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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anzeigeanordnung umfassend ein Flüssigkristallelement sowie eine Hinterleuchtung und mindestens eine elektronische Komponente zum Ausführen einer bestimmungsgemäßen Funktion, wobei die Anzeigeanordnung zum Vermitteln von wahrnehmbaren Inhalten ausgebildet ist und wobei die bestimmungsgemäße Funktion der elektronischen Komponente die wahrnehmbaren Inhalte direkt oder indirekt beeinflusst, sowie eine entsprechende Anzeigeanordnung.
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Aus dem Stand der Technik sind gattungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Anzeigeanordnungen bekannt. Die in derartigen Verfahren verwendeten Flüssigkristalldisplays (LCD) besitzen aufgrund der intrinsischen Viskosität der verwendeten Materialien bei tiefen Temperaturen generell erhöhte Schaltzeiten. Dies führt in der Regel bei bewegten Inhalten zu Kontrasteinbußen oder einer verwischten oder verzerrten Darstellung der Bildinhalte. Diese Problematik existiert insbesondere für die Anwendung von Displays in Fahrzeugen (Kombiinstrumenten, Zentraldisplays oder dergleichen) bzw. für Einsatzbereiche in extremen Temperaturbereichen (< 0 °C) und die Darstellung von Zeigerinstrumenten bei einem Start unterhalb von 0 °C Umgebungstemperatur. Die einwandfreie Ablesbarkeit der Instrumente muss im Fahrzeug aber unbedingt unter allen Umständen gegeben sein, weil sonst z. B. sicherheitsrelevante Meldungen oder Signale nicht gesehen oder falsch interpretiert werden.
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Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Flüssigkristallmischung, das Zelldesign oder die Ansteuersignale zu optimieren, um eine auftretende Verzerrung zu reduzieren. Außerdem ist es bekannt, eine zusätzliche Heizung vorzusehen, um das Display auf eine höhere Betriebstemperatur zu bringen. Insbesondere ist es bekannt, zum Heizen eine zusätzliche transparente leitfähige Schicht (ITO) vorzusehen, die mittels ihres Widerstandes zum Heizen verwendet werden kann. Derartige Schichten haben jedoch den Nachteil, dass sie eine Transmission des Flüssigkristalldisplays um etwa 20 % reduzieren, was eine maximal erzielbare Helligkeit sowie eine Energieeffizienz des Displays nachteilig beeinflusst.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigeanordnung vorzusehen, die eine verzerrungsfreie Darstellung mit möglichst geringem Aufwand ermöglicht, wobei die Nachteile der bisher bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird hierzu in einer Aufwärmphase der Anzeigeanordnung, während diese wahrnehmbare Inhalte vermittelt, die Hinterleuchtung und/oder die mindestens eine elektronische Komponente mit einer höheren Leistungsaufnahme betrieben als dann, wenn die Anzeigeanordnung im Regelbetrieb die gleichen wahrnehmbaren Inhalte vermittelt.
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Als wahrnehmbare Inhalte werden im Rahmen der Erfindung dargestellte Bilder, optional ergänzt durch Toninformationen, bezeichnet. Zwei wahrnehmbare Inhalte sind dann als gleich im Sinne der Erfindung anzusehen, wenn die ausgegebene Lichtintensität an jedem Punkt der Anzeigeanordnung im Wesentlichen gleich ist und zugleich für das menschliche Gehör wahrnehmbaren Toninformationen im Wesentlichen gleich sind. Sobald sich zwei Inhalte durch das menschliche Auge oder Gehör unterscheiden lassen, sind sie nicht gleich im Sinne der Erfindung. Unterscheiden sich die wahrnehmbaren Inhalte lediglich in für das menschliche Auge und Gehör nicht wahrnehmbarer Weise, sind sie als gleich anzusehen.
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Die bestimmungsgemäße Funktion der elektronischen Komponente beeinflusst direkt oder indirekt die wahrnehmbaren Inhalte.
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Eine reine Heizvorrichtung oder ein Peltier-Element ist somit nicht als eine elektrische Komponente zum Ausführen einer bestimmungsgemäßen Funktion im Sinne der Erfindung anzusehen.
