DE102013106912A1

DE102013106912A1 - Anzeigeeinheit

Info

Publication number: DE102013106912A1
Application number: DE102013106912.6A
Authority: DE
Inventors: Mark James Arthur Baker; Daniel Gullick; Carl Evans; Paul Frederick Luther Weindorf
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-01-09
Also published as: JP5877433B2; GB2503884B; US20140022491A1; GB2503884A; CN103543555B; GB201212191D0; JP2014016613A; CN103543555A; US9091883B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit und insbesondere eine Anzeigeeinheit für ein Kraftfahrzeug, die einen Anzeigebereich (A) mit einem hintergrundbeleuchteten Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Gerät aufweist, und sie betrifft außerdem ein derartiges LCD-Gerät, das durch einen Grenzbereich eingefasst ist. Die Anzeigeeinheit umfasst eine Lichtquelle (S) und hinter dem Anzeigebereich eine Flüssigkristallzelle (G1, LC, G2), einen ersten Polarisator (P1) und einen zweiten Polarisator (P2), wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, um Hintergrundbeleuchtung an die Zelle bereitzustellen und die Polarisatoren ein Paar an Polarisatoren an entgegengesetzten Seiten der Zelle bilden, sodass der erste Polarisator (P1) während des Betriebs die Beleuchtung polarisiert und der zweite Polarisator (P2) diese Beleuchtung entweder passieren lässt oder blockiert, wenn die Polarisation der Beleuchtung durch die Zelle rotiert wird. Eine erste Deckschicht erstreckt sich über die Zelle und eine zweite Deckschicht erstreckt sich über die erste Deckschicht. Eine der ersten und der zweiten Deckschicht umfasst einen dritten Polarisator (P3) und die andere dieser Deckschichten umfasst einen Neutraldichtefilter (ND), wobei der dritte Polarisator mit dem zweiten Polarisator ausgerichtet ist, sodass die den zweiten Polarisator passierende Beleuchtung den dritten Polarisator passiert, und die erste Deckschicht durch eine Lücke (D1) vom Anzeigebereich des LCD-Geräts getrennt ist, sodass auf das LCD-Gerät einfallendes und vom Anzeigebereich (A) in Richtung des Betrachters zurückreflektiertes oder -gestreutes (R) Außenumgebungslicht (LA) durch zweifaches Passieren des Neutraldichtefilters (ND) und zweifaches Passieren des dritten Polarisators (P3) gedämpft wird.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
a. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit und insbesondere eine Anzeigeeinheit für ein Kraftfahrzeug, die einen Anzeigebereich mit einem hintergrundbeleuchteten Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Gerät aufweist, und sie betrifft außerdem ein derartiges LCD-Gerät, das an wenigstens einer Seite durch einen Grenzbereich begrenzt ist.
b. Verwandter Stand der Technik
In den vergangenen Jahren sind Kraftfahrzeuganzeigen immer kleiner und aus funktionaler Sicht immer komplexer geworden. Der Größe und der Komplexität praktikabler Automobilanzeigen, die zahlreiche getrennte Anzeigegeräte im selben Bereich oder in sich überschneidenden Bereichen innerhalb einer einzigen Anzeigeeinheit beinhalten, wie zum Beispiel mechanische Skalen, Messgeräte und Warnleuchten, sind jedoch Grenzen gesetzt. Außerdem ist der Platz auf Armaturenbrettern in Automobilen immer wertvoller.
Statt die Anzahl der Komponenten, die Größe, die Komplexität und die Kosten von Anzeigeeinheiten zu erhöhen, geht der Trend dahin, in Automobilarmaturenbrettanzeigeeinheiten vornehmlich Flüssigkristallanzeigen-(LCD)-Geräte zu verwenden; entweder durch Vergrößern eines einzelnen LCD-Geräts oder durch die Verwendung mehrerer LCD-Geräte. Derartige LCD-Geräte können selbstverständlich auch in Verbindung mit anderen Anzeigegeräten innerhalb derselben Anzeigeeinheit verwendet werden.
Häufig besteht der Wunsch, den sogenannten „Dark-Panel”-Effekt zu maximieren, bei dem es sich um das teilweise oder vollständige Verdecken von Anzeigeelementen, einschließlich hintergrundbeleuchteten LCD-Geräten, handelt, wenn diese nicht in Gebrauch sind, sodass sich derartige Anzeigeelemente oder ihre Umrisse optisch an einen umgebenden Hintergrundbereich innerhalb der Anzeigeeinheit angleichen. Für das menschliche Auge erscheinen die verdeckten Anzeigegeräte und ihre zugehörigen Anzeigebereiche dann dunkel, selbst unter hellen Umgebungslichtbedingungen.
Eine Automobilarmaturenbrettanzeigeeinheit weist üblicherweise eine transparente oder teilweise absorbierende Deckschicht auf, die vor die Anzeigegeräte und Anzeigebereiche der Anzeigeeinheit platziert wird. Falls sie teilweise absorbierend ist, erscheint die Deckschicht durchsichtig (d. h. nicht streuend) und kann entweder eine neutrale Farbe wie Grau aufweisen, oder alternativ aus optischen Gründen mit einer Farbe getönt sein. Alle derartigen teilweise absorbierenden Deckschichten, egal ob neutralfarbig oder getönt, werden hierin als „Neutraldichtefilter” bezeichnet.
