre las superficies internas de las dos placas
transparentes. Más rígido significa en este contexto un mayor
módulo de compresión K = I\Deltap \cdot V / \DeltaVI, donde
\Deltap indica una modificación de la presión que actúa sobre un
cuerpo y \DeltaV una modificación correspondiente de su volumen V.
Tales primeros separadores se pueden producir, a modo de ejemplo,
de vidrio y fijarse por adhesión a las superficies internas de las
placas transparentes. Los segundos separadores están compuestos
entonces preferiblemente por un material más elástico (es decir,
con un menor módulo de compresión K) con un mayor coeficiente de
dilatación térmica \alpha y presentan en el estado no deformado
incluso con las mayores temperaturas que se presentan durante el
funcionamiento de la celda de LCD en el sentido vertical con
respecto a las dos placas una dimensión que es claramente mayor que
la separación presente entonces de las superficies internas de las
dos placas transparentes. Tales segundos separadores se pueden
producir, a modo de ejemplo, de plástico transparente u oscuro y
fijarse por enclavamiento elástico entre las dos placas
transparentes. Por una distribución en el espacio correspondiente de
estos primeros y segundos separadores en una relación cuantitativa
seleccionada de forma adecuada se puede configurar entonces una
rigidez y dilatación térmica diferente de forma local entre las dos
placas transparentes y con temperaturas menores la celda de LCD no
muestra, como se ha explicado anteriormente, ninguna burbuja de
vacío o modificaciones de grosor de capa macroscópicas.
Adicionalmente, los primeros separadores más rígidos, con
vibraciones de la celda de LCD, actúan limitando la amplitud.
Una distribución de rigidez y dilatación térmica
diferente localmente realizada de este modo también es ventajosa
con temperaturas mayores: durante el calentamiento se dilata con
gran intensidad el cristal líquido y separa de este modo por
presión las dos placas transparentes. Los segundos separadores más
elásticos siguen este movimiento, sin embargo, debido a su
dimensión mayor en el estado no deformado en el sentido vertical con
respecto a las dos placas continúan enclavados entre las placas, de
tal forma que incluso con vibraciones no realizan micromovimientos,
lo que conduciría a rayado sobre la superficies internas de las
placas. Al mismo tiempo, estos segundos separadores evitan incluso
con temperaturas mayores una caída hacia abajo del cristal líquido
en la celda como consecuencia de la gravedad, particularmente en una
posición de montaje vertical (o como consecuencia de fuerzas de
inercia) ya que, como se ha descrito anteriormente, una separación
más intensa de las dos placas en la zona inferior produce siempre
un acercamiento relativo en la zona superior, que, sin embargo, se
evita por los segundos separadores presentes en la zona superior,
que debido a su dimensión se comprimen en dirección vertical con
respecto a las dos placas y se oponen a un acercamiento de las
placas debido a su deformación elástica con una fuerza opuesta
suficiente. De este modo, la celda no se puede deformar de tal
forma que el cristal líquido caiga hacia abajo y evita una
irregularidad de color resultante de esto así como rayados sobre
las superficies internas de las placas como consecuencia de
vibraciones con mayores temperaturas. Los primeros separadores
pueden, debido a su menor dimensión en el sentido vertical con
respecto a las dos placas y su menor coeficiente de dilatación
térmica, no pueden seguir la separación prácticamente paralela de
las placas en el sentido vertical con respecto a las dos placas y se
separan por un lado de una de las dos placas. Sin embargo,
permanecen fijadas en la otra placa por adhesión y de este modo se
mantienen en su posición. Debido a la mayor rigidez en el sentido
vertical con respecto a las dos placas sirven al mismo tiempo
ventajosamente como tope con limitación de amplitudes para la
amortiguación de oscilaciones de las dos placas en el sentido
vertical con respecto a las dos placas como consecuencia de
vibraciones de la celda de LCD.
Por tanto, la invención se corresponde
esencialmente a una conexión en paralelo local en una relación
adecuada de resortes distribuidos más blandos y más duros con
diferente pretensión y/o dilatación térmica.
