DE10016817A1 - Farb-Head-up Display, insbesondere für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Bei einem Farb-Head-up Display, insbesondere für Fahrzeuge, bei dem das Licht einer Lichtquelle (2) durch eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Anzeige (3) gesendet wird und auf eine Scheibe projizierbar ist, ist vorgesehen, daß eine Vielzahl von roten, blauen und grünen Leuchtdioden ohne Verpackung auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, daß eine Wärmeabfuhrvorrichtung zum Kühlen der Leuchtdioden vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Farb-Head-up Display, insbesondere für ein Fahrzeug.

Aus dem Stand der Technik sind Farb-Head-up Displays mit den ver­ schiedenartigsten Lichtquellen bekannt, wie beispielsweise Leucht­ stofflampen oder Halogenlampen bekannt, bei denen das Licht der Licht­ quelle durch eine zumindest teilweise Licht durchlässige Anzeige gesen­ det wird und auf eine Scheibe projezierbar ist. Halogenlampen haben den Nachteil der relativ kurzen Haltbarkeit (ca. 500-1000 Betriebsstunden). Durch die Einbaulage bei Head-up Displays in Kraftfahrzeugen ist ein Wechsel der Lampen nur durch geschultes Fachpersonal möglich. Bei Leuchtstofflampen kann nur ein geringer Teil der Lichtenergie für die Be­ leuchtung wegen der geometrischen Abmessungen der Leuchtstofflampe und dem kleinen nutzbaren Bereich für eine Head-up Display Optik ver­ wendet werden.

Weiterhin ist bei Kraftfahrzeug Head-up Displays ein großer Dimmbereich der Lichtquelle erforderlich, da die Umgebungshelligkeit um das Kraftfahr­ zeug je nach Tageszeit und Umgebung sich stark verändert. Da sich bei Dimmung von Halogen- und Leuchtstofflampen deren spektrale Eigenschaften verändern, ist eine farbneutrale Dimmung höchstens unter ho­ hem baulichen Aufwand mit entsprechendem Platzbedarf möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Farb-Head-up Display anzugeben, das kompakt aufgebaut ist und das in einem weiten Bereich dimmbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von roten, grünen und blauen Leuchtdioden ohne Verpackung auf einem gemeinsamen Trä­ ger angeordnet sind und das eine Wärmeabfuhrvorrichtung zum Kühlen der Leuchtdioden vorhanden ist. Durch den Verzicht auf die sonst übliche Verpackung (Gehäuse der Leuchtdioden) können die einzelnen Leucht­ dioden sehr dicht nebeneinander angeordnet werden. Dadurch wird eine hohe Leuchtdichte erreicht, die zum Durchleuchten der Anzeige benötigt wird, um auch bei hellen Tageslichtverhältnissen eine optimale optische Darstellung zu erzielen. Die Kühleinrichtung schützt dann die sehr dicht nebeneinanderliegend angeordneten Leuchtdioden vor einer thermischen Überlastung.

Die Vielzahl der Leuchtdioden kann in Form eines kompakten Feldes an­ geordnet sein. Das kompakte Feld kann beispielsweise als Matrix ausge­ staltet sein. Hierdurch kann das Bonden der einzelnen Dioden einfach durchgeführt werden. Es ist beispielsweise auch möglich, die Anordnung der Dioden spiralförmig oder in Form ineinanderliegender konzentrischer Kreise auszugestalten.

Dadurch, daß die Anzahl der Leuchtdioden einer Farbe an die spektrale Empfindlichkeit des Auges und den spektralen Wirkungsgrad der Dioden angepaßt sind, können die einzelnen Leuchtdioden bei voller gewünschter Leuchtstärke in einem bestimmten Farbton, insbesondere bei weissem Licht voll ausgenutzt werden, da die verschiedenen Farben dann bei einem Betrachter in etwa das gleiche Helligkeitsempfinden hervorrufen und eine Dimmung einer oder mehrerer Farbgruppen nicht oder nur kaum er­ forderlich ist, um den gewünschten Farbton (insbesondere bei ge­ wünschtem weissen Licht) zu erhalten.

