DE102021213487A1

DE102021213487A1 - Anzeigeeinheit mit schmalem Randbereich

Info

Publication number: DE102021213487A1
Application number: DE102021213487.4A
Authority: DE
Inventors: Sascha Kaysser; Eckhard Finger; Michael Roos
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-07-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit mit schmalem Randbereich. Diese weist auf ein durchleuchtbares Anzeigeelement (2), ein dieses Anzeigeelement (2) durchleuchtendes Licht erzeugendes Beleuchtungselement (3), und eine Licht in einem Randbereich des Anzeigeelements (2) nach außen lenkende optische Linsenstruktur (L1, L2). Die optische Linsenstruktur (L1, L2) ist zwischen Anzeigeelement (2) und Beleuchtungselement (3) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit mit schmalem Randbereich.
Die US 2012/139964 A1 zeigt eine Anzeigeeinheit mit einem Beleuchtungselement zum Durchleuchten eines Anzeigeelements. Die Anzeigeeinheit weist einen schmalen Randbereich auf. Das aus dem Anzeigeelement austretende Licht wird mittels einer optischen Linsenstruktur im Randbereich nach außen ausgeweitet. Das Beleuchtungselement hat dabei eine größere Abmessung als das Anzeigeelement. Eine Bauraumverringerung im Bereich des Beleuchtungselements ist erwünscht.
Eine Anzeigeeinheit mit schmalem Randbereich gemäß der Erfindung weist ein durchleuchtbares Anzeigeelement auf, ein Beleuchtungselement das Licht erzeugt, welches dieses Anzeigeelement durchleuchtet, und eine Licht in einem Randbereich des Anzeigeelements nach außen lenkende optische Linsenstruktur. Erfindungsgemäß ist die optische Linsenstruktur zwischen Anzeigeelement und Beleuchtungselement angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß ein Beleuchtungselement mit geringerer Abmessung als das Anzeigeelement verwendbar ist, wodurch Raum zur Befestigung von Beleuchtungselement und Anzeigeelement aneinander gewonnen wird. Dies ermöglicht es, die Außenabmessungen des Anzeigeelement zu verringern.
Vorteilhafterweise ist eine erste optische Linsenstruktur an der dem Beleuchtungselement zugewandten Seite des Anzeigeelements angeordnet, und eine zweite optische Linsenstruktur an der dem Anzeigeelement zugewandten Seite des Beleuchtungselements. Dies ermöglicht es, die Richtung des auf das Anzeigeelement treffenden Lichts besser anzupassen. Vorteilhafterweise erfolgt die Anpassung so, daß das Licht im Randbereich die gleiche Richtung aufweist wie Licht, das im zentralen Bereich des Anzeigeelements auftrifft.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen Anzeigeelement und Beleuchtungselement einen Abstand zueinander auf, der auf die optischen Eigenschaften der Linsenstruktur angepaßt ist. Dies hat den Vorteil, eine optimale Ausleuchtung zu ermöglichen. Die Konstruktion des einzelnen abbildenden Elementes (Linse) erfolgt in diesem Fall entsprechend der Scheimpflug-Regel und einer verschobenen Linse. Das einzelne Linsenelement ist hierbei in seiner optischen Achse zwischen den Abbildungsebenen verkippt angeordnet und aus ihrer Mittellage verschoben. Analog ist im Großen die Funktionsweise eines Tilt-Shift-Objektiv in der Fotographie zu sehen. Für das hier beschriebene System ist die Bedingung nicht einmalig, sondern auf eine große Menge von Einzellinsen anzuwenden. Da die Bedingungen hierzu lokal von der geforderten Geometrie abhängen ist bei der Auslegung der Mannigfaltigkeit der Linsen entsprechend auch lokal anzupassen.
Vorteilhafterweise besteht die Linsenstruktur aus Silikon. Sie ist beispielsweise als silikonbasierte Matte ausgebildet, die auf das Anzeigeelement aufgebracht ist. Dies hat den Vorteil, daß Silikon bezüglich Brechungsindex an das Anzeigeelement anpaßbar ist. Weiterhin ist Silikon flexibel, was das Montieren auf dem Anzeigeelement erleichtert.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Linsenstruktur aus anderen Materialen besteht. UV-gehärtetes Acryl hat dabei den Vorteil, daß die optische Struktur als Oberflächenbeschichtung einer Komponente der Anzeigeeinheit angeordnet werden kann. Ein separates zusätzliches Bauteil ist nicht erforderlich. Auch kann durch eine Variation der Oberflächenbeschichtung, angepaßt auf unterschiedliche Gegebenheiten, die entsprechende Komponente als Massenware bezogen, und mittels variierender Oberflächenbeschichtung individualisiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Variante ist die Linsenstruktur in den Randbereich einer optischen Folie integriert. Bei der Folie handelt es sich beispielsweise um eine Folie mit den Eigenschaften eines Polarisators oder denjenigen eines Lamellengitters. Letzteres wird auch als Louver-Film bezeichnet. Ein Vorteil der Integration in eine optische Folie besteht darin, daß mehrere Funktionen in einem einzigen Bauteil kombiniert sind, was zu einem geringeren Montageaufwand führt.
Vorteilhafterweise weist die Linsenstruktur refraktive optische Elemente auf. Brechung wird dabei nicht oder nicht ausschließlich durch eine makroskopische optische Linsenform hervorgerufen, sondern kann auch durch ein flaches Element erzeugt werden, in dessen innerer Struktur optische Grenzflächen vorhanden sind, die eine entsprechende Brechung hervorrufen. Derartige Elemente sind dem Fachmann bekannt. Vorteile einer flachen Oberfläche sind beispielsweise, daß keine makroskopische Oberflächenstruktur zu beachten ist, die durch Staub oder ähnliches in ihrer Eigenschaft beeinträchtigt werden könnte. Eine solche Oberfläche kann auch an andere Bauteile wie Folien angeordnet sein, die die Oberfläche direkt kontaktieren, ohne daß dadurch die Funktion des refraktiven optischen Elements beeinträchtigt würde.
Vorteilhafterweise weist die Linsenstruktur diffraktive optische Elemente auf. Dabei wird der Linseneffekt zusätzlich oder ausschließlich mittels Beugung erzielt. Auch hier liegt ein Vorteil darin, daß keine Oberflächenstruktur zu beachten ist.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind auch in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen angegeben.
Dabei zeigen:

1 Anzeigeeinheit
2 Randbereich der Anzeigeeinheit
3 Anzeigeeinheit gemäß Erfindung
4 Randbereich der Anzeigeeinheit
5 Anzeigeeinheit
6 Anzeigeeinheit gemäß Erfindung
7 Anzeigeeinheit gemäß Erfindung

Gleiche Bezugszeichen werden im folgenden zu gleichen oder gleichwirkenden Elementen verwendet und im allgemeinen nur einmal näher beschrieben, solange sich ihre Funktion oder Eigenschaften nicht von den vorhergehend beschriebenen unterscheiden.
1 zeigt eine Anzeigeeinheit 1 gemäß Stand der Technik. Ein durchleuchtbares Anzeigeelement 2 wird von einem Beleuchtungselement 3 hinterleuchtet. Zwischen Anzeigeelement 2 und Beleuchtungselement 3 befindet sich ein Luftspalt 4. Das Anzeigeelement 2 ist an einem Deckglas 5 befestigt, in dessen Randbereich ein Schwarzdruck 6 angebracht ist. Dieser verhindert den Blick auf einen Rahmen 7, an dem sich das Deckglas 5 abstützt und der Teil eines Gehäuses der Anzeigeeinheit 1 ist. Ein Betrachter sieht im zentralen Bereich der Anzeigeeinheit 1 die sichtbare Bildfläche BF, die von einer sichtbaren Rahmenfläche RF eingerahmt wird.
Heutzutage im Automobilbau eingesetzte Anzeigeeinheiten 1 verwenden üblicherweise Anzeigeelemente 2 auf Flüssigkristallbasis (LCD, englisch: Liquid Crystal Display) zur Darstellung der Farbinformation für jeden Bildpunkt (englisch: Pixel) und leuchten in der Regel nicht aktiv. Als Lichtquelle verfügen die LCDs über eine aktive Hintergrundbeleuchtung (englisch: Backlight), das Beleuchtungselement 3, welches oft Anordnungen von Leuchtdioden (LED, englisch: Light Emitting Diode) und Anordnungen optischer Folien und Lichtleiter aufweist. Üblicherweise existiert zwischen Beleuchtungselement 3 und Anzeigeelement 2 ein Luftspalt 4. Hierbei ist die beleuchtete Fläche größer als die sichtbare Bildfläche BF der Anzeigeeinheit 1, um eine homogene Ausleuchtung des gesamten sichtbaren Bereichs zu erreichen. Die Dimension des Beleuchtungselements 3 bestimmt im wesentlichen die Dimension der Rahmenfläche RF einer Anzeigeeinheit 1.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Randbereichs der Anzeigeeinheit 1 aus 1. Man erkennt das Anzeigeelement 2, das Beleuchtungselement 3, den zwischen diesen befindlichen Luftspalt 4, das Deckglas 5, den Schwarzdruck 6 und den Rahmen 7. Links unten ist die Breite R der sichtbaren Rahmenfläche RF gezeigt, die Überlappung A zwischen Beleuchtungselement 3 und Rahmenfläche RF sowie der mechanische Bauraum B zwischen Außenkante des Beleuchtungselements 3 und Außenkante des Rahmens 7.
Der sichtbare Randbereich, die Rahmenfläche RF, und die Größe der aktiven Sichtfläche der Anzeigeeinheit 1, der Bildfläche BF, wird im wesentlichen durch die Überlappung A, das Hinausragen des Beleuchtungselements 3 über das Anzeigeelement 2 hinaus, und zusätzlich durch den benötigten Bauraum B für die mechanische Anbindung zwischen Rahmen 7 und Deckglas 5 bestimmt. Üblicherweise wird dieser Randbereich durch einen Schwarzdruck 6 auf dem Deckglas 5 verdeckt, was den Eindruck eines Rahmens RF um die sichtbare Bildfläche BF herum vermittelt. Hohe Anforderungen an eine möglichst schmale sichtbare Rahmenfläche RF sind oft nur schwer oder garnicht erfüllbar.
3 zeigt eine Anzeigeeinheit 1 gemäß der Erfindung. Hierbei ist die Überlappung A zwischen Anzeigeelement 2 und Beleuchtungselement 3 reduziert bzw. beseitigt. Dies ist mittels eines Pfeils angedeutet. Das Anzeigeelement 2 ragt nun über das Beleuchtungselement 3 hinaus. Eine erste Linsenstruktur L1 ist im Randbereich des Anzeigeelements 2 angeordnet, eine zweite Linsenstruktur L2 im Randbereich des Beleuchtungselements 3. Dadurch wird eine gleichförmige Hinterleuchtung des sichtbaren Bereichs, der Bildfläche BF, des Anzeigeelements 2 erzielt.