Häufig ist die Deckschicht durch eine hervorstehende Einfassung oder Anzeigenumrandung geschützt und in einem Winkel angeordnet, damit sie verstreute Reflektionen oder grelles Licht oder Tageslicht nicht in Richtung der Augen des Betrachters zurückwirft. Der Effekt von durch die Deckschicht reflektiertem Umgebungslicht wird dadurch minimiert. Ein erheblicher Anteil an Umgebungslicht fällt jedoch selbstverständlich weiterhin auf den Anzeigebereichen ein. Wenngleich reflektierende LCD-Geräte von derartig reflektiertem Umgebungslicht profitieren können, bezieht sich diese Erfindung auf hintergrundbeleuchtete LCD-Geräte, bei denen Umgebungslicht nicht verwendet wird, um vom LCD-Gerät angezeigte Informationen anzuzeigen. Derartiges Umgebungslicht kann, wenn es von der Anzeigeeinheit zurück zum Betrachter gestreut oder reflektiert wird, den Kontrast der durch das hintergrundbeleuchtete LCD-Gerät angezeigten Informationen verringern.
Zurückgeworfenes Umgebungslicht kann außerdem die Außenoberfläche des LCD-Geräts selbst oder die Kante oder Grenze zwischen dem LCD-Gerät und einem oder mehreren Bereichen, die an den LCD-Anzeigebereich angrenzen oder ihn umgeben, erleuchten oder betonen, unabhängig davon, ob die LCD aktiv ist oder nicht. Derartiges zurückgeworfenes Licht mindert den Dark-Panel-Effekt.
Unter derartigen Umständen ist eine bekannte Methode, den Dark-Panel-Effekt zu verbessern, die Verwendung eines Neutraldichtefilter über dem Anzeigebereich, der die Intensität des auf den Anzeigebereich einfallenden Umgebungslichts verringert und außerdem die Intensität von jeglichem zurückgeworfenen Licht verringert, das in Richtung des Betrachters zurückgestreut oder -reflektiert wird. Ein derartiger Neutraldichtefilter ist häufig in der äußersten Deckschicht integriert, die in einem Abstand vor den Anzeigegeräten und Anzeigebereichen der Anzeigeeinheit angeordnet ist. Wenngleich der Neutraldichtefilter im Wesentlichen zurückgeworfenes Umgebungslicht eliminieren kann, sodass der Dark-Panel-Effekt maximiert ist, wird dadurch die Intensität des für den Benutzer sichtbaren übertragenen Lichts von allen Lichtquellen innerhalb der Anzeigeeinheit verringert. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass der Filter eine Übertragungsrate von ungefähr 37% haben muss, wenn unter Verwendung eines derartigen Neutraldichtefilters ein guter Dark-Panel-Effekt erreicht werden soll, und dass der Filter eine Übertragungsrate von ungefähr 26% haben muss, wenn unter Verwendung eines derartigen Neutraldichtefilters ein ausgezeichneter Dark-Panel-Effekt erreicht werden soll. Als Ausgleich ist es dann notwendig, die Leuchtdichte von Lichtquellen wie denen, die zur Beleuchtung von hintergrundbeleuchteten LCD-Geräten verwendet werden, zu erhöhen, was eine Zunahme des Stromverbrauchs und der Kosten für die Anzeigeeinheit zur Folge hat.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anzeigeeinheit bereitzustellen, die einen verbesserten Dark-Panel-Effekt aufweist und gleichzeitig ein angemessenes Kontrastverhältnis und eine angemessene Anzeigehelligkeit in einem hintergrundbeleuchteten LCD-Gerät innerhalb einer Anzeigeeinheit aufrechterhält.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist eine Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit bereitgestellt, wobei die Einheit Folgendes umfasst:
ein hintergrundbeleuchtetes Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Gerät, wobei das Gerät einen Anzeigebereich zum Anzeigen der sichtbaren Informationen, eine Lichtquelle und hinter dem Anzeigebereich eine Flüssigkristallzelle, einen ersten Polarisator und einen zweiten Polarisator umfasst, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, um Hintergrundbeleuchtung an die Zelle bereitzustellen und die Polarisatoren ein Paar Polarisatoren auf entgegengesetzten Seiten der Zelle bilden, sodass der erste Polarisator während des Betriebs die Beleuchtung polarisiert und der zweite Polarisator die Beleuchtung entweder durchlässt oder blockiert, wenn die Polarisation der Beleuchtung von der Zelle rotiert wird;
eine erste Deckschicht, die sich über die Zelle erstreckt; und
eine zweite Deckschicht, die sich über die erste Deckschicht erstreckt; wobei eine der ersten und zweiten Deckschicht einen dritten Polarisator umfasst und die andere der ersten und zweiten Deckschicht einen Neutraldichtefilter umfasst, wobei der dritte Polarisator mit dem zweiten Polarisator ausgerichtet ist, sodass die vom zweiten Polarisator durchgelassene Beleuchtung vom dritten Polarisator durchgelassen wird und die erste Deckschicht vom Anzeigebereich des LCD-Geräts durch eine Lücke getrennt ist, sodass auf das LCD-Gerät einfallendes und vom Anzeigebereich in Richtung des Betrachters zurückreflektiertes oder -gestreutes Umgebungslicht durch zweifaches Passieren des Neutraldichtefilters und zweifaches Passieren der dritten Polarisatorschicht gedämpft wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die erste Deckschicht den dritten Polarisator und die zweite Deckschicht umfasst den Neutraldichtefilter. In alternativen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die erste Deckschicht den Neutraldichtefilter und die zweite Deckschicht umfasst den dritten Polarisator.
