(57)【要約】本発明は、発光素子（１２）と、入力結合場所および出力結合場所を有するライトガイド（１４）とが設けられており、該ライトガイド（１４）によって、発光素子（１２）から送出された光信号が搬送される表示装置に関する。本発明では発光素子（１２）は、立体角度で制御される放射特性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置であって、
発光素子（１２）と、入力場所および出力場所を有するライトガイド（１４）とが設けられており、
前記ライトガイド（１４）によって、該発光素子（１２）から送出された光信号が搬送される形式のものにおいて、
該発光素子（１２）は、立体角度で制御可能な放射特性を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記ライトガイド（１４）は、少なくとも２つの光チャネル（５）を有しており、
前記光チャネル（５）はそれぞれ、入力結合場所および出力結合場所を有しており、
各光チャネル（５）によって光信号が、それぞれ投映面へ搬送される、請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
該発光素子（１２）はブラッグミラーを有しており、
前記ブラッグミラーによって、放射される光の立体角度が調整される、請求項１または２記載の表示装置。
【請求項４】
前記ブラッグミラーの温度を制御するため、該発光素子に冷却源および／または熱源（２０）が設けられている、請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
該発光素子（１２）は紫外線領域で動作し、
色変換のために、投映面に波長送信器が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項６】
投映面は、波長変換のためにナノ結晶を有しており、
前記ナノ結晶は、とりわけシリコンナノ結晶であり、
前記ナノ結晶は、ＵＶ光による照射に従い、波長が定義されることによって異なる光を送出する、請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
該発光素子（１２）は紫外線領域で動作し、
反射ケーシング（１７）が少なくとも部分的にナノ結晶から形成されており、
前記ナノ結晶はとりわけ、シリコンナノ結晶を有する樹脂である、請求項１から６までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項８】
ライトガイド（１４）はガラスファイバによって形成されており、
前記ガラスファイバは、石英ガラスまたは石英ガラスと類似する材料から成る、請求項５または６記載の表示装置。
【請求項９】
立体角度で偏向される光信号を位置的に精確に、各光信号に対して設定された入力結合場所へ出力するため、該発光素子（１２）とライトガイド（１４）との間に光整形エレメント（１１）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
該ライトガイド（１４）を直進移動および／または回転対称移動させるため、該ライトガイド（１４）は移動ユニット（１３）に接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１１】
該発光素子（１２）の光強度および／または移動ユニット（１３）の位置は、制御装置（２１）を介して制御され、
前記制御装置（２１）は、車両バスシステム（２３）とのインタフェースを有する、請求項１０記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と入力結合場所および出力結合場所を有するライトガイドとを備えた表示装置に関する。ここではライトガイドによって、発光素子から送信された光信号が搬送される。
【０００２】
この形式の表示装置では、信号は光学的な差分信号発生器によって、導光性のエレメントを介して投映面上に表示される。従来はこのようなディスプレイでは、個々の発光素子が多数使用されるか、または電子的なディスプレイが使用されていた。このような表示装置の適用ケースはたとえば、タコグラフまたはカーラジオに設けられたマルチステータスディスプレイである。このマルチステータスディスプレイは、ライトガイドと例えば２つのＬＥＤとを介して、複数の表示状態を１つの表示フィールド上に表示する。別の適用ケースは、自動車および商用車のメータパネルに環状または棒状に配置されたエコノミーディスプレイが挙げられる。このエコノミーディスプレイは、たとえば２０個の発光ダイオード（ＬＥＤ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によって実現される。このようなディスプレイの欠点は、回路技術的に手間を要し、多数の離散的な構成立体角度を必要とすることである。このことによって、ひいては製造コストが高くなり、構成の自由度が小さくなってしまう。
【０００３】
本発明の課題は、より簡単でより低コストの構成を有する表示ユニットを提案することである。
【０００４】
前記課題は本発明によれば、冒頭に述べられた形式の次のような表示装置によって解決される。すなわち、発光素子の放射特性が立体角度で制御可能である表示装置によって解決される。
【０００５】
