DE10216821C1 - Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay - Google Patents
Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-FarbdisplayInfo
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Abstract
Bei einem nachtsichtbrillentauglichen Flüssigkristall-Farbdisplay sind in einer Matrix Flüssigkristallzellen angeordnet, von denen jeweils drei benachbarten Flüssigkristallzellen ein Rot-, Grün- und Blaufilter zugeordnet ist und die durch eine Steuereinrichtung mit roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen ansteuerbar sind. Die Helligkeit einer Hintergrundbeleuchtung des Farbdisplays ist von einem hohen Wert im Tagbetrieb auf einen niedrigen Wert im Nachtbetrieb umschaltbar. DOLLAR A Um das ein nachtsichtbrillentaugliche Flüssigkristall-Farb-display mit einfachen Mitteln für den Tag- und Nachtbetrieb zu optimieren, weist die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Abschaltung der Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen (10) im Nachtbetrieb auf.
Description
Die Erfindung betrifft ein nachtsichtbrillentaugliches Flüs
sigkristall-Farbdisplay mit in einer Matrix angeordneten
Flüssigkristallzellen, von denen jeweils drei benachbarten
Flüssigkeitszellen ein Rotfilter, Grünfilter und Blaufilter
zugeordnet ist und die durch eine Steuereinrichtung mit ro
ten, grünen und blauen Bildpunktinformationen ansteuerbar
sind, und mit einer Hintergrundbeleuchtung, deren Helligkeit
von einem hohen Wert im Tagbetrieb auf einen niedrigen Wert
im Nachtbetrieb umschaltbar ist.
Ein derartiges Flüssigkristall-Farbdisplay ist beispielsweise
aus der US 5 262 880 bekannt.
In Flugzeugen, insbesondere Militärflugzeugen, werden Nacht
sichtbrillen (Night Vision Goggles, NVGs) benutzt, um nachts
aus dem Flugzeug herauszusehen. Dabei wird zur Beobachtung
von Instrumenten und Displays im Cockpit unten oder seitlich
an der Nachtsichtbrille vorbei geschaut. Für ein nachtsicht
brillentaugliches Display besteht daher die Forderung, dass
es mit dem bloßen Auge sichtbar, durch die Nachtsichtbrille
hindurch aber unsichtbar ist. Nachtsichtbrillen wandeln
Strahlung im nahen Infrarotbereich in sichtbares Licht um,
wobei durch ein so genanntes Minus-Blue-Filter bei Nacht
sichtbrillen der Klasse A (A NVGs) Wellenlängen kleiner als
625 nm und bei Nachtsichtbrillen der Klasse B (B NVGs) Wel
lenlängen kleiner als 665 nm blockiert werden. Es muss daher
sichergestellt werden, dass von einem Display im Nachtbetrieb
keine Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 625 nm bzw.
665 nm ausgeht, was durch ein entsprechendes infrarotabsor
bierendes Filter in dem Display erreicht wird. Da die Wellen
länge von 625 nm zwischen den sichtbaren Farben Rot und
Orange liegt, sind rote Anzeigelampen und Farbdisplays nicht
für Nachtsichtbrillen der Klasse A tauglich. Nachtsichtbril
len der Klasse B erlauben dagegen rote Anzeigelampen und
Farbdisplays im Cockpit, da die Wellenlänge von 665 nm etwa
in der Mitte des Wellenlängenbereichs der Farbe Rot liegt.
