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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Bei Anzeigesystemen wie beispielsweise Kombiinstrumenten im Fahrzeug werden Fahrerinformationen – z. B. die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit – durch einen mechanischen Zeiger und ein bedrucktes Ziffernblatt dargestellt. Im Falle von frei programmierbaren Kombiinstrumenten (FPK) erfolgt die vollständige Darstellung von Zeiger und Ziffern sowie Darstellung der Informationen in einem Display.
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Die
DE 10004972 A1 beschreit eine Anzeigevorrichtung, bei der eine mit lichtstreuenden Partikeln versehene Lichtleiterplatte zur effektiven Frontbeleuchtung einer Anzeige dient, vorzugsweise einer Flüssigkristallzelle.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die /oder/ ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Ein Darstellungselement mit einer eine ortsfeste Information repräsentierenden Struktur ermöglicht bei Beleuchtung mit einer Lichtquelle und in Kombination mit einem Bildschirmelement zum Anzeigen von variablen Informationen die Darstellung der Informationen in vorteilhafter Raumtiefe.
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Die gemäß dem hier vorgestellten Konzept realisierbare Kombination einer freien Darstellung von wechselnden Informationen auf einem Display bzw. Bildschirmelement mit Informationen über mechanische Komponenten, welche direkt vor dem Bildschirmelement positioniert sind, können für zusätzliche Anmutung, Tiefenwirkung und Individualität sorgen, indem ein Teil der anzuzeigenden Informationen auf das separate Darstellungselement verlagert wird, das vor dem Display platziert ist. Bei Betrieb eines gemäß dem vorgestellten Konzept realisierten Anzeigesystems und einer Beleuchtung des Darstellungselements kann vorteilhaft der Eindruck entstehen, dass die angezeigten Informationen frei vor dem Display schweben. Bei ausgeschaltetem Anzeigesystem und somit ausgeschalteter Beleuchtung kann durch eine vollständige oder fast vollständige Ausblendung der Informationen auf dem Darstellungselement eine Ablenkung eines Nutzers des Anzeigesystems vorteilhaft vermieden werden.
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Ein gemäß dem hier vorgestellten Ansatz realisiertes Anzeigesystem kann eine hohe Flexibilität bieten, insbesondere zur Darstellung wechselnder Informationen in der Kombination von auf dem Bildschirmelement und dem Darstellungselement angezeigten Informationen.
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Es wird eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Bildschirmelement zum Anzeigen von variablen Informationen an einer Bildschirmelementhauptseite des Bildschirmelements; und
einem Darstellungselement mit zumindest einer eine ortsfeste Information repräsentierenden Struktur, wobei das Darstellungselement mit einer Darstellungselementhauptseite benachbart zu der Bildschirmelementhauptseite des Bildschirmelements angeordnet oder anordenbar ist, und wobei eine sich in einem Winkel zu der Darstellungselementhauptseite erstreckende Darstellungselementstirnseite des Darstellungselements eine Schnittstelle zu einer Lichtquelle zum Einkoppeln einer von der Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung in das Darstellungselement bildet, um zum Anzeigen der ortsfesten Information das Darstellungselement zu beleuchten.
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Bei der Anzeigevorrichtung kann es sich um einen Teil eines als digitales Anzeigegerät konzipierten Kombiinstruments oder Infotainmentsystems des Fahrzeugs handeln. Das Bildschirmelement kann auch als Display bezeichnet werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Bildschirmelement um ein Flüssigkristall-Anzeigeelement handeln. Unter der Bildschirmelementhauptseite kann eine dem Betrachter zugewandte Anzeigefläche des Bildschirmelements verstanden werden. Bei den variablen Informationen kann es sich um bezüglich des Anzeigeorts auf dem Bildschirmelement wechselnde Informationen handeln, beispielsweise um eine Zeigerfahne des Kombiinstruments. Das Darstellungselement kann in Form einer Scheibe oder Platte aus Kunststoff oder Glas realisiert sein. Die Struktur kann als mechanisches Element in ein Volumen des Darstellungselements eingebracht sein, beispielsweise in Form einer Vertiefung oder Materialabtragung. Die ortsfeste Information kann z. B. in Form eines Skalenstrichs des Kombiinstruments vorliegen. Bei der Bildschirmelementhauptseite und der Darstellungselementhauptseite kann es sich um die Seiten mit den größten Abmessungen des Bildschirmelements respektive des Darstellungselements handeln. Die Darstellungselementstirnseite kann sich beispielsweise quer zu der Darstellungselementhauptseite erstrecken und Teil einer Seitenkante des Darstellungselements sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Struktur ausgeformt sein, um zum Anzeigen der ortsfesten Information zumindest einen Teil der in das Darstellungselement eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung an einer der Darstellungselementhauptseite gegenüberliegenden weiteren Darstellungselementhauptseite des Darstellungselements in einem vordefinierten Winkel zu der weiteren Darstellungselementhauptseite aus dem Darstellungselement auszukoppeln. Der vordefinierte Winkel kann beispielsweise 90 Grad betragen. So kann beim Betrachten der Anzeigevorrichtung eine vorteilhafte räumliche Tiefenwirkung entstehen, die dazu beitragen kann, die angezeigten Informationen schneller und unmissverständlicher zu erfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Darstellungselement und/oder die Struktur zumindest teilweise transparent für elektromagnetische Strahlung im für den Menschen sichtbaren Spektralbereich sein. Damit ist das Darstellungselement bzw. dessen Struktur im unbeleuchteten Zustand der Anzeigevorrichtung nahezu unsichtbar und damit nicht störend oder ablenkend für den Nutzer.
