DISPLAY-ANORDNUNG SOWIE VERFAHREN ZUR ANSTEUERUNG EINER DISPLAYEINHEIT ZUR KORREKTUR VON INHOMOGENITäTEN DER LICHTABSTRAHLUNG

Die Erfindung betrifft eine Display-Anordnung mit einer Hin- terleuchtungseinheit und einer Displayeinheit, die derart angeordnet sind, dass im Betrieb der Display-Anordnung von der Hinterleuchtungseinheit abgestrahltes Licht auf die Rückseite der Displayeinheit trifft.

Derartige Display-Anordnungen betreffen übliche Ausgestaltungen von Computer- Flachbildschirmen oder LCD- Fernsehern. Während die Displayeinheit angesteuert wird, um für die einzel- nen Pixel zu bestimmen, ob und wie Licht der verschiedenen Farben abgestrahlt wird, sorgt die Hinterleuchtungseinheit für die Erzeugung des Lichts, welches durch die Displayeinheit in Richtung eines Betrachters abgestrahlt wird.

Zudem betrifft die Erfindung Verfahren zur Ansteuerung einer

Displayeinheit einer Displayanordnung und zur Bereitstellung von Parametern einer Helligkeitsverteilung einer Hinterleuchtungseinheit .

Zwar weisen Flachbildschirme bzw. LCD-Fernseher eine gegenüber herkömmlichen Monitoren bzw. Fernsehern sehr kompakte Ausgestaltung auf, es ist aber dennoch ein Bestreben in der technischen Entwicklung, Display-Anordnungen noch flacher auszugestalten. Dies ist besonders relevant bei Flachbild- schirmen für mobile Anwendungen in Notebooks oder Laptops, da dort die Dicke des gesamten Geräts wesentlich von der Dicke der Display-Anordnung mitbestimmt wird.

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Um dünne Display-Anordnungen bereitstellen zu können, ist es bekannt, nicht eine Direkthinterleuchtung der Displayeinheit vorzunehmen, sondern die Licht erzeugenden Komponenten seitlich anzuordnen und über Lichtleiter das Licht in den ge- wünschten Bereichen austreten zu lassen. Bei besonders großen Flachbildschirmen besteht jedoch das Problem, dass derartig große Lichtleiter aus herstellungstechnischen Gründen nicht bereitgestellt werden können. Zwar könnte man lange, schmale Lichtleiter nebeneinander anordnen, dies würde jedoch zu kei- nem befriedigenden Ergebnis führen, da an den Grenzbereichen zwischen den einzelnen Lichtleitern Streifen auf dem Bild erkennbar wären.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Display-Anordnung an- zugeben, die sehr flach ist und trotzdem eine streifenfreie Wiedergabe eines Bildes ermöglicht. Außerdem soll ein entsprechend geeignetes Verfahren zur Ansteuerung einer Displayeinheit angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Display-Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hinterleuchtungseinheit mindestens zwei nebeneinander liegende Lichtleiterelemente aufweist, wobei die Hinterleuchtungseinheit derart ausgestaltet ist, dass in dem Grenzbe- reich der Lichtleiterelemente Licht einer größeren Helligkeit abgestrahlt wird als außerhalb der Grenzbereiche, zwischen der Hinterleuchtungseinheit und der Displayeinheit eine Dif- fusorschicht angeordnet ist, und eine Steuereinheit vorgesehen und derart eingerichtet ist, eine größere Helligkeit in den Grenzbereichen durch eine angepasste Ansteuerung der Displayeinheit zu kompensieren.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.