4 zeigt eine vergrößerte Abbildung des Randbereichs einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit 1. Hier erstreckt sich die Linsenstruktur L1 über einen größeren Teil des Randbereichs des Anzeigeelements 2 als zur vorhergehenden Abbildung gezeigt. Die Linsenstruktur L1 stellt eine zusätzliche optische Struktur auf der Rückseite des Anzeigeelements 2 dar. Diese optische Struktur wird beispielsweise durch Mikrolinsen L11 gebildet. Die auf dem Beleuchtungselement 3 angeordnete Linsenstruktur L2 weist beispielsweise ebenfalls Mikrolinsen L21 auf, und hat eine Abstrahlcharakteristik, die kompatibel zu der Linsenstruktur L1 des Anzeigeelements 2 ist. Durch eine kompatible Auslegung der optischen Eigenschaften der Linsenstrukturen L1, L2 wird die Hintergrundbeleuchtung des Beleuchtungselements 3 durch die Linsenstruktur L2 auf eine größere Fläche gespreizt bzw. projiziert, angedeutet durch die Ausbreitungsrichtung D, und durch die Linsenstruktur L1 anschließend wieder in die gewünschte Abstrahlrichtung E gerichtet. Der Luftspalt 4 dient hier als optische Strecke zwischen den optischen Elementen, den Linsenstrukturen L1, L2, und ist entsprechend zu dimensionieren.
5 zeigt eine herkömmliche Anzeigeeinheit 1 wie oben beschrieben, 6 eine Anzeigeeinheit gemäß der Erfindung. Man erkennt, daß durch die Umkehrung der Überlappung von Anzeigeelement 2 und Beleuchtungselement 3 eine Verschiebung des Rahmens 7 nach innen hin ermöglicht ist, ohne einen erforderlichen Abstand zwischen Rahmen 7 und Beleuchtungselement 3 zu verringern. Damit einher geht eine Verkleinerung des Deckglases 5 und des erforderlichen Schwarzdrucks 6. Die sichtbare Rahmenfläche RF verkleinert sich bei gleichbleibender sichtbare Bildfläche BF. Die als störend wahrgenommene Rahmenfläche RF verkleinert sich, wodurch auch der durch sie hervorgerufene störende Eindruck abnimmt. Die Erfindung ermöglicht somit die Reduzierung des sichtbaren Randbereichs RF um die aktive Displayfläche BF herum durch den Entfall der Überlappung von Beleuchtungselement 3 und Anzeigeelement 2 bei gleichzeitiger gleichförmiger Ausleuchtung der aktiven Bildfläche BF und gleichbleibender Größe der aktiven Bildfläche BF.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit 1. Als Linsenstruktur L1 ist eine silikonbasierte Matte M1, auf der Mikrolinsen L11 ausgebildet sind, auf die Unterseite des Anzeigeelements 2 laminiert. Die Linsenstruktur L2 ist als Teil einer optischen Folie 8 ausgebildet, die auf der Oberseite des Beleuchtungselements 3 angeordnet ist. Die Linsenstruktur L2 weist eine geeignete optische Struktur, beispielsweise Mikrolinsen L21, auf. Die Folie 8 weist vorteilhafterweise einen Polarisationsfilm und/oder einen Lamellenfilm auf, um eine gewünschte Abstrahlcharakteristik zu erzielen. Eine erfindungsgemäße Anzeigeeinheit 1 findet vorteilhaft Anwendung in einem Zentraldisplay eines Fahrzeugs mit integrierter berührungsempfindlicher Bedienung und/oder Annäherungserkennung. Auch eine Anwendung in einem digitalen Kombinationsinstrument mit integrierter sicherheitsrelevanter Dimmungsfunktion ist eine vorteilhafte Anwendung einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012139964 A1 [0002]

