DE2901580A1

DE2901580A1 - Elektrooptische anzeige mit reflektor

Info

Publication number: DE2901580A1
Application number: DE19792901580
Authority: DE
Inventors: Ernst Gloor; Meinolph Kaufmann; Allan R Dr Kmetz
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1980-07-10
Also published as: CH633381A5; FR2444957A1; GB2040061B; US4298249A; FR2444957B1; GB2040061A

Description

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Elektrooptische Anzeige mit Reflektor

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Anzeige nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche elektrooptische Anzeige ist bekannt aus der DE-OS 26 55 166.

Die üblichen reflektiven Anzeigen, wie etwa Flüssigkristallanzeige^ büssen häufig in unannehmbarer Weise ihre Ablesbarkeit ein, sobald sie senkrecht montiert und in dieser Stellung von einem Betrachter, dessen Augen sich üblicherweise in etwa auf der Höhe der Anzeige befinden, abgelesen werden. Der Grund für diesen abrupten Helligkeitsverlust der üblichen reflektiven Anzeigen liegt darin, dass diese im allgemeinen nur über einen flachen, spiegelnden oder leicht diffusen Reflektor ohne besondere Struktur verfugen, welche Art Reflektor das im allgemeinen von oben einfallende Licht auf den Boden anstatt gegen den Betrachter zurückwirft.

Vorschläge, wie bei ganz bestimmten Typen von Anzeigen von oben einfallendes Licht in das Auge des Betrachters umgelenkt werden könnte, sind aus den"Schriften DE-OS 25 12 548, US-PS 3,768,887 und US-PS 3,838,909 bekannt. Jedoch beruhen alle diese Lösungen auf Anzeigentypen, welche oben ein zusätzliches horizontal liegendes Fenster für den Lichteintritt aufweisen müssen. Ein solches Fenster verhindert aber, zusammen mit dem oft umständlichen Strahlenverlauf und den zum Teil platzraubenden Reflektoren und Umlenkplatten, einen flachen Anzeigenbau. Deshalb kommen diese Lösungen für eine moderne Anzeige, wo stets flache, platzsparende Anzeigen ge-

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fordert werden, nicht in Betracht.

Aus der DE-OS 26 55 166 ist eine Lösung bekannt, mit Hilfe derer elektrooptische Anzeigen ohne zusätzliches horizontal liegendes Fenster für das eintretende Licht gebaut werden könnten. Jedooh ist bex~dieser Lösung infolge der auf der Vorderseite der Anzeige notwendigen Prismenumlenkplatte nachteilig, dass dadurch auf der Vorderseite wiederum mehr Raum beansprucht wird. Ausserdem ist bei dieser Lösung zu erwähnen, dass eine derartige mit Prismen versehene vordere Platte unweigerlich einer raschen Verschmutzung unterworfen ist, leicht anhaften und abgerieben werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorzugsweise senkrecht zu montierende elektrooptische Anzeige der im Oberbegriff genannten Art anzugeben, welche ohne zusätzliche Lichteintrittsfenster das von oben einfallende Licht in das sich annähernd auf gleicher Höhe wie die Anzeige befindliche Auge des Betrachters umlenkt, verzerrungsfreie Bilder ohne Gefahr einer Blendung des Betrachters anzeigt sowie eine flache Bauweise ermöglicht, wobei die erfindungsgemässe Anzeige keine erhöhte Verschmutzungs- oder Beschädigungsgefahr in sich birgt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit zu den Vorteilen der vorliegenden Erfindung gehört, dass die erfindungsgemässe elektrooptische Anzeige auch preisgünstig herzustellen ist und sich durch einen recht grossen Betrachtungswinkel auszeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 9 ausführlich beschrieben. Dabei zeigen

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- die Figuren 1, 2, 3 und 4 Beispiele von erfindungsgemässen Anzeigen in Schnittdarstellung,

- die Figur 6 eine Draufsicht des in Figur 5 dargestellten Reflektors,

- die Figur 5 ein Beispiel eines erfindungsgemässen Reflektors in perspektivischer Ansicht

- die Figuren 7 und 8 weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemässen Reflektors in Schnittdarstellung, und

- die Figur 9 eine Skizze zur Berechnung der die Form des Reflektors mitbestimmenden Winkels