Die Lehre der Erfindung besteht also darin, trotz potenziel- ler Streifenentstehung nebeneinander liegende Lichtleiterelemente zu verwenden, um die Hinterleuchtung der Displayeinheit bereitzustellen. Nach der Lehre der Erfindung wirken nun zwei Elemente zusammen: einerseits wird bewusst in den Grenzbereichen zweier Lichtleiterelemente Licht einer größeren Hellig- keit abgestrahlt und andererseits ist vorgesehen, das „zu viel" abgestrahlte Licht durch eine entsprechende Ansteuerung der Displayeinheit zu blockieren, was im Folgenden auch als „Dimmen" bezeichnet wird. Dadurch, dass nur eine zu große Helligkeit in relativ kleinen Bereichen gedimmt werden muss, ist eine effiziente Arbeitsweise einer erfindungsgemäß gestalteten Display-Anordnung möglich. Durch eine Diffusor- schicht zwischen der Hinterleuchtungseinheit und der Displayeinheit wird ermöglicht, dass sich die erhöhte Helligkeit in den Grenzbereichen verwaschen auf der Rückseite der Display- einheit zeigt und so verhältnismäßig einfach zu kompensieren ist, ohne dass das menschliche Auge eine Streifenbildung auf der Displayeinheit wahrnimmt.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird zwischen der Diffu- sorschicht und der Displayeinheit ein Luftspalt ausgebildet, der zusätzlich dazu beiträgt, den Helligkeitsüberschuss in den Grenzbereichen zu „verschleifen" , also für kontinuierliche übergänge zu sorgen.

In einer vorteilhaften Ausführung der Display-Anordnung wird eine erhöhte Helligkeit in den Grenzbereichen dadurch begünstigt, dass im überlappungsbereich nebeneinander liegender Lichtleiterelemente Auskoppelstrukturen vorgesehen werden,

die eine Lichtauskopplung begünstigen. In Lichtleitern kann Licht nur unter bestimmten Voraussetzungen austreten, wenn nämlich eine von den Brechungsindizes des Lichtleitermaterials und des Umgebungsmaterials abhängende Winkelbedingung er- füllt ist. Durch eine besondere Ausgestaltung des Grenzbereichs zwischen dem Lichtleiter und der Umgebung lässt sich daher die Menge des austretenden Lichts beeinflussen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Dicke der Lichtleiterele- mente ausgehend von den Lichteinkoppelstellen, an denen die LED angeordnet sind, zu reduzieren. Dies sorgt für eine gleichmäßige Lichtauskopplung über der gesamten Fläche der einzelnen Lichtleiterelemente.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Display-Anordnung weist diese eine Dicke kleiner als 15 mm, vorzugsweise kleiner als 10 mm auf .

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Konzepts ist insbesondere bei Display-Anordnungen mit einer Diagonale größer als 60 cm besonders vorteilhaft.

In einer günstigen Ausgestaltung der erf indungsgemäßen Display-Anordnung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine durch ein Videosignal bestimmte Helligkeit eines anzuzeigenden Bildes durch eine vorbestimmte Helligkeitsverteilung der Hinterleuchtungseinheit zu dividieren und dadurch ein Ansteuersignal für die Displayeinheit zu erzeugen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Display-Anordnung ,

Figur 2A ein Diagramm mit einer beispielhaften Helligkeitsverteilung,

Figur 2B ein weiteres Diagramm mit einer beispielhaften HeI- ligkeitsverteilung,

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens zur Er- zeugung eines Ansteuersignals,

Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Erzeugung eines Ansteuersignals und

Figur 5 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Display- Anordnung .

Die Figur 1 zeigt eine Display-Anordnung 1 mit einer Displayeinheit 3 auf der Vorderseite sowie einer im Gehäuseinneren angeordneten Hinterleuchtungseinheit 2. Die Hinterleuchtungs- einheit 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Lichtleiterelemente 4 auf, die sich in einem Grenzbereich 5 überlappen. Details zur Ausgestaltung von Lichtleiterelementen 4 sind beispielsweise aus der deutschen Gebrauchsmuster- schrift DE 202005001507 Ul bekannt, auf die insoweit verwiesen wird, anstatt die entsprechenden Details in der vorliegenden Anmeldung zu wiederholen.

Auf der der Displayeinheit 3 zugewandten Vorderseite der Lichtleiterelemente ist eine Diffusorfolie 6 vorgesehen. Zwischen der Diffusorfolie 6 und der Displayeinheit 3 ist ein Luftspalt 9 gebildet. Die Dif fusorfolie 6 bewirkt in Verbin- düng mit dem Luftspalt 9, dass im Grenzbereich 5 zwar eine erhöhte Helligkeit des von der Hinterleuchtungseinheit 2 abgestrahlten Lichts vorliegt, dieses jedoch keine scharfen Konturen hat, sondern es zu einem weichen übergang zu dem Bereich erhöhter Helligkeit kommt. Untechnisch ausgedrückt wird die Helligkeitserhöhung „verschliffen".

