-
Die Erfindung geht aus von einer
Anzeigevorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Der Kontrast
flächiger
Anzeigen, insbesondere von Flüssigkristallanzeigen,
ist einerseits von der Höhe der
angelegten Ansteuerspannung, aber auch von der Einsatztemperatur
der Anzeige abhängig.
Es ist bekannt, in der Fertigung der Anzeige den Kontrast entsprechend
einzustellen bzw. eine manuelle Nachregelung über ein entsprechendes Bedienelement zuzulassen.
Um die Temperaturabhängigkeit
auszugleichen, ist es ferner bekannt, einen Temperatursensor vorzusehen,
so dass die Ansteuerspannung und damit der Anzeigenkontrast in Abhängigkeit
von der gemessenen Temperatur nachgeregelt werden kann. Im Allgemeinen
ist es dabei nicht möglich,
den Temperatursensor unmittelbar mit der Anzeigeeinheit zu verbinden,
so dass es z.B. durch Sonneneinstrahlung zu Temperaturdifferenzen
zwischen der Anzeigeneinheit und der mit dem Sensor gemessenen Umgebungstemperatur
kommen kann. Hierdurch kann gegebenenfalls die Ansteuerspannung
nicht entsprechend der tatsächlichen
Anzeigenhelligkeit nachgeregelt werden. Ferner ist es aus der
DE 41 29 846 bekannt, einen
optischen Sensor an der Anzeigefläche vorzusehen. Für den Betrieb
dieses Sensors ist jedoch Umgebungslicht erforderlich, so dass z.B.
bei Dunkelheit der Umgebung eine entsprechende Anpassung nicht erfolgen
kann.
-
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung mit den
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass Licht
zum Durchleuchten der Anzeigeeinheit mit einem Lichtleiter zu der
Anzeigeeinheit geführt
wird, diese durchleuchtet und anschließend die Lichtdurchlässigkeit
mit einem hierfür geeigneten
Mittel messbar ist. Mit der Lichtzuführung über einen Lichtleiter ist eine
von der Umgebungshelligkeit der Anzeigeeinheit unabhängige Kontrastmessung
der Anzeige möglich.
Zudem wird auch montagetechnisch einfach eine Durchleuchtung des
Anzeigemittels ermöglicht,
da lediglich auf einer Seite des Anzeigemittels ein elektrisches
Bauteil angeordnet werden muss. Besonders vorteilhaft ist dabei,
das Licht aus dem Lichtleiter auf einer einer in der Anzeigevorrichtung
vorgesehenen Lichtquelle abgewandten Seite in das Anzeigemittel
einzustrahlen. Hierdurch wird es ermöglicht, auf der einem Betrachter zugewandten
Seite des Anzeigemittels, also auf einer Außenseite der Anzeigevorrichtung,
lediglich den platzsparend anbringbaren Lichtleiter vorzusehen, ohne
dass elektrische Teile zur Lichtdetektion an eine Außenseite
der Vorrichtung montiert werden müssen.
-
Es ist ferner vorteilhaft, eine künstliche
Lichtquelle zur Durchleuchtung des Anzeigemittels für den Testvorgang
des Anzeigemittels derart vorzusehen, dass eine Variation der Helligkeit
dieser Lichtquelle das übrige
Erscheinungsbild, insbesondere die Darstellung einer in dem Anzeigemittel
auszugebenden Information, nicht beeinflusst. Hierdurch kann auch
während
des Betriebs der Anzeigevorrichtung eine Überprüfung des Anzeigemittels erfolgen.
-
Es ist ferner vorteilhaft, die Ansteuerung
des Anzeigemittels in Abhängigkeit
von der gemessenen Lichtdurchlässigkeit
derart zu regeln, dass stets ein vorgegebener Kontrast zwischen
einer maximalen Helligkeit und einem maximalen Dunkelwert der Anzeige
und somit eine gewünschte
Ablesbarkeit der Anzeige für
einen Betrachter gewährleitstet
ist.
-
Es ist ferner vorteilhaft, einen
Bereich des Anzeigemittels zwischen einem Lichtauskoppelbereich
des Lichtleiters und dem Mittel zur Messung der Lichtdurchlässigkeit
unabhängig
von dem übrigen Anzeigemittel
ansteuerbar vorzusehen, so dass auch bei einer Variation dieses
Bereichs des Anzeigemittels das übrige
Anzeigebild unverändert
bleibt.