In Fig. 1 und 2 sind typische BeleuchtungsVerhältnisse mit einer das Maximum der Leuchtdichte des im allgemeinen von oben einfallenden Lichtes darstellenden Lichtquelle 9 gezeigt. Die erfindungsgemässe elektrooptische Anzeige 1 ist in der für die vorliegende Erfindung besonders wichtigen vertikalen Stellung gezeichnet. Sie besteht aus zwei zueinander parallel angeordneten, durchsichtigen Batten, einer vorderen Platte 2, welche dem Betrachter 8 zugewandt ist, und einer hinteren Platte 3> welche vom Betrachter 8 abgewandt ist. Diese Platten 2, 3 können aus Glas oder sonst einem geeigneten, durchsichtigen Material gefertigt sein. In dem schmalen Zwischenraum zwischen diesen beiden Platten 2, 3 befindet sich ein optisch veränderbares Medium, das Anzeigemedium 7. Im Falle einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird als Anzeigemedium eine flüssigkristalline Substanz verwendet, welche von den Platten 2, 3 und einem hier nicht dargestellten randseitigen Verbindungssteg luftdicht eingeschlossen wird. Für manche Typen von Flüssigkristallanzeigen, wie z.B. nematische Drehzellen, ist es notwendig, auf den Platten 2, 3 Polarisatoren 20, 21 anzubringen.

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Um nun zu verhindern, dass das von oben oder seitlich einfallende Licht, hier in Fig. 1 und 2 durch das einfallende Lichtbündel 22 angedeutet, nach unten gegen den Boden zurückgeworfen wird, ist gemäss dem grundlegenden Gedanken der vorliegenden Erfindung auf der dem Betrachter 8 abgewandten Seite des Anzeigemediums 7, hier also hinter der hinteren Platte 3, der ebene, gegenüber der Anzeigeebene um einen Winkel oC geneigte, reflektierende Plachenstrexfen 1OA bis 1OK aufweisende Reflektor 6 vorgesehen. Die diirch diese Flächenstreifen 1OA bis 1OK gebildete Struktur 10 ist, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, der hinteren Platte 3 zugewandt und bewirkt eine Umlenkung des von der Lichtquelle 9 herkommenden Lichtes in das Auge des Betrachters 8. Bei einem Reflektor mit einer der hinteren Platte 3 zugewandten gleichmassig ebenen reflektierenden Fläche würde praktisch kein Licht von der Lichtquelle 9 in das Auge des Betrachters 8 gelangen können. Mit einem wie in Fig. 1 schematisch dargestellten Reflektor 6 kann jedoch die angezeigte Information infolge der erfindungsgemässen Struktur 10 bestens sichtbar gemacht werden, da diese Struktur 10 die von der Lichtquelle 9 einfallenden Lichtbündel 22 als reflektierte Lichtbündel 23 zurückwirft.

In den folgenden Figuren 2 bis 9 sind der Fig. 1 entsprechende und bereits besprochene Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden, sofern ihre Funktion sich aus dem jeweiligen Zusammenhang ergibt, nicht wieder gesondert beschrieben.

In der Fig. 2 ist der Reflektor 6 mit leicht diffus reflektierenden Flächenstreifen 1ÖA bis 1OK versehen. Die diffus reflektierende Ausbildung der Struktur 10, in Fig. 2 durch"die diffus reflektierende Oberfläche 26 angedeutet, hat verschiedene Gründe. Zunächst soll einmal sicher vermieden werden,

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dass der Betrachter 8 das Spiegelbild der Lichtquelle 9 sehen könnte. Zum anderen kann durch die diffus reflektierende Ausbildung der Struktur 10 der Betrachtungswinkel erheblich vergrössert werden. Dies ist notwendig, da die Erfindung auch für die Fälle vorgesehen ist, in der der Standort des Betrachters 8 bzw. des einfallenden Lichtes variieren. Wie durch den in Pig. 2 angedeuteten Strahlenkegel 25 angedeutet, wird die Sichtbarkeit der Anzeige durch eine Variation der Höhe des Betrachters für relativ grosse Betrachtungswinkel kaum beeinträchtigt.

Die Fig. 2 zeigt auch die sehr wichtige Variante,dass die Flächenstreifen halbtransparent ausgeführt sind. Dann kann die erfindungsgemässe Anzeige auch in Transmission betrieben werden, wie durch die Beleuchtung 15 angedeutet ist.

