-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes Anzeigeelement und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen transparenten Anzeigeelements. Die Erfindung betrifft zudem ein Informationsdisplay, in dem ein transparentes Anzeigeelement verbaut ist.
-
In modernen Kraftfahrzeugen wird für den Fahrer oder die weiteren Fahrzeuginsassen eine zunehmende Fülle von Informationen bereitgestellt, die weit über die Anzeige des Fahrzeugzustands hinausgeht. Herkömmliche Kombinationsinstrumente werden daher mehr und mehr durch frei programmierbare, digitale Anzeigen ersetzt. Während heutige Anzeigen in der Regel noch vergleichsweise klein, flach und rechteckig sind, fordern die Designer für die Zukunft größere, frei geformte Anzeigeflächen. Als eine Variante solcher Anzeigen werden auch transparente, frei im Raum stehende Displays in Betracht gezogen.
-
In diesem Zusammenhang beschreibt
US 2015/0168776 A1 1 eine Anzeigevorrichtung mit steuerbarer Lichtdurchlässigkeit. Die Anzeigevorrichtung umfasst einen lichtemittierenden Bereich und einen lichtdurchlässigen Bereich. Der lichtemittierende Bereich weist eine lichtemittierende Einheit auf. Der lichtdurchlässige Bereich umfasst eine lichtdurchlässige Einheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Durchlässigkeit für externes Licht einstellen kann. Die lichtemittierende Einheit und die lichtdurchlässige Einheit sind auf demselben Substrat ausgebildet.
-
US 2018/0047945 A1 beschreibt ein optisches System für ein OLED-Display. Das optische System umfasst eine erste Schicht, die ein doppelbrechendes Material umfasst, eine Polarisatorschicht und eine erste transparente Permeationsbarriere, die zwischen der ersten Schicht und der Polarisatorschicht angeordnet ist. Das optische System kann in einem transparenten Display verwendet werden.
-
Problematisch ist der Kontrast von transparenten Displays bei Tageslicht oder hellem Umgebungslicht, insbesondere, wenn sie frei im Raum angebracht sind und man durch sie in den Außenbereich schauen kann. In diesem Fall muss die Helligkeit der Bildinformation mit der Helligkeit des Außenbereichs konkurrieren, im schlechtesten Fall mit reflektiertem Sonnenlicht oder der tief stehenden Sonne.
-
Der wahrgenommene Kontrast einer Anzeige entsteht durch das Verhältnis der Leuchtdichte der angezeigten Informationen zum Hintergrund. Die Leuchtdichte des Hintergrundes entsteht bei transparenten Displays durch Überlagerung von Licht, das von hinten durch das Display tritt, mit Licht, das von der Vorderseite des Displays reflektiert wird. Je höher die Leuchtdichte des Hintergrunds in Relation zur Bildinformation ist, umso schlechter wird der Kontrast. Ein hoher Reflexionsgrad kann so dazu führen, dass das Bild nicht mehr abgelesen werden kann.
-
Transparente Displays sind in der Regel aus einzelnen Bildpunkten bzw. Pixeln aufgebaut, die nicht die ganze Bildfläche einnehmen. Daher bleibt in den Zwischenräumen genügend Fläche, um die gewünschte Transparenz zu gewährleisten. Idealerweise sind die in den Zwischenräumen angeordneten Strukturen der Ansteuerebene in Material und Design optisch so angepasst, dass sie keine Streuung von Umgebungslicht bewirken. Im Zwischenraum vorhandene metallische Leiterbahnen können mit einer Antireflexions- oder Absorptionsschicht versehen werden. Problematisch kann jedoch die Pixelfläche selber sein, da hier in der Regel mit Elektrodenmaterialien gearbeitet werden muss, die eine signifikante Reflexion haben. Fällt nun Licht aus Richtung des Betrachters auf das Display, so überlagert das von den Pixeln reflektierte Licht die von den Pixeln angezeigte Bildinformation.
-
Zur Reduzierung solcher Reflexionen werden häufig Zirkularpolarisatoren in Form einer Folie vor der Anzeigefläche eingesetzt. Diese eliminieren das reflektierte Licht zu einem großen Teil, reduzieren allerdings auch den Transmissionsgrad der gesamten Anzeigeeinheit.
