DE4219740B4

DE4219740B4 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE4219740B4
Application number: DE4219740A
Authority: DE
Inventors: Ian David Wymans Brook Cheltenham Fox; John Eric Winchcombe Cheltenham Lee
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: ITMI921447A0; GB2257812A; US5268788A; DE4219740A1; ITMI921447A1; GB9113684D0; FR2678415B1; IT1258979B; FR2678415A1; GB2257812B; GB9212091D0

Abstract

Anzeigevorrichtung, die eine Anzeige mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Dioden und eine Filteranordnung mit einem vor der Anzeige angeordneten zirkularpolarisierten Filter, das den Anteil der hinter dem Polarisationsfilter zurückgespiegelten reflektierten Strahlung reduziert, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung in Verbindung mit einem Nachtsichtgerät, das Licht geringer Intensität innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereiches zwischen etwa 620 nm und 930 nm verstärkt, verwendet wird und die Filteranordnung ein zwischen der Anzeige (8) und dem Polarisationsfilter (18) angeordnetes dichroitisches Filter (14), das einen ersten Wellenlängenbereich durchläßt und einen zweiten Wellenlängenbereich von etwa 620 nm bis 780 nm reflektiert, und ein Stoppfilter (16), das den Anteil der durchgelassenen Strahlung in dem von dem Nachtsichtgerät (6) verstärkten Wellenlängenbereich reduziert, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Optische, Strahlung emittierende Anzeigevorrichtungen, insbesondere in der Anwendung bei Flugzeugen, benötigen oftmals eine optische Filterung, beispielsweise zur Verstärkung von Kontrasten oder zur Auswahl bestimmter Farben oder Spektralbänder. Bei der Anwendung in der Luftfahrt ist es erforderlich, daß die Anzeige über einen weiten Bereich unterschiedlicher Umgebungsbelichtungsbedingungen klar sichtbar ist. Dieser Bereich reicht von Dunkelheit bis zum vollen Sonnenlicht, welches in der Größenordnung von 150000 Lux liegt. Liegt ein helles Sonnenlicht vor, dann entsteht das Problem, daß das in die Anzeigevorrichtung einfallende Umgebungslicht vom Abdeckglas, Filtern oder anderen Oberflächen reflektiert wird und damit das Licht, das von der Anzeigevorrichtung selbst erzeugt wird, unterdrückt, wodurch dieses unleserlich wird. Das von den Oberflächen der Anzeigevorrichtung reflektierte Licht kann in hohem Maße reduziert werden durch die Verwendung von Antireflektionsbeschichtungen. Solche Beschichtungen können jedoch nicht bei jeder Oberfläche verwendet werden, wie beispielsweise bei der inneren Oberfläche einer Kathodenstrahlröhre, welche mit einer Phosphorschicht beschichtet ist. Um das Problem der Reflektion von diesen Schichten zu vermindern, ist es üblich, eine Art von Kontrastverstärkungstechnik, zu verwenden. Dies kann in der Form eines Filters bestehen, das alle sichtbare Strahlung absorbiert, mit Ausnahme der von der Anzeige erzeugten Strahlung. Alternativ dazu ist es möglich, ein zirkularpolarisiertes Filter zu verwenden, welches alle von irgendeiner Oberfläche hinter dem Filter zurückgespiegelten Reflektionen beseitigt.

Ein Beispiel für die letztgenannte Variante bietet die US 4,007,396 , von der hier als gattungsbildendem Stand der Technik ausgegangen wird. Diese Schrift lehrt eine LED-Anzeige, bei der über denjenigen Bereichen, welche selbst kein Licht emittieren, eine reflektierende Schicht angeordnet ist. Vor der Anzeige ist ein zirkularpolarisiertes Filter vorgesehen, welches das von der Anzeige emittierte Licht passieren läßt, jedoch für reflektiertes Umgebungslicht undurchlässig ist, wodurch sich eine Kontrastverbesserung ergibt. Nach der US 4,515,442 werden ein Bandpaßfilter und ein zirkularpolarisierendes Filter vor einer Kathodenstrahlröhre angeordnet, um die Intensität des auf die phosphoreszierende Schicht der Röhre einfallenden Lichtes und damit das Ausmaß der Lichtstreuung, welche die Sichtbarkeit der Anzeige beeinträchtigt, zu vermindern. Obwohl solche Techniken die Lesbarkeit der Anzeige verbessern, stellen sie jedoch eine komplette Lösung über einen weiten Bereich der Umgebungslichtbedingungen nicht dar.

