WO2012163725A1

WO2012163725A1 - Display mit integriertem optischen sender

Info

Publication number: WO2012163725A1
Application number: PCT/EP2012/059449
Authority: WO
Inventors: Uwe Hill; Wolfgang Jörger
Original assignee: Mechaless Systems Gmbh
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-12-06
Also published as: DE112012002330A5

Abstract

Display mit integriertem optischen Sender umfassend ein optisches Element (4), das bevorzugt ein Diffusor (5) ist, einen modulierbaren optischen Filter (2) und eine Mehrzahl von modulierbaren Lichtquellen bzw. von Beleuchtungs-LEDs (8) zur Beleuchtung des Displays. Das Licht, das von den Beleuchtungs-LEDs (8) ausgesandt wird, tritt durch das optische Element (4) und beleuchtet den modulierbaren optischen Filter (3) von der Rückseite. Wenigstens ein optischer Sender (12) ist unterhalb des modulierbaren optischen Filters (2) angeordnet.

Description

Display mit integriertem optischen Sender

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Display oder ein Displaymodul mit einem integrierten optischen Sender. Das Display umfasst ein optisches Element, einen modulierbaren optischen Filter, der bevorzugt eine Flüssigkristallschicht ist, und eine Mehrzahl von steuerbaren Lichtquellen, insbesondere Beleuchtungs-LEDs zur Beleuchtung des Displays. Das von den steuerbaren Lichtquellen bzw. Beleuchtungs-LEDs ausgesandte Licht wird durch das optische Element geleitet und beleuchtet den modulierbaren optischen Filter.

Displays finden heute in vielen technischen Geräten Anwendung, beispielsweise im PC-Sektor wie auch bei TV-Geräten. Moderne mobile Telefone, sogenannte Smartphones, verfügen heutzutage ebenfalls über ein Display. Die Displays beruhen vorwiegend auf LCD-Technologie, wobei eine Flüssigkris- tallschicht, die sogenannte LCD-Schicht, von den Beleuchtungs-LEDs beleuchtet wird. Zum großen Teil haben die Displays ein Touchscreen-Interface, die insbesondere bei mobilen Computern und Mobiltelefonen verwendet werden. Auch bei öffentlich aufgestellten Nutzerterminals sind Touchscreens zu finden. Dazu ist es notwendig, dass der Benutzer die Oberfläche des Displays berührt, die häufig hinter einer Glasplatte angeordnet ist, so dass die Flüssigkristallschicht nicht direkt berührt wird. Es können bei einem Touchscreen- Display einzelne Tasten, die auf dem Bildschirm dargestellt sind, aktiviert werden. Auch ist es möglich, eine Wischbewegung oder eine andere Bewegung auf der Fläche durchzuführen, die von dem Touchscreen-Modul erkannt wird. Diese Bewegungen werden beispielsweise zum Vergrößern oder Verkleinern der dargestellten Inhalte oder zum Blättern verwendet.

Die Berührung des Touchscreen-Displays zur Steuerung führt zu einer Ver- schmutzung, die zum einen eine optimale Darstellung der Inhalte auf dem Display verschlechtert und zum anderen für die Benutzer unangenehm sein kann, beispielsweise bei öffentlichen Terminals. Darüber hinaus besteht die Gefahr der Beschädigung dieser elektronischen Komponente durch elektrostatische Entladungen (ESD) und mechanische Beeinträchtigungen, bei- spielsweise Kratzer. Des Weiteren kann es zur Übertragung von Keimen kommen, wenn unterschiedliche Personen den gleichen Touch-Screen benutzen. Es besteht deshalb ein Bedarf an weiteren Bedienmöglichkeiten für derartige Displays. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Bedienmöglichkeiten für ein Display auch dann zur Verfügung zu stellen, wenn keine direkte Berührung der Oberfläche erfolgt bzw. damit keine Berührung der Oberfläche notwendig ist. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Display mit integriertem optischen Sender mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .

Die bereits bekannten und vorhandenen Displays werden um die Möglichkeit erweitert, auch Sensoranwendungen wie das berührungslose Erkennen von Annäherungen oder Gesten zu unterstützen. Hierbei können nicht nur einfache Näherungssensoren, sondern auch komplexe Sensoren für eine Gestensteuerung in dem Display integriert sein. Das Display, das auch als Displaymodul bezeichnet wird, umfasst einen modulierbaren optischen Filter, der be- vorzugt eine Flüssigkristallschicht oder LCD-Schicht ist, ein optisches Element, das bevorzugt passiv und besonders bevorzugt ein Diffusor ist, sowie eine Mehrzahl von modulierbaren Lichtquellen, bevorzugt Beleuchtungs- LEDs, zur Beleuchtung des Displays. Das von den modulierbaren Lichtquellen bzw. den Beleuchtungs-LEDs ausgesandte Licht wird durch das optische Element geleitet und beleuchtet den modulierbaren optischen Filter, also bevorzugt die LCD-Schicht. Zusätzlich umfasst das Display neben den herkömmlichen Komponenten auch wenigstens einen optischen Sender. Der optische Sender, der für die Gestensteuerung notwendig ist, ist unterhalb des modulierbaren optischen Filters angeordnet. Der optische Sender ist in dem Display oder Displaymodul integriert, das Bestandteil eines Fernsehgeräts, eines mobilen Computers oder eines Mobiltelefons (cellular phone) ist. Der Sender strahlt durch den optischen Filter (und eine optionale Glasplatte als Displayabdeckung) hindurch, so dass eine Gestenerkennung von Gesten oberhalb des Displays ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Display ein LCD-Display, dessen modulierbarer optischer Filter eine Flüssigkristallschicht ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf LCD-Displays beschränkt. Es können auch andere Dis- plays wie OLED-Displays, M EMS-Displays, "E-ink"-Displays (ähnlich einem sogenannten elektronischen Papier, e-Papier oder e-paper) eingesetzt werden. Diese Displayarten können um die neue Funktionalität des kontakt- und berührungslosen Erkennens von Gesten und Steuerungsbefehlen oberhalb des Displays erweitert werden.

Bei einem LCD-Display sind die modulierbaren Lichtquellen in der Regel als Beleuchtungs-LEDs ausgeführt. Im Folgenden wird deshalb aus Gründen der Vereinfachung der Begriff Beleuchtungs-LED verwendet. Er ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Dem Fachmann ist klar, dass auch andere mo- dulierbare Lichtquellen verwendet werden können, um ein Display zu realisieren. Das erfindungsgemäße Display weist den Vorteil auf, dass die Funktionalität in der kontaktlosen Gestenerkennung bereits in das Display integriert ist. Bei Mobiltelefonen oder anderen Geräten ist das Display häufig ein Displaymodul, das in dem eigentlichen Gerät verbaut wird. Da das notwendige Sensorsystem in dem Displaymodul integriert ist, reduziert sich der Designaufwand des OEMs sehr stark. Dies ist insbesondere bei Mobiltelefonen der Fall. Darüber hinaus benötigt der Hersteller des Endgeräts kein Systemverständnis für das bereits integrierte Messsystem zur Gestenerkennung. Das erfindungsgemäße Displaymodul weist den Vorteil auf, dass kein zusätzlicher Platzbedarf im Gerät selbst benötigt wird. Somit lassen sich sehr kompakte mobile Geräte herstellen, auch insbesondere solche, die keinen oder einen extrem kleinen Gehäuserand um das Display aufweisen. Die vorliegende Erfindung kann bevorzugt beispielsweise in modernen Mobiltelefonen ver- wendet werden, an deren Oberseite kein sichtbarer Gehäuserand vorhanden ist. Insoweit weist das erfindungsgemäße Display deutliche Vorteile gegenüber einem Sensorsystem auf, wie es in der WO 201 1/160079 vorgeschlagen wird. Dort ist das Sensorsystem unterhalb des Gehäuses, insbesondere am Gehäuserand angeordnet und gerade nicht in dem Display. Diese Lösung benötigt jedoch zusätzlichen Bauraum. Sie ist zwar unabhängig von dem Display, erfordert aber zugleich einen größeren Designaufwand und einen höheren Fertigungsaufwand, da die einzelnen Komponenten des Sensorsystems zusätzlich in das Gehäuse integriert werden müssen. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass insbesondere bei modernen Smartphones das Display bzw. Displaymodul im Wesentlichen der einzige zusammenhängende und definierte Bauraum ist. Soll bei einem derartigen Smartphone eine kontaktfreie Gestensteuerung erzielt werden, kann es einfach durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Displaymoduls bzw. Displays erfolgen, indem die Sensorik zur Gestensteuerung integriert ist. Somit spielen die sich ergebenden Einschränkungen hinsichtlich der Anordnung von Sensoren zur Gestenerkennung und dem zur Verfügung stehenden Platzbedarf keine Rolle beim Design. Die Integration des bzw. der optischen Sender in das Display ergibt hier große Freiräume. Der optische Sender ist vorzugsweise eine Infrarot-Diode. In diesem Fall sollte das LCD-Display bevorzugt so gewählt sein, dass es die Transmission der I R-Strahlung (infrarote Strahlung) der Infrarot-Diode nicht mitmoduliert oder auf andere Weise verändert.