In i?jLg. 3 ist ein oben abgebrochen dargestelltes weiteres Beispiel einer erfindungsgemäseeh Anzeige 1 vergrößert dar*- gestellt. In dieser Figur ist die Ausbildung des erfindung·- gem&sseh Reflektors 6 besonders deutlich eu erkennen» Öesseti Struktur 10 auf der der hinteren Platte 5 eugewandten Seite

20- weist eineeine Flächenstreifen 1OA bis 100 auf. Im dargestellten Beispiel de? figur 3 weisen die Kanten loa bis 1Od der Flächenstreifen 1OA bis IOD jeweils denselben Abstand eur hinteren Platte 3 auf. In der Fig. 3 weisen ferner die Flächen- streifen lOA bis IOD glatte Oberflächen auf« welche den Lieht eugewandt und reflektierend ausgebildet sind. Zwischen dem Reflektor 6 und der hinteren Platte 3 1st eine weitere Platte β aus transparentem Material und mit einer diffus streuenden Oberfläche 19 vorgesehen. Damit kann der Reflektor 6 besonders einfach und billig hergestellt werden. Dennoch werden aber ein sichtbares Spiegelbild« eine Blendung und ein su enger Betrachtungswinkel vermieden. Das Beispiel der Pig^ I stellt

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eine besonders einfach herzustellende Variante dar, weil auch die Herstellung der Platte l8 sehr billig ist. Ferner weist sie den Vorteil auf, dass Polarisatoren 20, 21 auf den Platten 2, 3 ohne weiteres vorgesehen werden können. Das ist bekanntlich bei den meisten Arten von Flüssigkristallanzeigen notwendig. Ferner sind in den.Fig. 3 und 4 die auf den Innenflächen der Platten 2, 3 aufgebrachten Elektroden 4, 5 dargestellt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann gezielt an einzelnen Bereichen des Anzeigemediums 7 ein elektrisches Felei erzeugt werden, wodurch dessen optische Eigenschaften der anzuzeigenden Information entsprechend verändert werden können.

In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Ausbildung einer erfindungsgemässen Anzeige I dargestellt, bei welcher auf die in der Fig. 3 zusätzlich verwendete Platte 18 verzichtet wird, obwohl der Reflektor 6 wie in Fig. 3 ausgebildet ist, d.h. ohne diffus streuende Flächen. Um dennoch den Effekt eines diffusen Reflektors zu erzeugen, ist hier in Fig. 4 die dem Reflektor 6 zugewandte Seite der hinteren Platte 3 mit einer diffus streuenden Oberfläche 19 ausgebildet. Mit dieser Variante kanu, neben einer billigen Herstellung vor allem eine sehr flache Bauweise erzielt werden. Falls für das Anzeigemedium 7 ein Flüssigkristall verwendet wird, müssten aller-' dings Betriebsformen verwendet werden, die zumindest ohne rückseitigen Polarisator 21 auskommen, z.B. der Gast-Wirt-Effekt. In der Fig. 6 ist die Draufsicht des in Fig. 5 dargestellten Beispiels eines Reflektors 6 gezeichnet. Jedoch sind in der Fig. 5 die Flächenstreifen 1OA bis 1OK nicht ineinander, wie in Fig. 6, sondern der Übersichtlichkeit halber nach den baden Richtungen 11 und 12 getrennt gezeichnet. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, weisen in diesem Beispiel eines erfin&ungsgemässen Reflektors 6 die Flächenstreifen 1OA bis 101 bzw. die Kanten 10a bis 10k nicht alle dieselbe Richtung

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auf. Vielmehr weisen von diesen die Flächena/treifen IQA₁ IOC, IOD und 1OE bzw. die Kanten 10a bis 1Oe in dieselbe Richtung 11, welche Richtung mit der horizontalen Richtung den Winkel Ψ bildet. Die Flächenstreifen IQF, 100, 1OH und 1OK bzw. die Kanten 1Of, 10g, 10h, 10k hingegen weisen in die Richtung 12, welohe Richtung aioh von der Richtung 11 um 4en Winkelß unterscheidet, für welchen O^ β _£- l80° gilt, Entsprechend gilt dann für den Winkel f) 0^Q4- O* A₃ 90°, Mit einer solchen"Kreuzstruktur" der Fläohenatreifen wird eine weitere vorteilhafte Anpaaaung der erfindungagemässen Anzeige einerseits an die jeweiligen örtlichen Liehtverhältnisse und andererseits an den Standort des Betrachters erreicht.

In der Fig. 7 ist das bereits in Fig. 2 zur Darstellung gelangte Beispiel eines erfindungsgemässen Reflektors 6 nochmals vergrössert dargestellt und in allen Einzelheiten gezeigt. Die Flächenstreifen 1OA bis IOC, welche eine diffus reflektierende Oberfläche 26 aufweisen, bilden mit der in der Anzeigeebene liegenden Rückseite des Reflektors 6 den Neigungswinkel ^C . Die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann weiter optimiert werden, wenn diese Winkel <aC auf die für den jeweiligen Verwendungsfall der Anzeigevorrichtung typischen Verhältnisse hin eingestellt werden. Erfindungsgemäss ist dabei die zu erwartende Höhe des Auges des Betrachters 8 gegenüber der Anzeigevorrichtung einerseits und der Standort der Lichtquelle andererseits zu berücksichtigen. Wie die WinkelCK. für den jeweiligen konkreten Anwendungsfall zu bestimmen sind, wird weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 9 erläutert.