-
Besonders vorteilhaft ist ferner,
bei einer festgestellten Fehlfunktion eine insbesondere akustische
Warnung auszugeben, so dass ein Benutzer über die Fehlfunktion, insbesondere über eine schlechte
Ablesbarkeit der Anzeigevorrichtung, informiert wird. Dies ist insbesondere
bei sicherheitskritischen Anwendungen von Vorteil, bei denen ein
Benutzer über
möglicherweise
auftretende kritische Zustände
des der Anzeigevorrichtung zugeordneten Systems unmittelbar informiert
werden muss und sich der Benutzer demzufolge auf die ihm von der
Anzeigevorrichtung vermittelten Informationen verlassen muss.
-
Ferner ist vorteilhaft, ein erstes
und ein zweites Mittel zur Messung der Lichtdurchlässigkeit
vorzusehen, wobei das Anzeigemittel derart angesteuert wird, dass
mit dem ersten Mittel zur Messung der Lichtdurchlässigkeit
eine maximale Transparenz der Anzeigeeinheit und mit dem zweiten
Mittel zur Messung der Lichtdurchlässigkeit eine maximale Absorption
des Anzeigemittels gemessen wird. Aus einem Differenzsignal kann
dann unmittelbar der maximal erreichbare Kontrast des Anzeigemittels
ermittelt und gegebenenfalls eine hierfür vorgesehene Steuerung der
Anzeige entsprechend angepasst werden.
-
Insbesondere ist vorteilhaft, bei
der Verwendung einer Flüssigkristallanzeige
als Anzeigemittel eine erfindungsgemäße Ausgestaltung vorzusehen, da
Flüssigkristallzellen
eine recht starke Temperaturabhängigkeit
ihres Kontrastes aufweisen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
-
1 eine
Aufsicht auf einer erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung,
-
2 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
-
3 einen
schematische Aufbau einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann
für beliebige
Anzeigezwecke verwendet werden. Insbesondere ist die Verwendung
vorteilhaft für Anwendungen,
bei denen die Anzeigevorrichtung starken Temperaturschwankungen
unterliegt, die gegebenenfalls den Anzeigenkontrast beeinflussen können. Insbesondere
bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen können derartig starke Temperaturunterschiede
z.B. in Folge von Sonneneinstrahlung oder nach einem Parken des
Fahrzeugs in unbeheiztem Zustand im Winter auftreten.
-
In der 1 ist
eine Anzeigevorrichtung 1 in Aufsicht mit einem Anzeigemittel
gezeigt, das als ein lichtdurchlässiges
Anzeigemittel ausgeführt
ist, dessen Transparenz durch das Anlegen einer entsprechenden Spannung
veränderlich
ist. Insbesondere werden als Anzeigemittel hierzu Flüssigkristallzellen oder
Elektrolumineszenzanzeigen verwendet. In einer bevorzugten Ausgestaltung
ist das Anzeigemittel als eine Flüssigkristallzelle 2 ausgeführt, die
in einem Gehäuserahmen 3 gehalten
ist. Die Flüssigkristallzelle 2 weist
einzelne Bildpunkte 4 auf, die einzeln ansteuerbar sind
und durch deren Zusammensetzung sich ein in der Flüssigkristallanzeige
darzustellendes Bild ergibt. Das Bild kann als ein Standbild z.B.
eine Menüauswahl
zur Funktionseingabe oder eine Straßenkartendarstellung darstellen.
Die Anzeige kann bei einem bewegten Betrieb auch z.B. Filmaufnahmen
oder ein Fernsehbild zeigen. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Flüssigkristallzelle 2 als
eine farbige Flüssigkristallzelle
ausgeführt,
die einzelne rote, grüne
und blaue Bildpunkte aufweist, um einen farbigen Bildeindruck zu
erreichen. Ein Teilbereich der Flüssigkristallzelle, ein Randbereich 5,
ist an einer kurzen Seite der Flüssigkristallzelle
von einem Steg des Gehäuserahmens 3 bedeckt,
so dass der Randbereich für
einen Betrachter der Flüssigkristallzelle 2 infolge
der Abdeckung nicht sichtbar ist. Der unter dem Gehäuserahmen 3 liegende
Randbereich 5 der Flüssigkristallzelle 2 ist
in der 1 gestrichelt
hervorgehoben. Zum Testen der Funktion und insbesondere zur Überprüfung des
maximal erreichbaren Kontrastes des Anzeigemittels sind Mittel zur
Messung der Lichtdurchlässigkeit
an dem Anzeigemittel angeordnet. In dem Randbereich 5 sind
eine erste Photodiode 6 und eine zweite Photodiode 7 auf einer
Rückseite
der Flüssigkristallzelle 2 angeordnet, also
auf einer einem Betrachter der Anzeigevorrichtung 1 abgewandten
Seite im Inneren des durch den Gehäuserahmen 3 abgeschlossenen
Gehäuses
der Anzeigevorrichtung 1.
