DE10234124B4

DE10234124B4 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE10234124B4
Application number: DE10234124A
Authority: DE
Inventors: Gary Ford; Jürgen Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2022-07-27
Also published as: DE10234124A1; EP1525574A1; JP4012544B2; JP2005534079A; WO2004017290A1

Abstract

Anzeigevorrichtung mit einem Leuchtelement (12) und einem Ein- und Auskoppelstellen aufweisenden Lichtleiter (14), wobei durch den Lichtleiter (14) ein von dem Leuchtelement (12) austretendes Lichtsignal transportierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (12) eine im Raumwinkel steuerbare Abstrahlcharakteristik aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem Leuchtelement und einem Ein- und Auskoppelstellen aufweisenden Lichtleiter, wobei durch den Lichtleiter ein von dem Leuchtelement ausgesendetes Lichtsignal transportierbar ist.

Eine derartige Anzeigevorrichtung ist aus der DE 35 33 056 A1 bekannt. Diese Druckschrift zeigt auch einen Lichtleiter 41, der mit einer Bewegungseinheit (Drehknopf 39) verbunden ist, zur rotationssymmetrischen Bewegung des Lichtleiters 41. Aus der DE 69 209 736 T2 ist ein Leuchtelement bekannt, welches eine im Raumwinkel steuerbare Abstrahlcharakteristik durch Verwendung von optischen Elementen mit unterschiedlichen Charakteristika aufweist. Aus der DE 692 14 423 T2 ist der Aufbau einer Resonanz-Cavity-LED bekannt.

Bei Anzeigevorrichtungen der eingangs beschriebenen Art werden Signale mittels eines differenzierenden optischen Signalgebers über ein lichtleitendes Element auf einer Projektionsfläche dargestellt. Bisher hat man bei solchen Anzeigen eine Vielzahl von einzelnen, lichtgebenden Elementen oder ein elektronisches Display verwendet. Anwendungsfälle für derartige Anzeigevorrichtungen sind beispielsweise Multistatusanzeigen in Fahrtenschreibern oder Autoradios, die über einen Lichtleiter und zum Beispiel zwei LEDs mehrere Anzeigezustände auf einem Anzeigefeld anzeigt. Ein anderer Anwendungsfall sind ring- oder stabförmig angeordnete Ökonomieanzeigen in Kombiinstrumenten von Kraftfahrzeugen und Nutzfahrzeugen erwähnt, welche z. B. mittels 20 Leuchtdioden (LED) oder durch eine Flüssigkristallanzeige (LCD) realisiert wird. Der Nach teil einer solchen Anzeige ist der hohe schaltungstechnische Aufwand und die große Anzahl an diskreten Bauteilen, welche damit hohe Herstellungskosten und eine geringe Gestaltungsfreiheit bedingen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeeinheit der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Leuchtelement eine im Raumwinkel steuerbare Abstrahlcharakteristik aufweist.

Die Anzeigeeinheit weist also eine räumlich differenzierende Lichtquelle auf, die von einer Kontroll- oder Regeleinheit gesteuert werden kann. Damit sind von einem einzigen Leuchtelement aus verschiedene Anzeigeflächen mit einem Lichtsignal versorgbar. Die Anzeigeflächen sind in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung die Auskoppelstellen des Lichtleiters. In einer anderen Ausführung sind Projektionsflächen vorgesehen, auf die aus dem Lichtleiter austretendes Licht fällt. In einer kompakten Ausführung der Anzeigevorrichtung sind die Projektionsflächen direkt mit dem Lichtleiter verbunden. Sie können aber ebenso als separate Bauteile realisiert sein. Gleiches gilt für die Lichteintrittsflächen des Lichtleiters, die den optisch-geometrischen Verhältnissen des Lichtleiters angepasst und entsprechend zur Lichtquelle positioniert sind.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besitzt der Lichtleiter Lichtkanäle, die das eingekoppelte Licht auf die entsprechenden Anzeige- bzw. Projektionsflächen lenken. Mögliche Probleme durch Signale, die ein optisches Übersprechen erzeugen, werden im einfachsten Fall durch eine optische Trennung der Lichtkanäle erreicht, z.B. durch Einbringen einer nicht transmissiven Schicht. Denkbar sind aber auch in den Lichtleiter eingebrachte zusätzliche optische Kanäle aus Glas oder Glasfasern. Sie ermöglichen eine störungsfreie Führung des Lichtes zur Projektionsfläche.

Das Leuchtelement ist derart gestaltet, dass es seine räumliche Abstrahlcharakteristik in Abhängigkeit eines Steuersignals ändern kann. Im einfachsten Fall befindet sich über der Lichtaustrittsebene des Leuchtelements ein Aperturschlitz, der seine Position entsprechend dem gewünschten Lichteintrittsfenster verändert.

