WO2020064628A1 - Anzeige aufweisend ein lcd mit hintergrundbeleuchtung - Google Patents

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WO2020064628A1
WO2020064628A1 PCT/EP2019/075520 EP2019075520W WO2020064628A1 WO 2020064628 A1 WO2020064628 A1 WO 2020064628A1 EP 2019075520 W EP2019075520 W EP 2019075520W WO 2020064628 A1 WO2020064628 A1 WO 2020064628A1
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light guide
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PCT/EP2019/075520
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Jürgen Bäthis
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Continental Automotive Gmbh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0075—Arrangements of multiple light guides
    • G02B6/0078—Side-by-side arrangements, e.g. for large area displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side

Definitions

  • the invention relates to a display comprising an LCD with backlight.
  • Such displays are known from the prior art, in which light sources, as seen by an observer of the display, are fitted behind the LCD and illuminate it.
  • the LCDs cannot completely prevent the penetration of light in a dark-switched mode, so the larger areas that are actually to be displayed in black appear dark gray.
  • this local dimming is complex.
  • the object of the present invention is therefore to provide a simply constructed LCD with backlighting, in which large parts of the backlighting can be switched off in a simple manner.
  • the display has a central area and an edge area and the central area and the edge area can each be illuminated by separate background lighting. This can be done, for example, by arranging a light box behind the central area and the edge area and by having one or more light sources in each of these light boxes, with a plurality of light sources assigned to an area advantageously having this plurality of light sources assigned to the area together can be switched on and off. If the central area and the edge area can each be illuminated by means of separate light guides, particularly simple and flat backlighting can be realized.
  • the display can also be realized with a single flat light guide that covers all zones equally.
  • the coupling geometry on the light guide should preferably be designed in such a way that the LED irradiation occurs as parallel as possible in the light guide, in which case crosstalk into the other area cannot be completely avoided.
  • This crosstalk can, however, be concealed by a clever HMI design in the form of, for example, an adapted control of the individual pixels of the LCD.
  • the light guides can be improved if the light guides reflect light coupled in from the light sources at least once before being coupled out. This can be realized, for example, by a rough surface of the light guide or by surfaces of the light guide that are not arranged parallel to the direction of propagation of the light within the light guide and thus reflect incident light. If there is a reflection in the light guide, the display can be realized in a particularly flat manner if the light sources are designed as light-emitting diodes, in particular as side LEDs. Then the light sources can be arranged on the side of the LCD, so that the display can be made very flat overall. The light from the light-emitting diodes is thus coupled into the light guide, reflected at least once within the light guide and coupled out in the direction of the LCD, so that the light from the light-emitting diodes can penetrate the LCD.
  • the display has several edge areas, in particular in the case of backlighting by means of light guides, several edge areas can be darkened separately.
  • two edge areas can also directly adjoin one another.
  • Figure 1 shows the supervision of a first embodiment of a particularly preferred display when the LCD is fully illuminated
  • FIG. 1 shows the supervision of the embodiment of Figure 1 with only partial fluoroscopy of the LCD
  • FIG. 3 shows the section AA from FIG. 1
  • Figure 4 shows the supervision of a second embodiment of a particularly preferred display with only partial fluoroscopy of the LCD
  • FIG. 5 shows the section BB from FIG. 4
  • FIG. 1 shows a display 100 comprising an LCD 101 with a central area 110, a first edge area 121, a second edge area 122 and a third edge area 123. Furthermore, light-emitting diodes 210, 221, 222 and 223 and a housing 300 can be seen. In the light-emitting diodes 210, because of the clarity of the illustration, only the uppermost and lowermost light-emitting diodes shown are provided with the reference symbol 210. All light-emitting diodes 210, 221, 222, 223 light up, so that the LCD 101 is completely illuminated by means of light guides, not shown in FIG. 1. A separate light guide is provided for each of the edge areas 121, 122 123 and the central area 110. The light emitting diodes 221 couple their light into the light guide which shines through the edge area 21
  • Light-emitting diodes 222 couple their light into the light guide that shines through the edge area 122
  • the light-emitting diodes 223 couple their light into the light guide that shines through the edge area
  • the light-emitting diodes 221 couple their light accordingly into the light guide that shines through the central area 10.
  • the pixels of the LCD 101 let through or hinder the light emitted by the light-emitting diodes 210, 221, 222, 223, so that a map is displayed on the central area 110 and in the edge areas 121, 122 , 123 letters and numbers are perceptible.
