EP1495461A1 - Nachtsichtbrillentaugliches flüssigkristall-farbdisplay - Google Patents

Nachtsichtbrillentaugliches flüssigkristall-farbdisplay

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EP1495461A1
EP1495461A1 EP03727203A EP03727203A EP1495461A1 EP 1495461 A1 EP1495461 A1 EP 1495461A1 EP 03727203 A EP03727203 A EP 03727203A EP 03727203 A EP03727203 A EP 03727203A EP 1495461 A1 EP1495461 A1 EP 1495461A1
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Definitions

  • curve 1 shows the spectral sensitivity of night vision glasses of class A, which converts radiation in the infrared range up to approximately 930 nm into visible light, whereby Wavelengths less than 625 nm can be blocked using a minus blue filter.
  • Curve 2 shows the spectral sensitivity of class B night vision goggles, in which wavelengths less than 665 nm are blocked by means of the minus blue filter. It must therefore be ensured that no display emits radiation with a wavelength greater than 625 nm or 665 nm in night mode, which is achieved by means of a corresponding infrared absorbing filter, the transmissivity of which is shown in curve 3.
  • the sensitivity curves 1 and 2 and the transmissivity curve 3 are standardized to 100% here.

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Abstract

Bei einem nachtsichtbrillentauglichen Flüssigkristall-Farbdisplay sind in einer Matrix Flüssigkristallzellen angeordnet, von denen jeweils drei benachbarten Flüssigkristallzellen ein Rot-, Grün- und Blaufilter zugeordnet ist und die durch eine Steuereinrichtung mit roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen ansteuerbar sind. Die Helligkeit einer Hintergrundbeleuchtung des Farbdisplays ist von einem hohen Wert im Tagbetrieb auf einen niedrigen Wert im Nachtbetrieb umschaltbar. Um das ein nachtsichtbrillentaugliche Flüssigkristall-Farbdisplay mit einfachen Mitteln für den Tag- und Nachtbetrieb zu optimieren weist die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Abschaltung der Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen (10) im Nachtbetrieb auf.