-
Um mit einer hohen Hintergrundhelligkeit zu konkurrieren, kann alternativ auch die Helligkeit der Bildinformation selber erhöht werden. Dies ist aber oftmals nicht erwünscht, um den Betrachter nicht zu blenden. Nachteilig ist zudem der mit einer hohen Anzeigehelligkeit verbundene hohe Energiebedarf. Dieser wird insbesondere bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb zu einem Problem, da die erhöhte Verlustleistung unmittelbar die Reichweite des Fahrzeugs reduziert.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes transparentes Anzeigeelement bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein transparentes Anzeigeelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 zum Herstellen eines transparenten Anzeigeelements gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein transparentes Anzeigeelement auf:
- - ein transparentes Substrat;
- - eine auf dem transparenten Substrat angeordnete lichtemittierende Schicht mit voneinander beabstandeten lichtemittierenden Elementen;
- - eine auf der lichtemittierenden Schicht angeordnete Retarderschicht; und
- - eine auf der Retarderschicht angeordnete strukturierte Polarisatorschicht mit Polarisatorelementen, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente angeordnet sind.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines transparenten Anzeigeelements die Schritte:
- - Aufbringen einer lichtemittierenden Schicht mit voneinander beabstandeten lichtemittierenden Elementen auf ein transparentes Substrat;
- - Aufbringen einer Retarderschicht auf die lichtemittierende Schicht; und
- - Aufbringen einer strukturierten Polarisatorschicht mit Polarisatorelementen, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente angeordnet sind, auf die Retarderschicht.
-
Maßgeblich für den wahrgenommenen Kontrast eines Anzeigeelements ist das Verhältnis der Leuchtdichte der angezeigten Informationen zum Hintergrund. Eine Maßnahme zur Optimierung des Kontrasts ist daher, den Reflexionsanteil zu minimieren. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zu diesem Zweck eine strukturierte Polarisatorschicht in Kombination mit einer Retarderschicht verwendet. Im Gegensatz zu einer homogenen, über die gesamte Bildfläche aufgebrachten Polarisatorschicht werden die Polarisatorelemente nur über den lichtemittierenden Elementen aufgebracht, d.h. im Wesentlichen nur im Bereich der Pixelfläche. Die Transparenz der Zwischenräume bleibt so unbeeinträchtigt.
-
Erfindungsgemäß ist die phasenschiebende Retarderschicht dabei auf der lichtemittierenden Schicht angeordnet, während die Polarisatorschicht auf der dem Betrachter zugewandten Seite liegt. Durch die beschriebene Struktur kann die Reflexion von aus Richtung des Betrachters einfallendem Umgebungslicht effizient unterdrückt werden, ohne die Transmission in der Fläche zu beeinträchtigen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung bilden die Polarisatorschicht und die Retarderschicht einen Zirkularpolarisator. Die Polarisatorschicht kann dazu beispielsweise als lineare Polarisationsfolie ausgestaltet sein, die unter 45° mit einer M4-Retarderschicht versehen ist. Einfallendes Licht wird linear polarisiert und durch die nachgeordnete Retarderschicht in zirkulares Licht gewandelt. Das durch den Zirkularpolarisator einfallende Licht kehrt beim Auftreffen auf eine reflektierende Oberfläche seinen ursprünglich erhaltenen Drehsinn um. Trifft es nun erneut auf den Zirkularpolarisator, wird es absorbiert. Ist der Phasensprung des Lichts an der reflektierenden Struktur ungleich 0° oder 180°, so ist die Phasenverschiebung des Retarders entsprechend zu optimieren, z.B. durch Veränderung der Schichtdicke. Alternativ können die Polarisatorschicht und die Retarderschicht einen elliptischen Polarisator bilden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erstrecken sich die Retarderschicht und die Polarisatorelemente über opake Elemente in Bereichen zwischen den lichtemittierenden Elementen. Falls sich die Verwendung von metallischen Leiterbahnen nicht vollständig vermeiden lässt, kann die Situation auftreten, dass sich opake Elemente in die Bereiche zwischen den lichtemittierenden Elementen erstrecken. Um den von den opaken Elementen verursachten Reflexionsanteil zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn sich die Retarderschicht und die Polarisatorelemente über diese opaken Elemente erstrecken. Alternativ können die opaken Elemente mit Absorberelementen versehen sein. Werden hingegen transparent leitfähige Oxidverbindungen für die Leiterbahnen eingesetzt, so kann es vorteilhaft sein, diese in andere Schichten mit angepasstem Brechungsindex einzubinden. Auch auf diese Weise lassen sich Streuungen und Reflexionen minimieren.