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Durch die erhöhte Leistungsaufnahme in der Aufwärmphase wird in dieser eine gegenüber dem Regelbetrieb erhöhte Wärmemenge erzeugt. Hierdurch wird eine Erwärmung des Flüssigkristallelements bewirkt. Eine separate Heizvorrichtung ist vorzugsweise nicht vorhanden.
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Bevorzugt wird das Flüssigkristallelement in der Aufwärmphase der Anzeigeanordnung auf eine geringere Transmission gesteuert als bei Vermittlung der gleichen wahrnehmbaren Inhalte im Regelbetrieb. Durch die Verringerung der Transmission des Flüssigkristallelements in der Aufwärmphase kann in dieser die Hinterleuchtung mit erhöhter Leistung betrieben werden, ohne dass sich dies auf die wahrnehmbaren Inhalte auswirkt. Das Flüssigkristallelement wird hierbei zum einen durch die erhöhte Wärmeabgabe der Hinterleuchtung und andererseits durch das im Flüssigkristallelement absorbierte Licht beheizt. Da üblicherweise durch die Hinterleuchtung nur ein kleiner Teil der aufgenommenen Leistung in Licht umgewandelt werden kann, dominiert vorzugsweise der Effekt der erhöhten Wärmeabgabe der Hinterleuchtung gegenüber dem Effekt der zusätzlichen Wärmeentstehung durch die zusätzliche Absorption im Flüssigkristallelement. Je nach gewünschter Heizleistung kann die Transmission um mindestens 5 %, mindestens 10 % oder um mindestens 20 % reduziert werden.
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Besonders bevorzugt ist die Reduzierung so auf den Betrieb der Hinterleuchtung mit erhöhter Leistung abgestimmt, dass das zusätzlich erzeugte Licht absorbiert wird. Werden der Anzeigeanordnung Bilddarstellungen zur Darstellung zugeführt, ist die ausgegebene Lichtintensität für diese Bilddaten in der Aufwärmphase im Wesentlichen identisch mit der im Regelbetrieb. Unter "im Wesentlichen identisch" ist eine Abweichung von maximal 5 % zu verstehen.
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Die Anzeige kann bevorzugt einen Audio-Verstärker umfassen, wobei der Audio-Verstärker während der Aufwärmphase zumindest teilweise zur Abgabe von Tönen außerhalb des menschlichen Hörbereichs angesteuert wird und/oder Töne erzeugt, die aus anderen Gründen nicht zu einer Änderung der wahrnehmbaren Inhalte führen, beispielsweise weil sie vom Lautsprecher nicht wiedergegeben werden können. Besonders bevorzugt wird der Audio-Verstärker zur Abgabe von Tönen außerhalb des Bereichs von 150 Hz bis 9 kHz, außerhalb des Bereichs von 50 Hz bis 16 kHz, außerhalb des Bereichs von 25 Hz bis 20 kHz oder außerhalb des Bereichs von 15 Hz bis 25 kHz angesteuert. Durch die im Vergleich zum Regelbetrieb zusätzlich erzeugten nicht wahrnehmbaren Töne wird die Leistungsaufnahme des Audio-Verstärkers erhöht. Die wahrnehmbaren Inhalte werden hierbei nicht geändert, da die zusätzlich erzeugten Töne für den Menschen nicht wahrnehmbar sind.
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Die Beheizung über den Audio-Verstärker kann ergänzend zu der Beheizung über eine erhöhte Leistungsaufnahme der Hinterleuchtung erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, die zusätzliche Beheizung während der Aufwärmphase ausschließlich über die erhöhte Leistungsaufnahme des Audio-Verstärkers zu realisieren.
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Ebenso kann eine Beheizung über einen in der Anzeigeanordnung enthaltenen Grafikprozessor realisiert werden. Hierzu kann der Grafikprozessor derart angesteuert werden, dass er zusätzliche Rechenoperationen ausführt, die sich nicht auf die wahrnehmbaren Inhalte auswirken. Beispielsweise kann der Grafikprozessor nicht sichtbare Ebenen oder verdeckte Gegenstände berechnen. Die entsprechend nicht sichtbaren Gegenstände oder Ebenen werden ausschließlich in der Aufwärmphase, nicht jedoch im Regelbetrieb berechnet.