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Beispielsweise kann das Darstellungselement eine Mehrzahl der Strukturen aufweisen. Die Strukturen können eine Skale bildend an dem Darstellungselement ausgeformt sein. Diese Ausführungsform ermöglicht eine vorteilhafte Aufteilung der in der Anzeigevorrichtung anzuzeigenden Informationen durch die Verlagerung ortsfester Informationen nach außerhalb des Bildschirmelements.
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Günstig ist es auch, wenn die Anzeigevorrichtung eine Reflektorfläche zum Reflektieren der elektromagnetischen Strahlung aufweist. Die Reflektorfläche kann einer sich in einem Winkel zu der Darstellungselementhauptseite erstreckenden Seitenkante des Darstellungselements gegenüberliegend angeordnet oder anordenbar sein oder an die Seitenkante des Darstellungselements angrenzend angeordnet oder anordenbar sein. Diese Ausführungsform des hier vorgestellten Konzepts kann verhindern, dass elektromagnetische Strahlung an den Rändern des Darstellungselements ungewollt austritt und zudem für eine Erhöhung der Homogenität der Ausleuchtung des Darstellungselements sorgen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die weitere Darstellungselementhauptseite entspiegelt sein. Auf diese Weise können die an dem Darstellungselement angezeigten Informationen ohne störende Reflexe für den Betrachter besser sichtbar gemacht werden. Zudem kann eine bessere Raumwirkung erzielt werden.
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Ferner kann die Anzeigevorrichtung einen Lichtleiter mit einer Einkoppelstelle und einer Auskoppelstelle aufweisen. Die Einkoppelstelle kann ausgebildet sein, um zum Einkoppeln der elektromagnetischen Strahlung in den Lichtleiter einer Lichtquelle gegenüberliegend angeordnet zu werden. Die Auskoppelstelle kann ausgebildet ist, um zum Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung in das Darstellungselement der Darstellungselementstirnseite gegenüberliegend angeordnet zu werden. Der Einsatz des Lichtleiters ermöglicht neben einer vorteilhaften Bauraumeinsparung eine größtmögliche Flexibilität bei der Positionierung der Lichtquelle.
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Beispielsweise kann der Lichtleiter einen Umlenkabschnitt zum Umlenken der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Auch mit dieser Ausführungsform des hier vorgestellten Konzepts lässt sich Bauraum einsparen und die Positionierung der Lichtquelle flexibel gestalten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Umlenkabschnitt zum Umlenken der elektromagnetischen Strahlung eine Fase oder einen Radius auf. Auf diese Weise kann die Umlenkung der elektromagnetischen Strahlung einfach und kostengünstig realisiert werden.
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Beispielsweise kann der Umlenkabschnitt eine Mehrzahl gewinkelter Flächen aufweisen. Die gewinkelten Flächen können ausgebildet sein, um die elektromagnetische Strahlung in eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten elektromagnetischen Strahlungsbündeln zu teilen. Diese Ausführungsform des Lichtleiters ermöglicht eine vorteilhafte homogene Ausleuchtung des Darstellungselements.
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Ferner kann die Anzeigevorrichtung ein Reflektorelement zum Reflektieren der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Das Reflektorelement kann seitlich des Lichtleiters angeordnet oder anordenbar sein und so wirkungsvoll verhindern, dass Anteile der elektromagnetischen Strahlung ungewollt vor Einkopplung in das Darstellungselement aus dem Lichtleiter austreten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung eine Lichtquelle zum Emittieren der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Die Lichtquelle kann zu einer der Bildschirmelementhauptseite gegenüberliegenden weiteren Bildschirmelementhauptseite gerichtet angeordnet oder anordenbar ist. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine LED handeln. Bei der von der Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung kann es sich um Licht im für den Menschen sichtbaren Spektralbereich handeln.
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Auch kann die Anzeigevorrichtung ein Rahmenelement aufweisen. Das Rahmenelement kann ausgebildet sein, um das Darstellungselement zumindest teilumfänglich einzufassen. So kann ohne Weiteres erreicht werden, dass das Darstellungselement im ausgeschalteten Zustand unsichtbar erscheint und sich somit nicht störend auf die Aufmerksamkeit des Nutzers auswirken kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung ein Trägerelement zum Fixieren des Darstellungselements in Bezug zu dem Bildschirmelement aufweisen. Auf diese Weise kann das Darstellungselement schnell und einfach positionsgenau mit dem Bildschirmelement kombiniert werden.