Eine mechanisch weniger aufwendige Ausführung im Sinne dieser Erfindung ist durch den Einsatz einer Leuchtdiode gegeben, die ihre Abstrahlcharakteristik räumlich verändern kann. Dazu kommt beispielsweise eine RC-LED (Resonanz Cavity-LED) in Betracht, welche den konstruktiven mechanischen Aufwand gering hält. Bei dieser Art von Leuchtelement sorgen "Bragg"-Spiegel in einem Leuchtdiodenchip dafür, das bei unterschiedlichen Temperaturen des Chips die räumliche Lichtstärkeverteilungskurve, das sogenannte Rousseaudiagramm, groß oder klein wird. Vorteilhaft sind insbesondere Dünnfilm-LEDs einsetzbar.

Die Temperatur des Chips wird in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung nicht nur über den LED-Strom gesteuert, sondern auch über ein zusätzliches Heiz- und/oder Kühlelement, welches in möglicht kleinem Abstand zu einer Wärmeableitfläche (Heatsink) des LED-Chips angebracht ist. Eine Kontrolleinheit sorgt über die Erfassung und Verarbeitung der Stromparameter, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von rechnerisch hinterlegten Strom- und Temperatur-Vergleichstabellen für die entsprechende Ausrichtung der Lichtverteilungskurve.