De este modo, la invención presenta una serie de
ventajas:
- en intervalos de temperaturas mayores no se producen o solamente se producen irregularidades de color pequeñas de la indicación de LCD;
- con temperaturas más bajas no se presentan o solamente unas pocas burbujas de vacío;
- por lo demás, el grosor de capa macroscópico de la celda de LCD se modifica relativamente poco incluso con temperaturas bajas;
- se evitan rayados por micromovimientos de los separadores, por ejemplo, durante vibraciones de la celda como consecuencia de ensayos de vibración, utilización móvil o similares; y
- las oscilaciones de las placas transparentes en sentido lateral se disminuyen por un tope que limita la amplitud.
Se obtienen otras ventajas, características y
realizaciones a partir de las reivindicaciones dependientes y los
dibujos, en los que:
La Figura 1 muestra un corte longitudinal por
una celda de LCD de acuerdo con una realización de la invención a
una temperatura baja:
La Figura 2 muestra un corte longitudinal por
una celda de LCD de acuerdo con una realización de la invención a
una temperatura media;
La Figura 3 muestra un corte longitudinal por
una celda de LCD de acuerdo con una realización de la invención a
una temperatura alta y;
La Figura 4 muestra un corte de una celda de LCD
de acuerdo con una realización de la invención a lo largo de la
línea A-A en la Figura 2.
En la Figura 2, una celda de LCD comprende dos
placas transparentes paralelas 1 ó 2 y una impermeabilización 3
dispuesta en la periferia de las placas. En la celda configurada de
este modo se dispone un cristal líquido 4, primeros separadores 5a
y segundos separadores 5b. En la temperatura media representada en
la Figura 2 de, a modo de ejemplo, 20ºC, la dimensión de los
primeros separadores más rígidos 5a en la dirección vertical con
respecto a las dos placas se corresponde esencialmente a la
separación d de las superficies internas orientadas entre sí de las
placas 1 y 2. Los primeros separadores 5a están fijados por adhesión
al menos en una superficie interna de las placas 1 ó 2. La
dimensión de los segundos separadores más blandos 5b en el sentido
vertical con respecto a las dos placas es, en su estado no
deformado, mayor que esta distancia d, por tanto, a temperaturas
medias se deforman elásticamente y, por este motivo, se enclavan
entre las placas 1 y 2. El cristal líquido caerá como consecuencia
de la gravedad hacia abajo y separará para esto las placas 1 y 2 en
la zona inferior en dirección vertical con respecto a las dos
placas. Esto se evita porque en la zona superior tanto los primeros
como los segundos separadores ejercen en el sentido vertical con
respecto a las dos placas una fuerza opuesta adecuada sobre las
placas 1 y 2, lo que se corresponde a un circuito paralelo de
resortes. La Figura 4 muestra en un corte a lo largo de la línea
A-A en la Figura 2 una posible distribución local de
los primeros y segundos separadores 5a y 5b en el interior del
cristal líquido 4.
Si la celda de LCD se enfría, a modo de ejemplo,
hasta -30ºC, el cristal líquido 4 se contrae con gran intensidad.
Como se representa en la Figura 1, la celda de LCD puede seguir esta
disminución de volumen del cristal 4 de forma local en las zonas en
las que se disponen segundos separadores 5b de tal forma que se
evita una formación de burbujas de vacío en el cristal líquido 4.
Los segundos separadores 5b se deforman de forma correspondiente a
su dilatación térmica con mayor intensidad que con temperaturas
medias, sin embargo, ventajosamente todavía en el intervalo
elástico.
En zonas con primeros separadores 5a, los mismos
mantienen debido a su menor coeficiente de dilatación térmica
\alpha y su mayor rigidez esencialmente su forma y evitan de este
modo una modificación de grosor de capa macroscópica de la celda.
Adicionalmente, los primeros separadores 5a actúan como tope de
limitación de amplitud durante vibraciones de las dos placas 1 y 2
en sentido vertical con respecto a las dos placas.
En la Figura 3, la celda de LCD muestra una
mayor temperatura, a modo de ejemplo, 85ºC. Debido a la gran
dilatación térmica del cristal líquido 4, en la presente memoria
las placas 1 y 2 se separan por presión en el sentido vertical con
respecto a las dos placas. Debido a su dimensión en la dirección
vertical con respecto a las dos placas y su coeficiente de
dilatación térmica, sin embargo, los segundos separadores 5b están
todavía deformados de manera elástica incluso a esta temperatura y
enclavados entre las placas 1 y 2. Por tanto, los segundos
separadores 5b dispuestos en la zona superior evitan por aplicación
de fuerzas opuestas elásticas en el sentido vertical con respecto a
las dos placas un acercamiento de las placas 1 y 2 en la zona
superior, de este modo, una separación adicional de las placas en
el sentido vertical con respecto a las dos placas en la zona
inferior y, de este modo, un aumento del grosor de capa en la zona
inferior con irregularidades de color indeseadas correspondientes.
