EP1407319A2 - Kombiinstrument mit einer flüssigkristallanzeige mit einem reflektor auf ihrer rückseite - Google Patents

Kombiinstrument mit einer flüssigkristallanzeige mit einem reflektor auf ihrer rückseite

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EP1407319A2
EP1407319A2 EP02750804A EP02750804A EP1407319A2 EP 1407319 A2 EP1407319 A2 EP 1407319A2 EP 02750804 A EP02750804 A EP 02750804A EP 02750804 A EP02750804 A EP 02750804A EP 1407319 A2 EP1407319 A2 EP 1407319A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
guide plate
light guide
liquid crystal
crystal display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02750804A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Adams
Jürgen Wolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1407319A2 publication Critical patent/EP1407319A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133638—Waveplates, i.e. plates with a retardation value of lambda/n

Definitions

  • Instrument cluster with a liquid crystal display with a reflector on the back
  • the invention relates to an instrument cluster with a liquid crystal display with a reflector on its back.
  • Instrument clusters with a liquid crystal display are increasingly used in vehicles.
  • reflected light illumination systems have become known in which a light source is either in a hood that shields the instrument cluster on the front, light then being emitted from there onto the front of the liquid crystal display is, or in which the light source is placed in the back of the instrument cluster, then light is directed via a light guide to the front edge of the scraper and from there is emitted to the front of the liquid crystal display.
  • the light is irradiated from a greater distance on the front side of the liquid crystal display, so that such incident light lighting systems lead to a very large structural depth in an instrument cluster due to the design.
  • the invention is based on the object of demonstrating an instrument cluster with a liquid crystal display with a reflector on its back, in which the distance between the liquid crystal display and its light-on lighting system is minimized in order to enable the instrument cluster to be as flat as possible.
  • an instrument cluster with a liquid crystal display with a reflector on its back which is characterized in particular by the fact that a light guide plate which is transparent at least in some areas is arranged plane-parallel to the front of the liquid crystal display, the light guide plate having a coating or structure on its surface for coupling out light has, wherein the coating or structure in the light guide plate plane-parallel to the front of the liquid crystal display directed light from the light guide plate and essentially perpendicular to the liquid crystal display in the direction of the reflector.
  • FIG. 1 shows a section through a combination instrument with incident light illumination according to the prior art, the light source being arranged in the rear of the combination instrument,
  • FIG. 2 shows a section through a combination instrument with incident light illumination according to the prior art, the light source being arranged in the front edge of the hood of the combination instrument
  • FIG. 3 shows a section through an instrument cluster with incident light illumination according to the invention with a light guide plate
  • Figures 4 to 6 different configurations of light decoupling points in the light guide plate.
  • FIG. 1 shows a section through an instrument cluster 1 with incident light illumination according to the prior art, the light source 2 being arranged in a light box 3 in the rear of the instrument cluster.
  • the light emitted by the light source 2 is guided with a light guide 4 within a hood 5 to the front edge thereof and deflected there in such a way that the light falls on a liquid crystal display 7 arranged on the front of the instrument cluster 1.
  • the border rays 8a and 8b shown in dashed lines indicate the area 9 of direct illumination.
  • a transparent cover glass 6 covers the instrument cluster 1 from the front.
  • FIG. 2 shows a section through an instrument cluster 11 with incident light also according to the prior art, but the light source 12 is arranged in a light box 14 in the front edge of the hood 13 of the instrument cluster 11.
  • the light emitted by the light source 12 passes through a light opening 15, the area 16 of the direct lighting being delimited by an aperture 17 and directed onto a liquid crystal display 19 arranged on the front of the instrument cluster 11, so that this area 16 of the direct lighting in essentially refers to the light cone indicated by the dashed lines 18a and 18b.
  • a transparent cover glass 20 covers the instrument cluster 11 on the front.
  • FIG. 3 now shows a section through an instrument cluster 21 with incident light illumination according to the invention.
  • a liquid crystal display 23 In the housing of the instrument cluster 21 there is a liquid crystal display 23, one on the back Has reflector 24.
  • the light guide plate 25 is preferably on the front of the liquid crystal display 23 or is at least a short distance in front of it.
  • the light which is preferably laterally coupled into the light guide plate 25, can be generated by light-emitting diodes 26 and 27, for example.