Leuchtelemente mit ausreichend kurzer Wellenlänge, wie z.B. UV-Lichtquellen, erlauben es, mit Hilfe von mit Wellenlängentransmittern ausgestatteten Projektionsflächen dem Lichtsignal unterschiedliche Farben zu geben. Als UV-Licht wird in der Regel Licht mit einer Wellenlänge von 400–800 nm bezeichnet. Als Frequenzwandler kommen Phosphor und andere sogenannte Leuchtstoffe zum Einsatz, deren Aktivatorzentren die von dem Leuchtelement abgestrahlte Energie in der gewünschten Farbe emitieren. Denkbar ist auch der Einsatz von sogenannten Siliziumnanokristallen, welche nach Bestrahlung mit UV-Licht wellenlängen-definiert unterschiedliches Licht aussenden. Besonders vorteilhaft ist hier der Einsatz in einem Zifferblatt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit starrem Lichtleiter,
2 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit beweglichem Lichtleiter,
3 ein lichtrichtungssteuerbares LED-Leuchtelement in einer schematischen Darstellung und
4 ein schematische Darstellung der Anordnung eines Leuchtelements mit einer Steuereinheit.
In der 1 ist eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung dargestellt. Am Anfang eines Strahlenganges ist ein Leuchtelement 12 vorgesehen, das je nach Ansteuerung eine räumlich unterschiedliche Verteilung von Lichtkegeln, das heißt eine differente Abstrahlcharakteristik, erzeugen kann. In der 1 sind beispielhaft zwei Lichtkegel 4 dargestellt, die selbstverständlich nicht gleichzeitig erzeugt werden, sondern lediglich in der 1 aus Gründen der Anschaulichkeit gemeinsam dargestellt sind. Ein erster, gepunktet dargestellter Lichtkegel ist schmal und trifft so auf einen Licht-Eintrittsbereich 2 eines Lichtleiters 14, dass nur ein Teil des Licht-Eintrittbereichs 2 von dem Lichtkegel 4 bestrahlt ist. In dem Lichtleiter 14 sind zwei Lichtkanäle 5 gebildet, die optisch voneinander getrennt sind, beispielsweise durch eine reflektierende Schicht. Statt einer reflektierenden Schicht zwischen den beiden Lichtkanälen 5 des Lichtleiters 14 ist es auch denkbar, andere nicht transmissive oder nur teilweise transmissive Schichten vorzusehen, beispielsweise eine ganz oder teilweise lichtabsorbierende oder reflektierende Schicht. Andererseits können Lichtkanäle auch dadurch gebildet werden, dass der Lichtleiter 14 aus mehreren gebündelten Glasfasern besteht. Geeignete Glasfasern für UV-Licht können aus Quarzglas oder einem quarzglasähnlichen Material bestehen.
Im gezeigten Fall des schmalen Lichtkegels trifft das Licht nur in den unteren Lichtkanal, so dass an einem Lichtaustrittsbereich 1 des Lichtleiters 14 auch nur im Bereich des unteren Lichtkanals ein Lichtsignal zu erkennen ist. Der obere Lichtkanal, der von dem Leuchtelement 12 kein Lichtsignal erhält, bleibt unbeleuchtet.
Der andere gezeigte Lichtkegel 4 ist wesentlich größer und erfasst beide Lichtkanäle 5 des Lichteintrittsbereichs 2, so dass auch auf der Seite des Lichtaustrittsbereichs 1 im Bereich beider Lichtkanäle 5 ein Signal zu erkennen ist.
In 1 sind lediglich zwei Lichtkanäle dargestellt, jedoch ist offensichtlich, dass die Erfindung auch auf Lichtleiter mit mehr als zwei Lichtkanälen ausgedehnt werden kann.
In der 1 ist darüber hinaus ein Lichtformelement 11 dargestellt, dass zwischen dem Leuchtelement 12 und dem Lichtleiter 14 angeordnet ist. Dieses Lichtformelement 11 dient dazu, die Form der Lichtkegel 14 zu beeinflussen und dazu beizutragen, dass der Lichteintritt in den Lichtleiter 14 in optimaler Weise geschieht.
Während im Ausführungsbeispiel von 1 der Lichtleiter 14 gegenüber dem Leuchtelement 12 unbeweglich ist, ist bei der Anzeigevorrichtung, die in 2 dargestellt ist, der Lichtleiter 14 beweglich angeordnet. Ein Leuchtelement 12 emittiert Licht, das durch ein Lichtformelement 11 auf den Lichteintrittsbereich 2 eines Lichtleiters 14 gelenkt wird. Innerhalb des Lichtleiters 14 sind mehrere Lichtumlenkelemente 9 vorgesehen, die durch den Lichtleiter 14 transportierte Lichtsignale in einer definierten Weise ablenken. Im Strahlenverlauf wird ein Lichtsignal von einem ersten Lichtumlenkelement in einen waagerechten Bereich des Lichtleiters 14 reflektiert. Dort sind zwei weitere Lichtumlenkelemente 9 vorgesehen, die dazu dienen, Lichtsignale nach oben zu re flektieren, so dass sie aus Lichtaustrittsbereichen 10 den Lichtleiter 14 verlassen.
Der Lichtleiter 14 selber kann, wie beim Ausführungsbeispiel von 1, in mehrere Lichtkanäle aufgeteilt sein, so dass Licht, das in einem bestimmten Teil des Lichteintrittsbereichs 2 in den Lichtleiter 14 eingestrahlt wird, innerhalb eines bestimmten Lichtkanals geführt wird. Die Lichtumlenkelemente 9, die Lichtsignale in Richtung der Lichtaustrittsbereiche 10 reflektieren, sind spezifisch für einzelne Lichtkanäle ausgelegt, so dass eine feste Zuordnung zwischen einem bestimmten Lichtaustrittsbereich 10 und einem Bereich des Lichteintrittsbereichs 2 besteht.
In einer anderen Ausführung handelt es sich um einen homogenen Lichtleiter, der also nicht in einzelne Kanäle aufgeteilt ist. Auch bei einem solchen Lichtleiter 14 kann Licht von dem Leuchtelement 12 so eingestrahlt werden, dass es an einer bestimmten Stelle des Lichtleiters 14 wieder austritt. Dies ist deshalb möglich, weil das Licht den Lichtleiter 14 in der Regel nicht gradlinig durchläuft, sondern mehrfach an den Grenzschichten zur Umgebung des Lichtleiters reflektiert wird. Durch den Einstrahlwinkel und aufgrund der Kenntnis der geometrischen Form des Lichtleiters 14 kann somit bestimmt werden, an welcher Stelle ein unter einem bestimmten Winkel eingestrahltes Lichtsignal wieder austritt. Die Lichtumlenkelemente 9, die Lichtsignale in Richtung der Lichtaustrittsbereiche 10 reflektieren, können wiederum so angeordnet werden; dass nur unter einem bestimmten Winkel eingestrahlte Lichtsignale an einem bestimmten Lichtaustrittsbereich 10 austreten.
Oberhalb des Lichtleiters 14 ist eine Abdeckeinheit 8 vorgesehen. Diese weist Abschnitte auf, die als Absorptionselemente 7 ausgebildet sind, und Bereiche, die als Anzeigeelemente 6 ausgebildet sind, auf. Die Anzeigeelemente 6 sind dafür vorgesehen, durch die Lichtaustrittsbereiche 10 des Lichtlei ters 14 austretende Lichtsignale sichtbar zu machen. Dazu sind sie entweder als Transmissionselemente ausgebildet, das heißt sie lassen die Lichtstrahlen ungehindert passieren, oder aber sie sind als Projektionselemente ausgebildet. Im letzteren Fall ist beispielsweise die Oberfläche aufgerauht, so dass das Licht gestreut wird. Die Projektions- oder Transmissionselemente können gefärbt sein, um dem sichtbaren Licht eine bestimmte Farbe zu geben. Die Absorptionselemente 7 sorgen dafür, dass ein Übersprechen zwischen unterschiedlichen Transmissions- beziehungsweise Projektionselementen verhindert ist.
Bei der in 2 gezeigten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem eine zusätzliche Bewegungseinheit 13 vorgesehen, durch die der Lichtleiter 14 verschoben oder gedreht werden kann. Dadurch ist es möglich, mit einem einzigen Lichtleiter 14 eine Vielzahl von Anzeigeelementen 6 anzusteuern.
Anhand von 3 wird beschrieben, wie ein Leuchtelement mit Bragg-Spiegeln aufgebaut ist und wie die Abstrahlcharakteristik gesteuert werden kann. Das Leuchtelement 12 weist einen lichterzeugenden Halbleiterchip 15 auf, der in Reflektorgehäuse 17 eingebettet ist. Der Halbleiterchip 15 besitzt eine Kältezuführ- und Wärmeabführfläche 16, die mit einem Heizelement und/oder Kühlelement 20 verbunden ist. Dadurch ist es möglich, den Chip 15 auf der gewünschten Betriebstemperatur zu halten. Das Leuchtelement 12 besitzt Anschlüsse 18 für den Halbleiterchip 15 und Anschlüsse 19 für das Heizelement 20. Durch das Heiz- beziehungsweise Kühlelement 20 ist es möglich, die Temperatur des Leuchtelementes genau einzustellen, um über die Temperatur die Reflektions- beziehungsweise Brechungseigenschaften des Bragg-Spiegels einzustellen und somit die gewünschte Abstrahlcharakteristik zu erhalten.
In 4 ist schematisch dargestellt, wie eine Ansteuerung eines Leuchtelementes 12 ausgelegt sein kann. Das Leuchtelement 12 wird durch eine Versorgungseinrichtung 24 mit Strom versorgt. Die Steuerung beziehungsweise die Regelung des an eine Anzeigen-Innenraumtemperatur angepassten Leuchtelementstroms übernimmt eine Steuereinrichtung 21. Diese besitzt eine Schnittstelle, um von einem Fahrzeug-Bussystem 23 angesteuert zu werden. An das Fahrzeug-Bussystem ist in der Regel ein Bordcomputer angeschlossen, durch den auf diese Weise auch Informationen beispielweise über Temperatur-Strom-Wertetabellen bereitgestellt werden können. Bekannte Bussysteme sind beispielsweise der CAN-Bus oder die als K-Line und MOST bekannten Netzwerke für Fahrzeuge.