-
In der 2 ist
eine Seitenansicht der Anzeigevorrichtung 1 entlang der
Schnittlinie II dargestellt. In der Flüssigkristallzelle 2 sind
schematisch einzelne Bildpunkte 4 dargestellt. Die Flüssigkristallzelle 2 ist
durch vorzugsweise elastisch ausgeführte Abstandshalter 17 von
dem Gehäuserahmen 3 getrennt,
wobei die Flüssigkristallzelle 2 auf
den Abstandshaltern 17 aufliegt. Die Flüssigkristallzelle 2 wird über an einer
Leiterplatte 8 angeordnete Lichtquellen 9 hinterleuchtet.
-
Ebenfalls an der Leiterplatte 8 sind
weitere elektrische Bauteile 10 angeordnet. Insbesondere
ist auch eine in der 2 nicht
dargestellte Treibereinheit zur Zeilen- und Spaltenansteuerung der
Flüssigkristallzelle
vorgesehen. Die Ansteuerungsinformationen werden von der Treibereinheit über einen
flexiblen Leiter 11 an die Flüssigkristallzelle 2 zum
Ansteuern der einzelnen Bildpunkte 4 übertragen. In dem Randbereich 5 verfügt die Flüssigkristallzelle 2 über mindestens
einen weiteren Bildpunkt oder Bildpunktbereich 12, der
zwischen der ersten Photodiode 6 und einem Lichtleiter 20 angeordnet
ist, der von einer Lichtquelle 19, die auf der Leiterplatte 8 angeordnet ist,
vorzugsweise gebogen zu dem Randbereich 5 an der Flüssigkristallzelle 2 führt. Der
Lichtleiter 20 ist dabei derart ausgeführt, dass er sein Licht in
die Flüssigkristallzelle 2 in
den Randbereich 5 einkoppelt, wobei das Licht die Flüssigkristallzelle 2 durchstrahlt und
zu der ersten Photodiode 6 gelangt. Zur Lichtauskopplung
weist der Lichtleiter 20 in einer ersten Ausführungsform
an seiner dem Randbereich 5 der Flüssigkristallzelle 2 zuweisenden
Kontaktfläche eine
aufgeraute oder bedruckte Oberfläche
auf, durch die das in dem Lichtleiter geführte Licht in Richtung des
Anzeigemittels aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel kann
der Lichtleiter 20 auch in optischem Kontakt zu einer Glas-
oder Kunststofffläche
der Flüssigkristallzelle 2 stehen,
so dass das Licht unmittelbar in die Flüssigkristallzelle 2 eingekoppelt
wird. Vorzugsweise wird dabei das Licht möglichst senkrecht durch die Flüssigkristallzelle
hindurch gestrahlt, um blickwinkelabhängige Effekte bei der Messung
auszuschließen
und insbesondere eine Kontrastmessung für eine senkrechte Betrachtungsrichtung
gegenüber der
Flüssigkristallanzeige
zu ermöglichen.
Hierdurch wird z.B. ein störender
Einfluss einer bei sehr geringen Betrachtungswinkeln auftretenden
Helligkeitsinversion der Anzeigedarstellung vermieden. In einer weiteren
Ausführungsform
kann auf die Kontaktfläche
des Lichtleiters 20 hierzu auch eine geeignete Mikroprismenstruktur
aufgebracht werden. Die Lichtquellen 9 und die Lichtquelle 19 sind
in einer ersten Ausführungsform
als Leuchtdioden ausgeführt.
Es können
jedoch auch beliebige andere Lichtquellen, z.B. Kaltkathodenfluoreszenzlampen,
verwendet werden.
-
Die erste Photodiode 6 ist über eine
elektrische Verbindung 13 mit der Leiterplatte 8 verbunden, wobei
auf der Leiterplatte 8 ebenfalls eine nicht gezeigte Auswerteeinheit
zur Messung der empfangenen Helligkeit angeordnet ist. Über diese
Einheit wird vorzugsweise die Lichtquelle 19 angesteuert,
die zur Einkopplung von Licht in den Lichtleiter 20 dient,
das anschließend
die Flüssigkristallzelle 2 in
dem Randbereich 5 durchstrahlt. Der Bildpunktbereich 12 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform über die Treiber unabhängig von
den übrigen
Bildpunkten 4 ansteuerbar, so dass ein Testvorgang in dem
Randbereich 5 die übrige
Bilddarstellung mittels der Bildpunkte 4 nicht stört.