Das infrarotabsorbierende Filter in dem Farbdisplay muss dann
aber eine möglichst steile Filterflanke nahe der Wellenlänge
von 665 nm aufweisen, damit die verbleibenden Rotanteile
kürzerer Wellenlänge so wenig wie möglich zurückgehalten und
somit Verfälschungen bei der Farbwiedergabe weitgehend ver
mieden werden. Da solche, in der Regel dichroitische, Filter
mit steiler Filterflanke nur bei im wesentlichen senkrecht
durch sie durchtretender Strahlung voll wirksam sind, an
dererseits aber das Display innerhalb eines möglichst großen
Blickwinkelbereich ablesbar sein soll, wird bei dem aus der
oben bereits erwähnten US 5 262 880 bekannten Flüssigkris
tall-Farbdisplay das von der Hintergrundbeleuchtung abge
strahlte Licht über einen Kollimator senkrecht durch das in
frarotabsorbierende Filter geleitet und anschließend mittels
eines Diffusors gleichmäßig zerstreut, bevor es in die Matrix
mit den Flüssigkristallzellen gelangt. Trotz dieser Maßnahmen
bleibt aber die Tatsache, dass sowohl im Nachtbetrieb als
auch im Tagbetrieb des Farbdisplays längerwellige Rotanteile
zurückgehalten werden und somit die Farbwiedergabe verfälscht
wird.
Aus der US 5 661 578 ist es bekannt, zwei unterschiedliche
Hintergrundbeleuchtungen für den Nacht- und den Tagbetrieb
des Flüssigkristall-Farbdisplays vorzusehen, wobei lediglich
die Hintergrundbeleuchtungen für den Nachtbetrieb ein infra
rotabsorbierendes Filter aufweist, so dass zumindest im Tag
betrieb des Displays eine Farbverfälschung ausgeschlossen
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nachtsichtbril
lentauglichen Flüssigkristall-Farbdisplay mit einfachen Mit
teln für den Tag- und Nachtbetrieb zu optimieren.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei
dem nachtsichtbrillentauglichen Flüssigkristall-Farbdisplay
der eingangs angegebenen Art die Steuereinrichtung Mittel zur
Abschaltung der Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen
Flüssigkristallzellen im Nachtbetrieb aufweist. Zusätzlich
kann auch die Ansteuerung der mit den Blaufiltern versehenen
Flüssigkristallzellen im Nachtbetrieb abgeschaltet werden.
Durch das Abschalten der Ansteuerung der mit den Rotfiltern
versehenen Flüssigkristallzellen im Nachtbetrieb kann von der
Hintergrundbeleuchtung ausgehendes Licht im Wellenlängenbe
reich der sichtbaren Farbe Rot und des unmittelbar angrenzen
den nahen Infrarots nicht aus dem Display austreten. Die
Bilddarstellung erfolgt dementsprechend im Nachtbetrieb nur
mit den Farben Grün und Blau oder vorzugsweise nur mit der
Farbe Grün. Da die Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges
für die Farbe Grün, speziell für 505 bis 555 nm am höchsten
ist, kann im Nachtbetrieb die Helligkeit der Hintergrundbe
leuchtung noch weiter reduziert werden, als dies bei einer
Farbbildwiedergabe der Fall ist. Das Blockieren des von der
Hintergrundbeleuchtung ausgehenden Lichts im Wellenlängenbe
reich der Farbe Rot und des unmittelbar angrenzenden Infra
rots in Kombination mit der verstärkten Reduzierung der Hel
ligkeit der Hintergrundbeleuchtung im Nachtbetrieb ermöglicht
in vorteilhafter Weise in dem Display die Verwendung eines
infrarotabsorbierenden Filter, welches für Wellenlängen des
sichtbaren Rots durchlässig ist; d. h. die Filterflanke kann
im Unterschied zu den bei den bekannten Filtern vorgesehenen
infrarotabsorbierenden Filtern in Richtung größerer Wellen
längen, insbesondere Wellenlängen größer als 700 nm, verscho
ben sein. Auch kommt es nicht in dem Maße wie bei bekannten
Displays auf die Steilheit der Filterflanke an, so dass stan
dardmäßige Filter ohne Kollimator verwendet werden können.