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Unabhängig davon, durch welche elektronische Komponente eine erhöhte Leistung aufgenommen wird, kann eine erhöhte Leistungsaufnahme beispielsweise auch dadurch realisiert werden, dass die entsprechende Komponente in einen Bereitschaftsmodus versetzt wird, ohne dass durch die jeweilige Komponente aktiv Inhalte ausgegeben werden. Wird beispielsweise ein während der Aufwärmphase nicht verwendeter Audio-IC bzw. Audio-Verstärker in einen Bereitschaftsmodus versetzt, kann dieser eine Leistung von beispielsweise 3 W aufnehmen.
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Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, eine Temperatur des Flüssigkristallelements und/oder eine Umgebungstemperatur zu messen und abhängig von der gemessenen Temperatur von der Aufwärmphase in den Regelbetrieb zu schalten. Wird beispielsweise die Temperatur des Flüssigkristallelements direkt gemessen, kann vorgesehen sein, von der Aufwärmphase in den Regelbetrieb zu schalten, sobald eine vorgegebene Grenztemperatur überschritten wird. Wird hingegen die Umgebungstemperatur bestimmt, wird nach einer von der Umgebungstemperatur abhängigen vorgegebenen Zeit von der Aufwärmphase in den Regelbetrieb geschaltet.
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Zusätzlich zu einem Verfahren umfasst die Erfindung auch eine Anzeigeanordnung, die ein Flüssigkristallelement und mindestens eine elektronische Komponente zum Ausführen einer bestimmungsgemäßen Funktion sowie eine Steuereinheit zum Steuern des Flüssigkristallelements, der Hinterleuchtung und der mindestens einen elektronischen Komponente umfasst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, in einer Aufwärmphase der Anzeigeanordnung, während diese wahrnehmbare Inhalte vermittelt, die Hinterleuchtung und/oder die mindestens eine elektronische Komponente mit einer erhöhten Leistungsaufnahme zu steuern. Mit einer erhöhten Leistungsaufnahme ist gemeint, dass die Leistungsaufnahme gegenüber dem Regelbetrieb beim Darstellen der gleichen wahrnehmbaren Inhalte erhöht ist. Hierdurch ist eine gegenüber dem Regelbetreib erhöhte Wärmemenge zur Erwärmung des Flüssigkristallelements erzeugbar. Bezüglich der erhöhten Leistungsaufnahme sei außerdem auf die weiter vorne angegebene Definition verwiesen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Anzeigeanordnung ist die mindestens eine elektronische Komponente auf einer Leiterplatte angeordnet, wobei die Leiterplatte durch eine thermisch leitfähige Anbindung mit einem hinter dem Flüssigkristallelement angeordneten Gehäuseelement in Verbindung steht.
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Eine besonders effiziente Wärmeübertragung ist möglich, wenn die thermisch leitfähige Anbindung direkt an der elektronischen Komponente angeordnet ist. Insbesondere kann die leitfähige Anbindung an einer von der Leiterplatte weg weisende Seite der elektronischen Komponente angebracht sein. Die elektronische Komponente kann als IC, beispielsweise als Audio-Verstärker und/oder als Grafikprozessor, ausgebildet sein. Die thermisch leitfähige Anbindung kann beispielsweise als eine auf der elektronischen Komponente aufgebrachte Materialschicht ausgebildet sein, die beispielsweise aus einem Metall oder einem anderen guten Wärmeleiter bestehen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform der Anzeigeanordnung,
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2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Anzeigeanordnung und
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3 ein Diagramm mit Aufwärmkurven für verschiedene Betriebsarten der Anzeigeanordnung.
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In 1 wird die Funktionsweise einer Anzeigeanordnung 1 schematisch dargestellt. Die dargestellte Anzeigeanordnung 1 umfasst eine Hinterleuchtung 2 (beispielsweise eine LED-Hinterleuchtung), ein Flüssigkristallelement 3, eine Steuereinheit 4 sowie weitere elektronische Komponenten 5 bis 7. Die Anzeigeanordnung 1 vermittelt einem Nutzer wahrnehmbare Inhalte, d. h. Bildinformationen, die optional ergänzt sind durch Toninformationen. Die elektronischen Komponenten 5 bis 7 beeinflussen direkt oder indirekt die dem Benutzer vermittelten wahrnehmbaren Inhalte. Hierzu ist eine der elektronischen Komponenten als Audio-Verstärker 5 und eine weitere elektronische Komponente als Grafikprozessor 6 ausgebildet.