すなわち表示ユニットは、空間的に変化する光源を有しており、この光源はコントロールユニットまたは調整ユニットによって制御される。したがって単一の発光素子から、異なる表示面に光信号を供給することができる。本発明の可能な実施形態では、表示面はライトガイドの出力結合場所である。別の実施形態では、ライトガイドから出射された光が投映される投映面が設けられる。表示装置のコンパクトな構成では、投映面はライトガイドに直接結合されている。しかし、これらを別個の構成部材として実現することもできる。同様のことが、ライトガイドの光入射面にも当てはまる。この光入射面は、ライトガイドの光学的ジオメトリの比に適合されており、相応に光源に対して位置付けられている。
【０００６】
本発明の有利な発展形態では、ライトガイドは光チャネルを有しており、この光チャネルは、入力結合された光を相応の表示面ないしは投映面に偏向する。信号が光学的なクロストークを発生させることがあり、このような信号によって引き起こされる可能性のある問題は最も簡単な場合、光チャネルを光学的に分離することによって解消される。このような問題はたとえば、透過性でない層を挿入することによって解消される。しかし、ガラスまたはガラスファイバから成る付加的な光学的チャネルをライトガイドに挿入することも考えられる。これらによって、妨害なしで光を投映面へ案内することができる。
【０００７】
発光素子は、該発光素子の空間的な放射特性が制御信号に依存して変更されるように構成される。最も簡単な場合、発光素子の光出射面に開口スロットが設けられ、この開口スロットの位置は、所望の光入射窓に相応して変更される。
【０００８】
本発明において機械的に比較的手間がかからない実施形態は、放射特性を空間的に変化させることができる発光ダイオードを使用することによって実現される。ここで考えられるのは、たとえばＲＣ‐ＬＥＤ（Resonanz Cavity-LED）である。このＲＣ‐ＬＥＤによって、構造上の機械的な手間を低く抑えることができる。この形式の発光素子では、発光ダイオードチップ内の「ブラッグ」ミラーによって、チップの温度が異なると、空間的な光強度分布曲線が大きくなるかまたは小さくなる。前記光強度分布曲線は、いわゆるルッソーダイアグラムである。有利には、とりわけ薄膜ＬＥＤが使用される。
【０００９】
本発明の有利な構成では、チップの温度はＬＥＤ電流を介してのみ制御されるだけでなく、付加的な加熱素子および／または冷却素子を介しても制御される。この加熱素子および／または冷却素子は、ＬＥＤチップの排熱面（ヒートシンク）に対して可能な限り小さな間隔で取り付けられる。コントロールユニットは電流パラメータの検出および処理によって、場合によってはコンピュータに格納された電流対温度比テーブルを使用して、光分布曲線を相応に方向付ける。
【００１０】
十分に短い波長を有する発光素子、たとえばＵＶ光源によって、波長送信器が設けられた投映面を使用して光信号に異なる色を与えることができる。ＵＶ光と称されるのは、通常は４００〜８００ｎｍの波長を有する光である。周波数変換器として使用されるのは、蛍光体および他のいわゆる発光体である。この蛍光体および他の発光体の付活剤中心が、発光素子から放射されたエネルギーを所望の色で放出する。いわゆるシリコンナノ結晶を使用することも考えられる。このシリコンナノ結晶は、ＵＶ光による照射にしたがって、波長定義されて異なる光を送出する。ここでは、文字盤において使用するのが特に有利である。
【００１１】
本発明を以下で、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１  固定的なライトガイドを有する本発明の表示装置の第１の実施形態を示している。
【００１３】
図２  可動のライトガイドを有する本発明の表示装置の第２の実施形態を示している。
【００１４】
図３  光方向制御式のＬＥＤ発光素子の概略図である。
【００１５】
図４  制御装置を有する発光素子の構成の概略図である。
【００１６】
図１に、本発明による表示装置の第１の実施形態が示されている。光線経路の開始点に発光素子１２が設けられている。この発光素子１２は制御に応じて、光円錐の空間的に異なる分布、すなわち異なる放射特性を引き起こす。図１には一例として、２つの光円錐４が示されている。これらの光円錐４はもちろん同時に生成されることはなく、図１では理解しやすくするため、一緒に示されているだけである。点線で示された第１の光円錐は狭幅であるから、ライトガイド１４の光入射領域２に当たると、該光入射領域２の一部のみが光円錐４によって照射される。ライトガイド１４には２つの光チャネル５が形成されており、これらは光学的に、たとえば反射層によって相互に分離されている。ライトガイド１４の両光チャネル５の間に反射層を設ける代わりに、別の非透過性の層または部分的にのみ透過性である層を設けることも考えられる。これらの層はたとえば、完全または部分的に光吸収性の層、または完全または部分的に反射性の層である。他方では、複数のガラスファイバを集束してライトガイド１４を形成することにより、光チャネルを構成することもできる。ＵＶ光に適したガラスファイバは、石英ガラスまたは石英ガラスと類似する材料から形成される。
【００１７】
ここに図示された狭幅な光円錐のケースでは、光は下方の光チャネルにのみ入射される。したがって、ライトガイド１４の光出射領域１において下方の光チャネルの領域でのみ光信号が識別される。発光素子１２から光信号を受け取らない上方の光チャネルは、照射されないままである。
【００１８】
ここに図示された別の光円錐４は格段に大きく、光入射領域２の両光チャネル５を検出する。したがって光出射領域１の側では、両光チャネル５の領域にて信号が識別される。
【００１９】
図１には２つの光チャネルのみが示されているが、もちろん、２つより多くの光チャネルを有するライトガイドにまで本発明を拡大できる。
【００２０】