Die Lichtleiterelemente 4 haben eine keilförmige Gestalt, wobei an der dicken Seite des Keils eine Lichteinkoppelfläche 11 gebildet ist, an der jeweils eine Leuchtdiode, kurz LED 10 angeordnet ist. Das von der LED 10 eingestrahlte Licht wird an den Grenzflächen der Lichtleiterelemente 4 teilweise reflektiert, teilweise nach oben in Richtung der Displayeinheit 3 ausgekoppelt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf der Rückseite der Lichtleiterelemente eine zusätzliche re- flektierende Flache 12 vorgesehen, um so Lichtverluste zu vermeiden. Außerdem wird durch die reflektierende Folie verhindert, dass Licht einer LED 10 von der Rückseite her in ein darüber liegendes Lichtleiterelement 4 eindringt. Dadurch würde es in diesem Bereich zu einer unbeabsichtigt starken überhöhung der Helligkeit austretenden Lichts kommen.

Die keilförmige Formgebung trägt dazu bei, dass über der gesamten Fläche der Lichtleiterelemente 4 Licht einer weitgehend gleichen Helligkeit abgegeben wird. Der Lichtstrom ver- ringert sich ausgehend von der LED 10 kontinuierlich entlang des Keils, da ein Teil des Licht nach oben austritt. Bezogen auf den Querschnitt eines Lichtleiterelements 4 bleibt der

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Lichtstrom jedoch in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung annähernd gleich.

Eine weitere Maßnahme zur Steuerung der Lichtaustrittsmenge besteht darin, dass im überlappungsbereich 5 nebeneinander liegender Lichtleiterelemente Auskoppelstrukturen vorgesehen werden, die eine Lichtauskopplung begünstigen. In Lichtleitern kann Licht nur unter bestimmten Voraussetzungen austreten, wenn nämlich eine unter anderem von den Brechungsindizes des Lichtleitermaterials und des Umgebungsmaterials abhängende Winkelbedingung erfüllt ist. Durch eine besondere Ausgestaltung des Grenzbereichs zwischen dem Lichtleiter und der Umgebung lässt sich daher die Menge des austretenden Lichts beeinflussen. Geeignete Maßnahmen sind beispielsweise Auskop- pelprismen, Aufrauungen oder Diffusoren in dem Lichtleiterelement oder an seiner der Oberfläche. Die Maßnahmen bezüglich der Oberflächengestaltung des Lichtleiterelements 4 bewirken, dass der Winkel, in dem ein Lichtstrahl auf die Grenzfläche des Lichtleiterelements auftrifft, bei gleicher Richtung des Lichtstrahls je nach Stelle innerhalb des Lichtleiterelements unterschiedlich ist. Diffusoren bewirken, dass die Richtung des Lichtstrahls beeinflusst wird und der Auftreffwinkel so nicht mehr allein von der Geometrie des Lichtleiterelements abhängt. Somit wird die Wahrscheinlichkeit er- höht, dass ein Lichtstrahl in einem solchen Winkel auf die Grenzfläche auftrifft, der ein Austreten erlaubt.

In dem gezeigten vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Display-Anordnung wird eine erhöhte Helligkeit in den Grenzbe- reichen dadurch erzeugt, dass die Auskoppelstrukturen derart ausgestaltet sind, dass sie in den Grenzbereichen 5 mehr Licht auskoppeln lassen.

Im Grenzbereich 5, in dem sich die beiden beispielhaft dargestellten Lichtleiterelemente 4 überlappen, ist die Helligkeit des abgestrahlten Lichts der Hinterleuchtungseinheit 2 also aufgrund der beschriebenen Maßnahmen größer als in den Berei- chen, in denen sich die Lichtleiterelemente 4 nicht überlappen. Es kommt zu einer Helligkeitsverteilung über der Hinterleuchtungseinheit 2, wie in Figur 2A dargestellt ist. In dem Grenzbereich zwischen den beiden Lichtleiterelementen 4 tritt eine Helligkeitserhöhung auf, während in den Bereichen außer- halb des Grenzbereichs eine gleichmäßige Helligkeit herrscht.