Description

Beschreibung
Nach sichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay
Die Erfindung betrifft ein nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay mit in einer Matrix angeordneten Flüssigkristallzellen, von denen jeweils drei benachbarten Flüssigkeitszellen ein Rotfilter, Grünfilter und Blaufilter zugeordnet ist und die durch eine Steuereinrichtung mit ro- ten, grünen und blauen Bildpunktinformationen ansteuerbar sind, und mit einer Hintergrundbeleuchtung, deren Helligkeit von einem hohen Wert im Tagbetrieb auf einen niedrigen Wert im Nachtbetrieb umschaltbar ist.
Ein derartiges Flüssigkristall-Farbdisplay ist beispielsweise aus der US 5 262 880 bekannt.
In Flugzeugen, insbesondere Militärflugzeugen, werden Nachtsichtbrillen (Night Vision Goggles, NVGs) benutzt, um nachts aus dem Flugzeug herauszusehen. Dabei wird zur Beobachtung von Instrumenten und Displays im Cockpit unten oder seitlich an der Nachtsichtbrille vorbei geschaut. Für ein nachtsichtbrillentaugliches Display besteht daher die Forderung, dass es mit dem bloßen Auge sichtbar, durch die Nachtsichtbrille hindurch aber unsichtbar ist. Nachtsichtbrillen wandeln
Strahlung im nahen Infrarotbereich in sichtbares Licht um, wobei durch ein so genanntes Minus-Blue-Filter bei Nachtsichtbrillen der Klasse A (A NVGs) Wellenlängen kleiner als 625 nm und bei Nachtsichtbrillen der Klasse B (B NVGs) Wel- lenlängen kleiner als 665 nm blockiert werden. Es muss daher sichergestellt werden, dass von einem Display im Nachtbetrieb keine Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 625 nm bzw. 665 nm ausgeht, was durch ein entsprechendes infrarotabsorbierendes Filter in dem Display erreicht wird. Da die Wellen- länge von 625 nm zwischen den sichtbaren Farben Rot und
Orange liegt, sind rote Anzeigelampen und Farbdisplays nicht für Nachtsichtbrillen der Klasse A tauglich. Nachtsichtbril- len der Klasse B erlauben dagegen rote Anzeigelampen und Farbdisplays im Cockpit, da die Wellenlänge von 665 nm etwa in der Mitte des Wellenlängenbereichs der Farbe Rot liegt. Das infrarotabsorbierende Filter in dem Farbdisplay muss dann aber eine möglichst steile Filterflanke nahe der Wellenlänge von 665 nm aufweisen, damit die verbleibenden Rotanteile kürzerer Wellenlänge so wenig wie möglich zurückgehalten und somit Verfälschungen bei der Farbwiedergabe weitgehend vermieden werden. Da solche, in der Regel dichroitische, Filter mit steiler Filterflanke nur bei im wesentlichen senkrecht durch sie durchtretender Strahlung voll wirksam sind, andererseits aber das Display innerhalb eines möglichst großen Blickwinkelbereich ablesbar sein soll, wird bei dem aus der oben bereits erwähnten US 5 262 880 bekannten Flüssigkris- tall-Farbdisplay das von der Hintergrundbeleuchtung abgestrahlte Licht über einen Kollimator senkrecht durch das infrarotabsorbierende Filter geleitet und anschließend mittels eines Diffusors gleichmäßig zerstreut, bevor es in die Matrix mit den Flüssigkristallzellen gelangt. Trotz dieser Maßnahmen bleibt aber die Tatsache, dass sowohl im Nachtbetrieb als auch im Tagbetrieb des Farbdisplays längerwellige Rotanteile zurückgehalten werden und somit die Farbwiedergabe verfälscht wird.
Aus der US 5 661 578 ist es bekannt, zwei unterschiedliche Hintergrundbeleuchtungen für den Nacht- und den Tagbetrieb des Flüssigkristall-Farbdisplays vorzusehen, wobei lediglich die Hintergrundbeleuchtungen für den Nachtbetrieb ein infrarotabsorbierendes Filter aufweist, so dass zumindest im Tag- betrieb des Displays eine Farbverfälschung ausgeschlossen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nachtsichtbril- lentauglichen Flüssigkristall-Farbdisplay mit einfachen Mit- teln für den Tag- und Nachtbetrieb zu optimieren. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem nachtsichtbrillentauglichen Flüssigkristall-Farbdisplay der eingangs angegebenen Art die Steuereinrichtung Mittel zur Abschaltung der Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen im Nachtbetrieb aufweist. Zusätzlich kann auch die Ansteuerung der mit den Blaufiltern versehenen Flüssigkristallzellen im Nachtbetrieb abgeschaltet werden. Durch das Abschalten der Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen im Nachtbetrieb kann von der Hintergrundbeleuchtung ausgehendes Licht im Wellenlängenbereich der sichtbaren Farbe Rot und des unmittelbar angrenzenden nahen Infrarots nicht aus dem Display austreten. Die Bilddarstellung erfolgt dementsprechend im Nachtbetrieb nur mit den Farben Grün und Blau oder vorzugsweise nur mit der Farbe Grün. Da die Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges für die Farbe Grün, speziell für 505 bis 555 nm am höchsten ist, kann im Nachtbetrieb die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung noch weiter reduziert werden, als dies bei einer Farbbildwiedergabe der Fall ist. Das Blockieren des von der Hintergrundbeleuchtung ausgehenden Lichts im Wellenlängenbereich der Farbe Rot und des unmittelbar angrenzenden Infrarots in Kombination mit der verstärkten Reduzierung der Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung im Nachtbetrieb ermöglicht in vorteilhafter Weise in dem Display die Verwendung eines infrarotabsorbierenden Filter, welches für Wellenlängen des sichtbaren Rots durchlässig ist; d. h. die Filterflanke kann im Unterschied zu den bei den bekannten Filtern vorgesehenen infrarotabsorbierenden Filtern in Richtung größerer Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen größer als 700 nm, verscho- ben sein. Auch kommt es nicht in dem Maße wie bei bekannten
Displays auf die Steilheit der Filterflanke an, so dass standardmäßige Filter ohne Kollimator verwendet werden können.