図１には、さらに光整形エレメント１１が示されている。この光整形エレメント１１は、発光素子１２とライトガイド１４との間に配置されている。この光整形エレメント１１は、光円錐１４の形を調整し、ライトガイド１４への光入射が最適に行われるようにするために使用される。
【００２１】
図１の実施例では、ライトガイド１４は発光素子１２に対して非可動であるのに対し、図２に示された表示装置では、ライトガイド１４は可動に配置されている。発光素子１２は光を放出し、この光は光整形エレメント１１によって、ライトガイド１４の光入射領域２へ偏向される。ライトガイド１４内には、複数の光偏向素子９が設けられている。これらの光偏向素子９は、ライトガイド１４によって搬送された光信号を所定のように偏向する。この光線経過では、光信号は第１の光偏向素子によって、ライトガイド１４の水平領域へ反射される。この水平領域には、別の２つの光偏向素子９が設けられている。これらの光偏向素子９は、光信号を上方へ反射させ、光信号が光出射領域１０から、ライトガイド１４を離れるようにするために使用される。
【００２２】
ライトガイド１４自体は、図１の実施例と同様に、複数の光チャネルに分割される。こうすることによって、ライトガイド１４の光入射領域２の所定の部分へ入射される光は、所定の光チャネル内にて案内される。光信号を光出射領域１０の方向に反射させる光偏向素子９は、個々の光チャネルに対して固有に構成されているので、所定の光出射領域１０と光入射領域２の領域との間に固定的な割り当てが実現される。
【００２３】
別の構成では、均一なライトガイドを設けることもできる。この均一なライトガイドはすなわち、個別のチャンネルに分割されていないライトガイドである。このようなライトガイド１４でも、光が発光素子１２から入射して、ライトガイド１４の所定の位置にて再び出射するように構成されている。このことが可能であるのは、光がライトガイド１４を、通常は直線的には通過せず、ライトガイドの周辺との境界層にて何度も反射されるからだ。したがって入射角とライトガイド１４の幾何的な形状の知識とにより、所定の角度で入射された光信号がどの場所で再び出射するかということが求められる。光信号を光出射領域１０へ反射させる光偏向素子９はここでも、所定の角度で入射された光信号のみが所定の光出射領域１０にて出力されるように配置されている。
【００２４】
ライトガイド１４の上方にはカバーユニット８が設けられている。このカバーユニットは、吸収エレメント７として構成された部分と、表示エレメント６として構成された領域とを有する。表示エレメント６は、ライトガイド１４の光出射領域１０から出力された光信号を可視にするために構成されている。こうするため表示エレメント６は、透過エレメントとして構成されているか、すなわち光線を妨害されずに透過させるように構成されているか、または投映エレメントとして構成されている。後者の場合、たとえば表面は、光が散乱されるように粗面加工される。投映エレメントまたは透過エレメントに着色し、可視光に所定の色を付けることができる。吸収エレメント７は、異なる透過エレメントないしは投映エレメント間のクロストークを防止するのに使用される。
【００２５】
図２に示された本発明の発展形態では、さらに付加的な移動ユニット１３も設けられている。この移動ユニット１３によって、ライトガイド１４はスライドまたは回転される。これによって、１つのライトガイド１４だけで多数の表示エレメント６を駆動することができる。
【００２６】
図３に基づいて、ブラッグミラーを有する発光素子がどのように構成されており、放射特性がどのように制御されるかを説明する。発光素子１２は発光性の半導体チップ１５を有しており、この半導体チップ１５は反射ケーシング１７内に挿入されている。半導体チップ１５は冷却排熱面１６を有しており、この冷却排熱面１６は加熱素子および／または冷却素子２０に結合されている。こうすることによって、チップ１５を所望の動作温度に維持することができる。発光素子１２は、半導体チップ１５のための端子１８および加熱素子２０のための端子１９を有する。加熱素子ないしは冷却素子２０によって、発光素子の温度を精確に調整し、該温度を介してブラッグミラーの反射特性ないしは屈折特性を調整し、ひいては所望の放射特性を得ることができる。
【００２７】
図４には、発光素子１２の駆動制御部がどのように構成されているかが概略的に示されている。発光素子１２には、給電装置２４によって電流が供給される。ディスプレイ内部温度に適合された発光素子電流を制御ないしは調整するのは、制御装置２１である。この制御装置２１は、車両バスシステム２３によって制御されるようにインタフェースを備えている。車両バスシステムには通常、車載コンピュータが接続されている。この車載コンピュータによって、たとえば温度‐電流値テーブルに関する情報も供給される。公知のバスシステムは、たとえばＣＡＮバスであるか、またはＫラインおよびＭＯＳＴとして知られている車両用のネットワークである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】固定的なライトガイドを有する本発明の表示装置の第１の実施形態を示している。
【００２９】
【図２】可動のライトガイドを有する本発明の表示装置の第２の実施形態を示している。
【００３０】
【図３】光方向制御式のＬＥＤ発光素子の概略図である。
【００３１】
【図４】制御装置を有する発光素子の構成の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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