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Es wird weiterhin ein Anzeigegerät für ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung gemäß einer der hier vorgestellten Ausführungsformen vorgestellt. Bei dem Anzeigegerät kann es sich beispielsweise um ein digitales Kombiinstrument oder ein Zentraldisplay eines Infotainmentsystems eines Fahrzeugs handeln.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen einer Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
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Bereitstellen eines Bildschirmelements zum Anzeigen von variablen Informationen an einer Bildschirmelementhauptseite des Bildschirmelements;
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Bereitstellen eines Darstellungselements mit zumindest einer eine ortsfeste Information repräsentierenden Struktur; und
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Anordnen einer Darstellungselementhauptseite des Darstellungselements benachbart zu der Bildschirmelementhauptseite des Bildschirmelements, wobei eine sich in einem Winkel zu der Darstellungselementhauptseite erstreckende Darstellungselementstirnseite des Darstellungselements eine Schnittstelle zu einer Lichtquelle zum Einkoppeln einer von der Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung in das Darstellungselement bildet, um zum Anzeigen der ortsfesten Information das Darstellungselement zu beleuchten.
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Das Verfahren kann in einem Fertigungsbetrieb voll- oder teilautomatisiert ausgeführt werden.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Darstellungselements mit einem Lichtleiter für eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische Schnittdarstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Darstellung einer Anzeigevorrichtung für ein Kombiinstrument gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 ein Detail einer Anzeigevorrichtung für ein Kombiinstrument gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine Darstellung einer Anzeigevorrichtung für ein Kombiinstrument im Betrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 eine Darstellung einer Anzeigevorrichtung für ein Kombiinstrument außer Betrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine Schnittdarstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer Detailkennzeichnung;
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8 ein Detail der Schnittdarstellung einer Anzeigevorrichtung aus 7;
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9 die Schnittdarstellung einer Anzeigevorrichtung aus 7 mit einer weiteren Detailkennzeichnung;
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10 ein Detail der Schnittdarstellung einer Anzeigevorrichtung aus 9; und
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11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Das hierin vorgestellte neuartige Prinzip der Beleuchtung eines Darstellungselements vor dem Display eines Anzeigesystems wird im Folgenden im Zusammenhang mit Anzeigesystemen für Kraftfahrzeuge erläutert, kann aber auch für Anzeigesysteme in anderen Bereichen und Anwendungen umgesetzt werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Darstellungselements 100 mit einem Lichtleiter 102 für eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Darstellungselement 100 ist ausgebildet, um in Kombination mit einem Bildschirmelement einer digitalen Anzeigevorrichtung Informationen anzuzeigen und dabei eine Tiefenwirkung zu erzielen.
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Das Darstellungselement 100 liegt in Form einer Platte oder Scheibe gleichmäßiger Dicke vor. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Darstellungselement 100 für elektromagnetische Strahlung im für den Menschen sichtbaren Spektralbereich transparent ausgeführt. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Darstellungselement 100 aus Glas gebildet. Auch eine Ausführung in transparentem Kunststoff ist realisierbar.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Darstellungselement 100 als größtenteils kreisrunde Scheibe ausgeführt und kommt zum Anzeigen von Fahrzeugdaten in einem Kombiinstrument für ein Fahrzeug – beispielsweise einen Personen- oder Lastkraftwagen – zum Einsatz. Konkret bildet das in 1 gezeigte Darstellungselement 100 einen Teil eines Tachometers für ein Fahrzeug und zeigt als ortsfeste Informationen des Tachometers eine Skale mit aufsteigenden Geschwindigkeitswerten.
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Die Geschwindigkeitswerte bilden ortsfeste Informationen des Tachometers und sind gemäß dem hier vorgestellten Konzept als die ortsfesten Informationen repräsentierende Strukturen 104 in ein Volumen des Darstellungselements 100 eingebracht. Die Strukturen 104 bilden reflexive bzw. reflektierende Oberflächen zur Reflexion und Sichtbarmachung elektromagnetischer Strahlung und wurden beispielsweise durch Laserabtragung, Sandstrahlung oder Bedruckung in dem Darstellungselement 100 erzeugt.
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Eine Darstellungselementstirnseite 106 des Darstellungselements 100 ist einer Auskoppelstelle des Lichtleiters 102 gegenüberliegend angeordnet und bildet eine Schnittstelle zu einer Lichtquelle zum Einkoppeln einer von der Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung in das Darstellungselement 100. Bei der Darstellungselementstirnseite 106 handelt es sich um einen Abschnitt einer zwei Hauptseiten bzw. Oberflächen des Darstellungselements 100 verbindenden Schmalseite bzw. Seitenkante des Darstellungselements 100. Die Darstellungselementstirnseite 106 verläuft bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Darstellungselements 100 in einem Winkel von ca. 90 Grad bezüglich der Hauptseiten.