  • one or more light bulbs are also suitable as light sources,
  • Cold cathode gas discharge lamps or electroluminescent films the light of which is coupled into the light guide plate 25 via light coupling points which are adapted to the emission behavior and the emission characteristics of the respective light source.
  • one or more of the light guide plate 25 are coupled into the light guide plate 25 via light coupling points which are adapted to the emission behavior and the emission characteristics of the respective light source.
  • Electroluminescent foils having plastic carriers are applied to the lateral end faces of the light guide plate 25, so that when the electroluminescent foils are excited with an AC voltage, a very uniform brightness is generated over the entire surface of the light guide plate 25.
  • a transparent cover glass 28 covers the instrument cluster 21 on the front.
  • a cover slip 28 is not absolutely necessary in an embodiment of a combination instrument according to the invention, because the light guide plate 25 can also easily take over the function of the cover slip 28 and, as a result, the cover slip is saved as a separate component compared to the prior art.
  • the advantage of an instrument cluster 21 with incident light illumination according to the invention consists in that it clearly builds space-saving and is less expensive to implement.
  • the light guide plate 25 is usually made of a plastic or a glass with a high transmittance, so that the light coupled into it is guided mainly by total reflection at the boundary surfaces of the light guide plate 25.
  • Light decoupling points attached to the light guide plate 25 then form the actual lighting source for the liquid crystal display 23.
  • the design of these light decoupling points can be adapted to the lighting requirements, namely whether the light should be decoupled over a larger area or only in parts of the light guide plate 25.
  • the side of the light guide plate 25 facing the liquid crystal display 23 is processed in a special manner for coupling out light for the areal or even partial illumination of the liquid crystal display 23.
  • the surface of the light guide plate 25 can either be provided with an optical functional layer by application or deformation or roughened.
  • Functional layers applied to the surface of the light guide plate 25 can be wavelength-selective layers such as ⁇ / 4 layers. Broadband anti-reflective coatings, porous sol-gel layers, periodic microstructures, ie so-called moth eyes, stochastic microstructures or nanoporous polymer layers are also suitable for this.
  • wavelength-selective layers can be implemented as a ⁇ / 4 layer, for example by means of plasma coating.
  • the refractive index at the boundary layer in this way, the light is selectively coupled out in the direction of the reflector 24 with a simple coating and, in the case of broadband layers - these are multiple layers of different layer thicknesses - over a large wavelength range with different light colors.
  • Porous sol-gel layers which are applied to the light guide plate 25 via a coating process such as dipping and tempering processes, achieve a very low refractive index.
  • a refractive index with a value of approximately 1.22 can thus be achieved, so that an almost loss-free coupling of the light can take place over a wide wavelength range. Under certain circumstances, a visual transmission of up to 99% is achieved using a single layer.
  • Periodic microstructures so-called moth eyes, can be applied to the light guide plate 25 by means of embossing processes that deform the surface of the light guide plate 25. They act like several superimposed anti-reflective layers that decrease in the refractive index.
  • the advantage of these periodic microstructures lies in their simple manufacturing process.
  • Stochastic microstructures which are also applied, for example, to the light guide plate 25 by means of embossing processes or are molded on it from their injection mold, provided that the light guide plate 25 is made of plastic, are also smaller than the visible light wavelength. According to the literature, they cause reflection reductions of up to 99%. There is therefore also an almost loss-free coupling of the light over a wide wavelength range.
  • the distribution of this surface structure is random.
  • a nanoporous polymer layer is a mechanically easy to apply layer.
  • a very small refractive index is achieved (up to 1.22), so that an almost loss-free coupling of the light over a wide wavelength range is possible.
  • One advantage of this layer is that it can be applied, for example, by means of spin coating or screen printing.
  • a nanoporous polymer layer can only be applied over safety-relevant symbols of the liquid crystal display 23, as a result of which only these symbols are illuminated. With an applied nanoporous polymer layer, it is thus easily possible to couple the light guided in the light guide plate 25 in a targeted manner and only as required in certain areas.
  • the light guide plate 25 can be designed in such a way that it only covers the part of the liquid crystal display 23 that requires brightening. And as described, it can be achieved by partially applied optical functional layers that the liquid crystal display 23 is illuminated only in partial areas. In this case, only the surfaces of the light guide plate 25 covering the area to be illuminated are processed by means of embossing processes, tampon or screen printing, so that light is only decoupled here. There is also the possibility of partially differently colored illumination of the liquid crystal display 23. This option exists when the liquid crystal display 23 is illuminated in multiple colors, ie with light 5 of different colors.