In gewissen Fällen ist auch eine Variation der Neigungswinkel o(. ausgehend von einem Anfangswert cC_o beim äussersten Flächenstreifen 1OA bis zu einem Endwert Ot beim letzten Flächenstreifen IOC vorteilhaft. Vorzugsweise nimmt der NeigungswinkelOC von

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seinem AnfangswertOi bis zu seinem Endwert OC monoton ab, so dass die Flächenstreifen im Ergebnis eine konvexe Oberfläche bilden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise insbesondere der Betrachtungswinkel weiter vergrössert. Die einzelnen Abweichungen des Neigungswinkels Ot sind im allgemeinen gering und betragen höchstens _+ 20 % des Anfangswinkels CK₀.

In Fig. 8 ist ein weiteres Beispiel eines erfindtmgsgemässen

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Reflektors 6 dargestellt, welcher aber die erfindungsgemässe Struktur 10 auf der der hinteren Platte 3 abgewandten Seite aufweist, was durch das von oben auf der Vorderseite einfallende Lichtbündel 22 angedeutet ist. Dieser Reflektor 6 ist auf der der hinteren Platte 3 zugewandten Seite transparent und weist auf dieser Seite ausserdem eine diffus streuende Oberfläche 19 auf, was dadurch angedeutet ist, dass das einfallende Lichtbündel 22 beim Auftreffen auf den Reflektor 6 eine Aufspaltung erfährt. Die aufgespaltenen Bündel werden danach auf der Rückseite des Reflektors 6 reflektiert, weshalb hier zumindest die Flächenstreifen 1OA bis IOC reflektierend ausgebildet sein müssen. Nach ihrer Reflexion an den Flächenstreifen 1OA bis IOC erfahren die reflektierten Bündel beim Austritt aus dem Reflektor 6 eine nochmalige Streuung, was durch den Strahlenkegel 25 angedeutet ist. Mit der hier gezeigten Ausbildung der Erfindung können besonders gleichmässig ausgeleuchtete Anzeigen 1 erzielt werden.

In der Fig. 9 ist eine Skizze zur Bestimmung der Neigungswinkel OC dargestellt. Der Einfachheit halber ist in dieser Figur nur ein Flächenstreifen 1OA der erfindungsgemässen Struktur 10 dargestellt. Die Anzeige 1 werde beispielsweise in einer Schaltwarte benutzt und befinde sich, wie auch in der Fig. 1 dargestellt, senkrecht in einem Anzeigegerät montiert und horizontal gegenüber dem Auge des Betrachters Der Winkel zwischen der Richtung des von der Lichtquelle auf die Anzeige 1 auftreffenden Lichtbündels 22 und der vertikalen Anzeigeebene sei mit £3-bezeichnet. Dann gilt:OC= (90° -O)/2, wenn die Hauptmenge des reflektierten Lichtes in der Form der reflektierten Lichthündel 23 direkt in das Auge des Betrachters 8 gelangen soll. Beispielsweise betragen oCund (f jeweils 30°. Für eine konkrete Anzeige können die Winkelc£ je nach Anwendungsfall davon abweichende Werte auf-

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weisen, jedoch sind Abweichungen von mehr als +_ 10° unzweckmässig. Die beschriebene Methode lässt sich sinngemäss auch für Beleuchtung mit Tageslicht anwenden. In Fig. 9 bezeichnet 24 das auf den Flächenstreifen gefällte Einfallslot.

Die Erfindung ist nicht nur auf stationäre Anwendungen in senkrechter Position beschränkt _s sondern mit Vorteil auch in stationären Geräten verwendbar _s wo die Lage der Anzeige zum Licht und zum Betrachter weitgehend festliegt. Durch die erfindungsgemäss vorgesehenen streuenden Oberflächen 19₃ 26 wird die Anzeige 1 nämlich weitgehend unabhängig vom jeweiligen Einfallswinkel des Lichtes bzw. des Betrachtungswinkels des Betrachters 8_S zumindest was dessen Höhe in Bezug auf die Anzeige betrifft.