Die in der Figur 2A gezeigte Helligkeitsverteilung ist in diesem Ausführungsbeispiel konstruktionsbedingt und daher vorbestimmt. Die vorbekannte bzw. vorbestimmte Helligkeits- Verteilung kann als Funktion oder als Wertetabelle in einer Steuereinheit 7 abgelegt sein, die die Ansteuerung der Displayeinheit 3 übernimmt. Wird nun über eine Schnittstelle 8 ein Videosignal erhalten, welches Bildinformationen enthält, die auf der Displayeinheit 3 dargestellt werden sollen, so wird dieses Videosignal in ein Ansteuersignal aufbereitet, wie in Figur 3 dargestellt ist. Bei der Aufbereitung wird die bekannte Helligkeitsverteilung der Hinterleuchtungseinheit 2 berücksichtigt und die Displayeinheit 3 im Grenzbereich 5 der Hinterleuchtungseinheit 2 entsprechend dunkler gesteuert. Da- durch wird die erhöhte Helligkeit der Hinterleuchtungseinheit

2 im Grenzbereich 5 kompensiert. Technisch gesehen ergibt eine Multiplikation des Ansteuersignals für die Displayeinheit

3 mit der Helligkeitsverteilung der Hinterleuchtungseinheit 2 diejenige Helligkeit, die aufgrund des Videosignals, welches an der Schnittstelle 8 empfangen wird, dargestellt werden soll. Aufgrund dieses Zusammenhangs lässt sich das angepasste Ansteuersignal in verhältnismäßig einfacher Weise aus dem Videosignal berechnen.

Die Steuereinheit 7 kann zusätzlich mit den LED 10 verbunden sein, um die Helligkeit der Hinterleuchtungseinheit 2 zu beeinflussen. In diesem Fall müsste, wie in Figur 4 dargestellt ist, die Ansteuerung der LED bei der Erzeugung des Ansteuersignals für die Displayeinheit (3) berücksichtigt werden, da die Helligkeitsverteilung sowohl von konstruktionsbedingten Faktoren als auch der Ansteuerung der LED abhängt.

Aus Sicht der Energieeffizienz ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einer Erhöhung der Helligkeit im Grenzbereich 5 von besonderem Vorteil, da nur verhältnismäßig wenig Licht der Hinterleuchtungseinheit 2 durch die Displayeinheit 3 geblockt werden muss. Es handelt sich, Bezug nehmend auf Figur 2A, um den schraffiert dargestellten Bereich des Diagramms, der über dem konstanten Helligkeitslevel liegt, d. h. der Bereich im Grenzbereich 5. Wären die Lichtleiterelemente 4 so ausgestaltet, dass im Grenzbereich 5 ein dunklerer Bereich läge, so müsste wesentlich mehr Licht ausgefiltert werden, nämlich der in Figur 2B über der gestrichelten Linie liegende Bereich. Die Erhöhung der Helligkeit im Grenzbereich 5 bringt daher eine Verbesserung der Energieeffizienz mit sich.

Als Diffusorschicht wird vorzugsweise eine Diffusorfolie 6 eingesetzt, da diese auch großflächig hergestellt werden kann, sodass sie mehrere Lichtleiterelemente 4 überdeckt und somit auch die Kanten der Lichtleiterelemente 4 im Grenzbereich 5 überdeckt .

Die Verwendung von Leuchtdioden zur Erzeugung des Lichts der Hinterleuchtungseinheit 2 ist deswegen besonders vorteilhaft, weil Leuchtdioden sehr klein sind. Die Anordnung der Leuchtdioden 11 im überlappungsbereich zweier Lichtleiterelemente 4

hat sich als vorteilhaft erwiesen, da so eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung über der Oberfläche eines Lichtleiterelements 4 möglich ist. Insbesondere wenn die Leuchtdioden 10 eine definierte Richtcharakteristik haben, lässt sich der Strahlengang innerhalb der Lichtleiterelemente 4 verhältnismäßig exakt berechnen und das Lichtleiterelement 4 entsprechend gestalten.