Dadurch, daß das kompakte Feld weitgehend eine runde Form aufweist, kann die Lichtstärke der vorhandenen Leuchtdioden voll ausgenutzt wer­ den, wenn das Licht durch eine Linsenoptik gesendet wird. So wird Mate­ rial und insbesondere Energie eingespart und damit auch die Wärmeent­ wicklung durch die Leuchtdioden auf das notwendige Maß reduziert.

Besonders einfach ist die Ausgestaltung des kompakten Feldes, wenn die Leuchtdioden als Chippads ausgestaltet sind, die jeweils auf einem metal­ lischen Trägermaterialfeld aufgebracht sind und ein Anschluß der Leucht­ diode mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Die Leuchtdiode läßt sich im vorbeschriebenen Fall besonders einfach mit elektrischer Energie versorgen, wenn jeweils ein Bond-Draht mit der Leuchtdiode und ein wei­ terer mit dem metallischen Trägermaterialfeld verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung ist eine einfache Reihenschaltung mehrerer Leuchtdioden realisierbar, wenn die gleichzeitig die Trägermaterialfelder benachbarter Dioden gegeneinander elektrisch isoliert sind.

Dadurch, daß mehrere Leuchtdioden in Reihe geschaltet sind, benötigt der integrierte Schaltkreis weniger externe Anschlüsse. Außerdem wird die Gefahr von Hitze-Spots einzelner Leuchtdioden stark reduziert.

Dadurch, daß mehrere Leuchtdioden einer Farbe in Reihe geschaltet sind, sind die verschiedenen Farben unterschiedlich dimmbar und so unter­ schiedliche Farben darstellbar bei gleichzeitig wenig benötigten externen Anschlüssen.

Durch Verwendung eines Farb-Flüssigkristalldisplays als lichtdurchlässige Anzeige in den vorgenannten Head-up Displays ist eine einfache Farbdarstellung möglich, insbesondere dann, wenn bei der Lichtquelle die verschiedenfarbigen Leuchtdioden so angesteuert werden, daß die Licht­ quelle weisses Licht aussendet.

Die Verwendung eines monochromen Flüssigkristalldisplays als licht­ durchlässige Anzeige in einem Head-up Display mit der vorbeschriebenen Lichtquelle erfordert nur ein einfaches Flüssigkristalldisplay und erlaubt dennoch eine Farbdarstellung, wenn die einzelnen Farben der Leucht­ dioden in schneller Folge nacheinander ein- und ausschaltbar sind und der Betrachter infolge der Trägheit seiner Augen ein zusammengesetztes Bild wahrnimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Head-up Displays in einem Kraftfahrzeug

Fig. 2: die Aufsicht auf ein besonders bevorzugtes Beispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquelle

Fig. 3: einen Teilschnitt eines besonders bevorzugten Beispiels ei­ ner erfindungsgemäßen Lichtquelle

Fig. 4: die Darstellung eines Head-up Displays mit einer geteilten Lichtquelle

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer teilweise geschnittenen Seiten­ ansicht eines in ein Kraftfahrzeug 1 eingesetzten Head-up Displays. Die­ ses Head-up Display besteht aus einer Lichtquelle 2, einer Kondensorlin­ se 7, einem Flüssigkristalldisplay 3, einer Linsenoptik 4 und einem Projek­ tionsbereich 5 auf einer Frontscheibe 6 des Kraftfahrzeugs 1. Die Kon­ densorlinse 7 bewirkt, daß möglichst viel Licht der Lichtquelle 2 zum Flüs­ sigkristalldisplay 3 gelangt. Einen guten Lichtausnutzungsgrad kann man z. B. auch dadurch erreichen, daß die Lichtquelle 2 so in einem Hohlspie­ gel angeordnet wird, daß nahezu alle von der Lichtquelle 2 ausgesandten Lichtstrahlen direkt oder durch Reflexion in Richtung des Flüssigkristall­ displays 3 gelangen. Das Flüssigkristalldisplay 3 ist beispielsweise als Punkt-Matrix ausgestaltet, auf dem im Beispiel ein Pfeil dargestellt ist. Das Licht der Lichtquelle 2 wird von der Kondensorlinse 7 gebündelt, durch­ dringt das Flüssigkristalldisplay 3 und wird durch die Linsenoptik 4 auf den Projektionsbereich 5 der Frontscheibe 6 projiziert. Ein Fahrer F des Kraft­ fahrzeugs 1 kann so einen Pfeil 8 mit der übrigen (nicht dargestellten) Umwelt vor dem Fahrzeug wahrnehmen. Je nach Anordnung der Licht­ quelle 2, der Anzeige 3, des Projektionsbereichs 5 und eventuell der Kon­ densorlinse 7 oder des nicht dargestellten Hohlspiegels kann auch auf die Linsenoptik 4 verzichtet werden.