  • the light-emitting diodes 210, 221, 222, 223 are advantageously designed as side LEDs. It can but also ordinary LEDs or other light sources are used, which are then advantageously sammenlude with a reflector to ⁇ , each of the light from the individual LEDs 210, 221, 222, 223 sends towards the input surfaces of the light guide.
  • the LEDs 210, 221, 222, 223 are advantageously provided with a cover, not shown, in particular in the form of a frame for the LCD 101.
  • FIG. 3 shows the LCD 101 with the first edge area 121, the LED 221, a housing 300 and a light guide 401 with a bottom 4010.
  • the light from the LED 221 is coupled into the light guide 40 and reflected by the bottom 4010 and in the direction coupled out of the LCD 101.
  • no other component is shown between the light guide 401 and the LCD 101.
  • there may be additional optically effective components such as a diffusing screen.
  • the inside of the housing can be designed to be reflective, for example by a smooth surface design and / or a reflective coating.
  • the underside 4010 of the light guide 401 can be provided with a reflective coating.
  • the shape of the light guide 401 is chosen so that the coupled light is uniform over the length
  • Optical fiber 401 is coupled out and uniform illumination of the LCD 101 is achieved.
  • the display 100 shown in FIG. 4 differs from the display shown in FIGS. 1, 2 in that, in addition to the central area 110 and the first edge area 121 above the central area 110, it has a second edge area 124 below the central area 110 and in that the LEDs 221, 210, 224 are arranged on both sides of the LCD 101.
  • the LEDs 221, 210, 224 are arranged on both sides of the LCD 101.
  • the light-emitting diodes 210 only the uppermost and lowermost light-emitting diodes shown are provided with the reference symbol 210 because of the clarity of the illustration.
  • the arrangement of the LEDs 221, 210, 224 on both sides facilitates the uniform construction
  • the one-sided arrangement of the LEDs shown in FIGS. 1-3 is also a light guide.
  • the LEDs 221, 224 are switched on, while the LEDs 210 for illuminating the central area 110 are switched off.
  • the edge areas 121, 124 are irradiated, while the central area 110 appears completely black.
  • a light guide 402 with the underside 4020 and a diffusing screen 500 can be seen.
  • the light guide 402 has an almost rectangular shape in cross section.
  • the underside 4020 of the light guide 401 is roughened, so that light incident there is largely reflected and is coupled out in the direction of the lens 500 and the LCD 101.
  • the inside of the housing is preferably designed to be reflective, for example by means of a special coating or a particularly smooth design.
  • the LEDs 210, 221, 224 should be covered, preferably in the form of a frame (not shown) for the LCD 101.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeige aufweisend ein LCD (101) mit Hintergrundbeleuchtung. Die Anzeige weist einen Zentralbereich (110) und einen Randbereich (121, 122, 123, 124) auf, sodass der Randbereich (121, 122, 123, 124) und der Zentralbereich (110) durch jeweils eine separate Hintergrundbeleuchtung (401, 402) durchleuchtbar ist, wobei die Hintergrundbeleuchtungen Lichtquellen (210, 221, 222, 223, 224) aufweisen.

Description

Beschreibung
Anzeige aufweisend ein LCD mit Hintergrundbeleuchtung
Die Erfindung betrifft eine Anzeige aufweisend ein LCD mit Hintergrundbeleuchtung .
Aus dem Stand der Technik sind derartige Anzeigen bekannt, bei denen Lichtquellen von einem Beobachter der Anzeige aus gesehen hinter dem LCD angebracht sind und dieses durchleuchten. Die LCDs können das Durchdringen von Licht in einem dunkelgeschalteten Modus nicht vollständig verhindern, so das eigentlich schwarz darzustellende größere Bereiche dunkelgrau erscheinen. Deswegen ist es dem Stand der Technik bereits bekannt, für größere dunkel darzustellende Bereich ein sogenanntes local Dimming vorzusehen, bei dem bei größeren dunkel darzustellenden Bereichen die Hinterleuchtung der betreffenden Bereiche auszuschalten durch ein Ausschalten der hinter dem dunkel darzustellenden Bereich liegenden Lichtquellen. Dieses local Dimming ist aber aufwändig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein einfach aufgebautes LCD mit Hinterleuchtung anzugeben, bei dem große Teile der Hinterleuchtung in einfacher Art und Weise abschaltbar sind .