Die Herstellung des erfindungsgemässen Reflektors 6 erfolgt mit Vorteil durch Einfräsen oder Einprägen der Struktur 10 in eine Platte aus thermoplastischem Kunststoff. Der Reflektor 6 kann auch durch Spritzen von durch Erhitzen fliessfähig gemachtem thermoplastischen Material in eine die Struktur 10 aufxireisende Form hergestellt werden. Die Flächenstreifen 1OA bis 1OK werden vorzugsweise durch stufenweises Aufdampfen von Metallen wie etwa Aluminium halbtransparent oder ganz reflektierend gemacht.

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BBC Baden

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Bezeichnungsliste

1 Elektrooptisch^ Anzeige

2 vordere Platte (transparent)

3 hintere Platte

4,5 Elektrodenschxchten

6 Reflektor

7 Anzeigemedium

8 Betrachter

9 Lichtquelle
1D>" Struktur

1OA ... 1OK Flächenstreifen 10a ... 10k Plächenstreifenkanten

11,12 zur Horizontalen geneigte Richtungen der Flächenstreifen 1OA ... 10E, 1OF ... 1OK

13 horizontale Richtung der Flachenstreifen 1OA ... 1OK oC Neigungswinkel 15 Beleuchtung

/3 Winkel zwischen den Richtungen 11, P^ Winkel zwischen der Horizontalen und den Richtungen 11, 12

18 Platte

19 diffus streuende Fläche 20,21 Polarisatoren

22 einfallendes Lichtbündel

23 reflektiertes Lichtbündel

24 Einfallslot

25 Strahlenkegel

26 diffus reflektierende Oberfläche

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Leerseite

Claims

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BBC Aktiengesellschaft 14.12.1978

Brownj Boveri & Cie. Cb/Ps

Baden/Schweiz

Patentansprüche

/ 1. JElektrooptische Anzeige, mit zwei planparallelen, rait Elek-V^_^trodenschichten versehenen Platten, zwischen denen das Anzeigemedium vorgesehen ist_s wobei mindestens die vordere Platte transparent ist_s und mit einem an der hinteren Platte angeordneten Reflektor, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und auf einer vom zu reflektierenden Licht (22) beaufschlagbaren Oberfläche eine Struktur(10) aufweist, bei X'ielcher sich ebene, gegenüber der Anzeigeebene um einen VJinkel O( geneigte., reflektierende Plächenstreif en (1OA...10K) geradlinig in höchstens zwei verschiedenen Richtungen (11, 12) über die Oberfläche des Reflektors (6) erstrecken, und der Neigungswinkel<χ entweder für alle Fläehenstreifen (1OA ... 10K) gleich ist und einen Wert zwischen 20 und 40° aufweist, oder von einem äussersten Plächenstreifen (10A, 10P) fortschreitend zu den folgenden Plächenstreifen(lOB ... IOD, 1OG ... 10K) von einem Anfangswert c?(. 'bis zu einem Endwert OC _E abnimmt, wobei stets {κ* - sff.) Z. cc ^(ß(_o ~t- ^r-) gilt.
2. Anzeige nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei verschiedenen Richtungen (11, 12) der Plächenstreifen "(10A ... 10E, 1OP ... 10K) diese miteinander einen Winkel ( /3 ) kleiner als l80° bilden.
3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2₃ dadurch gekennzeichnet,-dass die reflektierenden Plächenstreifen (1OA ... 1ÖE , 1OP ... 10K) halbtransparent sind.

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4. Anzeige nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Plächenstreifen (1OA ... 1OE , 1OP ... 10K) diffus reflektieren.
5· Anzeige nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Reflektor (6) eine diffus streuende Fläche (19) vorgesehen ist.
6. Anzeige nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , dass der Reflektor (6) mindestens teilweise transparent ist und die reflektierenden Flächenstreifen (1OA ...10C) sich auf der Rückseite des Reflektors (6) befinden.
7. Verwendung der Anzeige nach Anspruch 1 mit vertikaler Anzeigeebene, wobei, wenn die Flächenstreifen (1OA ... 10K) sich in nur einer Richtung (13) erstrecken, diese horizontal ist, und wenn die Flächenstreifen (1OA ... 1OE, 1OF ... 10K) sich in zwei verschiedene Richtungen (11, 12) erstrecken, diese unter jeweils dem gleichen Winkel. (/") zur Horizontalen geneigt sind.
Si Verfahren zur Herstellung einer Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Reflektors (6) die Struktur (10) in eine Platte aus thermoplastischem Kunststoff eingefräst oder eingeprägt" wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor durch Spritzen von durch Erhitzen fliessfähig gemachtem thermoplastischen Material in eine die Struktur (10) aufweisende Form hergestellt wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Plächenstreifen (1OA ... lOK) Metalle, vorzugsweise Aluminium, aufgedampft werden.

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