Damit im Nachtbetrieb des Displays keine wesentlichen Bild
informationen verloren gehen, werden in vorteilhafter Weise
die zur Ansteuerung der Flüssigkristallzellen mit den Grün-
und Blaufiltern dienenden grünen und blauen Bildpunktinforma
tionen mit den roten Bildpunktinformationen bzw. die zur An
steuerung der Flüssigkristallzellen mit den Grünfiltern die
nenden grünen Bildpunktinformationen mit den roten und blauen
Bildpunktinformationen verknüpft. Werden z. B. für den Tagbe
trieb die roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen zur
Ansteuerung der Flüssigkristallzellen mit den Rot-, Grün- und
Blaufiltern in bekannter Weise aus einem Helligkeitssignal
(Luminanzsignal) und Farbdifferenzsignalen (Chrominanzsignal)
rekonstruiert, so können im Nachtbetrieb die Flüssigkristall
zellen mit den Grünfiltern mit dem Luminanzsignal angesteuert
werden. Mit dem Verzicht auf eine Farbbilddarstellung im
Nachtbetrieb ist also keine nennenswerte Informationseinbuße
verbunden, zumal im Nachtbetrieb grüne Anzeigen weißen oder
roten Anzeigen generell überlegen sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf
die Zeichnung Bezug genommen, im einzelnen zeigen
Fig. 1 Beispiele für die spektrale Empfindlichkeit von
Nachtsichtbrillen und für die Transmissivität eines
infrarotabsorbierenden Filters in einem nachtsicht
brillentaugliches Farbdisplay,
Fig. 2 die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen
Auges,
Fig. 3 ein Beispiel für die Transmissivität der Rot-, Grün-
und Blaufilter in einem Flüssigkristall-Farbdisplay
und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flüs
sigkristall-Farbdisplays als vereinfachtes Block
schaltbild.
In Fig. 1 zeigt die Kurve 1 die spektrale Empfindlichkeit
einer Nachtsichtbrille der Klasse A, die Strahlung im Infra
rotbereich bis etwa 930 nm in sichtbares Licht umsetzt, wobei
Wellenlängen kleiner als 625 nm mittels eines Minus-Blue-
Filters blockiert werden. Kurve 2 zeigt die spektrale Emp
findlichkeit einer Nachtsichtbrille der Klasse B, bei der
mittels des Minus-Blue-Filters Wellenlängen kleiner als
665 nm blockiert werden. Es muss daher sichergestellt werden,
dass von einem Display im Nachtbetrieb keine Strahlung mit
einer Wellenlänge größer als 625 nm bzw. 665 nm ausgeht, was
durch ein entsprechendes infrarotabsorbierendes Filter er
reicht wird, dessen Transmissivität Kurve 3 zeigt. Die Emp
findlichkeitskurven 1 und 2 und die Transmissivitätskurve 3
sind hier auf 100% normiert. Da die Wellenlänge von 665 nm
mitten im sichtbaren Rot liegt, erlauben Nachtsichtbrillen
der Klasse B die Verwendung von Farbdisplays, wobei aber
durch das infrarotabsorbierende Filter (Kurve 3) länger
wellige Rotanteile sowohl im Nachtbetrieb als auch im Tag
betrieb des Farbdisplays zurückgehalten werden und somit die
Farbwiedergabe verfälscht wird. Dabei ist die Farbverfäl
schung um so größer, je weniger steil die Filterflanke 4 ver
läuft.
Fig. 2 zeigt die spektrale Empfindlichkeit 5 des menschli
chen Auges, die im Wellenlängenbereich von 505 bis 555 nm für
die Farbe Grün an höchsten ist.
Fig. 3 zeigt die Transmissivitäten 6, 7 und 8 von Rot-, Grün-
und Blaufiltern, die den Flüssigkristallzellen in einem Flüs
sigkristall-Farbdisplay zugeordnet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbdisplay wird im
Nachtbetrieb die Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehe
nen Flüssigkristallzellen und optional auch die der mit den
Blaufiltern versehenen Flüssigkristallzellen abgeschaltet.