In Flugzeugen und bei anderen Fahrzeuganwendungen tritt weiterhin das Problem auf, daß die Anzeigen für Nachtsichtgeräte kompatibel sein sollen. Diese Nachtsichtgeräte verbessern die Möglichkeit des Trägers auch schlecht beleuchtete Objekte außerhalb des Fahrzeugs bzw. des Flugzeugs zu erkennen, indem die vom Nachtsichtgerät empfangene sehr geringe Strahlung verstärkt wird. Derartige Sichtgeräte können einen Verstärkungsgrad von etwa 2000 aufweisen und sprechen insbesondere an bei einer Strahlung im Wellenlängenbereich von 620 um bis 930 um. Um zu verhindern, daß das von den Flugzeuganzeigen ausgehende Licht das Nachtsichtgerät blendet, ist es notwendig, daß das von den Anzeigen ausgesandte Licht eine Wellenlänge außerhalb dieses Wellenlängenbereichs aufweist. Dies erfolgt durch geeignete Wahl von lichtemittierenden Dioden und Phosphor zusammen mit Filtern vor den Anzeigeelementen, welche das Licht in dem Bereich beseitigen, in dem die Nachtsichtgeräte empfindlich sind. Beispielsweise beträgt bei einer grünen LED-Anzeige die Emissionsspitze 570 nm, was nahe dem unteren Empfindlichkeitsbereich eines Nachtsichtgeräts liegt. Da die Emission einer LED-Anzeigevorrichtung nicht eng definiert ist, findet eine Überlappung bei größeren Wellenlängen mit der Ansprechempfindlichkeit des Nachtsichtgeräts statt. Eine Lösung dieses Problems könnte die Verwendung von absorbierenden Filtern sein, welche die unerwünschte Strahlung mit Wellenlängen größer als 620 um beseitigt. Das Problem mit den meisten Filtern besteht jedoch darin, daß sie keine scharfe Eckfrequenz zwischen Durchlaßbereich und dem Nichtdurchlaßbereich aufweisen. Wird also diejenige Strahlung, auf welche die Nachtsichtgeräte empfindlich sind, so weit reduziert, daß ein Überblenden des Nachtsichtgeräts nicht mehr stattfindet, dann wird gleichzeitig durch den Effekt des Filters der Anteil des Lichts, das an der Emissionsspitze der LED Anzeige durch das Filter hindurchgeht, reduziert. Demzufolge wird die Sichtbarkeit der Anzeige bei normalen Sichtbedingungen reduziert, insbesondere wenn helles Umgebungslicht vorherrscht. Daneben gibt es weitere Anwendungsfälle, wo es notwendig ist, hochselektive Filter zu verwenden, wie beispielsweise bei Dreifachbandpaßfiltern, wie sie bei Farbkathodenstrahlröhren verwendet werden.

In der DE 37 39 643 A1 wird für den Betrieb einer Anzeige, die sowohl bei Tageslicht, als auch mit einem Nachsichtgerät ablesbar sein soll, der Einsatz von zwei verschiedenen Arten von Lichtquellen, nämlich LEDs und Glühfadenbirnen, innerhalb einer einzigen Anzeige vorgeschlagen. Dabei sollen die LEDs bei Dunkelheit allein und bei Tageslicht zusammen mit den Glühfadenbirnen leuchten. Dieses Konzept ist aufwendig und wegen der zusätzlichen Lichtquellen mit einem erhöhten Ausfallrisiko verbunden.