Der Einsatz streifenförmiger Lichtleiterelemente 4 ermöglich bei besonders großen Displays eine hohe maximale Helligkeit der Hinterleuchtung, da thermische Problem vermieden werden. Dies wird an einem Beispiel deutlich, welches anhand der Figur 5 erläutert wird. Ausgehend von einem Display mit den Abmessungen a * b, führt eine Verdopplung der Displaydiagonalen zur den Abmessungen 2a*2b, also zu einer vierfachen Fläche. Soll die Helligkeit der Hinterleuchtung gleich bleiben, muss die vierfache Anzahl an LED eingesetzt werden. Bei einem einstückigen Lichtleiter kann aber nur an den Seiten Licht eingekoppelt werden. Die Umfangfläche verdoppelt sich aber nur, so dass die Dichte der LED entlang des Umfangs zusätzlich verdoppelt werden muss. Folglich verdoppelt sich auch die auf den Umfang bezogene Wärmeentwicklung, was zu erheblichen thermischen Problem führt.

Bei Einsatz der beschriebenen streifenförmigen Lichtleiterelementen ergibt sich für jedes Lichtleiterlement 4 eine doppelte Länge, es können bei gleichem Abstand der LED also doppelt so viele LED eingesetzt werden. Da gleichzeitig die doppelte Anzahl an Lichtleiterelementen 4 eingesetzt wird, er- gibt sich ein vierfache Anzahl an LED, ohne dass die thermische Belastung steigt. So können auch sehr große Displays realisiert werden, ohne dass aufwendige Kühlungsmaßnahmen erforderlich sind.

In einer vorteilhaften, erweiterten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Display-Anordnung wird nicht nur weißes Licht zur Hinterleuchtung verwendet, sondern es werden so genannte RGB- Leuchtdioden, die Licht unterschiedlicher Farbe erzeugen können, oder auch mehrere LED jeweils unterschiedlicher Farbe eingesetzt. In Abhängigkeit der darzustellenden Bildinformationen kann die Hinterleuchtung in unterschiedlichen Farben erfolgen, was zu einer erhöhten Farbsättigung und zu einem erhöhten Kontrast des wahrgenommenen Bildes führt. Dazu ist die Steuereinheit 7 eingerichtet, ein Steuersignal für die Displayeinheit 3 nicht nur bezüglich der Helligkeit gegenüber dem Videosignal zu modifizieren, sondern auch bezüglich der Farbe. Gleichzeitig wird die Hinterleuchtungseinheit 2 so an- gesteuert, dass sich für einen Betrachter wieder der richtige Farbeindruck entsteht.

In einer weiter verfeinerten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Display-Anordnung werden mehrere Lichtleiterelemente 4 in einer Matrix angeordnet, um so ein verwaschenes Bild des für einen Betrachter darzustellenden Bildes durch die Hinterleuchtungseinheit 2 darstellen zu können. Beispielsweise könnten zwölf Lichtleiterelemente 4 eingesetzt werden, die in einer 4x3 -Matrix angeordnet werden. Während also die Hinter- leuchtungseinheit 2 ein grobes Bild auf die Rückseite der

Displayeinheit 3 projiziert, ist die Displayeinheit 3 selber für eine Nuancierung der dargestellten Farben zuständig und ermöglicht die Darstellung eines scharfen, kontrastreichen Bildes. Ein zusätzlicher Vorteil ist dabei, dass die Energie- effizienz weiter verbessert, d. h. der Energieverbrauch gesenkt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Displayanordnung lässt sich in besonders einfacher Weise eine zusätzliche Maßnahme zur Verbesserung der wahrgenommenen Bildschärfe bei bewegten Bildern umsetzen, die als „Scanning Backlight" oder „Blinking Backlight" bezeichnet wird. Bei dieser Technik wird die normalerweise kontinuierlich leuchtende Displayhinterleuchtung durch ein sequenziell getaktete Hinterleuchtung ersetzt. Dabei wird für Pixelbereiche des Displays die Hinterleuchtung für den Bruchteil einer Vollbilddauer ausgeschaltet. Aufgrund der Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Auges wird ein so erzeugtes, bewegtes Bild schärfer wahrgenommen. Bei einer Hinterleuchtungseinheit , die gemäß der Erfindung in Streifen aufgeteilt ist, wobei pro Streifen eine separate Reihe LED zum Einsatz kommt, lässt sich ein durchlaufender, heller Streifen besonders einfach realisieren. Die Frequenz, mit der der Streifen durchläuft, ist vorzugsweise auf die Bildwiederholfrequenz des Displays abgestimmt.

Weitere Ausführungen erfindungsgemäßer Display-Anordnungen liegen im Ermessen des Fachmanns und sind von der Erfindung umfasst .