Da der dritte Polarisator die gleichen Polarisationseigenschaften aufweist wie der zweite Polarisator, dämpft der dritte Polarisator das vom LCD-Gerät übertragene polarisierte Licht nicht maßgeblich. Der dritte Polarisator dämpft jedoch wenigstens die Hälfte des nicht polarisierten Umgebungslichts, das in Richtung des Anzeigebereichs in die Anzeigeeinheit eingelassen wurde.
Eine Lücke zwischen der ersten Deckschicht und dem Anzeigebereich bereitzustellen, statt die erste Deckschicht direkt auf der Außenoberfläche oder dem Anzeigebereich des LCD-Bereichs zu platzieren, bietet zahlreiche Vorteile. Der erste besteht darin, dass das LCD-Gerät unter Umständen keine einheitliche Oberfläche in der Nähe seiner Kanten aufweist, da die das LCD-Gerät bildenden Schichten miteinander verbunden oder von einem Rahmen zusammengehalten werden müssen. Ein weiterer besteht darin, dass das LCD-Gerät häufig von einem oder mehreren Bereichen auf einer oder mehreren Kante(n) des LCD-Anzeigebereichs umgeben ist. Zwischen dem LCD-Anzeigebereich und derartigen umgebenden Bereichen kann eine Stufe oder eine Lücke vorliegen, wo diese aneinandergrenzen. Durch Bereitstellen der Lücke kann die erste Deckschicht über jegliche derartigen Merkmale oder Diskontinuitäten ausgedehnt werden, wodurch es theoretisch möglich ist, eine glatte Außenoberfläche für die Anzeige bereitzustellen. Gleichzeitig ist die Außenoberfläche des LCD-Geräts bei zurückgeworfener Umgebungsbeleuchtung optisch vor dem Betrachter verborgen.
Wenn die Anzeigeeinheit daher einen oder mehrere Grenzbereich(e) umfasst, der/die an den Anzeigebereich im Blickfeld eines Betrachters der Anzeigeeinheit angrenzt/angrenzen, reicht die erste Deckschicht vorzugsweise über derartige Grenzbereiche hinweg, wobei die erste Deckschicht durch eine Lücke von den Grenzbereichen getrennt ist. Diese Anordnung hilft dann, die Außenoberfläche des oder jedes Grenzbereichs optisch zu verbergen, sodass auf das LCD-Gerät einfallendes und vom/von den Anzeigebereich(en) in Richtung des Betrachters zurückreflektiertes oder -gestreutes Außenumgebungslicht durch zweifaches Passieren des Neutraldichtefilters und zweifaches Passieren des dritten Polarisators gedämpft wird.
Vorzugsweise gleicht das vom Anzeigebereich des LCD-Geräts in Richtung des Betrachters zurückreflektierte oder -gestreute Umgebungslicht im Wesentlichen (z. B. in Bezug auf Leuchtdichte und/oder Farbspektrum) dem von den Grenzbereichen in Richtung des Betrachters zurückreflektierten oder -gestreuten Umgebungslicht. Dies geschieht, damit die oder jede Kante der Anzeige nach der Dämpfung durch die erste und zweite Deckschicht verdeckt ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die erste Deckschicht mit der zweiten Deckschicht verbunden, sodass keine Lücke zwischen diesen Schichten besteht.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht ebenfalls durch eine Lücke getrennt. Im Gegensatz zu einer Anordnung in der die erste und zweite Deckschicht keine derartige Lücke aufweisen, zum Beispiel indem sie miteinander verbunden sind, stellt dies den Vorteil bereit, dass die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht nicht parallel zueinander sein müssen. Wenn der dritte Polarisator dann von der ersten Deckschicht bereitgestellt wird, kann die erste Deckschicht so ausgerichtet sein, dass sie parallel zum zweiten Polarisator ist, wodurch sichergestellt wird, dass die Achsen des zweiten Polarisators und des dritten Polarisators so genau wie möglich ausgerichtet sind. Gleichzeitig kann die zweite Deckschicht, die den Neutraldichtefilter enthält, in einem Winkel angeordnet sein, um die Reflektion von Umgebungslicht von der Außenoberfläche der zweiten Deckschicht direkt in die Augen des Betrachters zu minimieren.
Es wird häufig der Fall sein, dass Grenzbereiche in der Nähe des oder angrenzend an den Anzeigebereich(s) im Wesentlichen eben sind, wobei die erste Deckschicht in diesem Fall vorzugsweise parallel zu derartigen Grenzbereichen liegt.
Der Anzeigebereich des LCD-Geräts ist normalerweise ebenfalls im Wesentlichen eben, wobei die erste Deckschicht in diesem Fall vorzugsweise parallel zum Anzeigebereich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Anzeigebereich und die Grenzbereiche im Wesentlichen komplanar zueinander, sodass die jeweiligen Lücken zwischen den Grenzbereichen und der ersten Deckschicht im Wesentlichen gleich sind.
Vorzugsweise überträgt der Neutraldichtefilter zwischen ungefähr 40% und 80% des Lichts, das in einem normalen Winkel auf den Neutraldichtefilter einfällt. Es ist noch wünschenswerter, dass der Neutraldichtefilter zwischen ungefähr 50% und 70% des Lichts, das in einem normalen Winkel auf den Neutraldichtefilter einfällt, überträgt.