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anzeige einen Zentralbereich und einen Rand Bereich aufweist und der Zent ralbereich und der Randbereich jeweils durch eine separate Hintergrundbeleuchtung durchleuchtbar ist. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass jeweils ein Lichtkasten hinter dem Zentralbereich und dem Randbereich angeordnet ist und sich in diesen Lichtkästen jeweils eine oder mehrere Lichtquellen befinden, wobei vorteilhafter Weise bei einer Mehrzahl von einem Bereich zugeordneten Lichtquellen diese Mehrzahl von dem Bereich zugeordneten Lichtquellen gemeinsam ein und ausgeschaltet werden . Wenn der Zentralbereich und der Randbereich jeweils mittels separater Lichtleiter durchleuchtbar sind, ist eine besonders einfache und flache Hinterleuchtung realisierbar.
Ebenso kann die Anzeige mit einem einzigen flächigen Lichtleiter, der alle Zonen gleichermaßen abdeckt, realisiert werden. In diesen Fall ist die Einkoppelgeometrie am Lichtleiter vor zugsweise so zu gestalten, dass die LED Einstrahlung möglichst parallel in den Lichtleiter erfolgt, wobei sich dann ein Übersprechen in den jeweils anderen Bereich nicht gänzlich vermeiden lässt. Dieses Übersprechen kann jedoch durch ein geschicktes HMI Design in Form von beispielsweise einer an gepassten Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte des LCD kaschiert werden .
Weiter können die Lichtleiter verbessert werden, wenn die Lichtleiter von den Lichtquellen eingekoppeltes Licht vor der Auskopplung mindestens einmal reflektiert. Dies kann bei spielsweise durch eine raue Oberfläche des Lichtleiters oder durch Flächen des Lichtleiters realisiert sein, die nicht parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes innerhalb des Lichtleiters angeordnet sind und so auftreffendes Licht re flektieren. Bei einer stattfindenden Reflexion im Lichtleiter kann die Anzeige besonders flach realisiert werden, wenn die Lichtquellen als Leuchtdioden, insbesondere als Side-Leds ausgestaltet sind. Dann können die Lichtquellen seitlich des LCD angeordnet werden, so dass die Anzeige insgesamt sehr flach ausgestaltet sein kann. So wird das Licht der Leuchtdioden in den Lichtleiter eingekoppelt, innerhalb des Lichtleiters mindestens einmal reflektiert und in Richtung des LCD ausgekoppelt, sodass das Licht der Leuchtdioden das LCD durchdringen kann.
Weiterhin ist es möglich, anstelle der SideLeds flache TopLEDs zu verwenden, die auf einem zum Lichtleiter senkrecht stehenden Leiterplattenstreifen oder auf einer senkrecht stehenden Flexfolie assembliert sind. Diese Flexfolie ist dann vor- teilhafterweise thermisch an ein Gehäuse der Beleuchtungseinheit angebunden .
Wenn mehrere Leuchtdioden für einen Lichtleiter vorhanden sind, ist es besonders vorteilhaft, diese Leuchtdioden in Reihe zu schalten und/oder sonst wie zu verketten, sodass die Ansteuerung der Leuchtdioden besonders einfach ist.
Wenn die Anzeige mehrere Randbereiche aufweist, können ins besondere bei einer Hinterleuchtung mittels Lichtleitern mehrere Randbereiche separat dunkel geschaltet werden. Es können beispielsweise auch zwei Randbereiche direkt aneinander an schließen .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher er läutert .