  • a certain area of the liquid crystal display 23 may appear green, for example, whereas another area is illuminated in red.
  • a light source couples light with a red and a green component into the light guide plate 25.
  • On the side 0 of the light guide plate 25 facing the liquid crystal display 23 is now above the green area
  • Liquid crystal display 23 applied a wavelength-selective anti-reflective layer, which has an expression corresponding to the green light color. The same is on the light guide plate 25 above the bright red area '- ⁇ ' * the liquid crystal display 23 is applied. Due to the shape of the respective 5 anti-reflective layers, a partial illumination of the
  • Liquid crystal display 23 possible in different colors because the respective color component in the light is only deflected from the light guide plate 25 in the direction of the reflector 24 at the light decoupling point suitable for it.
  • Light decoupling points for partial illumination of the liquid crystal display 23 can also be produced quite simply mechanically by roughening the corresponding area of the surface of the light guide plate 25.
  • irregular depressions or furrows are introduced by roughening on the surface of the light guide plate 25, the roughness depth being greater than the wavelength ⁇ of the light flowing through the light guide plate 25.
  • the light decoupling point can also be designed as a groove 29, in which at least one bevel is preferably introduced into the light guide plate 25 at an angle of 45 ° and in which the boundary surfaces of the groove are additionally preferably roughened or coated in the manner described above.
  • a reflection of the luminous flux at the boundary surfaces of the groove amplifies the light decoupling, as is to be indicated by the arrows in FIG. 4.
  • FIG. 5 shows various light decoupling points 30 to 34 which are attached to the side of the light guide plate 25 facing the liquid crystal display 23.
  • FIG. 6 shows a light guide plate 25 in which light is only coupled in on one side by a light source 35.
  • partial - in this example point-like - anti-reflective layers are applied on the side of the light guide plate 25 facing the liquid crystal display 23, the density of which increases with their distance from the light source 35.
  • All of the aforementioned measures for the design of the light decoupling points are aimed at specifically and in the light guide plate 25, in parallel with the front of the liquid crystal display 23, to direct light directed from the light guide plate 25 and essentially perpendicular to the liquid crystal display 23 in the direction of the reflector 24, the refractive index of the light guide plate 25 flowing or at least in the course of a step gradient as close as possible to the value of the refractive index of the medium surrounding the light guide plate 25 - generally air.
  • This measure largely avoids stray decoupling that a viewer perceives as a disturbance.

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Abstract

Um eine möglichst flache Bauweise eines in Fahrzeugen verwendeten Kombiinstruments zu ermöglichen, wird für ein Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige (23) mit einem Reflektor (24) auf ihrer Rückseite vorgeschlagen, dass planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige (23) eine zumindest in Teilbereichen transparente Lichtleitplatte (25) angeordnet ist, wobei die Lichtleitplatte (25) auf ihrer Oberfläche zum Zweck der Lichtauskopplung eine Beschichtung oder Struktur aufweist, wobei die Beschichtung oder Struktur in der Lichtleitplatte (25) planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige (23) geleitetes Licht aus der Lichtleitplatte (25) gezielt und im wesentlichen lotrecht zur Flüssigkristallanzeige (23) in Richtung des Reflektors (24) ausbeugt. Dadurch wird der Abstand zwischen der Flüssigkristallanzeige (23) und ihrem Auflicht-Beleuchtungssystem minimiert.

Description

Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige mit einem Reflektor auf ihrer Rückseite
Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs ein Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige mit einem Reflektor auf ihrer Rückseite.