Um einen guten Dark-Panel-Effekt zu erreichen, ist es vorzuziehen, dass der Neutraldichtefilter ungefähr zwei Drittel des auf den Filter einfallenden Lichts überträgt, wobei das vom Anzeigebereich zum Betrachter der Anzeige zurückgeworfene Umgebungslicht ungefähr 0,5% des auf die zweite Deckschicht einfallenden Gesamtumgebungslichts ausmacht. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung übertragen die erste und die zweite Deckschicht dann ungefähr die Hälfte der Beleuchtung vom Anzeigebereich aus der zweiten Deckschicht.
Um einen ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt zu erreichen, ist es vorzuziehen, dass der Neutraldichtefilter ungefähr die Hälfte des auf den Filter einfallenden Lichts überträgt, wobei das vom Anzeigebereich zum Betrachter der Anzeige zurückgeworfene Umgebungslicht ungefähr 0,25% des auf die zweite Deckschicht auftreffenden Gesamtumgebungslicht ausmacht. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung übertragen die erste und die zweite Deckschicht dann ungefähr ein Drittel der Beleuchtung vom Anzeigebereich aus der zweiten Deckschicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun ausschließlich als Beispiel und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, das eine Anzeigeeinheit im Stand der Technik zum Anzeigen von sichtbaren Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit darstellt, die in der Lage ist, einen guten Dark-Panel-Effekt bereitzustellen, und die eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallzelle mit ersten und zweiten Polarisatoren und einem Neutraldichtefilter (mit einer Durchlässigkeit von 37%), der durch eine Lücke von der Zelle getrennt ist, umfasst;
2 ein schematisches Diagramm, das eine erste und zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt und eine Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit zeigt, die in der Lage ist, einen guten Dark-Panel-Effekt bereitzustellen, und die eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallzelle mit ersten und zweiten Polarisatoren und einem verbundenen Neutraldichtefilter (mit einer Durchlässigkeit von 69%) und einem dritten Polarisator, die durch eine Lücke von der Zelle getrennt sind, umfasst;
3 und 4 schematische Diagramme, die eine dritte und vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen und die eine Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit zeigen, die in der Lage ist, einen guten Dark-Panel-Effekt bereitzustellen, und die eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallzelle mit ersten und zweiten Polarisatoren und einem getrennten Neutraldichtefilter (mit einer Durchlässigkeit von 69%) und einem dritten Polarisator, von denen einer durch eine Lücke von der Zelle getrennt ist, umfasst;
5 ein schematisches Diagramm, das eine Anzeigeeinheit im Stand der Technik zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit zeigt, die in der Lage ist, einen ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt bereitzustellen, und die eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallzelle mit ersten und zweiten Polarisatoren und einem Neutraldichtefilter (mit einer Durchlässigkeit von 26%), der durch eine Lücke von der Zelle getrennt ist, umfasst;
6 ein schematisches Diagramm, das eine fünfte und sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt und eine Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit zeigt, die in der Lage ist, einen ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt bereitzustellen, und die eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallzelle mit ersten und zweiten Polarisatoren und einem verbundenen Neutraldichtefilter (mit einer Durchlässigkeit von 50%), der durch eine Lücke von der Zelle getrennt ist, umfasst; und
7 und 8 schematische Diagramme, die eine siebte und achte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen und eine Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit zeigen, die in der Lage ist, einen ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt bereitzustellen, und die eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallzelle mit ersten und zweiten Polarisatoren und einem getrennten Neutraldichtefilter (mit einer Durchlässigkeit von 50%) und einem dritten Polarisator, von denen einer durch eine Lücke von der Zelle getrennt ist, umfasst.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen einer Anzeigeeinheit im Stand der Technik zum Darstellen sichtbarer Informationen an eine Person, die die Anzeigeeinheit betrachtet. Die Anzeigeeinheiten umfassen eine Quelle sichtbaren Lichts (S) zum Bereitstellen von Hintergrundbeleuchtung (L_S) an ein Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Gerät, das einen Anzeigebereich (A) zum Darstellen sichtbarer Informationen umfasst. Die Lichtquelle befindet sich daher hinter dem Anzeigebereich einer Flüssigkristallzelle, wobei die Zelle einen ersten Polarisator (P1) außen auf einem ersten Glasträger (G1), der der Lichtquelle am nächsten ist, und einen zweiten Polarisator (P2) außen auf einem zweiten Glasträger (G2), der sich direkt hinter dem Anzeigebereich befindet, umfasst.
Zwischen den zwei Glasträgern befindet sich eine Flüssigkristallschicht (LC), die ein Flüssigkristall-Fluidmedium umfasst. Die Flüssigkristallzelle kann jeder beliebige bekannte Zelltyp sein. Andere herkömmliche Komponenten der Zelle, von denen alle für Fachleuchte bekannt sind, wie zum Beispiel Glasperlenabstandhalter und transparente Elektroden auf den Glasträgern zum Aktivieren und Deaktivieren des Flüssigkristallmediums, sind nicht dargestellt.