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Der Lichtleiter 102 ist ausgebildet, um elektromagnetische Strahlung 108 – hier Licht 108 im sichtbaren Wellenlängenbereich – von einer hinter dem Darstellungselement 100 angeordneten Lichtquelle zu dem Darstellungselement 100 zu leiten und an der Darstellungselementstirnseite 106 in das Darstellungselement 100 einzukoppeln. Die schematische Darstellung in 1 zeigt mehrere Bündel elektromagnetischer Strahlung 108, die durch den Lichtleiter 102 geführt und umgelenkt werden, um in unterschiedlichen Richtungen über die Darstellungselementstirnseite 106 in das Darstellungselement 100 eingekoppelt zu werden. An den sogenannte Störstellen bildenden reflektierenden Strukturen 104 werden die Bündel elektromagnetischer Strahlung 108 in einem Winkel zu den Hauptseiten der Scheibe 100 ausgekoppelt und somit für einen Betrachter des Darstellungselements 100 sichtbar gemacht. Das Erzeugen der reflektierenden Strukturen 104 kann an beiden Oberflächen der Glasscheibe 100, oder beim Einsatz eines Lasers in einer beliebigen Tiefe innerhalb des Glases, erfolgen.
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Um zu verhindern, dass elektromagnetische Strahlung 108 an den Seiten des Darstellungselements 100 austritt, weist das in 1 gezeigte beispielhafte Darstellungselement 100 an der Seitenkante der Scheibe 100 eine Reflektorfläche 110 auf, um eine Oberfläche der Seitenkante reflektierend zu gestalten. Bei der Reflektorfläche 110 kann es sich je nach Ausführungsbeispiel um ein auf die Seitenkante aufgebrachtes separates Element oder um eine auf die Seitenkante aufgebrachte Schicht, z. B. eine Verspiegelung, handeln.
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2 zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung einen beispielhaften Aufbau einer gemäß dem hier vorgestellten Konzept realisierten Anzeigevorrichtung 200 für ein Fahrzeug. Die Anzeigevorrichtung 200 umfasst neben dem Darstellungselement bzw. der Scheibe 100 und dem Lichtleiter 102 ein Bildschirmelement 202, eine auf einer Leiterplatte 204 angeordnete Lichtquelle 206 und ein Reflektorelement 208.
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Das Bildschirmelement 202 wird im Folgenden auch als Display 202 bezeichnet. Es handelt sich bei dem Bildschirmelement 202 um eine elektronische Vorrichtung zum Visualisieren variabler Fahrzeuginformationen an einer im Einsatz der Anzeigevorrichtung 200 einem Nutzer bzw. Betrachter 210 der Anzeigevorrichtung 200 zugewandten Bildschirmelementhauptseite 212 des Bildschirmelements 202.
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Bei dem Darstellungselement 100, das zum Darstellen der ortsfesten Informationen mittels mindestens einer der in 1 erläuterten Strukturen 104 eingesetzt wird, handelt es sich im Gegensatz zu dem Bildschirmelement 202 um ein rein mechanisches Bauteil ohne elektrische oder elektronische Komponenten. Das Darstellungselement 100 ist mit einer Darstellungselementhauptseite 214 benachbart zu der Bildschirmelementhauptseite 212 des Bildschirmelements 202 angeordnet, sodass eine der Darstellungselementhauptseite 214 gegenüberliegende weitere Darstellungselementhauptseite 216 dem Betrachter 210 zugewandt ist. Das Darstellungselement 100 ist mittels eines Trägerelements parallel zu dem Bildschirmelement 202 angeordnet.
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Die Leiterplatte 204 mit der Lichtquelle 206 ist parallel zu dem Bildschirmelement 202 und dem Darstellungselement 100 und von dem Betrachter 210 aus gesehen hinter dem Bildschirmelement 202, also zu einer der Bildschirmelementhauptseite 212 gegenüberliegenden weiteren Bildschirmelementhauptseite 218 gerichtet, angeordnet. Die Lichtquelle 206 ist damit so gegenüber dem Bildschirmelement 202 und dem Darstellungselement 100 positioniert, dass sie die elektromagnetische Strahlung 108 quer zu den Bildschirmelementhauptseiten 212, 218 und Darstellungselementhauptseiten 214, 216 emittiert. Als die Lichtquelle 206 kommt hier beispielhaft eine LED 206 zum Einsatz.
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Der Lichtleiter 102 weist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung 200 eine Biegung um 90 Grad auf und erstreckt sich unterhalb und vor dem Bildschirmelement 202.
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Ein zu der Lichtquelle 206 gerichtetes erstes Ende des Lichtleiters 102 bildet eine Einkoppelstelle 220 des Lichtleiters 102 zum Einkoppeln der von der LED 206 emittierten elektromagnetischen Strahlung 108 in den Lichtleiter 102. Ein zu der Darstellungselementstirnseite 106 des Darstellungselements 100 gerichtetes zweites Ende des Lichtleiters 102 bildet eine Auskoppelstelle 222 des Lichtleiters 102 zum Auskoppeln der elektromagnetischen Strahlung 108 aus dem Lichtleiter 102 in das Darstellungselement 100, um das Darstellungselement 100 zu beleuchten.
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Die Biegung bzw. Winkelung des Lichtleiters 102 bildet einen Umlenkabschnitt 224 zum Umlenken der elektromagnetischen Strahlung 108. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Umlenkabschnitt 224 in Form einer Fase ausgebildet. Alternativ kann der Umlenkabschnitt 224 auch durch einen Radius gebildet sein. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Umlenkabschnitt 224 ferner eine Mehrzahl gewinkelter Flächen auf. Diese spezielle Ausformung des Umlenkabschnitts 224 bewirkt – wie in 2 anschaulich dargestellt –, dass die in den Lichtleiter 102 eingekoppelte elektromagnetische Strahlung 108 in eine Mehrzahl – hier drei – von Strahlungsbündeln 226 geteilt wird, die voneinander beabstandet und parallel über die Auskoppelstelle 222 in das Darstellungselement 100 ausgekoppelt werden. So wird eine besonders homogene Ausleuchtung des Darstellungselements 100 erreicht.