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Retarderschicht eine durchgehende Retarderschicht oder eine strukturierte Retarderschicht mit Retarderelementen, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Retarderschicht entsprechend der Polarisatorschicht strukturiert. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Transmission in den Zwischenbereichen erreicht. Alternativ kann die Retarderschicht aber auch durchgängig in den Zwischenbereichen angeordnet sein. Damit entfällt eine gesonderte Strukturierung der Retarderschicht, was eine einfachere Prozessführung ermöglicht.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das transparente Anzeigeelement zumindest eine Antireflexschicht auf. Neben der Reflexion an den Bildpunkten bzw. den lichtemittierenden Elementen können auch Reflexionen im Bereich zwischen den Bildpunkten auftreten. Dies kann sowohl an der Vorderseite wie auch der Rückseite des Anzeigeelements der Fall sein. Die betreffenden Anteile können mittels Antireflexionsbeschichtungen oder Antireflexionsfolien eliminiert werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die lichtemittierenden Elemente organische Leuchtdioden oder Mikro-Leuchtdioden. Die Verwendung von organischen Leuchtdioden (OLEDs) oder von Mikro-Leuchtdioden hat den Vorteil, dass bei diesen nur ein sehr geringer Flächenanteil der lichtemittierenden Schicht von lichtemittierenden Elementen belegt wird. Die Zwischenbereiche fallen daher besonders groß aus, sodass das Anzeigeelement als Ganzes eine hohe Transmission aufweist.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das transparente Anzeigeelement eine Ansteuerschicht für die die lichtemittierenden Elemente auf. Die erforderliche elektrische Kontaktierung der lichtemittierenden Elemente erfolgt vorzugsweise mittels einer Ansteuerschicht, die auf dem transparenten Substrat angeordnet ist. Bei dieser sind die in den Zwischenräumen angeordneten Strukturen bevorzugt in Material und Design optisch so angepasst, dass sie keine Streuung von Umgebungslicht bewirken. In den Bereichen der lichtemittierenden Elemente können metallische Elektrodenmaterialien genutzt werden, da in diesen Bereichen durch die Polarisatorschicht und die Retarderschicht die Reflexion von Umgebungslicht, das aus Richtung des Betrachters einfällt, effizient unterdrückt wird.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das transparente Anzeigeelement in eine Scheibe integriert. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes transparentes Anzeigeelement in eine Seitenscheibe eines Transportmittels oder in eine Scheibe einer Vitrine integriert werden, um einem Nutzer Informationen bereitzustellen.
-
Vorzugsweise verwendet ein Informationsdisplay ein erfindungsgemäßes transparentes Anzeigeelement. Ein solches Informationsdisplay kann beispielsweise in allen Arten von Transportmitteln, in öffentliche Anzeigen oder an Verkaufsstellen (Point of Sales) genutzt werden. Aufgrund des deutlich verbesserten Kontrastes gegenüber einem herkömmlichen transparenten Display kann die Leuchtdichte des erfindungsgemäßen Anzeigeelements bei vergleichbaren Umgebungsbedingungen reduziert werden. Dies resultiert bei den vorgeschlagenen Displaytechnologien direkt in einer reduzierten Leistungsaufnahme. Auf diese Weise kann beispielsweise die Reichweite von elektrisch angetriebenen Transportmitteln erhöht werden. Insbesondere in Kraftfahrzeugen wird zudem eine Verbesserung der Ablesbarkeit von transparenten Displays erzielt.