Kombiinstrumente mit einer Flüssigkristallanzeige finden in Fahrzeugen zunehmend Verwendung. Durch Benutzung sind zur frontalen Beleuchtung von Flüssigkristallanzeigen - wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich - Auflicht- Beleuchtungssysteme bekannt geworden, bei denen sich eine Lichtquelle entweder in einer das Kombiinstrument frontseitig schirmenden Hutze befindet, wobei dann Licht von dort auf die Frontseite der Flüssigkristallanzeige aufgestrahlt wird, oder bei denen die Lichtquelle in der Rückseite des Kombiinstruments plaziert ist, wobei dann Licht über einen Lichtleiter zur Vorderkante der Hutze geleitet und von dort zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige abgestrahlt wird. In beiden Fällen wird das Licht aus einer größeren Entfernung auf die Frontseite der Flüssigkristallanzeige aufgestrahlt, so daß solche Auflicht-Beleuchtungssysteme bei einem Kombiinstrument konstruktionsbedingt zu einer recht großen Bautiefe führen. Außer diesem Nachteil ist bei solchen Anordnungen auch nicht auszuschließen, daß sie insbesondere bei den in einem Kombiinstrument ebenfalls befindlichen Zeigerinstrumenten einen irritierenden Schlagschatten erzeugen oder unerwünschte Spiegelungen und Streulichteffekte hervorrufen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige mit einem Reflektor auf ihrer Rückseite aufzuzeigen, bei dem der Abstand zwischen der Flüssigkristallanzeige und ihrem Auf licht- Beleuchtungssystem minimiert ist, um eine möglichst flache Bauweise des Kombiinstruments zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch ein Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige mit einem Reflektor auf ihrer Rückseite gelöst, das sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige eine zumindest in Teilbereichen transparente Lichtleitplatte angeordnet ist, wobei die Lichtleitplatte auf ihrer Oberfläche zur Lichtauskopplung eine Beschichtung oder Struktur aufweist, wobei die Beschichtung oder Struktur in der Lichtleitplatte planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige geleitetes Licht aus der Lichtleitplatte gezielt und im wesentlichen lotrecht zur Flüssigkristallanzeige in Richtung des Reflektors ausbeugt.
Weitere Lösungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
Anhand von 6 Figuren soll die vorliegende Erfindung nun noch näher erläutert werden. Dabei zeigen beispielhaft jeweils in einer auf das für die Erfindung Wesentliche reduzierten Darstellung
Figur 1 einen Schnitt durch ein Kombiinstrument mit einer Auflicht- Beleuchtung nach dem Stand der Technik, wobei die Lichtquelle in der Rückseite des Kombiinstruments angeordnet ist,
Figur 2 einen Schnitt durch ein Kombiinstrument mit einer Auflicht- Beleuchtung nach dem Stand der Technik, wobei die Lichtquelle in der Vorderkante der Hutze des Kombiinstruments angeordnet ist, Figur 3 einen Schnitt durch ein Kombiinstrument mit einer erfindungsgemäßen Auflicht-Beleuchtung mit einer Lichtleitplatte, und Figuren 4 bis 6 verschiedene Ausgestaltungen von Lichtauskopplungsstellen in der Lichtleitplatte.
Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein Kombiinstrument 1 mit einer Auflicht- Beleuchtung nach dem Stand der Technik, wobei die Lichtquelle 2 in der Rückseite des Kombiinstruments in einem Lichtkasten 3 angeordnet ist. Das von der Lichtquelle 2 emittierte Licht wird mit einem Lichtleiter 4 innerhalb einer Hutze 5 zu deren Vorderkante geführt und dort derart abgelenkt, daß das Licht auf eine auf der Frontseite des Kombiinstruments 1 angeordnete Flüssigkristallanzeige 7 fällt. Die gestrichelt eingezeichneten Grenzstrahlen 8a und 8b deuten dabei den Bereich 9 der direkten Beleuchtung an. Ein transparentes Deckglas 6 deckt das Kombiinstrument 1 frontseitig ab.
Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein Kombiinstrument 11 mit einer Auflicht- Beleuchtung ebenfalls nach dem Stand der Technik, wobei die Lichtquelle 12 jedoch in einem Lichtkasten 14 in der Vorderkante der Hutze 13 des Kombiinstruments 11 angeordnet ist. Das von der Lichtquelle 12 emittierte Licht tritt durch eine Lichtöffnung 15, wobei der Bereich 16 der direkten Beleuchtung durch eine Blende 17 begrenzt und auf eine auf der Frontseite des Kombiinstruments 11 angeordnete Flüssigkristallanzeige 19 gelenkt wird, so daß sich dieser Bereich 16 der direkten Beleuchtung im wesentlichen auf den durch die gestrichelt eingezeichneten Grenzstrahlen 18a und 18b angedeuteten Lichtkegel bezieht. Wie in dem zuvor genannten Beispiel deckt ein transparentes Deckglas 20 das Kombiinstrument 11 frontseitig ab.
Beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen von einem Kombiinstrument mit einer Auflicht-Beleuchtung nach dem Stand der Technik ist gemeinsam, daß sie konstruktionsbedingt eine recht große Bautiefe erfordern.