Die Lichtquelle (S) ist konfiguriert, um die Hintergrundbeleuchtung (L_S) an die Zelle bereitzustellen, bei der es sich typischerweise um nicht polarisiertes Licht handelt, das zunächst den ersten Polarisator (P1), dann die Flüssigkristallschicht (LC) und dann den zweiten Polarisator (P2) passiert. Optional kann der erste Polarisator in die Lichtquelle integriert sein. Die Polarisationsachsen der polarisierenden Schichten (P1, P2) können entweder parallel zueinander oder gekreuzt sein und wenn sie gekreuzt sind (im Fall von linearen Polarisatoren), liegen sie typischerweise rechtwinklig zueinander. Wenn sie parallel sind, blockiert der zweite Polarisator die Beleuchtung, wofür die LCD die Polarisation rotiert, und wenn sie gekreuzt sind, lässt der zweite Polarisator die Beleuchtung durch, wofür die LCD die Polarisation nicht rotiert. Wenn die Polarisationsachsen parallel sind, lässt der zweite Polarisator hingegen Beleuchtung durch, wofür die LCD die Polarisation nicht rotiert, und wenn sie gekreuzt sind, blockiert der zweite Polarisator die Beleuchtung, wofür die LCD die Polarisation nicht rotiert.
Wenngleich es sich bei den Polarisatoren meistens um lineare Polarisatoren handelt, kann es alternativ auch vorkommen, dass die Polarisatoren kreisförmige Polarisatoren sind, entweder mit den gleichen linken oder rechten Polarisationen oder mit entgegengesetzten linken und rechten Polarisationen.
In beiden Fällen ist es vorzuziehen, dass alle mit den Anzeigeeinheiten verwendeten Polarisatoren keine oder eine geringe Doppelbrechung aufweisen.
Die vordere Oberfläche des Anzeigebereichs (A) kann, wie in der Zeichnung, durch den zweiten Polarisator (P2) bereitgestellt sein; es ist jedoch auch bekannt, dass die Außenschicht des LCD-Geräts eine transparente Schicht ist. Auf ähnliche Art und Weise muss der erste Polarisator (P1) nicht die Außenschicht der Zelle, die der Lichtquelle am nächsten liegt, bereitstellen, wenn dies durch eine transparente Schicht bereitgestellt ist.
Der Anzeigebereich wird durch wenigstens eine Grenze umrandet, die in den meisten Fällen blickdicht ist. In den Zeichnungen sind zwei Grenzelemente oder -merkmale dargestellt, von denen eins (B1) über die Oberfläche hervorsteht und von denen das andere (B2) bündig oder im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche ist. Derartige Grenzelemente können um den gesamten Anzeigebereich (A) herumreichen, der häufig einen quadratischen oder rechteckigen Umriss aufweist, oder nur entlang einiger der Seiten des Anzeigebereichs.
Jede der Anzeigeeinheiten im Stand der Technik aus 1 und 5 kann einen Dark-Panel-Effekt bereitstellen, d. h. das teilweise oder vollständige Verdecken von Anzeigeelementen, einschließlich des hintergrundbeleuchteten LCD-Geräts und jeglicher Grenzmerkmale, wenn diese nicht in Betrieb sind, sodass derartige Anzeigeelemente oder ihre Umrisse im Wesentlichen unsichtbar werden. Im Stand der Technik wird dies durch die Verwendung eines Neutraldichtefilters (ND) erreicht, der durch eine Lücke in einem Abstand vor dem Anzeigebereich (A) und jeglichen Grenzmerkmalen (B1, B2) angeordnet ist. Die Lücke (D1) zum Anzeigebereich ist normalerweise größer oder genauso groß wie die Lücke (DB) über jeglichen hervorstehenden oder bündigen Grenzmerkmalen (B1, B2). Die Lücke kann außerdem in ihrer Breite variieren, wenn die Deckschicht nicht parallel zum Anzeigebereich ist. Der Neutraldichtefilter ist demnach von der vorderen Oberfläche des Anzeigebereichs (A) getrennt und kann durch eine äußerste Abdeckung für die Anzeigeeinheit bereitgestellt sein.
Der Neutraldichtefilter unterdrückt die Sichtbarkeit der inaktiven Anzeigebereiche, jeglicher Grenzmerkmale und der Verbindungen oder Grenzen zwischen dem inaktiven Anzeigebereich und den Grenzmerkmalen durch Verringern der Menge des von diesen Merkmalen in Richtung des Betrachters der Anzeigeeinheit zurückgestreuten oder -reflektierten Umgebungslichts. In 1 lässt der Neutraldichtefilter 37% des in den Filter eintretenden Lichts durch, und in 5 lässt der Neutraldichtefilter 26% des in den Filter eintretenden Lichts durch.
In allen Abbildungen ist das einfallende Umgebungslicht (L_A) in den Zeichnungen als in einem nicht normalen Winkel auf die Filter und Anzeigebereiche einfallend dargestellt und dies geschieht nur zu Zwecken der Deutlichkeit, sodass verschiedene Reflektionen sichtbar sind; in allen Fällen sind die Reflex- und Übertragungsprozentzahlen jedoch die für einen normalen Einfallswinkel. Umgebungslicht hat selbstverständlich eine Reihe von Einfallswinkeln, aber die aufgeführten Prozentzahlen zeigen allgemein die Leistung der Geräte im Stand der Technik und derer der Erfindung, die nachstehend beschrieben sind.