-
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements;
- 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements;
- 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements;
- 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements;
- 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements;
- 6 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines transparenten Anzeigeelements; und
- 7 zeigt schematisch ein Fortbewegungsmittel, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist.
-
Figurenbeschreibung
-
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
-
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements 1. Das transparente Anzeigeelement 1 weist ein transparentes Substrat 10 auf, auf dem eine lichtemittierende Schicht 12 mit voneinander beabstandeten lichtemittierenden Elementen 120 angeordnet ist. Bei den lichtemittierenden Elementen 120 kann es sich beispielsweise um organische Leuchtdioden oder Mikro-Leuchtdioden handeln. Vorzugsweise befindet sich zwischen dem transparenten Substrat 10 und der lichtemittierenden Schicht 12 eine Ansteuerschicht 11 für eine elektrische Kontaktierung der lichtemittierenden Elemente 120. Auf der lichtemittierenden Schicht 12 ist eine Retarderschicht 13 angeordnet, auf der wiederum eine strukturierte Polarisatorschicht 14 angeordnet ist. Die strukturierte Polarisatorschicht 14 weist Polarisatorelemente 140 auf, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente 120 angeordnet sind. Die Polarisatorschicht 14 liegt auf der dem Betrachter 17 zugewandten Seite des Anzeigeelements 1. Vorzugsweise bilden die Polarisatorschicht 14 und die Retarderschicht 13 einen Zirkularpolarisator. In diesem Ausführungsbeispiel ist auch die Retarderschicht 13 strukturiert, d.h. die Retarderschicht 13 weist Retarderelemente 130 auf, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente 120 angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Transmission in den Bereichen zwischen den lichtemittierenden Elementen 120 erreicht.
-
2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements 1. Die Ausführungsform ist weitgehend identisch mit der in 1 gezeigten Ausführungsform, allerdings ist die Retarderschicht 13 in diesem Fall auch durchgängig in den Zwischenbereichen angeordnet. Damit entfällt eine gesonderte Strukturierung der Retarderschicht, was unter Umständen eine einfachere Prozessführung ermöglicht.
-
3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements 1. Die Ausführungsform ist weitgehend identisch mit der in 2 gezeigten Ausführungsform, allerdings weist das Anzeigeelement 1 Antireflexionsbeschichtungen 15, 16 auf. Neben der Reflexion an den lichtemittierenden Elementen 120 können auch Reflexionen im Bereich zwischen den lichtemittierenden Elementen 120 auftreten. Dies kann sowohl an der Rückseite wie auch der Vorderseite des Anzeigeelements 1 der Fall sein. Um die betreffenden Reflexionsanteile zu eliminieren, ist in dieser Ausführungsform eine erste Antireflexschicht 15 auf der Rückseite des Anzeigeelements 1 angeordnet. Eine zweite Antireflexschicht 16 ist auf der Vorderseite des Anzeigeelements 1 angeordnet.
-
4 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements 1. Bei dieser Ausführungsform befinden sich opake Elemente 110 in der Ansteuerebene, die sich auch in Bereiche zwischen den lichtemittierenden Elementen 120 erstrecken, z.B., weil sich das Verwenden von metallischen Leiterbahnen nicht vollständig vermeiden lässt. Um den von den opaken Elementen 110 verursachten Reflexionsanteil zu reduzieren, erstrecken sich bei dieser Ausführungsform die Retarderelemente 130 und die Polarisatorelemente 140 ebenfalls in die Bereiche zwischen den lichtemittierenden Elementen 120. Vorzugsweise bedecken sie dabei die opaken Elemente 110 vollständig. Durch die verbleibenden, nicht von den Retarderelementen 130 und den Polarisatorelementen 140 bedeckten Bereiche zwischen den lichtemittierenden Elementen 120, kann Licht durch das Anzeigeelement 1 hindurchtreten, sodass das Anzeigeelement 1 weiterhin transparent erscheint.