Die Figur 3 zeigt nun einen Schnitt durch ein Kombiinstrument 21 mit einer erfindungsgemäßen Auflicht-Beleuchtung. Im Gehäuse des Kombiinstruments 21 befindet sich eine Flüssigkristallanzeige 23, die auf ihrer Rückseite einen Reflektor 24 besitzt. Planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige 23 ist eine zumindest in Teilbereichen transparente Lichtleitplatte 25 angeordnet, wobei die Lichtleitplatte 25 auf ihrer Oberfläche zu dem Zweck der Lichtauskopplung eine in dieser Figur nicht dargestellte Beschichtung oder Struktur aufweist, wobei die Beschichtung oder Struktur in der Lichtleitplatte 25 planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige 23 geleitetes Licht aus der Lichtleitplatte 25 gezielt und im wesentlichen lotrecht zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige 23, d. h. in einer bestimmten Vorzugsrichtung, in Richtung des Reflektors 24 ausbeugt, so wie es der durch den Pfeil 22 gezeigte Lichtweg andeutet. Dabei liegt die Lichtleitplatte 25 vorzugsweise auf der Frontseite der Flüssigkristallanzeige 23 auf oder sie ist zumindest in kurzem Abstand vor ihr angeordnet.
Das in die Lichtleitplatte 25 vorzugsweise lateral eingekoppelte Licht kann zum Beispiel von Leuchtdioden 26 und 27 erzeugt werden. Als Lichtquellen eignen sich jedoch auch eine oder mehrere Glühlampen,
Kaltkathodengasentladungslampen oder Elektrolumineszenzfolien, deren Licht über Lichteinkoppelstellen, die dem Emissionsverhalten und der Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Lichtquelle angepaßt sind, in die Lichtleitplatte 25 eingekoppelt wird. So können beispielsweise einen
Kunststoffträger aufweisende Elektrolumineszenzfolien an den seitlichen Stirnflächen der Lichtleitplatte 25 aufgebracht werden, wodurch bei Erregung der Elektrolumineszenzfolien mit einer Wechselspannung über die gesamte Fläche der Lichtleitplatte 25 eine sehr gleichmäßige Helligkeit erzeugt wird.
In dem in der Figur 3 dargestellten Fall deckt ein transparentes Deckglas 28 das Kombiinstrument 21 frontseitig ab. Ein Deckglas 28 ist jedoch bei einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Kombiinstruments nicht zwingend erforderlich, weil die Lichtleitplatte 25 ohne weiteres auch die Funktion des Deckglases 28 übernehmen kann und dadurch gegenüber dem Stand der Technik das Deckglas als separates Bauteil eingespart wird. Der Vorteil eines Kombiinstruments 21 mit einer erfindungsgemäßen Auflicht-Beleuchtung besteht darin, daß es ersichtlich Platz sparender baut und kostengünstiger realisierbar ist.
Die Lichtleitplatte 25 wird in der Regel aus einem Kunststoff oder einem Glas mit einem hohen Transmissionsgrad gefertigt, so daß das in sie eingekoppelte Licht überwiegend durch Totalreflektion an den Begrenzungsflächen der Lichtleitplatte 25 geleitet wird. An der Lichtleitplatte 25 angebrachte Lichtauskoppelstellen bilden dann die eigentliche Beleuchtungsquelle für die Flüssigkristallanzeige 23. Die Ausgestaltung dieser Lichtauskoppelstellen kann dabei dem hinsichtlich der Beleuchtung bestehenden Erfordernis angepaßt werden, nämlich ob das Licht über eine größere Fläche oder nur in Teilbereichen der Lichtleitplatte 25 ausgekoppelt werden soll.