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Das Reflektorelement 208 – im Folgenden auch als Reflektor 208 bezeichnet – ist ausgebildet, um eine eventuell aus dem Lichtleiter 102 austretende Streuung der elektromagnetischen Strahlung 108 in den Lichtleiter 102 zurückzureflektieren. Das Reflektorelement 208 weist ebenfalls eine Biegung auf erstreckt sich seitlich des Lichtleiters 102 von der Einkoppelstelle 220 bis zu der Auskoppelstelle 222.
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Die Struktur 104 bildet eine sogenannte Störstelle in dem Darstellungselement 100, die bewirkt, dass zumindest ein Teil der in das Darstellungselement 100 eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung 108 – hier zwei der drei Strahlungsbündel 226 – an der weiteren Darstellungselementhauptseite 216 des Darstellungselements 100 in einem vordefinierten Winkel – hier einem Winkel von 90 Grad – aus dem Darstellungselement 100 ausgekoppelt wird, um die durch die Struktur 104 repräsentierte ortsfeste Information für den Betrachter 210 sichtbar zu machen.
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Um die Sichtbarkeit der angezeigten Informationen und den Effekt der Tiefenwirkung für den Betrachter 210 noch weitergehend zu verbessern, ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die weitere Darstellungselementhauptseite 216 zudem entspiegelt ausgeführt.
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Die einseitige Lichteinkoppelung in das Darstellungselement 100 durch die hinter dem Display 202 platzierte Lichtquelle 206 ermöglicht vorteilhaft eine besonders homogene und helle Ausleuchtung der Scheibe 100 auch mit einer geringen Anzahl von Lichtquellen 206 und die Generierung von Reflexionsflächen auf dem restlichen Scheibendurchmesser aufgrund der eingearbeiteten Strukturen 104. Die Verwendung des gebogenen Lichtleiters 102 ermöglicht die bauraumgünstige Platzierung der Lichtquelle 206 hinter dem Display 202. Gemäß Ausführungsbeispielen können auch mehrere Lichtquellen 206 und entsprechend mehrere Lichtleiter 102 eingesetzt werden.
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Die Entspiegelung der Scheibe 100 und eine Abdeckung der Kanten der Scheibe 100 und der Einkoppelstelle 106 in die Scheibe 100 durch zusätzliche Designelemente führt zur Erzeugung eines schwebenden Effekts beim Anzeigen der Informationen in der Anzeigevorrichtung 200. Die Erzeugung der Lichtauskoppelstellen durch transparente Flächen der Strukturen 104 ermöglicht die Realisierung eines sogenannten Verschwinde-Effekts von Inhalten der Anzeigevorrichtung 200 im unbeleuchteten Zustand der Scheibe 100. Damit werden störende Fahrerinformationen im ausgeschalteten Zustand des Anzeigesystems 200 vermieden.
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Das hier vorgeschlagene neuartige Konzept der Scheibenbeleuchtung für Anzeigegeräte wird im Folgenden kurz zusammengefasst. Das zu beleuchtende Darstellungselement 100, z. B. eine Glasscheibe, wird mit einem Träger vor dem Display 202 angebracht. Die Beleuchtung der Scheibe 100 erfolgt über eine oder mehrere LEDs 206, die auf der Leiterplatte 204 hinter dem Display 202 platziert sind. Die Lichtleitung von den LEDs 206 zu der Scheibe 100 erfolgt mithilfe des um 90 Grad gewinkelten Lichtleiters 102, der von dem Reflektor 208 eingefasst ist. Für die gemäß dem hier vorgestellten Konzept realisierte einseitige, homogene Beleuchtung der Scheibe 100 erfolgt die Lichtumlenkung in zwei Schritten. Zunächst wird das Licht bzw. die elektromagnetische Strahlung 108 mittels des Radius oder der Fase des Umlenkabschnitts 224 um 90 Grad umgelenkt, anschließend wird das Licht 108 mittels der weiteren angewinkelten Flächen des Umlenkabschnitts 224 in drei Bereiche der Scheibe 100 umgelenkt.
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Die Aufteilung der elektromagnetischen Strahlung 108 mittels des Umlenkabschnitts 224 des Lichtleiters 102 in die drei Bereiche bzw. Strahlungsbündel 226 dient der homogenen Ausleuchtung der Scheibe 100. Die Winkel der Flächen des Umlenkabschnitts 224 zur Trennung der elektromagnetischen Strahlung 108 können so variiert werden, dass die bestmögliche Homogenität für den jeweiligen zu beleuchtenden Scheibeninhalt erreicht wird. Um die Homogenität noch weiter zu erhöhen, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel die Kante der Skalenscheibe 100 von der Reflektorfläche 110 eingefasst, sodass seitlich aus der Skalenscheibe 100 austretendes Streulicht wieder zurück in die Scheibe 100 reflektiert wird. Die gewünschte Auskopplung auf der Scheibenfläche 216 erfolgt durch das Erzeugen der Störstellen 104, an denen das Licht 108 reflektiert und dadurch sichtbar gemacht wird. Die Störstellen 104 können durch Bedrucken, Laserabtragung, Sandstrahlen oder ein anderes Abtragungsverfahren hergestellt werden.