Damit im Nachtbetrieb des Displays keine wesentlichen Bild- Informationen verloren gehen, werden in vorteilhafter Weise die zur Ansteuerung der Flüssigkristallzellen mit den Grün- und Blaufiltern dienenden grünen und blauen Bildpunktinforma- tionen mit den roten Bildpunktinformationen bzw. die zur Ansteuerung der Flüssigkristallzellen mit den Grünfiltern dienenden grünen Bildpunktinformationen mit den roten und blauen Bildpunktinformationen verknüpft. Werden z. B. für den Tagbe- trieb die roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen zur Ansteuerung der Flüssigkristallzellen mit den Rot-, Grün- und Blaufiltern in bekannter Weise aus einem Helligkeitssignal (Luminanzsignal) und Farbdifferenzsignalen (Chrominanzsignal) rekonstruiert, so können im Nachtbetrieb die Flüssigkristall- zellen mit den Grünfiltern mit dem Luminanzsignal angesteuert werden. Mit dem Verzicht auf eine Farbbilddarstellung im Nachtbetrieb ist also keine nennenswerte Informationseinbuße verbunden, zumal im Nachtbetrieb grüne Anzeigen weißen oder roten Anzeigen generell überlegen sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen, im einzelnen zeigen
Figur 1 Beispiele für die spektrale Empfindlichkeit von Nachtsichtbrillen und für die Transmissivität eines infrarotabsorbierenden Filters in einem nachtsicht- brillentaugliches Farbdisplay,
Figur 2 die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges,
Figur 3 ein Beispiel für die Transmissivität der Rot-,Grün- und Blaufilter in einem Flüssigkristall-Farbdisplay und
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbdisplays als vereinfachtes Blockschaltbild.
In Figur 1 zeigt die Kurve 1 die spektrale Empfindlichkeit einer Nachtsichtbrille der Klasse A, die Strahlung im Infrarotbereich bis etwa 930 nm in sichtbares Licht umsetzt, wobei Wellenlängen kleiner als 625 nm mittels eines Minus-Blue- Filters blockiert werden. Kurve 2 zeigt die spektrale Empfindlichkeit einer Nachtsichtbrille der Klasse B, bei der mittels des Minus-Blue-Filters Wellenlängen kleiner als 665 nm blockiert werden. Es muss daher sichergestellt werden, dass von einem Display im Nachtbetrieb keine Strahlung mit einer Wellenlänge größer als 625 nm bzw. 665 nm ausgeht, was durch ein entsprechendes infrarotabsorbierendes Filter erreicht wird, dessen Transmissivität Kurve 3 zeigt. Die Emp- findlichkeitskurven 1 und 2 und die Transmissivitätskurve 3 sind hier auf 100% normiert. Da die Wellenlänge von 665 nm mitten im sichtbaren Rot liegt, erlauben Nachtsichtbrillen der Klasse B die Verwendung von Farbdisplays, wobei aber durch das infrarotabsorbierende Filter (Kurve 3) länger- wellige Rotanteile sowohl im Nachtbetrieb als auch im Tagbetrieb des Farbdisplays zurückgehalten werden und somit die Farbwiedergabe verfälscht wird. Dabei ist die Farbverfälschung um so größer, je weniger steil die Filterflanke 4 verläuft.
Figur 2 zeigt die spektrale Empfindlichkeit 5 des menschlichen Auges, die im Wellenlängenbereich von 505 bis 555 nm für die Farbe Grün an höchsten ist.
Figur 3 zeigt die Transmissivitäten 6, 7 und 8 von Rot-,Grün- und Blaufiltern, die den Flüssigkristallzellen in einem Flüssigkristall-Farbdisplay zugeordnet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbdisplay wird im Nachtbetrieb die Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen und optional auch die der mit den Blaufiltern versehenen Flüssigkristallzellen abgeschaltet. Damit wird von dem Flüssigkristall-Farbdisplay nur noch grünes Licht entsprechend der Transmissivitätskurve 7 und ggf. blaues Licht entsprechend der Transmissivitätskurve 6 abgestrahlt. Von der Hintergrundbeleuchtung des Farbdisplays ausgehende Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der sichtbaren Farbe Rot und im angrenzenden Infrarotbereich wird dagegen wirkungsvoll zurückgehalten, wobei hinzukommt, dass auch die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung wegen der maximalen Empfindlichkeit des menschlichen Auges für die Farbe Grün im Nachtbetrieb sehr weit reduziert werden kann. Daher kann entsprechend der Kurve 9 in Figur 1 die Filterflanke des infrarotabsorbierenden Filters in Richtung größerer Wellenlängen, insbesondere Wellenlängen größer als 700 nm, verschoben sein, so dass es bei der Farbbilddarstellung im Tagbetrieb des Dis- plays zu keiner Unterdrückung von Rotanteilen und damit zu Farbverfälschungen kommt.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Farbdisplays mit in einer Matrix Zeilen- und spaltenweise angeordneten Flüssigkristallzellen, von denen jeweils drei benachbarten Flüssigkristallzellen 10, 11, 12 ein Rotfilter, Grünfilter und Blaufilter zugeordnet ist. Zwischen einer dimmbaren Hintergrundbeleuchtung 13 für das Farbdisplay und den Flüssigkristallzellen 10, 11, 12 liegt ein infrarotabsorbierendes Filter 14. Die Flüssigkristallzellen 10, 11, 12 werden durch eine Steuereinrichtung 15 Zeile für Zeile nacheinander adressiert und spaltenweise mit abwechselnd roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen R, G, B angesteuert, wobei die mit den Rot-, Grün- und Blaufil- tern versehenen Flüssigkristallzellen 10, 11, 12 je nach Ansteuerung mehr oder weniger Licht der betreffenden Farbe zum Betrachter hin durchlassen. Die roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen R, G, B werden beim Tagbetrieb in einer Einheit 16 in bekannter Weise aus einem Helligkeitssignal (Luminanzsignal) Y=R+G+B und Farbdifferenzsignalen (Chrominanzsignal) U=Y-B und V=Y-R rekonstruiert (R=Y-V, G=U+V-Y, B=Y-U) , wobei die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung 13 auf einen hohen Wert eingestellt ist. Für den Nachtbetrieb wird mittels eines Umschaltbefehls D/N an die Treiberschal- tung 17 für die Hintergrundbeleuchtung 13 deren Helligkeit auf einen sehr niedrigen Wert umgeschaltet; gleichzeitig werden nur noch die Flüssigkristallzellen 11 mit den Grünfiltern it dem Luminanzsignal Y angesteuert, so dass trotz der monochromen Bilddarstellung kein nennenswerter Informationsverlust eintritt.