Los primeros separadores 5a se han separado debido a su menor
dilatación térmica y mayor rigidez por un lado de las placas 1 y 2,
sin embargo, amortiguan como tope limitador de amplitud las
oscilaciones de las placas 1 y 2 en el sentido vertical con respecto
a las dos placas como consecuencia de vibraciones de la celda de
LCD.
- 1
- primera placa
- 2
- segunda placa
- 3
- equipo de impermeabilización
- 4
- cristal líquido
- 5a
- primer separador
- 5b
- segundo separador
- d
- grosor de capa
Claims (12)
1. Una celda de LCD con
- una primera placa transparente (1),
- una segunda placa transparente (2) dispuesta en paralelo por detrás,
- un cristal líquido (4) dispuesto entre la primera y la segunda placa (1, 2),
- un equipo de impermeabilización (3) dispuesto entre la primera y la segunda placa (1, 2), que incluye el cristal líquido (4) y
- primeros separadores (5a) y segundos separadores (5b) dispuestos entre las dos placas (1, 2),
- donde los primeros y los segundos separadores (5a, 5b) se diferencian en sus dimensiones en el estado no deformado y sus propiedades de material y
- donde las dimensiones de los separadores (5a, 5b) en el estado no deformado en el sentido vertical con respecto a las dos placas se seleccionan de tal forma que la mayoría de los primeros separadores (5a) son menores que la mayoría de los segundos separadores (5b),
caracterizada porque
- la dimensión de los segundos separadores (5b) en el sentido vertical con respecto a las dos placas se selecciona de tal forma que en el estado no deformado a 85ºC es mayor que la separación de las superficies orientadas entre sí de las placas (1, 2).
\vskip1.000000\baselineskip
2. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque los primeros
separadores (5a) en el sentido vertical con respecto a las dos
placas (1 ó 2) presentan una dimensión que se corresponde
esencialmente a las separación de las superficies orientadas entre
sí de las dos placas (1, 2).
3. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque el módulo de
compresión del primer separador (5a) se sitúa claramente por encima
del cristal líquido (4).
4. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizada porque los primeros
separadores (5a) en el sentido vertical con respecto a las dos
placas presentan una rigidez en el orden de magnitudes de la
rigidez de vidrio o superior.
5. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1 caracterizada porque los primeros
separadores (5a) presentan un coeficiente de dilatación térmica
claramente inferior que el cristal líquido (4).
6. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque los primeros
separadores (5a) se fijan en al menos una de las superficies
orientadas entre sí de las placas (1, 2) por adhesión.
7. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque los segundos
separadores (5b) al menos en el sentido vertical con respecto a las
dos placas presentan una menor rigidez que la rigidez de los
primeros separadores (5a).
8. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque los segundos
separadores (5b) presentan un mayor coeficiente de dilatación
térmica que los primeros separadores (5a).
9. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque la distribución de los
separadores (5a, 5b) se selecciona de tal forma que está presente
una elasticidad definida entre la primera placa (1) y la segunda
placa (2).
10. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque la distribución de los
separadores (5a, 5b) se selecciona de tal forma que está presente
una capacidad de dilatación térmica definida entre la primera placa
(1) y la segunda placa (2).
11. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque la suma del valor
medio de la dimensión en el sentido vertical con respecto a las dos
placas de los primeros separadores (5a) y su desviación típica
triple es menor que la diferencia del valor medio de la dimensión de
los segundos separadores (5b) en el sentido vertical con respecto a
las dos placas y su desviación típica triple.
\newpage
12. La celda de LCD de acuerdo con la
reivindicación (1), caracterizada porque la suma de los
valores medios de la dimensión de los primeros separadores (5a) en
el sentido vertical con respecto a las dos placas y su desviación
típica es menor que la diferencia del valor medio de la dimensión de
los segundos separadores (5b) en el sentido vertical con respecto a
las dos placas y su desviación típica.
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