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3 zeigt eine beispielhafte Umsetzung des hierin vorgestellten Konzepts der Scheibenbeleuchtung in Form einer beispielhaften Anzeigevorrichtung 200 für ein Kombiinstrument für ein Fahrzeug. Hierfür kommen in Kombination mit dem Bildschirmelement 202 drei Skalenscheiben 100 zum Einsatz, zwei kleinere und eine mittig angeordnete größere. Die die ortsfesten Informationen repräsentierenden Strukturen 104 sind hier in Form von Skalenstrichen 104 für verschiedene Instrumente des Kombiinstruments vorgesehen. Gemäß dem hier vorgestellten Konzept werden im Betrieb des in die Anzeigevorrichtung 200 integrierten Beleuchtungssystems die Skalen 104 beleuchtet und erscheinen als vor den Instrumenten schwebend. Das Bildschirmelement 202 liegt hier in Form eines Displays mit gebondetem Deckglas vor.
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Die im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläuterte homogene Beleuchtung der Glasscheiben 100, die vor dem Display 202 positioniert sind, dient der Darstellung zusätzlicher Fahrerinformationen. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung 200 sind zusätzlich Rahmenelemente 300 vorgesehen. Die Rahmenelemente 300 sind hier als im Wesentlichen kreisrunde Chromringe 300 in der Größe der Skalenscheiben 100 ausgeführt und fassen die Skalenscheiben 100 zumindest größtenteils ein. So wird die zur Beleuchtung der Skalen 104 vorgesehene Beleuchtungs- und Verbindungstechnik abgedeckt und der Eindruck der vor dem Display 202 schwebenden Informationen vorteilhaft verstärkt.
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Bei der in 3 gezeigten beispielhaften Anzeigevorrichtung 200 ist ferner ein Frontrahmen 302 vorgesehen, der ausgebildet ist, um im Bereich der Lichtleiter und LEDs am unteren Rand der Anzeigevorrichtung 200 die Beleuchtungs- und Verbindungstechnik abzudecken und dem Blick des Betrachters zu entziehen.
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Bei der Beleuchtung der Scheiben 100 bildet sich eine Aufteilung der in dem Anzeigesystem 200 angezeigten Information auf das Display 202 und die zusätzlichen Scheiben 100, die in einer Ebene vor dem Display 202 positioniert sind. Auf den Scheiben 100 befinden sich die Informationen für den Fahrer, die durch die integrierte Beleuchtung ablesbar werden. Bei dem in 3 gezeigten beispielhaften Kombiinstrument vermitteln die drei Scheiben 100 vor dem Display 202 unterschiedliche Informationen. Insbesondere entsteht durch die Abdeckung der Scheibenkanten durch die Zierringe 300, und gegebenenfalls eine zusätzliche eine Entspiegelung der Scheiben 100, der Eindruck, dass die mittels der Strukturen 104 angezeigten Informationen frei vor dem Display 202 schweben. Bei ausgeschalteter Beleuchtung sind die durch die Strukturen 104 der Scheiben 100 vermittelten Informationen nicht mehr oder nur sehr gering sichtbar.
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Mit dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des hierin vorgestellten Konzepts anhand des Kombiinstruments für ein Fahrzeug werden die Vorteile des hier vorgestellten Ansatzes deutlich sichtbar.
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Die gemäß dem hier vorgestellten Konzept realisierbare Kombination einer freien Darstellung von wechselnden Informationen auf dem Display 202 mit Informationen über mechanische Komponenten wie die Strukturen 104 in den Scheiben 100, die direkt vor dem Display 202 positioniert sind, sorgt für zusätzliche Anmutung, Tiefenwirkung und Individualität der Anzeigevorrichtung 200. Wie bereits erwähnt, kann durch den Einsatz der beleuchteten Zusatzscheiben 100 ein Teil der für den Fahrer relevanten Informationen – die ortsstabilen Informationen – auf eine zweite Ebene vor dem Display 202 verlagert werden, während variable Informationen – bei der Darstellung in 3 beispielsweise die Zeiger der Instrumente – auf der ersten Ebene des Displays 202 dargestellt werden.
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Beim Betrieb des Anzeigesystems 200 werden die Scheiben 100 beleuchtet und es entsteht der Eindruck, dass die von den Scheiben 100 angezeigten Informationen frei vor dem Display 202 schweben. Durch die zweite Ebene entsteht mehr Tiefenwirkung – ein sogenannter 3D-Effekt – im Betrieb des Anzeigesystems 200. Die zusätzlichen Informationen auf der zweiten Ebene können vorteilhaft mit den Informationen auf dem Display 202 kombiniert werden. Anmutung und Individualität des Anzeigesystems 200 werden vorteilhaft gesteigert. Bei ausgeschaltetem Anzeigesystem 200 und somit ausgeschalteter Beleuchtung sind die Informationen auf den Scheiben 100 nicht mehr oder nur sehr gering sichtbar.