Claims

Patentansprüche
1. Nachtsichtbrillentauglich.es Flüssigkristall-Farbdisplay mit in einer Matrix angeordneten Flüssigkristallzellen, von denen jeweils drei benachbarten Flüssigkristallzellen (10, 11, 12) ein Rotfilter, Grünfilter und Blaufilter zugeordnet ist und die durch eine Steuereinrichtung (15) mit roten, grünen und blauen Bildpunktinformationen (R, G, B) ansteuerbar sind, und mit einer Hintergrundbeleuchtung (13) , deren Helligkeit von einem hohen Wert im Tagbetrieb auf einen niedrigen Wert im Nachtbetrieb umschaltbar ist, da du r c h g e ke nn z e i c hn e t , dass die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Abschaltung der Ansteuerung der mit den Rotfiltern versehenen Flüssigkristallzellen (10) im Nachtbetrieb aufweist.
2. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay nach Anspruch 1, d a du r ch g e ke nn z e i c hn e t , dass die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Verknüpfung der grünen oder grünen und blauen Bildpunktinformationen (G, B) mit den roten Bildpunktinformationen (R) im Nachtbetrieb aufweist .
3. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay nach Anspruch 1 oder 2, g e kenn z e i chn e t du r ch ein infrarotabsorbierendes und rotdurchlässiges Filter (14).
4. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e - ke n n z e i chn e t , dass die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Abschaltung der Ansteuerung der mit den Blaufiltern versehenen Flüssigkristallzellen (12) im Nachtbetrieb aufweist.
5. Nachtsichtbrillentaugliches Flüssigkristall-Farbdisplay nach Anspruch 4, d a du r c h g e ke n n z e i c hn e t , dass die Steuereinrichtung (15) Mittel zur Verknüpfung der grünen Bildpunktinformationen (G) mit den roten und blauen Bildpunktinformationen (R, B) im Nachtbetrieb aufweist.
EP03727203A 2002-04-16 2003-04-16 Nachtsichtbrillentaugliches flüssigkristall-farbdisplay Ceased EP1495461A1 (de)

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