Die Aufsicht auf ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer besonders bevorzugten Lichtquelle 2 in Fig. 2 zeigt Trägermaterialfelder 9, auf denen Leuchtdioden 10, 11, 12 in Form von Chippads angeordnet und mit den Trägermaterialfeldern 9 elektrisch leitend verbunden sind. Die Trägermaterialfelder 9 sind gleichstrommäßig von den ihnen benachbar­ ten Trägermaterialfedern 9 durch Gräben 13 getrennt und matrixförmig angeordnet. Die Leuchtdioden mit den Bezugszeichen 10 sind rot, mit den Bezugszeichen 11 sind blau und mit den Bezugszeichen 12 sind grün. Jeweils mehrere Leuchtdioden 10, 11, 12 jeweils einer Farbe sind derart in Reihe geschaltet, daß ein Bond-Draht 15 entweder mit dem LED Chippad 10, 11, 12 oder mit dem Trägerfeld 9 verbunden ist. Hierbei sind im­ mer mehrere Leuchtdioden einer Farbe in Reihe geschaltet. Das jeweilige Reihenende ist an Außenanschlüsse R, G, B geführt, wobei der Außen­ anschluß R mit roten Leuchtdioden, der Außenanschluß G mit grünen Leuchtdioden und der Außenanschluß B mit blauen Leuchtdioden ver­ bunden ist. Man kann durch ein Nachfahren der Bond-Drähte beginnend an den Außenanschlüssen R, G, B erkennen, daß sich unter den darge­ stellten 69 Leuchtdioden 10, 11, 12, 19 rote Leuchtdioden 10, 16 blaue Leuchtdioden 11 und 34 grüne Leuchtdioden 12 befinden. Die verhältnis­ mäßig hohe Anzahl von grünen Leuchtdioden 12 gegenüber den roten und blauen Leuchtdioden 10, 11 liegt daran, daß das menschliche Auge gemischtes Licht dann als weiss empfindet, wenn das Licht einen beson­ ders hohen Anteil von grünem Licht gegenüber niedrigen Anteilen von rotem und blauem Licht aufweist.

Man erkennt weiterhin, daß die Anordnung der Leuchtdioden 10, 11, 12 nahezu eine Kreisfläche bildet. Leuchtdioden außerhalb dieser Kreisfläche würden nur den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung vergrößern, ohne wesentlich die Lichtausbeute zu verbessern, wenn das Licht durch die in Fig. 1 dargestellte Kondensorlinse 7 gesendet wird. Ein Kreis, der die Kreisläche vollständig umschliessen kann, kann beispielsweise einen Durchmesser von sechs Millimetern aufweisen. Bei dem dargestellten Beispiel betragen die Kantenlängen der Trägerfelder 9 ca. 600 µm, der roten Leuchtdiodenchippads 10 ca. 250 µm und der blauen und grünen Leuchtdiodenchippads 11, 12 jeweils ca. 310 µm. Es sind jedoch auch an­ dere Abmessungen vorstellbar. Durch den geringen Durchmesser der Kreisfläche und die hohe Anzahl von Leuchtdioden (im vorstehenden Bei­ spiel 69 Stück) erzielt die Lichtquelle 2 die erforderliche Leuchtdichte. Die Ausgestaltung der Kreisfläche könnte man auch beispielsweise dadurch realisieren, daß man die nebeneinanderliegenden Dioden in Form inein­ anderliegender konzentrischer Kreise oder einer Spirale anordnet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Teilschnitt durch eine Lichtquelle 2 er­ kennt man die Leuchtdioden 10, 11, 12 in Form von Chippads, die elek­ trisch leitend mit metallischen Trägermaterialfeldern 9 verbunden und auf diesen angeordnet sind. Die Trägermaterialfelder 9 sind auf einer wärme­ leitenden elektrischen Isolationsschicht 16 angeordnet. Unter der Isolati­ onsschicht 16 befindet sich noch eine weitere wärmeleitende elektrische Isolationsschicht 17, beispielsweise aus Silicium oder Keramik, die wär­ meleitend mit einem Kupferträger 19 verbunden ist, beispielsweise mit einem Leitkleber oder einer Lötschicht 18. Der Kupferträger 19 dient gleichzeitig der gleichmäßigen Wärmeverteilung in der Lichtquelle 2 und damit auch der Kühlung. Der Träger 19 kann auch aus einem anderen gut wärmeleitenden Material hergestellt und/oder mit einem Kühlkörper ver­ bunden sein.