Für eine Lichtauskopplung zur flächigen oder auch nur partiellen Beleuchtung der Flüssigkristallanzeige 23 wird die der Flüssigkristallanzeige 23 zugewandte Seite der Lichtleitplatte 25 in einer besonderen Weise bearbeitet. So kann die Oberfläche der Lichtleitplatte 25 entweder durch Aufbringung oder Verformung mit einer optischen Funktionsschicht versehen oder aufgerauht werden. Auf der Oberfläche der Lichtleitplatte 25 aufgebrachte Funktionsschichten können wellenlängenselektive Schichten wie λ/4-Schichten sein. Auch eignen sich dafür Breitbandentspiegelungsschichten, poröse Sol-Gel-Schichten, periodische MikroStrukturen, d. h. sogenannte Mottenaugen, stochastische MikroStrukturen oder nanoporöse Polymerschichten. Da diese Funktionsschichten in ihrer Schichtdicke bzw. die Oberflächenstrukturen in ihrer Geometrie im Nanometerbereich liegen und kleiner als die Wellenlänge des die Lichtleitplatte 25 durchflutenden Lichts sind, können diese vom Licht nicht aufgelöst werden. Deshalb bewirken die Funktionsschichten bzw. die Oberflächenstrukturen an der Oberfläche der Lichtleitplatte 25 einen kontinuierlichen Übergang des Brechungsindexes. Reflexionen an der Grenzschicht können dadurch auf unter 1 % verringert werden. Wellenlängenselektive Schichten können im einfachsten Fall zum Beispiel mittels Plasmabeschichtung als eine λ/4-Schicht ausgeführt werden. Die auf der Lichtleitplatte 25 aufgebrachte Schicht, die im Verhältnis zu der Wellenlänge λ des auszukoppelnden Lichts eine nur geringe Schichtdicke von zum Beispiel ca. 130 nm bei rotem Licht besitzt, bewirkt einen weniger abrupten Übergang der Brechungsindexes an der Grenzschicht zwischen der Lichtleitplatte 25 und dem sie umgebenden Medium, das im Regelfall Luft ist, weil es im praktischen Aufbau eines Kombiinstruments unvermeidbar ist, daß sich zwischen der Lichtleitplatte 25 und der Flüssigkristallanzeige 23 Luft befindet. Durch die derart realisierte Anpassung der Brechungsindexes an der Grenzschicht wird das Licht bei einer einfachen Beschichtung selektiv und bei Breitbandschichten - das sind Mehrfachschichten unterschiedlichster Schichtdicke - auch über einen großen Wellenlängenbereich mit unterschiedlichen Lichtfarben nahezu verlustfrei in Richtung des Reflektors 24 ausgekoppelt.
Poröse Sol-Gel-Schichten, die über ein Beschichtungsverfahren wie Tauch- und Temperverfahren auf der Lichtleitplatte 25 aufgebracht werden, erreichen einen sehr niedrigeren Brechungsindex. So ist ein Brechungsindex mit einem Wert von zirka 1 ,22 erreichbar, so daß eine nahezu verlustfreie Auskopplung des Lichts über einen weiten Wellenlängenbereich stattfinden kann. Es wird unter Umständen mittels einer einzigen Schicht eine visuelle Transmission von bis zu 99% erreicht.
Mittels die Oberfläche der Lichtleitplatte 25 verformender Prägeverfahren können periodische MikroStrukturen, sogenannte Mottenaugen, auf der Lichtleitplatte 25 aufgebracht werden. Sie wirken wie mehrere aufeinander liegende, im Brechungsindex abnehmende Entspiegelungsschichten. Der Vorteil dieser periodischen MikroStrukturen liegt in ihrem einfachen Herstellungsprozess. Auch hier findet eine nahezu verlustfreie Auskopplung des Lichts über einen weiten Wellenlängenbereich statt. Die visuelle Transmission liegt um ca. 98%. Stochastische MikroStrukturen, die beispielsweise gleichfalls mittels Prägeverfahren auf der Lichtleitplatte 25 aufgebracht oder an ihr aus ihrer Spritzgussform abgeformt werden, sofern die Lichtleitplatte 25 aus Kunststoff besteht, sind ebenfalls kleiner als die sichtbare Lichtwellenlänge. Sie bewirken gemäß Literaturangaben Reflektionsminderungen bis zu 99%. Es findet daher ebenfalls eine nahezu verlustfreie Auskopplung des Lichts über einen weiten Wellenlängenbereich statt. Die Verteilung dieser Oberflächenstruktur ist im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Mottenaugen zufällig.