Es zeigen:
Figur 1 die Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer besonders bevorzugten Anzeige bei einer vollständigen Durchleuchtung des LCD
Figur 2 die Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 bei einer nur teilweisen Durchleuchtung des LCD
Figur 3 den Schnitt AA aus Figur 1
Figur 4 die Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer besonders bevorzugten Anzeige bei einer nur teilweisen Durchleuchtung des LCD
Figur 5 den Schnitt BB aus Figur 4
In Figur 1 erkennt man eine Anzeige 100 aufweisend ein LCD 101 mit einem Zentralbereich 110 , einem ersten Randbereich 121 , einem zweiten Randbereich 122 und einem dritten Randbereich 123. Weiterhin erkennt man Leuchtdioden 210, 221, 222 und 223 und ein Gehäuse 300. Bei den Leuchtdioden 210 ist wegen der Über sichtlichkeit der Darstellung nur die oberste und unterste dargestellte Leuchtdiode mit dem Bezugszeichen 210 versehen. Alle Leuchtdioden 210, 221, 222, 223 leuchten, so dass über in Figur 1 nicht dargestellte Lichtleiter das LCD 101 vollständig durchleuchtet wird. Für jeden der Randbereiche 121, 122 123 und den Zentralbereich 110 ist jeweils ein separater Lichtleiter vorhanden. Die Leuchtdioden 221 koppeln ihr Licht in den Lichtleiter ein, der den Randbeichl21 durchstrahlt, die
Leuchtdioden 222 koppeln ihr Licht in den Lichtleiter ein, der den Randbeich 122 durchstrahlt, die Leuchtdioden 223 koppeln ihr Licht in den Lichtleiter ein, der den Randbeichl23 durchstrahlt und die Leuchtdioden 221 koppeln ihr Licht entsprechend in den Lichtleiter ein, der den Zentralbeichl 10 durchstrahlt. Je nach Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte des LCD 101 lassen die Bildpunkte des LCD 101 das von den Leuchtdioden 210, 221, 222, 223 ausgesandte Licht durch oder behindern es, so dass auf dem Zentralbereich 110 die Darstellung einer Landkarte und in den Randbereichen 121, 122, 123 Buchstaben und Ziffern wahrnehmbar sind .
In Figur 2 sind nur die Leuchtdioden 221 eingeschaltet, während die Leuchtdioden 210, 222, 223 ausgeschaltet sind. Bei den Leuchtdioden 210 ist wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung nur die oberste und unterste dargestellte Leuchtdiode mit dem Bezugszeichen 210 versehen. So sind nur die im Randbereich 121 dargestellten Buchstaben wahrnehmbar, während die sonstigen Bereiche des LCD 101 schwarz erscheinen. Vorteilhafterweise wird das LCD 101 so angesteuert, dass in den sonstigen Bereichen alle Bildpunkte kein Licht durchlassen. So wird insgesamt erreicht, dass das LCD 101 nur sehr wenig Licht aussendet und der
Zentralbereich 110 und die Randbereiche 122, 123 schwarz er scheinen. So wird zum einen Energie gespart und insbesondere bei dunkler Umgebung der Anzeige 100 eine Blendung eines Beobachters der Anzeige 100 vermieden. Die Leuchtdioden 210, 221, 222, 223 sind vorteilhafterweise als Side-Leds ausgestaltet. Es können aber auch gewöhnliche LEDs oder sonstige Lichtquellen Verwendung finden, die dann vorteilhafterweise mit einem Reflektor Zu¬ sammenwirken, der jeweils das Licht der einzelnen LEDs 210, 221, 222, 223 in Richtung der Einkoppelflächen der Lichtleiter sendet. Die LEDs 210, 221, 222, 223 sind vorteilhafterweise mit einer nicht dargestellten Abdeckung, insbesondere in der Form eines Rahmens für das LCD 101, versehen.
In Figur 3 erkennt man das LCD 101 mit dem ersten Randbereich 121, die LED 221, ein Gehäuse 300 und einen Lichtleiter 401 mit einer Unterseite 4010. Das Licht der LED 221 wird in den Lichtleiter 40 leingekoppelt und von der Unterseite 4010 reflektiert und in Richtung des LCD 101 ausgekoppelt. In Figur 3 ist zwischen dem Lichtleiter 401 und dem LCD 101 kein sonstiges Bauteil dar gestellt. Es können aber zusätzliche optisch wirksame Bauteile wie beispielsweise eine Streuscheibe vorhanden sein. Die In nenseite des Gehäuses kann reflektierend ausgestaltet sein, beispielsweise durch eine glatte Oberflächengestaltung und/oder eine reflektierende Beschichtung. Weiterhin kann die Unterseite 4010 des Lichtleiters 401 mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein. Die Form des Lichtleiter 401 ist so gewählt, dass das eingekoppelte Licht gleichmäßig über die Länge die
Lichtleiters 401 ausgekoppelt wird und so eine gleichmäßige Durchleuchtung des LCD 101 erreicht wird.