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4 zeigt ein Detail der beispielhaften Anzeigevorrichtung 200 für ein Kombiinstrument aus 3. Gezeigt ist eines der drei Instrumente des Kombiinstruments aus 3. In der Darstellung in 4 sind die Rahmenelemente aus 3 weggenommen, sodass die verwendete Beleuchtungs- und Verbindungstechnik zu sehen ist. Gezeigt ist ein Träger bzw. Trägerelement 400. Das Trägerelement 400 ist bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel auf das Deckglas des Displays 202 geklebt und dient zur Aufnahme der Skalenscheibe 100 und des Lichtleiters 102. Der Lichtleiter 102 ist vollständig von Reflektorflächen umschlossen, um den Lichtverlust zu minimieren. Zu sehen sind ferner die auf der Seitenkante der Skalenscheibe 100 angeordneten Reflektorflächen 110. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Seitenkante der Skalenscheibe 100 vollständig von den Reflektorflächen 110 umschlossen, um den Lichtverlust zu minimieren.
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5 und 6 zeigen einen gemäß dem hier vorgestellten Konzept realisierbaren „Black-Panel-Effekt“ bzw. „Verschwinde-Effekt“ wiederum anhand einer beispielhaften Ausführung des hierin vorgestellten Beleuchtungssystems als Instrumentenanzeige im Fahrzeug.
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5 zeigt die Anzeigevorrichtung 200 als Teil eines Kombiinstruments eines Fahrzeugs im Betrieb. Bei eingeschalteter Beleuchtung der Skalenscheibe 100 sind die in die Skalenscheibe 100 eingebrachten Strukturen 104 – hier in Form von Zahlen und Skalenstrichen einer Tachometeranzeige als ortsfeste Informationen – beleuchtet und für den Betrachter sichtbar. Das Rahmenelement 300 in Form eines Zierrings deckt die Beleuchtungs- und Verbindungstechnik ab. Ein variabler bzw. wechselnder Inhalt des hinter der Skalenscheibe 100 liegenden Bildschirmelements bzw. Displays 202 ist sowohl seitlich der Scheibe 100 als auch hinter der Scheibe 100 – z. B. als ein aktuelle Geschwindigkeitswerte anzeigender Zeiger – sichtbar.
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6 zeigt die beispielhafte Anzeigevorrichtung 200 aus 5 außer Betrieb. Die Beleuchtung der Skalenscheibe 100 ist ausgeschaltet und die die ortsfesten Informationen anzeigenden Strukturen 104 als unbeleuchteter Scheibeninhalt nicht oder kaum sichtbar. Auch das Display 202 ist ausgeschaltet, und es werden weder hinter der Skalenscheibe 100 noch neben der Skalenscheibe 100 variable Informationen angezeigt. Die Darstellung in 6 zeigt anschaulich den sogenannten Verschwinde-Effekt bzw. Black-Panel-Effekt, bei dem im ausgeschalteten Zustand des Anzeigesystems 200 keine störenden Fahrerinformationen zu sehen sind.
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Bei dem in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung 200 erfolgt wiederum die Beleuchtung der Scheibe 100 über LEDs, die das Licht in die seitliche Scheibenkante einkoppeln. Die Darstellung der Informationen auf der Scheibe 100 erfolgt durch das Erzeugen von reflexiven Bereichen an den die Störstellen bildenden Strukturen 104 auf der Glasoberfläche. Das Licht wird an den Störstellen 104 im Glas aus der Scheibe 100 ausgekoppelt und somit die Informationen für den Betrachter sichtbar gemacht. Die Scheibe 100 ist von dem Rahmen 300 umfasst, sodass Licht, das seitlich aus der Scheibenkante austritt, wieder rückreflektiert wird. Die Scheibe 100 kann z. B. aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt sein. Das Erzeugen der reflexiven Oberflächen der Strukturen 104 erfolgt z. B. durch Laserabtragung, Sandstrahlung oder Bedruckung. Das Erzeugen der reflektierenden Schicht 104 kann an beiden Oberflächen der Glasscheibe 100, oder beim Einsatz eines Lasers in einer beliebigen Tiefe innerhalb des Glases, erfolgen. Die Ausführung der reflexiven Oberflächen ist so gestaltet, dass diese zum Einen eine hohe Reflexivität für Licht in der Scheibe 100 bieten und zum Anderen bei ausgeschalteter Scheibenbeleuchtung und externer Beleuchtung, z. B. in Form von Sonnenlicht, nur gering bis gar nicht mehr wahrnehmbar sind.