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Die Hinterleuchtung 2 sowie die elektrischen Komponenten 5 bis 7 erzeugen jeweils im Betrieb Wärme, welche durch Wärmeleitung dem Flüssigkristall 3 zugeführt wird. Im Unterschied zum Stand der Technik steuert die Steuereinheit die Hinterleuchtung 2 und/oder eine oder mehrere der elektronischen Komponenten 5 bis 7 so, dass in einer Aufwärmphase von der jeweiligen Komponente eine erhöhte elektrische Leistung aufgenommen wird. Um die Leistungsaufnahme der Hinterleuchtung 2 zu erhöhen, erhöht die Steuereinheit 4 eine Versorgungsspannung der Hinterleuchtung 2. In einer alternativen Ausführungsform wird die Hinterleuchtung 2 von der Steuereinheit 4 mit zeitlich zueinander versetzten Spannungspulsen versorgt, wobei die Länge der Spannungspulse in der Aufwärmphase erhöht wird. Dies erhöht die Helligkeit der Hinterleuchtung. Um dies auszugleichen, passt die Steuereinheit außerdem die Gammakurve für den Flüssigkristall entsprechend an.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der Anzeigeanordnung durch einen Eingang 8 Bilddaten 9 zugeführt, die optional durch Toninformationen ergänzt sein können. Die Anzeigeanordnung 1 zeigt, unabhängig davon, ob sich die Anzeigevorrichtung in der Aufwärmphase oder im Regelbetrieb befindet, ein den zugeführten Bilddaten 9 entsprechendes Bild für den Benutzer an. Befindet sich die Anzeigeanordnung in der Aufwärmphase, ist, wie bereits erwähnt, die Leistungsaufnahme der Hinterleuchtung 2 erhöht. Um sicherzustellen, dass das angezeigte Bild identisch mit dem außerhalb der Aufwärmphase ist, wird die Transmission des Flüssigkristallelements 3 von der Steuereinheit 4 auf einen derart reduzierten Wert gesteuert, dass die erhöhte Lichtleistung 14 der Hinterleuchtung ausgeglichen wird. Hierzu wird eine entsprechend modifizierte Gammakurve zur Steuerung des Displays herangezogen. In einer alternativen Ausführungsform ist die Steuereinheit 4 dazu ausgebildet, durch den Eingang 8 eingegebene Bilddaten 9 innerhalb der Aufwärmphase entsprechend zu modifizieren.
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In weiteren Ausführungsformen wird alternativ oder zusätzlich zu dem Beheizen des Flüssigkristalls über die Hinterleuchtung 2 eine Beheizung in der Aufwärmphase durch die elektronischen Komponenten 5 bis 7 vorgesehen. Hierzu erzeugt der Audio-Verstärker 5 innerhalb der Aufwärmphase zusätzliche nicht hörbare Töne. Hiermit ist gemeint, dass zusätzlich zu ohnehin stets erzeugten Oberschwingungen, die außerhalb des hörbaren Bereichs liegen, gezielt zusätzliche nicht hörbare Töne erzeugt werden. In der Aufwärmphase werden also beim Ausgeben der gleichen hörbaren Toninformationen wie im Regelbetrieb im erhöhten Maße nicht hörbare Töne erzeugt. Durch das zusätzliche Erzeugen bzw. Verstärken von nicht hörbaren Tönen wird die aufgenommene Leistung des Audio-Verstärkers 5 erhöht. Die hierdurch erzeugte Wärme wird, wie durch die gestrichelten umrandeten Pfeile 13 angedeutet, an das Flüssigkristallelement 3 übertragen.
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In ähnlicher Weise wird das Flüssigkristallelement bei einer weiteren Ausführungsform in der Aufwärmphase durch den Grafikprozessor 6 beheizt. Hierzu berechnet der Grafikprozessor 6 Gegenstände und/oder Ebenen, die hinter angezeigten Objekten liegen und somit verdeckt sind und/oder Ebenen, die transparent geschaltet sind. Da lediglich verdeckte bzw. transparente Objekte zusätzlich berechnet werden, werden die durch die Anzeigeanordnung ausgegebenen wahrnehmbaren Inhalte durch die zusätzlichen Rechenoperationen nicht beeinflusst.