Die in Figur4 dargestellte Anzeige 100 unterscheidet sich von der in den Figuren 1,2 dargestellten Anzeige dadurch, dass sie neben dem Zentralbereich 110 und dem ersten Randbereich 121 oberhalb des Zentralbereichs 110 einen zweiten Randbereich 124 unterhalb des Zentralbereichs 110 aufweist und dadurch, dass die LEDs 221, 210, 224 an beiden Seiten des LCDs 101 angeordnet sind. Bei den Leuchtdioden 210 ist wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung nur die oberste und unterste dargestellte Leuchtdiode mit dem Bezugszeichen 210 versehen. Die beidseitige Anordnung der LEDs 221, 210, 224 erleichtert konstruktiv die gleichmäßige
Lichtverteilung unterhalb des LCD 101 und so eine gleichmäßige Beleuchtung des LCD 101. Durch entsprechende Ausgestaltung der Lichtleiter ist aber auch die in Fig. 1-3 dargestellte einseitige Anordnung der LEDs zielführend. In Figur 4 sind die Leuchtdioden 221, 224 eingeschaltet, während die Leuchtdioden 210 für die Beleuchtung des Zentralbereichs 110 ausgeschaltet sind. So werden nur die Randbereiche 121, 124 durchstrahlt, während der Zentralbereich 110 vollständig schwarz erscheint.
In Figur 5 erkennt man neben dem LCD 101 mit dem ersten Randbereich 121, den LEDs 221 und dem Gehäuse 300 einen Lichtleiter 402 mit Unterseite 4020 und eine Streuscheibe 500. Das Licht der LEDs 221 wird in den Lichtleiter 402 eingekoppelt. Der Lichtleiter 402 weist im Querschnitt eine nahezu rechteckige Form auf. Die Unterseite 4020 des Lichtleiters 401 ist aufgeraut, so dass dort auftreffendes Licht größtenteils reflektiert wird und in Richtung der Streuscheibe 500 und des LCD 101 ausgekoppelt wird. Die Innenseite des Gehäuses ist vorzugsweise reflektierend ausgestaltet, beispielsweise durch eine besondere Beschichtung oder eine besonders glatte Ausgestaltung. Weiterhin sollten die LEDs 210, 221, 224 abgedeckt sein, vorzugsweise in Form eines nicht dargestellten Rahmens für das LCD 101.

Claims

Patentansprüche
1. Anzeige aufweisend ein LCD (101) mit Hintergrundbe
leuchtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige einen Zentralbereich (110) und einen Randbereich (121, 122, 123, 124) aufweist, dass der Randbereich (121, 122, 123, 124) und der Zentralbereich (110) durch jeweils eine separate Hintergrundbeleuchtung (401, 402) durchleuchtbar ist, wobei die Hintergrundbeleuchtungen Lichtquellen (210, 221, 222, 223, 224) aufweist.
2. Anzeige nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Zentralbereich (110) und der Randbereich (121, 122, 123, 124) mittels eines Lichtleiters (401, 402) durchleuchtbar sind .
3. Anzeige nach Patentanspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Zentralbereich (110) und der Randbereich (121, 122, 123, 124) jeweils mittels eines separaten Lichtleiters (401, 402) durchleuchtbar sind.
4. Anzeige nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass j eder Lichtleiter (401, 402) von den Lichtquellen (210, 221, 222, 223, 224) eingekoppeltes Licht vor der Auskopplung mindestens einmal reflektiert.
5. Anzeige nach einem der vorstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (210, 221, 222, 223, 224) als Leuchtdioden (210, 221, 222, 223, 224) ausgestaltet sind.
6. Anzeige nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Leuchtdioden (210, 221, 222, 223, 224) als Side-Leds (210, 221, 222, 223, 224) ausgestaltet sind.
7. Anzeige nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Randbereich (121, 122, 123, 124) und der Zentralbereich (110) jeweils durch eine oder mehrere Leuchtdioden (210, 221, 222, 223, 224) durchleuchtbar sind.
8. Anzeige nach Patentanspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leuchtdioden (210, 221, 222, 223, 224) einzelner
Bereiche (110, 121, 122, 123, 124) in Reihe geschaltet und /oder verkettet sind.
9. Anzeige nach einem der vorstehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige mehrere Rand bereiche (121, 122, 123, 124) aufweist, die jeweils durch eine separate Hintergrundbeleuchtung (221, 222, 223, 224, 401, 402) durchleuchtbar sind.
PCT/EP2019/075520 2018-09-25 2019-09-23 Anzeige aufweisend ein lcd mit hintergrundbeleuchtung WO2020064628A1 (de)

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