Sofern der optische Filter, beispielsweise die LCD-Schicht des Displays, mindestens zweimal schneller als das menschliche Auge reagiert, ist jedoch auch eine Modulation des Sendesignals des integrierten optischen Senders über das Display selbst denkbar. In diesem Fall reicht es aus, wenn der Sender, bspw. die Sendediode, ein statisches polarisiertes Lichtsignal liefert. Selbstverständlich sind auch andere Modulationen für das Sendesignal des optischen Senders denkbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine der Beleuchtungs-LEDs durch den optischen Sender, bevorzugt durch eine Infrarot-Diode ersetzt. Dadurch kann der Sender an den Ort einer der Mehrzahl von Beleuchtungs- LEDs platziert werden. Es ist kein zusätzlicher Platzbedarf für den Sender notwendig. Die Bildqualität und Beleuchtungshomogenität wird dadurch nicht, jedenfalls nicht merkbar, beeinflusst.

Bevorzugt umfasst das Display einen optischen Empfänger, bevorzugt eine Empfangsdiode, die unter dem modulierten optischen Filter, z.B. der Flüssigkristallschicht, integriert ist. Besonders bevorzugt wird eine der Beleuchtungs- LEDs durch die Empfangsdiode ersetzt. Auf diese Weise ist es möglich, einen optoelektronischen Sensor in das Display zu integrieren. Der bevorzugte Sensor umfasst den integrierten optischen Sender, bevorzugt also die Infrarot- Diode, sowie den optischen Empfänger, bevorzugt die Empfangsdiode, und ermöglicht eine optische Erkennung von Annäherungen oder Gesten vor dem Display.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in dem Display wenigstens zwei optische Sender und eine Empfangsdiode integriert. Dabei ist bevorzugt einer der optischen Sender eine Sendediode und der weitere optische Sender eine Kompensationsdiode. Auf diese Weise ist es möglich, eine kompensierende Messschaltung aufzubauen und den kompletten Sensor, wie er beispielsweise bei sogenannten Halios-Schaltungen verwendet wird, in das Display zu integrieren. Die auf der Halios-Methode basierenden Messsysteme sind beispiels- 5 weise in der EP 1 671 160 B1 sowie der EP 0 706 848 B1 näher beschrieben.

Ein nach dem Halios-Prinzip arbeitendes System hat den Vorteil, dass eine Gestensteuerung und Erkennung von Gegenständen oberhalb des Displays unabhängig von dem herrschenden Fremdlicht möglich ist. Insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung arbeitet das Halios-System zuverlässig und sehr i o robust.