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Es wird jedoch auch hier eine Leistungsaufnahme erhöht, so dass eine zusätzliche Beheizung des Flüssigkristallelements ermöglicht wird.
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Um festzustellen, ob die Anzeigeanordnung in einer Aufwärmphase oder im Regelbetrieb gesteuert werden soll, umfasst die Steuereinheit 4 einen Temperatursensor (nicht dargestellt). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestimmt dieser die Temperatur des Flüssigkristalls. Solange diese Temperatur unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wird die Anzeigeanordnung in der Aufwärmphase gesteuert. Sobald die Temperatur den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, steuert die Steuereinheit 4 die Anzeigeanordnung 1 in den Regelbetrieb.
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Einen Schnitt durch eine entsprechende Anzeigeanordnung ist in 2 dargestellt. Zu erkennen sind insbesondere das Flüssigkristallelement 3, die Hinterleuchtung 2 und der Audio-Verstärker 5. Der Audio-Verstärker 5 ist, wie auch die anderen elektronischen Komponenten 6 und 7, die in dieser Ansicht nicht zu sehen sind, auf einer Leiterplatte 10 angeordnet. Über eine Vorderseite des Audio-Verstärkers 5 steht die Leiterplatte 10 und damit die auf ihr angeordneten Komponenten 5 bis 7 in Verbindung mit einer thermisch leitfähigen Verbindungsschicht 11, die wiederum an ein Gehäuseelement 12, an dem auch die Hinterleuchtung 2 angebracht ist, angebunden ist. Über dieses Gehäuseelement wird die erzeugte Wärme der Hinterleuchtung 2 sowie der elektronischen Komponenten 5 bis 7 an das Flüssigkristallelement 3 übertragen.
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Auch wenn vorangehend lediglich ein Audio-Verstärker und ein Grafikprozessor als mögliche elektronische Komponenten genannt wurden, können jegliche anderen üblicherweise in einer Anzeigeanordnung vorhandenen elektrischen Komponenten in ähnlicher Weise zur Aufheizung des Flüssigkristallelements beitragen. Wesentlich ist, dass dies nicht durch eine separate zusätzliche Heizung erfolgt, sondern durch eine elektronische Komponente, die ohnehin eine von einer reinen Bereitstellung von Heizleistung abweichende bestimmungsgemäße Funktion für die Anzeigeanordnung aufweist.
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In 3 sind Aufwärmkurven 15, 16, 17, 18, 19, 20 für ein Flüssigkristallelement in einer Anzeigeanordnung wie vorangehend beschrieben für den Boost- und für den Normalbetrieb dargestellt. Beim Normalbetrieb wurden für die Messung reine Bildinhalte ohne Toninformationen ausgegeben, d. h., der Audio-Verstärker 5 war deaktiviert. Beim Boostbetrieb war die Leistung der Hinterleuchtung 2 um 33 % erhöht, und der Audio-Verstärker 5 war aktiv und zur Ausgabe von nicht hörbaren Tönen eingerichtet. Die Kurven 15 bis 17 beziehen sich hierbei auf den Normal- und die Kurven 18 bis 20 auf den Boostbetrieb. Die Kurven 15 und 18 wurden an der als LED ausgebildeten Hinterleuchtung, die Kurven 16 und 19 am Audio-Verstärker 5 und die Kurven 17 und 20 an einer die Vorderseite der Anzeigeanordnung bildenden Glasscheibe gemessen. Wie zu erkennen ist, wird durch den Boostbetrieb, d. h. durch die Ansteuerung in einer Aufwärmphase mit erhöhter Leistungsaufnahme, eine beschleunigte Erwärmung an allen Messpunkten erzielt. Dies führt dazu, dass eine optimale, kontrastreiche Anzeige bewegter Inhalte deutlich schneller erreicht wird, und das bereits nach kurzer Betriebsdauer keine temperaturbedingten Bildfehler mehr auftreten können.