-
5 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen transparenten Anzeigeelements 1. Die Ausführungsform ist weitgehend identisch mit der in 4 gezeigten Ausführungsform, allerdings sind diejenigen Teile der opaken Elemente 110, die sich in Bereiche zwischen den lichtemittierenden Elementen 120 erstrecken, in diesem Fall mit einer strukturierten Absorberschicht 18 versehen. Die strukturierte Absorberschicht 18 weist Absorberelemente auf, die in den Bereichen zwischen den lichtemittierenden Elementen 120 oberhalb der opaken Elemente 110 angeordnet sind. Anstelle der strukturierten Absorberschicht 18 kann auch eine strukturierte Antireflexschicht verwendet werden.
-
Erfindungsgemäß ist auf der Retarderschicht 13 eine strukturierte Polarisatorschicht 14 vorgesehen.
US 2015/168776 A1 zeigt eine Polarisatorschicht die durchgehend ist, also nicht strukturiert ist. Strukturiert im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, daß Polarisationselemente nur über den lichtemittierenden Elementen angebracht sind, und sich dazwischen Lücken befinden, wie weiter oben erläutert.
US 2007/257609 A1 zeigt ebenfalls eine durchgehende Polarisatorschicht, also keine strukturierte Polarisatorschicht. Auch
US 2007/145889 A1 zeigt eine durchgehende Polarisatorschicht, keine strukturierte Polarisatorschicht. Keine dieser bekannten Lösungen zeigt eine strukturierte Polarisatorschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
6 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines transparenten Anzeigeelements. In einem ersten Schritt wird eine lichtemittierende Schicht mit voneinander beabstandeten lichtemittierenden Elementen auf ein transparentes Substrat aufgebracht S1. Das Substrat kann aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein. Auf dem transparenten Substrat kann dabei eine zusätzliche strukturierte Ansteuerschicht angeordnet sein. Anschließend wird eine Retarderschicht auf die lichtemittierende Schicht aufgebracht S2. Die Retarderschicht kann dabei als durchgehende Retarderschicht oder als strukturierte Retarderschicht aufgebracht werden S2. Im Falle einer strukturierten Retarderschicht weist diese Retarderelemente auf, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente angeordnet sind. In einem weiteren Schritt wird eine strukturierte Polarisatorschicht mit Polarisatorelementen, die oberhalb der lichtemittierenden Elemente angeordnet sind, auf die Retarderschicht aufgebracht S3. In einem alternativen Herstellungsverfahren können auch Retarder und Polarisator in einem Prozessschritt gemeinsam strukturiert werden. Optional kann in einem weiteren Schritt zumindest eine Antireflexschicht auf die Vorderseite und/oder die Rückseite des Anzeigeelements aufgebracht werden S4.
-
7 zeigt schematisch ein Fortbewegungsmittel 20, in dem eine erfindungsgemäße Lösung realisiert ist. Bei dem Fortbewegungsmittel 20 handelt es sich in diesem Beispiel um ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist zumindest ein Assistenzsystem 22 auf, das einen Bediener des Kraftfahrzeugs im Fahrbetrieb unterstützt, sowie ein Navigationssystem 23. Vom Assistenzsystem 22 oder vom Navigationssystem 23 bereitgestellte Informationen können auf einem Informationsdisplay 21 angezeigt werden, das ein erfindungsgemäßes Anzeigeelement verwendet. Beispielsweise kann es sich bei dem Informationsdisplay 21 um ein Kombiinstrument handeln. Weitere Informationsdisplays 21 können z.B. in die Seitenscheiben 24 des Kraftfahrzeugs integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein erfindungsgemäßes Anzeigeelement auch für einen reinen Entertainmentbildschirm genutzt werden. Ein solches in die Seitenscheibe 24 integriertes Informationsdisplay 21 ist in 5 exemplarisch für die Fahrerseite dargestellt. Mittels einer Datenübertragungseinheit 25 kann eine Verbindung zu einem Backend aufgebaut werden, z.B. um aktualisierte Software für die Komponenten des Kraftfahrzeugs zu beziehen. Zur Speicherung von Daten ist ein Speicher 26 vorhanden. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs erfolgt über ein Netzwerk 27.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2015/0168776 A1 [0003]
- US 2018/0047945 A1 [0004]
- US 2015168776 A1 [0031]
- US 2007257609 A1 [0031]
- US 2007145889 A1 [0031]