Eine nanoporöse Polymerschicht ist eine mechanisch einfach aufzubringende Schicht. Hierbei wird ebenfalls ein sehr kleiner Brechungsindex erreicht (bis zu 1 ,22), so daß eine nahezu verlustfreie Auskopplung des Lichts über einen weiten Wellenlängenbereich möglich ist. Ein Vorteil dieser Schicht besteht darin, das sie zum Beispiel mittels Spin-Coating oder Siebdruckverfahren aufgebracht werden kann. Durch diese Verfahren lassen sich definierte
Strukturen erzeugen, die gezielt lokal notwendigen Geometrien entsprechen. So kann man zum Beispiel eine nanoporöse Polymerschicht ausschließlich über sicherheitsrelevanten Symbolen der Flüssigkristallanzeige 23 anbringen, wodurch ausschließlich diese Symbole beleuchtet werden. Mit einer aufgebrachten nanoporösen Polymerschicht ist es somit ohne weiteres möglich, das in der Lichtleitplatte 25 geleitete Licht gezielt und bedarfsgerecht nur in Teilbereichen auszukoppeln.
Wenn die Lichtauskopplung nur in Teilbereichen der Lichtleitplatte 25 erfolgen soll, weil zum Beispiel eine teilweise Ausleuchtung der Flüssigkristallanzeige 23 ausreicht, kann die Lichtleitplatte 25 so gestaltet sein, das sie nur den Teil der Flüssigkristallanzeige 23 überdeckt, der einer Aufhellung bedarf. Und wie beschrieben, kann durch partiell aufgebrachte optische Funktionsschichten erreicht werden, daß die Flüssigkristallanzeige 23 nur in Teilbereichen beleuchtet wird. In diesem Fall werden mittels Prägeverfahren, Tampon- oder Siebdruck nur die den auszuleuchtenden Bereich überdeckenden Flächen der Lichtleitplatte 25 bearbeitet, so daß nur hier eine Lichtauskopplung erfolgt. Auch besteht die Möglichkeit zu einer partiell verschieden farbigen Ausleuchtung der Flüssigkristallanzeige 23. Diese Option besteht dann, wenn die Flüssigkristallanzeige 23 mehrfarbig, d. h. mit verschieden farbigem Licht 5 beleuchtet wird. Dabei mag ein bestimmter Bereich der Flüssigkristallanzeige 23 zum Beispiel grün erscheinen, wohingegen ein anderer Bereich rot ausgeleuchtet ist. Zur wellenlängenselektiven Beleuchtung dieser Bereiche koppelt eine Lichtquelle Licht mit einem roten und einem grünen Anteil in die Lichtleitplatte 25 ein. Auf der der Flüssigkristallanzeige 23 zugewandten Seite 0 der Lichtleitplatte 25 ist nun über dem grün leuchtenden Bereich der
Flüssigkristallanzeige 23 eine wellenlängenselektive Entspiegelungsschicht aufgebracht, die eine der grünen Lichtfarbe entsprechende Ausprägung besitzt. Entsprechendes ist auf der Lichtleitplatte 25 über dem rot leuchtenden Bereich '-■'* der Flüssigkristallanzeige 23 aufgebracht. Durch die Ausprägung der jeweiligen 5 Entspiegelungsschichten ist nun eine partielle Ausleuchtung der
Flüssigkristallanzeige 23 in unterschiedlichen Farben möglich, weil der jeweilige Farbanteil im Licht nur an der für ihn geeigneten Lichtauskopplungsstelle aus der Lichtleitplatte 25 in Richtung des Reflektors 24 ausbeugt wird.
0 Lichtauskopplungsstellen zur partiellen Ausleuchtung der Flüssigkristallanzeige 23 lassen sich auch durch ein Aufrauhen des entsprechenden Bereichs der Oberfläche der Lichtleitplatte 25 recht einfach rein mechanisch herstellen. Die durch das Aufrauhen entstandenen Strukturen mit einer Rauhtiefe vorzugsweise von 4 bis 12 μm wirken aufgrund ihrer vielen, in vielfachem 5 Winkel zum Lichtweg stehenden Flächen als ein diffus auskoppelndes Element. Durch Aufrauhen werden auf der Oberfläche der Lichtleitplatte 25 im Regelfall unregelmäßige Vertiefungen bzw. Furchen eingebracht, wobei die Rauhtiefe größer ist als die Wellenlänge λ des die Lichtleitplatte 25 durchflutenden Lichts.
0 Die Lichtauskopplungsstelle kann - wie aus der Figur 4 ersichtlich - auch als eine Nut 29 ausgebildet sein, bei der mindestens eine Schräge vorzugsweise unter einem Winkel von 45° in die Lichtleitplatte 25 eingebracht ist und bei der die Begrenzungsflächen der Nut zusätzlich vorzugsweise in der zuvor beschriebenen Weise aufgerauht oder beschichtet sind. Durch eine Reflexion des Lichtstroms an den Begrenzungsflächen der Nut wird die Lichtauskopplung verstärkt, wie es durch die Pfeile in der Figur 4 angedeutet sein soll.