Claims

Anzeigeeinheit mit schmalem Randbereich, aufweisend - ein durchleuchtbares Anzeigeelement (2), - ein dieses Anzeigeelement (2) durchleuchtendes Licht erzeugendes Beleuchtungselement (3), - eine Licht in einem Randbereich des Anzeigeelements (2) nach außen lenkende optische Linsenstruktur (L1, L2), wobei die optische Linsenstruktur (L1, L2) zwischen Anzeigeelement (2) und Beleuchtungselement (3) angeordnet ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, wobei eine erste optische Linsenstruktur (L1) an der dem Beleuchtungselement (3) zugewandten Seite des Anzeigeelements (2) angeordnet ist, und eine zweite optische Linsenstruktur (L2) an der dem Anzeigeelement (2) zugewandten Seite des Beleuchtungselements (3) angeordnet ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Anzeigeelement (2) und Beleuchtungselement (3) einen Abstand (4) zueinander aufweisen, der auf die optischen Eigenschaften der Linsenstruktur (L1, L2) angepaßt ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenstruktur (L1) aus Silikon besteht.
Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenstruktur (L1) aus UV-gehärtetem Acryl besteht.
Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenstruktur (L2) in den Randbereich einer optischen Folie (8) integriert ist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenstruktur refraktive optische Elemente aufweist.
Anzeigeeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenstruktur diffraktive optische Elemente aufweist.