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Die die Auskoppelstellen für das Licht aus der Scheibe 100 bildenden Strukturen 104 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eine Verwendung von Klarlack oder eine schwache Lasermarkierung transparent gestaltet und damit im unbeleuchteten Zustand nahezu unsichtbar. Die Einkoppelstelle und die restlichen Scheibenkanten werden durch die Designelemente 300 in Form der Chromringe und der Frontblende abgedeckt, wodurch die gegebenenfalls entspiegelte Scheibe 100 nicht mehr wahrnehmbar ist und somit nur die beleuchteten Auskoppelstellen 104 schwebend sichtbar sind. Die Scheibe 100 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel durch Klemmung zwischen dem Träger und dem Designelement 300 montiert werden. Durch eine zusätzliche elastische Dichtung wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die Klemmung über Lebensdauer aufrechterhalten und zusätzlich störendes Streulicht vermieden.
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Anhand der nachfolgenden Figuren sollen Ausführungsbeispiele des Beleuchtungsaufbaus der beleuchtbaren Scheibe 100 zur Darstellung von Informationen in Anzeigesystemen anschaulich gezeigt werden.
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7 zeigt die beispielhafte Anzeigevorrichtung 200 aus 3 in einer Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A in 3. Das beleuchtbare Darstellungselement 100 ist mittels des Trägers 400 an dem Display 202 befestigt. Das Rahmenelement 300 in Form eines Zierrings fast die Seitenkante des Darstellungselements 100 ein.
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8 zeigt ein in 7 mittels eines Rahmens gekennzeichnetes Detail der Anzeigevorrichtung 200 im Schnitt. Die Beleuchtung des Darstellungselements bzw. der Scheibe 100 erfolgt wie bereits erläutert über eine oder mehrere LEDs 206, die auf der Leiterplatte 204 hinter dem Display 202 platziert sind. Die Lichtleitung von den LEDs 206 zu der Scheibe 100 erfolgt mithilfe des um 90 Grad gewinkelten Lichtleiters 102, der von dem Reflektor eingefasst ist. An der Einkoppelstelle 220 wird das von der LED 206 emittierte Licht in den Lichtleiter 102 eingekoppelt. An der Auskoppelstelle 222 wird das Licht aus dem Lichtleiter 102 in die Scheibe bzw. Skalenscheibe 100 eingekoppelt, um die in die Scheibe 100 eingebrachten Strukturen zu beleuchten. Der Träger 400 zum Befestigen der Scheibe 100 an dem Display 202 ist direkt auf ein Deckglas 800 des Displays 202 aufgeklebt. Ferner ist bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anzeigevorrichtung 200 eine Dichtung 802 vorgesehen. Die Dichtung 802 ist zwischen dem Darstellungselement 100 und dem Rahmenelement 300 angeordnet, dient der Klemmung der Skalenscheibe 100 und unterstützt die Vermeidung von Streulichtaustritt aus dem Darstellungselement 100 sowie von Flüssigkeitseintritt in den Bereich zwischen Scheibe 100 und Rahmenelement 300.
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9 zeigt nochmals die beispielhafte Anzeigevorrichtung 200 aus 3 in der Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 3. In 9 ist ein oberer Bereich der Anzeigevorrichtung 200 mit einem Rahmen gekennzeichnet.
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10 zeigt ein in 9 mittels des Rahmens gekennzeichnetes Detail der Anzeigevorrichtung 200 im Schnitt. Hier ist die Einfassung der Scheibe bzw. des Darstellungselements 100 durch das Rahmenelement 300 gut zu sehen. Eine weitere zwischen dem Rahmenelement 300 und der Scheibe 100 angeordnete Dichtung 802 dient auch an dieser Stelle der Klemmung der Scheibe 100 und der Vermeidung von Streulichtaustritt und Flüssigkeitseintritt. Ein Rastelement 1000 des Trägers 400 gewährleistet eine Zentrierung des Trägers 400 im Deckglas 800 des Displays. Das Rahmenelement bzw. der Chromring 300 ist mittels eines Clips bzw. einer Federklemme 1002 an dem Trägerelement 400 fixiert. Der Clip 1002 ist hier einstückig mit dem Rahmenelement 300 gebildet. Ein Abschnitt des Clips 1002 bildet hier die Reflexionsfläche 110 zur Reflexion von Licht, das an der Scheibenkante der Scheibe 100 austritt. 10 zeigt ferner eine beispielhafte Ausführung einer der Strukturen 104 zur Bildung einer Auskoppelstelle der in die Scheibe 100 eingeleiteten elektromagnetischen Strahlung.
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11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1100 zum Herstellen eines Ausführungsbeispiels der in den 2 bis 10 gezeigten neuartigen Anzeigevorrichtung. In einem Schritt des Bereitstellens 1102 wird ein Bildschirmelement zum Anzeigen von variablen Informationen bereitgestellt. In einem weiteren Schritt des Bereitstellens 1104 wird ein Darstellungselement mit zumindest einer eine ortsfeste Information repräsentierenden Struktur bereitgestellt. Die Schritte des Bereitstellens 1102, 1104 können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden. In einem Schritt des Anordnens 1106 wird das Darstellungselement mit einer Darstellungselementhauptseite benachbart zu einer Bildschirmelementhauptseite des Bildschirmelements angeordnet, sodass eine sich in einem Winkel zu der Darstellungselementhauptseite erstreckende Darstellungselementstirnseite des Darstellungselements eine Schnittstelle zu einer Lichtquelle zum Einkoppeln einer von der Lichtquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung in das Darstellungselement bildet.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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