In allen Abbildungen wird angenommen, dass die Reflektion von Licht von einer externen Oberfläche 4% beträgt, wenngleich diese Zahl etwas kleiner sein kann, wenn Anti-Reflexbeschichtungen bereitgestellt sind. In diesen Beispielen werden 4% des einfallenden Umgebungslichts (L_A) vom Neutraldichtefilter reflektiert und 96% in den Körper des Neutraldichtefilters (ND) übertragen. In 1 werden 37% davon (35,5%) übertragen und in 5 werden 26% (25%) übertragen. Nachdem 4% vom Anzeigebereich (A) reflektiert wurden und nach ähnlichen Verlusten durch Reflektion und Übertragung beim zweiten Passieren des Neutraldichtefilters zeigen 1 und 5, dass jeweils 0,5% bzw. 0,25% verbleibendes reflektiertes Umgebungslicht (R) übrig bleiben. Subjektiv können diese Menge als „guter” Dark-Panel-Effekt und als „ausgezeichneter” Dark-Panel-Effekt klassifiziert werden.
Der Neutraldichtefilter (ND) absorbiert außerdem das übertragene polarisierte Licht von der Lichtquelle, sodass das den Anzeigebereich anregende Licht, das für den Benutzer sichtbar ist (L_V) auf 35,5% bzw. 25% des übertragenen polarisierten Lichts, das den Anzeigebereich (A) anregt, reduziert wird.
Diese Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 zusammengefasst. Im Handel erhältliche LCD-Geräte können eine Leuchtdichte von typischerweise 200 bis 500 cd/m² bereitstellen. Geräte mit einer hohen Leuchtdichte von ungefähr 500 cd/m² bis zu etwa 1000 cd/m² sind erhältlich, jedoch zu relativ hohen gewerblichen Kosten für Automobilfahreranzeigenanwendungen. Diese zusätzlichen Kosten entstehen teilweise dadurch, dass ein Wärmeaustauschkühler auf der Lichtquelle (S) bereitgestellt werden muss, um sie innerhalb der Betriebstemperaturgrenzen zu halten. In Tabelle 1 ist diese zwar erhältliche jedoch relativ kostspielige Reihe durch unterstrichene Quellenleuchtdichte-L_S-Zahlen angezeigt.
Anzeigen mit einer Leuchtdichte, die erheblich über 1000 cd/m² liegt, sind wirtschaftlich für Anwendungen in Automobilfahreranzeigen nicht realisierbar. In Tabelle 1 ist diese Grenze durch die gestrichelte Linie in der Tabelle und die fettgedruckten Quellenleuchtdichte-L_S-Zahlen dargestellt.
Tabelle 1 zeigt, wie viel Quellenleuchtdichte (L_S) erforderlich ist, um vier verschiedene Niveaus von für den Benutzer sichtbarer Leuchtdichte (L_V) zu erreichen; nämlich: ein minimales verwendbares Niveau an sichtbarer Leuchtdichte von 200 cd/m², vor allem in dunklen Umgebungslichtbedingungen geeignet; eine annehmbare sichtbare Leuchtdichte von 350 cd/m², wobei es sich um die Mindestmenge handelt, die für sowohl dunkle als auch helle Umgebungslichtbedingungen geeignet ist; eine gute sichtbare Leuchtdichte von 500 cd/m², bei der es sich um eine bevorzugtere Menge handelt, die sowohl für dunkle als auch für helle Umgebungslichtbedingungen geeignet ist; und eine ausgezeichnete sichtbare Leuchtdichte von 650 cd/m², bei der es sich um die Menge handelt, die sogar in sehr hellen Umgebungslichtbedingungen geeignet ist. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, kann der Ansatz mit einem Neutraldichtefilter (ND) mit wirtschaftlich realisierbaren Lichtquellen (S) nur eine annehmbare sichtbare Leuchtdichte für einen guten Dark-Panel-Effekt von ungefähr 0,5% zurückgeworfenen Umgebungslichts (R) erreichen und kann lediglich eine minimale verwendbare sichtbare Leuchtdichte für einen ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt von ungefähr 0,25% zurückgeworfenen Umgebungslichts (R) erreichen.
Wie in 2–4 und 6–8 gezeigt, löst die Erfindung diese Einschränkung durch die Verwendung von einem Neutraldichtefilter (ND) und einem zusätzlichen dritten Polarisator (P3), die beide in einem Abstand vom Anzeigebereich (A) angeordnet sind und optional außerdem durch eine Lücke (D1, DB) getrennt in einem Abstand von angrenzenden hervorgehobenen, bündigen oder im Wesentlichen bündigen Grenzmerkmalen (B1, B2) angeordnet sind. In 2-4 und 6-8 gleichen Komponenten wie die Lichtquelle (S) und das LCD-Gerät (P1, G1, LC, G2, P2) denen im oben mit Bezugnahme auf 1 und 5 beschriebenen Stand der Technik und werden demnach nicht erneut ausführlich beschrieben. Wie im Stand der Technik kann der erste Polarisator (P1) alternativ in die Lichtquelle (S) integriert sein und die LCD-Zelle kann zusätzliche transparente Schichten umfassen, wie Fachleuten bekannt ist.
Der dritte Polarisator (P3) hat die gleiche Polarisation wie der zweite oder obere Polarisator (P2) des LCD-Geräts, sodass dieser dritte Polarisator eine Mindestdämpfung von durch das LCD-Gerät ausgestrahltem Anzeigelicht aufweist. Der dritte Polarisator wird nicht polarisiertes Umgebungslicht (L_A) jedoch stark dämpfen. Praktische, günstige Schichten linearer Polarisatoren übertragen ungefähr 73,7% des einfallenden Lichts, das in die gleiche Richtung polarisiert ist wie der Polarisator, und lassen ungefähr 38,7% des nicht polarisierten Lichts, das in den Polarisator eintritt, durch.