Claims

Anzeigevorrichtung mit einem Leuchtelement (12) und einem Ein- und Auskoppelstellen aufweisenden Lichtleiter (14), wobei durch den Lichtleiter (14) ein von dem Leuchtelement (12) austretendes Lichtsignal transportierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (12) eine im Raumwinkel steuerbare Abstrahlcharakteristik aufweist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (14) mindestens zwei Lichtkanäle (5) aufweist, die jeweils eine Ein- und Auskoppelstelle besitzen, wobei durch jeden Lichtkanal (5) ein Lichtsignal zu jeweils einer Projektionsfläche transportierbar ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (12) einen Bragg-Spiegel aufweist, durch den der Raumwinkel des abgestrahlten Lichts einstellbar ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement mit einer Kälte- und/oder Wärmequelle (20) versehen ist zur Steuerung der Temperatur der Bragg-Spiegel.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (12) im ultravioletten Bereich arbeitet und die Projektionsfläche zur Farbwandlung Wellenlängentransmitter aufweist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche zur Wellenlängenwandlung Nanokristalle, insbesondere Siliziumnanokristalle aufweist, welche nach Bestrahlung mit UV-Licht wellenlängen-definiert unterschiedliches Licht aussenden.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (12) im ultravioletten Bereich arbeitet und ein Reflektorgehäuse (17) zumindest abschnittsweise aus einem Nanokristalle, insbesondere Siliziumnanokristalle aufweisenden Harz besteht.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (14) durch Glasfasern gebildet ist, die aus Quarzglas oder einem quarzglasähnlichen Material bestehen.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leuchtelement (12) und dem Lichtleiter (14) Lichtformelemente (11) angeordnet sind zur positionsgenauen Leitung der im Raumwinkel abgelenkten Lichtsignale auf eine für das jeweilige Lichtsignal vorbestimmte Einkoppelstelle.
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (14) mit einer Bewegungseinheit (13) verbunden ist zur translatorischen und/oder rotationssymmetrischen Bewegung des Lichtleiters (14).
Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensität des Leuchtelements (12) und/oder die Position der Bewegungseinheit (13) über eine Steuervorrichtung (21) steuerbar ist, die eine Schnittstelle zu einem Fahrzeug-Bussystem (23) besitzt.