Damit wird von dem Flüssigkristall-Farbdisplay nur noch grü
nes Licht entsprechend der Transmissivitätskurve 7 und ggf.
blaues Licht entsprechend der Transmissivitätskurve 6 abge
strahlt. Von der Hintergrundbeleuchtung des Farbdisplays aus
gehende Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der sichtbaren
Farbe Rot und im angrenzenden Infrarotbereich wird dagegen
wirkungsvoll zurückgehalten, wobei hinzukommt, dass auch die
Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung wegen der maximalen
Empfindlichkeit des menschlichen Auges für die Farbe Grün im
Nachtbetrieb sehr weit reduziert werden kann. Daher kann ent
sprechend der Kurve 9 in Fig. 1 die Filterflanke des infra
rotabsorbierenden Filters in Richtung größerer Wellenlängen,
insbesondere Wellenlängen größer als 700 nm, verschoben sein,
so dass es bei der Farbbilddarstellung im Tagbetrieb des Dis
plays zu keiner Unterdrückung von Rotanteilen und damit zu
Farbverfälschungen kommt.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Flüssigkristall-Farbdisplays mit in einer Matrix zeilen- und
spaltenweise angeordneten Flüssigkristallzellen, von denen
jeweils drei benachbarten Flüssigkristallzellen 10, 11, 12
ein Rotfilter, Grünfilter und Blaufilter zugeordnet ist.
Zwischen einer dimmbaren Hintergrundbeleuchtung 13 für das
Farbdisplay und den Flüssigkristallzellen 10, 11, 12 liegt
ein infrarotabsorbierendes Filter 14. Die Flüssigkristallzel
len 10, 11, 12 werden durch eine Steuereinrichtung 15 Zeile
für Zeile nacheinander adressiert und spaltenweise mit ab
wechselnd roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen R,
G, B angesteuert, wobei die mit den Rot-, Grün- und Blaufil
tern versehenen Flüssigkristallzellen 10, 11, 12 je nach An
steuerung mehr oder weniger Licht der betreffenden Farbe zum
Betrachter hin durchlassen. Die roten, grünen und blauen
Bildpunktinformationen R, G, B werden beim Tagbetrieb in ei
ner Einheit 16 in bekannter Weise aus einem Helligkeitssignal
(Luminanzsignal) Y = R + G + B und Farbdifferenzsignalen (Chromi
nanzsignal) U = Y - B und V = Y - R rekonstruiert (R = Y - V, G = U + V - Y,
B = Y - U), wobei die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung 13
auf einen hohen Wert eingestellt ist. Für den Nachtbetrieb
wird mittels eines Umschaltbefehls D/N an die Treiberschal
tung 17 für die Hintergrundbeleuchtung 13 deren Helligkeit
auf einen sehr niedrigen Wert umgeschaltet; gleichzeitig wer
den nur noch die Flüssigkristallzellen 11 mit den Grünfiltern
mit dem Luminanzsignal Y angesteuert, so dass trotz der mono
chromen Bilddarstellung kein nennenswerter Informationsver
lust eintritt.
Claims (5)
1. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay
mit in einer Matrix angeordneten Flüssigkristallzellen, von
denen jeweils drei benachbarten Flüssigkristallzellen (10,
11, 12) ein Rotfilter, Grünfilter und Blaufilter zugeordnet
ist und die durch eine Steuereinrichtung (15) mit roten, grü
nen und blauen Bildpunktinformationen (R, G, B) ansteuerbar
sind, und mit einer Hintergrundbeleuchtung (13), deren Hel
ligkeit von einem hohen Wert im Tagbetrieb auf einen niedri
gen Wert im Nachtbetrieb umschaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer
einrichtung (15) Mittel zur Abschaltung der Ansteuerung der
mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen(10) im
Nachtbetrieb aufweist.
2. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Verknüpfung der
grünen oder grünen und blauen Bildpunktinformationen (G, B)
mit den roten Bildpunktinformationen (R) im Nachtbetrieb auf
weist.
3. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay
nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
ein infrarotabsorbierendes und rotdurchlässiges Filter (14).
4. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay
nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (15) Mit
tel zur Abschaltung der Ansteuerung der mit den Blaufiltern
versehenen Flüssigkristallzellen (12) im Nachtbetrieb auf
weist.
5. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay
nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Verknüpfung der
grünen Bildpunktinformationen (G) mit den roten und blauen
Bildpunktinformationen (R, B) im Nachtbetrieb aufweist.
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