In Anbetracht dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe, eine gattungsgemäße Anzeigevorrichtung so fortzuentwickeln, daß sie im Hinblick auf die Verwendung in Verbindung mit einem Nachtsichtgerät eine hohe Selektivität bezüglich eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung in der Anwendung bei Flugzeugen wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf die Anzeigevorrichtung;
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1 und
3 eine Darstellung des Frequenzverhaltens der verschiedenen Teile der Anzeigevorrichtung.
Die Anzeigevorrichtung 2 befindet sich im Instrumentenbrett 4 des Cockpits eines Flugzeugs und ist zur Betrachtung sowohl bei vollem Sonnenlicht als auch bei totaler Finsternis geeignet, wobei im letzteren Fall der Pilot ein Nachtsichtgerät 6 trägt. Die Anzeigevorrichtung 2 umfaßt eine lichtemittierende Anzeige 8 und eine Filteranordnung 10, die vor der Anzeige 8 angeordnet ist und den Strahlungsanteil in dem Wellenlängenbereich reduziert, bei dem das Nachtsichtgerät empfindlich ist.
Die lichtemittierende Anzeige 8 besteht aus einer Matrixanordnung von lichtemittierenden Dioden 12, die grünes Licht emittieren, das eine Emissionsspitze von 570 nm aufweist. Die von der LED-Anordnung 12 emittierte Strahlung weist jedoch einen Wellenlängenbereich auf, der von etwa 510 nm bis 720 nm reicht, wie dies durch die Kurve L in 3 dargestellt ist. Dies ist in Vergleich zu setzen mit dem Ansprechverhalten des Nachtsichtgeräts 6, wie in 3 durch die Kurve N dargestellt, das von etwa 620 nm bis 930 nm reicht. In dem Bereich unter dem flachen Teil der Kurve N, der hauptsächlich Rot- und Infrarotteile des Spektrums erfaßt, weist das Nachtsichtgerät 6 eine Verstärkung von etwa 2000 auf. Wie aus der Grafik hervorgeht, ist ein Bereich zwischen etwa 620 nm und 720 nm vorhanden, wo die Strahlung der LED-Anzeige 12 durch das Nachtsichtgerät 6 verstärkt werden würde, falls keine Vorkehrungen getroffen werden, dies zu verhindern.
Die Filteranordnung 10 umfaßt drei Filter 14, 16 und 18, die hintereinander und vor der Anzeige 8 angeordnet sind. Das Filter 14 ist der Anzeige 8 am nächsten angeordnet, wobei es sich um ein dichroitisches Filter handelt, das eine Transmissionscharakteristik entsprechend der Kurve D in 3 aufweist. Dieses Filter hat eine gute Durchlässigkeit bei der LED-Emissionsspitze von 570 nm und eine scharf definierte Abfallflanke bei 620 nm. Strahlung bei einer Wellenlänge von 620 bis 780 nm wird vom Filter 14 an beiden Seiten reflektiert. Die von der LED-Anzeige 12 ausgehende Strahlung innerhalb dieses Bandes wird von der Rückseite des Filters 14, die zur Anzeige 8 weist, reflektiert. Strahlung, die auf die gegenüberliegende Seite des Filters 14 von der Umgebung einfällt, wird in gleicher Weise verarbeitet, d.h. Strahlung im Durchlaßbereich der Wellenlängen einschließlich der LED-Strahlungsspitze von 570 nm geht durch das Filter hindurch, während andere Strahlung reflektiert wird. Falls das Filter 14 allein verwendet wird, würde es das grüne Licht der Anzeige 8 hindurchlassen, würde jedoch rot erscheinen, wenn es durch Umgebungslicht beleuchtet wird. Bei sehr starkem Umgebungslicht würde das rote reflektierte Licht das hindurchgelassene grüne Licht unterdrücken und somit die Anzeige unleserlich machen.
Vor dem dichroitischen Filter 14 ist ein Infrarotstopfilter 16 angeordnet. Dieses Filter 16 weist eine relativ breite Durchlaßcharakteristik auf, welche die Transmission von Strahlung im Bereich von 380 nm bis 750 nm ermöglicht und eine Transmission außerhalb dieses Bereichs verhindert. Dieses IR-Filter 16 weist den Effekt der Reduzierung von Strahlung von der Anzeige im Bereich von 750 nm bis 1100 nm auf, d.h. über den größten Teil des Ansprechbereichs von Nachtsichtbrillen 6. Das IR-Filter 16 kann im Abstand zum dichroitischen Filter 14 angeordnet sein, wie dargestellt, oder es ist auf dieses Filter laminiert, um die Zwischenschichtreflektion zu reduzieren.
Das äußere Filter der Filteranordnung 16 ist ein zirkularpolarisiertes Filter 18, das an der der Anzeige 8 gegenüberliegenden Seite des IR-Filters 16 angeordnet ist, d.h. zwischen dem IR-Filter 16 und dem Betrachter. Das Polarisationsfilter 18 eliminiert oder reduziert im wesentlichen alle Strahlung von spiegelnden reflektierenden Oberflächen, einschließlich der Oberflächen des IR-Filters 16, des dichroitischen Filters 14 und der Anzeige 8. Irgendwelche durch das dichroitische Filter 14 reflektierte Strahlung, welche nicht durch das IR-Filter 16 gefiltert wird, wird im wesentlichen gedämpft oder beseitigt durch das Polarisationsfilter 18. Diese Kombination eines dichroitischen Filters mit seinem scharf definierten Durchlaßband hinter einem zirkularpolarisierten Filter ist daher speziell wirksam bei Anzeigenanwendungen, wo die Anzeigeemission ein klar definiertes Spektralband aufweist und wo die Leserlichkeit bei Tageslicht von Bedeutung ist. Die Vorderfläche des zirkularpolarisierten Filters ist bevorzugt mit einer Antireflektionsschicht beschichtet.
Wenn die Anzeigevorrichtung bei Dunkelheit durch ein Nachtsichtgerät 6 betrachtet wird, bewirkt die Kombination des dichroitischen Filters 14 und des IR-Filters 16 hinter dem zirkularpolarisierten Filter 18 eine wirksame Reduzierung der von der Anzeige emittierten Strahlung innerhalb des Ansprechbereichs des Nachtsichtgeräts 6 auf einen Anteil, der so gering ist, daß das Nachtsichtgerät keine Überstrahlung wahrnimmt.
Wird die Anzeigevorrichtung bei vollem Sonnenlicht betrachtet, dann geht das Umgebungslicht im sichtbaren Bereich durch das zirkularpolarisierte Filter 18 und das IR-Strahlung blockierende Filter 16 hindurch. Das dichroitische Filter 14 läßt ein kontrolliertes Wellenlängenband hindurch und reflektiert den Rest der Strahlung. Das Licht, welches auf die Rückseite des zirkularpolarisierten Filters 18 einfällt, besteht daher aus dem von der LED-Anzeige 12 emittierten Licht, dem Licht, welches von der Oberfläche der Anzeige 8 reflektiert wird und dem Licht, das vom dichroitischen Filter 14 und vom IR-Filter 16 reflektiert wird. Das zirkularpolarisierte Filter 18 vermindert in starker Weise alle reflektierte Strahlung, so daß das hindurchgelassene Licht im wesentlichen lediglich das Licht ist, welches von der LED-Anzeige 12 erzeugt wird. Das von der Vorderseite des Polarisationsfilters 18 reflektierte Licht wird durch die Antireflektionsbeschichtung reduziert.
Die Anzeigefilteranordnung ergibt daher eine Anzeige mit guter Lesbarkeit bei Tageslicht und ist ebenso kompatibel in Verbindung mit Nachtsichtbrillen oder ähnlichen Nachtsichtvorrichtungen.
Das dichroitische Filter und alle weiteren Filter können durch elektrische Dünnfilme hergestellt werden, welche getrennt oder in Kombination mit einem oder mehreren Substraten aufgetragen werden, wie beispielsweise das zirkularpolarisierte Filter. Alternativ dazu kann die komplette Filteranordnung aus getrennten Teilen oder zusammenlaminierten Teilen bestehen. Die Vorderfläche der Filteranordnung weist bevorzugt eine Antireflektionsbeschichtung auf.
In einigen Anwendungsfällen ist es nicht erforderlich, die Infrarotstrahlung zu blockieren. In diesem Fall kann das IR-Filter 16 entfallen.
Der Ausdruck dichroitisches Filter umfaßt alle Filter, die Strahlung in einem Wellenlängenband hindurchlassen, jedoch Strahlung mit einer Wellenlänge außerhalb dieses Bands reflektiert. Dies umfaßt Filter, wie beispielsweise Spaltfilter, die außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs arbeiten.
Die Anzeigefilteranordnung ist nicht nur verwendbar bei Anzeigen, welche durch Nachtsichtgeräte betrachtet werden, sondern kann auch bei anderen Anzeigeanwendungen verwendet werden, wo es wünschenswert ist, einen stark selektiven Filter zu haben, wie beispielsweise ein Triplebandpaßfilter für die Verwendung bei Farb-CRT-Anzeigen.