2–4 zeigen Ausführungsformen, die einen guten Dark-Panel-Effekt von ungefähr 0,5% erreichen, und 6–8 zeigen Ausführungsformen, die einen ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt von ungefähr 0,25% erreichen.
In 2 und 6 sind der Neutraldichtefilter (ND) und der dritte Polarisator (P3) verknüpft oder miteinander verbunden und für eine vorgegebene Absorption durch den Neutraldichtefilter (ND) wird das gleiche Ergebnis erreicht, unabhängig davon, welches dieser zwei Elemente dem Anzeigebereich (A) am nächsten ist. Die Position dieser zwei Elemente kann demnach ausgetauscht werden, wie durch den zwischen dem Neutraldichtefilter (ND) und dem dritten Polarisator (P3) verlaufenden zweiköpfigen Pfeil dargestellt.
3, 4, 7 und 8 zeigen Anordnungen, in denen der Neutraldichtefilter (ND) und der dritte Polarisator (P3) separate Elemente sind, die durch eine Lücke (D2) voneinander getrennt sind. Unabhängig davon, welches dieser Elemente dem Anzeigebereich (A) am nächsten ist, wird das gleiche optische Ergebnis erreicht.
Mit dem Zusatz des dritten Polarisators (P3) zeigen 2–4, dass der Neutraldichtefilter (ND) durch das Erreichen des gleichen, guten Dark-Panel-Effekts (R) von ungefähr 0,5% wie bei der Anordnung im Stand der Technik aus 1 mit einer Erhöhung von 37% auf 69% durchlässiger gemacht werden kann. Dadurch wird die Intensität des sichtbaren Lichts (L_V) von der Anzeige im Fall aus 2 von 35,5% auf 48,8% und in den Fällen aus 3 und 4 auf 46,8% erhöht.
Mit dem Zusatz des dritten Polarisators (P3) zeigen 6–8, dass der Neutraldichtefilter (ND) durch das Erreichen des gleichen, ausgezeichneten Dark-Panel-Effekts (R) von ungefähr 0,25% wie bei der Anordnung im Stand der Technik aus 5 mit einer Erhöhung von 26% auf 50% durchlässiger gemacht werden kann. Dadurch wird die Intensität des sichtbaren Lichts (L_V) von der Anzeige im Fall aus 6 von 25% auf 35,4% und in den Fällen aus 7 und 8 auf 34,0% erhöht.
Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst, die zeigt, dass die Anordnungen aus 2–4 mit wirtschaftlich realisierbaren Lichtquellen (S) in der Lage sind, eine gute sichtbare Leuchtdichte für alle normalen Lichtbedingungen und mit einem guten Dark-Panel-Effekt von ungefähr 0,5% zurückgeworfenen Umgebungslichts (R) zu erreichen, und dass die Anordnungen aus 6–8 in der Lage sind, eine annehmbare sichtbare Leuchtdichte für helle und dunkle Umgebungslichtbedingungen und mit einem ausgezeichneten Dark-Panel-Effekt von ungefähr 0,25% zurückgeworfenen Umgebungslichts (R) zu erreichen.
Die Erfindung ermöglicht demnach eine Verbesserung der Benutzersichtbarkeit der durch das LCD-Gerät dargestellten Informationen und gleichzeitig einen verbesserten Dark-Panel-Effekt.
Die Anordnungen aus 3 und 4 stellen aufgrund der getrennten Bereitstellung des Neutraldichtefilters und des dritten Polarisators andere potenzielle Vorteile bereit. Für eine optimale Leistung hinsichtlich des Blockierens von reflektiertem Umgebungslicht und gleichzeitigen Passierens von angezeigtem, polarisiertem Licht, sollte der dritte Polarisator so genau wie möglich parallel zum LCD-Gerät sein. Polarisatoren sind außerdem meist teurer als Neutraldichtefilter. Diese zwei Faktoren sprechen beide für das Positionieren des dritten Polarisators in der Nähe vom und parallel zum LCD-Gerät.
Es kann jedoch wünschenswert sein, den Neutraldichtefilter in einem Winkel zu der Ebene des LCD-Geräts zu positionieren, um verstreute Umgebungslichtreflektionen von den äußeren und inneren Oberflächen des Neutraldichtefilters und weg von den Augen des Betrachters zu leiten. Der Neutraldichtefilter kann dann in der äußersten Abdeckung der Anzeigeeinheit bereitgestellt sein und muss unter Umständen natürlich erheblich größer sein als die Abmessungen des inneren, dritten Polarisators. Die erhöhte Größe des Neutraldichtefilters sollte im Gegensatz zu der des dritten polarisierenden Filters kein Kostenproblem darstellen.
Wenn der Anzeigebereich eine Grenze oder einen Rahmen aufweist, kann das Aussehen dieser Umrandung minimiert werden, wenn das vom Anzeigebereich des LCD-Geräts in Richtung des Betrachters zurückreflektierte oder -gestreute Umgebungslicht im Wesentlichen dem von den Grenzbereichen in Richtung des Betrachters zurückreflektierten oder -gestreuten Umgebungslicht gleicht (z. B. in Bezug auf Leuchtdichte und/oder Farbspektrum).
Die Erfindung stellt demnach für eine beliebige Hintergrundbeleuchtungsquelle eine Anzeigeeinheit bereit, die einen verbesserten Dark-Panel-Effekt aufweist und gleichzeitig ein annehmbares Kontrastverhältnis und eine annehmbare Anzeigehelligkeit in einem hintergrundbeleuchteten LCD-Gerät innerhalb der Anzeigeeinheit aufrechterhält.