-
Gemäß einer ersten Messvorschrift
wird der Flüssigkristall
in dem Bildpunktbereich 12 derart angesteuert, dass er
die maximale Lichtmenge von dem Lichtleiter 20 zu der ersten
Photodiode 6 durchlässt. Zeitgleich
wird ein dem Bildpunktbereich 12 entsprechender, weiterer
Bildpunktbereich zwischen der zweiten Photodiode 7 und
einem entsprechenden Lichtleiteranschluss derart angesteuert, dass
möglichst
alles Licht, was von dem Lichtleiter 20 in Richtung der
zweiten Photodiode 7 gestrahlt wird, absorbiert wird. Die
empfangenen Messsignale werden von einer in der 2 nicht dargestellten Auswerteeinheit
voneinander subtrahiert, so dass eine Differenzspannung erhalten
wird, die ein Maß für den maximal
möglichen
Kontrast der Anzeige ist. Vermindert sich dieser Kontrast mit steigender
Umgebungstemperatur, so kann die über den flexiblen Leiter übermittelte
Ansteuerspannung der Flüssigkristallzelle 2 so korrigiert
werden, dass der ursprüngliche
Kontrast wieder gewährleistet
ist. Durch eine Kontrollmessung kann dies bestätigt werden. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel
kann auch nur eine Photodiode in dem Randbereich 5 angeordnet
sein. In diesem Fall wird eine maximale und eine minimale Lichtdurchlässigkeit
der Flüssigkristallzelle 2 zwischen
der Photodiode und dem Lichtleiter zeitlich nacheinander eingestellt,
so dass die Differenz aus den nacheinander gewonnenen Messsignalen
zu bestimmen ist.
-
Der Lichtleiter 20 ist aus
einem vorzugsweise flexiblen Kunststoffmaterial ausgeführt. In
einer bevorzugten Ausgestaltung kann nur in dem Kontaktbereich des
Lichtleiters 20 zu dem Randbereich 5 der Flüssigkristallzelle
Licht aus dem Lichtleiter austreten, während in den übrigen Bereichen
das von der Lichtquelle 19 in den Lichtleiter 20 eingekoppelte Licht
unter Totalreflexion weitergeleitet wird. Der Lichtleiter 20 ist
bandförmig
oder linienförmig
ausgeführt.
Der Lichtleiter 20 wird von dem Gehäuserahmen 3 auf die
Flüssigkristallzelle 2 gepresst.
In einer weiteren Ausführungsform
kann der Lichtleiter 20 jedoch auch mit weiteren Klammern
oder Haken oder mit einem optisch durchlässigen Kleber an der Flüssigkristallzelle 2 befestigt
sein.
-
In einem weiteren, in der Zeichnung
nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es auch möglich,
den Lichtleiter auf der Innenseite oder an einem Rand der Flüssigkristallzelle 2 anzuordnen,
während die
Photodiode auch auf der Flüssigkristallzelle 2 befestigt
sein kann. Die Photodioden 6, 7 geben eine elektrische
Spannung aus, die proportional zur empfangenen Helligkeit ist. Damit
ist eine Differenz der beiden Spannungswerte direkt proportional
zu dem maximalen Kontrast der Flüssigkristallzelle 2.
Aus den Absolutwerten der jeweils gemessenen Spannung ist zudem
ableitbar, in welche Richtung die Ansteuerspannung korrigiert werden
muss, das heißt, wird
von der Flüssigkristallzelle
insgesamt zu viel Licht durchgelassen oder zu viel Licht absorbiert. Entsprechend
der Eigenschaft der jeweiligen Flüssigkristallzelle, z.B. ob
es sich um eine Positiv- oder Negativkontrastflüssigkristallzelle handelt,
kann dann die Ansteuerspannung angehoben oder gesenkt werden. Anstelle
der Photodioden 6, 7 können auch Phototransistoren
verwendet werden, deren Messsignal ebenfalls proportional zu der
empfangenen Lichtmenge ist. Ferner können in einem weiteren Ausführungsbeispiel
auch helligkeitsabhängige
Widerstände
zur Messung der Lichtdurchlässigkeit
verwendet werden.