Die Figur 5 zeigt diverse Lichtauskopplungsstellen 30 bis 34, die auf der der Flüssigkristallanzeige 23 zugewandten Seite der Lichtleitplatte 25 angebracht sind. In der Figur 6 ist eine Lichtleitplatte 25 dargestellt, bei der Licht nur einseitig durch eine Lichtquelle 35 eingekoppelt wird. Um dennoch eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der Flüssigkristallanzeige 23 zu erreichen, sind auf der der Flüssigkristallanzeige 23 zugewandten Seite der Lichtleitplatte 25 als Lichtauskopplungsstellen partielle - in diesem Beispiel punktförmig - Entspiegelungsschichten aufgetragen, deren Dichte mit ihrer Entfernung von der Lichtquelle 35 zunimmt.
Alle vorgenannten Maßnahmen zur Gestaltung der Lichtauskopplungsstellen sind darauf gerichtet, in der Lichtleitplatte 25 planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige 23 geleitetes Licht aus der Lichtleitplatte 25 gezielt und im wesentlichen lotrecht zur Flüssigkristallanzeige 23 in Richtung des Reflektors 24 auszubeugen, wobei der Brechungsindex der Lichtleitplatte 25 fließend oder zumindest im Verlauf eines Stufengradienten möglichst nahe an den Wert des Brechungsindexes des die Lichtleitplatte 25 umgebenden Mediums - in der Regel Luft - herangeführt wird. Streuauskopplungen, die ein Betrachter als Störung wahrnimmt, werden durch diese Maßnahmen weitgehend vermieden.

Claims

Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige mit einem Reflektor auf ihrer Rückseite
Patentansprüche
1. Kombiinstrument mit einer Flüssigkristallanzeige (23) mit einem Reflektor
(24) auf ihrer Rückseite, dadurch gekennzeichnet, daß planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige (23) eine zumindest in Teilbereichen transparente Lichtleitplatte (25) angeordnet ist, wobei die Lichtleitplatte
(25) auf ihrer Oberfläche zur Lichtauskopplung eine Beschichtung oder Struktur aufweist, wobei die Beschichtung oder Struktur in der
Lichtleitplatte (25) planparallel zur Frontseite der Flüssigkristallanzeige (23) geleitetes Licht aus der Lichtleitplatte (25) gezielt und im wesentlichen lotrecht zur Flüssigkristallanzeige (23) in Richtung des Reflektors (24) ausbeugt.
Kombiinstrument nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitplatte (25) auf der Frontseite der Flüssigkristallanzeige (23) aufliegt oder zumindest in kurzem Abstand vor ihr angeordnet ist. Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder Struktur aus einer wellenlängenselektiven λ/4-Schicht, einer Breitbandentspiegelungsschicht, einer porösen Sol-Gel-Schicht, einer periodischen MikroStruktur (Mottenauge), einer stochastischen MikroStruktur oder einer nanoporösen Polymerschicht besteht.
4. Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder Struktur nur in einem
Teilbereich der Lichtleitplatte (25) aufgebracht ist.
5. Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder Struktur derart beschaffen sind, daß in verschiedenen Teilbereichen der Lichtleitplatte (25) eine nach Lichtfarben selektierte Auskopplung des in der Lichtleitplatte (25) geleiteten Lichts erfolgt.
Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauskopplung durch eine partielle oder flächige Aufrauhung der der Flüssigkristallanzeige (23) zugewandten Seite der Lichtleitplatte (25) erfolgt.
7. Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitplatte (25) gleichzeitig auch das Deckglas (28) des Kombiinstruments ist.
8. Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lichtleitplatte (25) zur Lichtauskopplung eine oder mehrere Nuten (29) mit mindestens einer Schräge eingebracht sind.
9. Kombiinstrument nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Licht durch eine Lichtquelle (35) nur von einer Seite in die Lichtleitplatte (25) eingekoppelt wird und daß zur Lichtauskopplung des in der Lichtleitplatte (25) geleiteten Lichts auf der Oberfläche der Lichtleitplatte (25) partielle Entspiegelungsschichten aufgetragen sind, deren Dichte mit ihrer Entfernung von der Lichtquelle (35) zunimmt.
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