Claims

Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit, wobei die Einheit Folgendes umfasst: ein hintergrundbeleuchtetes Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Gerät, wobei das Gerät einen Anzeigebereich zum Darstellen der sichtbaren Informationen, eine Lichtquelle und hinter dem Anzeigebereich eine Flüssigkristallzelle, einen ersten Polarisator und einen zweiten Polarisator umfasst, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, um Hintergrundbeleuchtung an die Zelle bereitzustellen und die Polarisatoren ein Paar an Polarisatoren auf entgegengesetzten Seiten der Zelle bilden, sodass der erste Polarisator während des Betriebs die Beleuchtung polarisiert und der zweite Polarisator die Beleuchtung entweder durchlässt oder blockiert, wenn die Polarisation der Beleuchtung durch die Zelle rotiert wird; eine erste Deckschicht, die sich über die Zelle erstreckt; und eine zweite Deckschicht, die sich über die erste Deckschicht erstreckt; wobei eine der ersten und zweiten Deckschicht einen dritten Polarisator umfasst und die andere der ersten und zweiten Deckschicht einen Neutraldichtefilter umfasst, wobei der dritte Polarisator mit dem zweiten Polarisator ausgerichtet ist, sodass die durch den zweiten Polarisator passierende Beleuchtung den dritten Polarisator passiert und die erste Deckschicht durch eine Lücke vom Anzeigebereich des LCD-Geräts getrennt ist, sodass auf das LCD-Gerät einfallendes und vom Anzeigebereich in Richtung des Betrachters zurückreflektiertes oder -gestreutes Außenumgebungslicht durch zweifaches Passieren des Neutraldichtefilters und durch zweifaches Passieren des dritten Polarisators gedämpft wird.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Deckschicht den dritten Polarisator umfasst und die zweite Deckschicht den Neutraldichtefilter umfasst.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Deckschicht den Neutraldichtefilter umfasst und die zweite Deckschicht den dritten Polarisator umfasst.
Anzeigeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, die zusätzlich einen oder mehrere Grenzbereich(e) umfasst, wobei die Bereiche an den Anzeigebereich angrenzen und im Blickfeld eines Betrachters der Anzeigeeinheit liegen, sich die erste Deckschicht über die Grenzbereiche erstreckt und die erste Deckschicht durch eine Lücke von den Grenzbereichen getrennt ist, sodass auf das LCD-Gerät einfallendes und vom Grenzbereich in Richtung des Betrachters zurückreflektiertes oder -gestreutes Außenumgebungslicht durch zweifaches Passieren des Neutraldichtefilters und zweifaches Passieren des dritten Polarisators gedämpft wird.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 4, wobei das vom Anzeigebereich in Richtung des Betrachters zurückreflektierte oder -gestreute Umgebungslicht im Wesentlichen dem von den Grenzbereichen in Richtung des Betrachters zurückreflektierten oder -gestreuten Umgebungslicht gleicht, sodass die oder jede Kante der Anzeige nach der Dämpfung durch die Deckschichten verdeckt ist.
Anzeigeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Deckschicht mit der zweiten Deckschicht verbunden ist.
Anzeigeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht durch eine Lücke getrennt sind.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 7, wobei die erste Deckschicht und die zweite Deckschicht nicht parallel zueinander sind.
Anzeigeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Grenzbereiche im Wesentlichen eben sind und die erste Deckschicht parallel zu den Grenzbereichen ist.
Anzeigeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anzeigebereich im Wesentlichen eben ist und die erste Deckschicht parallel zum Anzeigebereich ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 10, wenn sich dieser auf Anspruch 9 bezieht, wobei der Anzeigebereich und die Grenzbereiche im Wesentlichen komplanar sind, sodass die jeweiligen Lücken zwischen den Bereichen und der ersten Deckschicht im Wesentlichen gleich sind.
Anzeigeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Neutraldichtefilter zwischen 40% und 80% des in einem normalen Winkel auf den Filter einfallenden Lichts überträgt.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei der Neutraldichtefilter zwischen 50% und 70% des in einem normalen Winkel auf den Filter einfallenden Lichts überträgt.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei der Neutraldichtefilter zwischen ungefähr zwei Dritteln des auf den Filter einfallenden Lichts überträgt und das vom Anzeigebereich zum Betrachter der Anzeige zurückgeworfene Umgebungslicht ungefähr 0,5% des auf die zweite Deckschicht einfallenden Gesamtumgebungslichts ausmacht.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 14, wobei die erste und die zweite Deckschicht ungefähr die Hälfte der Beleuchtung vom Anzeigebereich aus der zweiten Deckschicht übertragen.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei der Neutraldichtefilter ungefähr die Hälfte des auf den Filter einfallenden Lichts überträgt und das vom Anzeigebereich zum Betrachter der Anzeige zurückgeworfene Umgebungslicht ungefähr 0,25% des auf die zweite Deckschicht einfallenden Gesamtumgebungslichts ausmacht.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 16, wobei die erste und zweite Deckschicht ungefähr ein Drittel der Beleuchtung vom Anzeigebereich aus der zweiten Deckschicht übertragen.
Anzeigeeinheit zum Darstellen sichtbarer Informationen an einen Betrachter der Anzeigeeinheit, im Wesentlichen wie sie hierin mit Bezugnahme auf oder wie dargestellt in den zugehörigen Zeichnungen beschrieben ist.