-
Um eine reproduzierbare Messung zu
erhalten, kann auch die Hell-Dunkel-Schaltung zwischen der ersten
Photodiode 6 und der zweiten Photodiode 7 vertauscht
werden. Für
die Messung mittels der zwei Photodioden ist der Lichtleiter 20 derart
auszuführen,
dass er das Licht der Lichtquelle 19 in gleicher Helligkeit
sowohl zu der ersten Photodiode 6 als auch zu der zweiten
Photodiode 7 bringt. Durch eine Vertauschung der Hell-Dunkel-Schaltung zwischen der
Messung an den beiden Photodioden kann ein möglicher Unterschied zwischen
den beiden Messanordnungen festgestellt werden.
-
In einer ersten Ausführungsform
ist lediglich ein Bildpunkt zwischen dem Lichtleiter 20 und
einer einzigen Photodiode vorgesehen. In einer weiteren Ausführungsform
können
jedoch auch mehrere, vorzugsweise unterschiedlich farbige Bildpunkte
vorgesehen sein. Hierdurch ist einerseits möglich, eine Mittlung der Messung über mehrere
Bildpunkte zu erhalten, andererseits kann auch nach unterschiedlichen
Farben getrennt eine Messung erfolgen. Anstelle einer reinen maximalen
und minimalen Ansteuerung kann auch ein 50%-Wert bei der Anordnung mehrere
Bildpunkte in dem zu untersuchenden Bereich ermöglicht werden, in dem die Hälfte der
Bildpunkte auf maximale Helligkeit und die Hälfte der Bildpunkte auf minimale
Helligkeit eingestellt wird. Hierdurch ist ein Zwischenwert zwischen
maximaler und minimaler Helligkeit bestimmbar. Gegebenenfalls können auch
weitere Messungen mit nur teilweiser Ansteuerung entsprechend einer
in der Ansteuereinheit vorgeschriebenen Messvorschrift vorgesehen werden.
-
In der 3 ist
eine schematische Struktur der für
die Kontrasteinstellung vorgesehen Bauteile der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
dargestellt. Eine Treibereinheit 21 dient der Ansteuerung der
einzelnen Bildpunkte der Flüssigkristallzelle 2. Die
Treibereinheit 21 steuert auch die Bildpunkte im Bereich
der ersten und der zweiten Photodiode 6, 7 an,
die das über
den Lichtleiter 20 übermittelte
Licht der Lichtquelle 19 auffangen. Die Treibereinheit 21 und
die Lichtquelle 19 werden von einer Steuereinheit 22 angesteuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Steuereinheit 22 als ein programmierbarer Mikrocontroller
ausgeführt,
der ebenfalls auf der Leiterplatte 8 angeordnet ist. Eine
durchzuführende
Kontrollmessung erfolgt dabei bei einer Aktivierung der Anzeigevorrichtung 1 und
im Anschluss daran nach vorgebbaren Zeitabständen. Eine Aktivierung der
Lichtquelle 19 und der entsprechenden Anzeigebereiche in
dem Randbereich 5 der Flüssigkristallzelle 2 stören dabei
nicht die Bilddarstellung in dem sichtbaren Anzeigebereich der Flüssigkristallzelle 2.
Die Messsignale der ersten und der zweiten Photodiode 6, 7 werden
ebenfalls der Steuereinheit 22 zugeführt und über eine Auswertestufe 23 analysiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden die beiden Signale jeweils auf einen Analog-Digital-Wandler gegeben
und einer Subtraktionsstufe zugeführt. Das Differenzsignal wird
von einer Recheneinheit 24 ausgewertet. Ist der Kontrast
zu hoch, wird die von der Treibereinheit 21 ausgegebene
Ansteuerspannung für
die Flüssigkristallzelle 2 gesenkt.
Ist der Kontrast zu niedrig wird die entsprechende Ansteuerspannung
erhöht.
Wird in einer nachfolgenden Messung festgestellt, dass der gemessene
Kontrast nach wie vor zu gering ist, so wird von der Steuereinheit 22 ein
akustisches Warnsignal über
eine akustische Ausgabeeinheit 25 ausgelöst, z.B.
einen Lautsprecher oder einen Warnsummer. Hierdurch wird ein Benutzer
darauf hingewiesen, dass die Anzeigevorrichtung derzeit keine geeignete
Ablesequalität
bietet. Eine Warnung wird auch dann ausgegeben, wenn über die
Kontrastmessung festgestellt wird, dass die Flüssigkristallzelle 2 auf
Steuersignale entweder gar nicht mehr oder falsch reagiert. Für sicherheitskritische
Anwendungen ist hiermit zugleich eine Systemkontrolle der Anzeigeeinrichtung 1 und
eine Ausfallwarnung gewährleistet.