Claims

Anzeigevorrichtung, die eine Anzeige mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Dioden und eine Filteranordnung mit einem vor der Anzeige angeordneten zirkularpolarisierten Filter, das den Anteil der hinter dem Polarisationsfilter zurückgespiegelten reflektierten Strahlung reduziert, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung in Verbindung mit einem Nachtsichtgerät, das Licht geringer Intensität innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereiches zwischen etwa 620 nm und 930 nm verstärkt, verwendet wird und die Filteranordnung ein zwischen der Anzeige (8) und dem Polarisationsfilter (18) angeordnetes dichroitisches Filter (14), das einen ersten Wellenlängenbereich durchläßt und einen zweiten Wellenlängenbereich von etwa 620 nm bis 780 nm reflektiert, und ein Stoppfilter (16), das den Anteil der durchgelassenen Strahlung in dem von dem Nachtsichtgerät (6) verstärkten Wellenlängenbereich reduziert, aufweist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppfilter (16) zwischen dem dichroitischen Filter (14) und dem zirkularpolarisierten Filter (18) angeordnet ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Dioden (12) grünes Licht mit einer Emissionsspitze von etwa 570 nm abstrahlen, und dass das dichroitische Filter Strahlung bei 570 nm durchläßt.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoppfilter (16) Strahlung mit eine Wellenlänge länger als etwa 750 nm blockiert.