Eine Kühlung der Lichtquelle 2 kann beispielsweise auch durch ein Ge­ bläse oder durch ein Peltier-Element realisiert sein.

In Fig. 4 sind zwei Lichtquellen 2 vorhanden, die jeweils über eine Kon­ densorlinse 7 jeweils eine Anzeige 3 durchstrahlen. Diese Anordnung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Höhe und die Breite des jeweils gewünschten Anzeigefeldes 5 stark voneinander abweichen. So wird das Licht der vorhandenen Leuchtdioden besser ausgenutzt. Weiterhin treten weniger Probleme infolge von Verzerrungen auf bzw. eine Unterdrückung von Verzerrungen ist leichter realisierbar. Auch ist es möglich, mit mehre­ ren Lichtquellen 2 eine einzige Anzeige 3 zu durchstrahlen.

Claims (15)

1. Farb-Head-up Display, insbesondere für Fahrzeuge, bei dem das Licht einer Lichtquelle (2) durch eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Anzeige (3) gesendet wird und auf eine Scheibe projizierbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von roten, blauen und grü­ nen Leuchtdioden (10-12) ohne Verpackung auf einem gemeinsamen Träger (16, 17, 19) angeordnet sind, daß eine Wärmeabfuhrvorrich­ tung (19) zum Kühlen der Leuchtdioden vorhanden ist.

2. Farb-Head-up Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Vielzahl von Leuchtdioden (10, 11, 12) in Form eines kompakten Feldes angeordnet ist.

3. Farb-Head-up Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kompakte Feld matrixförmig ausgestaltet ist.

4. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Leuchtdioden einer Farbe an die spektrale Empfindlichkeit des Auges und den spektralen Wir­ kungsgrad der Dioden angepaßt ist.

5. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das kompakte Feld eine weitgehend run­ de Form aufweist.

6. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leuchtdioden (10, 11, 12) als Chippads ausgestaltet sind, die auf einem metallischen Trägerma­ terialfeld (9) angebracht sind.

7. Farb-Head-up Display nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens ein Bonddraht (15) mit dem Chippad (10, 11, 12) und dem Trägermaterialfeld (9) verbunden ist.

8. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Leuchtdioden (10, 11, 12) in Reihe geschaltet sind.

9. Farb-Head-up Display nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leuchtdioden (10, 11, 12) einer Farbe in Reihe geschal­ tet sind.

10. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die zumindest teilweise lichtdurchlässige Anzeige (3) als Flüssigkristalldisplay ausgeschaltet ist.

11. Farb-Head-up Display nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (3) ein Farbflüssigkristalldisplay ist und daß die Licht­ quelle (2) gleichzeitig rotes, grünes und blaues Licht aussendet.

12. Farb-Head-up Display nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristalldisplay (3) ein Monochrom-Flüssigkristalldisplay ist und daß die einzelnen Farben der Leuchtdioden nacheinander in schneller Folge ein- und ausschaltbar sind.

13. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (2) und der An­ zeige (3) eine Kondensorlinse (7) angeordnet ist.

14. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Licht der Leuchtdioden (10-12) mittels ei­ nes oder mehrerer Spiegel reflektiert und durch die Anzeige (3) ge­ sendet wird.

15. Farb-Head-up Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es eine oder mehrere Anzeigen (3) und mehrere Lichtquellen (2) aufweist.