Bevorzugt umfasst das Display eine elektronische Platine, die bevorzugt unterhalb des Diffusors oder unterhalb der Beleuchtungs-LEDs angeordnet ist. In der Platine ist bevorzugt die Displaysteuerung integriert. In der elektronischen

15 Platine ist vorzugsweise auch eine Ansteuer- und Auswerteelektronik für den optischen Sender und/oder die Empfangsdiode integriert. Es kann auch die Ansteuer- und Auswertelektronik für einen optischen Sensor oder eine Halios- Messschaltung integriert sein. Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte Gestensteuerung und die Elektronik für die kontaktlose Bedienung in die vor-

20 handene Display-Ansteuerung, beispielsweise einen integrierten Baustein (IC), aufzunehmen. Eine zusätzliche Komponente in dem Display ist somit nicht nötig.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Display eine Platine, die

25 wenigstens eine Öffnung aufweist, die nahe des optischen Senders angeordnet ist. Vorzugsweise hat die Platine eine weitere Öffnung, die nahe eines optischen Empfängers des Displays angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Infrarot-Strahlung nach unten, durch die Platine gestrahlt werden. Somit lässt sich eine Gestenerkennung auch unterhalb des Displays oder unterhalb eines

30 mobilen Geräts ermöglichen. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu einer

Abstrahlung der infraroten Strahlung durch die Flüssigkristallschicht (also nach oben) erfolgen. Es lässt sich somit eine Gestenerkennung unterhalb und oberhalb des Displays realisieren, wobei bevorzugt eine oder beide der Gestenerkennungen aktiv sein können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Display umfasst die Ansteuer- und Auswerteelektronik die kompensierende Mess- oder Regelungsschaltung zur Steuerung der Kompensationsdiode und/oder zur Steuerung des optischen Senders bzw. der Infrarot-Diode. Bevorzugt wird die Kompensationsdiode derart geregelt, dass das von der Empfangsdiode oder dem Empfänger empfangene Sendesignal des optischen Senders kompensiert wird. Somit ist es möglich, dass die Regelungsschaltung stets im optimalen Arbeitspunkt arbeitet und eine robuste Fremdlichtkompensation erfolgen kann. Die Ansteuer- und Auswerteelektronik für den optischen Sender bzw. den optischen Sensor kann in einem integrierten Schaltkreis, wie etwa einem IC oder ASIC integriert sein. Bevorzugt ist die Ansteuer- und Auswerteelektronik auf der Platine für die Displayansteuerung integriert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ansteuer- und Auswerteelektronik derart ausgebildet, dass der optische Sender und/oder der optoelektronische Sensor, umfassend den Sender und den Empfänger sowie den Kom- pensator, nicht leistungsgeregelt sind. Es erfolgt lediglich eine Anpassung des aufmodulierten Signals. Die abgestrahlte Leistung ist jedoch nicht geregelt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der optische Sender, insbesondere der als Infrarot-Diode ausgebildete Sender, in dem optischen Element inte- griert. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ der optische Empfänger bzw. die

Empfangsdiode in dem optischen Element integriert. Das optische Element ist vorzugsweise ein Diffusor und hat somit die Aufgabe, das von den Beleuchtungs-LEDs ausgesandte Licht diffus zu streuen, somit also zu beeinflussen. Auf diese Weise wird eine möglichst gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung für den vorzugsweise als Flüssigkristallschicht ausgebildeten optischen Filter verwendet. Diese Eigenschaft ist jedoch für den Sender und den Empfänger sowie den Kompensator nachteilig. Durch die Integration des Senders, des Empfängers und/oder des Kompensators wird dieser Nachteil behoben. Die Integration kann durch Bildung von Ausnehmungen oder durch Bildung wenigstens eines Kanals, der vorzugsweise ein durchgehender Kanal ist, wenn die Elemente unterhalb des optischen Elements angeordnet sind, erfolgen. Weder die Ausnehmungen noch die Kanäle haben einen sichtbaren und be- merkbaren Einfluss auf die Bildqualität und Beleuchtungshomogenität des Displays.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das optische Element beispielsweise eine Ausnehmung oder eine Sackbohrung aufweist, die zu dem modulier- baren optischen Filter hin offen ist. Auf diese Weise kann der optische Sender Strahlung durch den optischen Filter hindurch nach Außen senden, wobei diese Strahlung durch das optische Element nicht beeinflusst wird. Die außerhalb des Displays reflektierte Strahlung des Senders kann von dem optischen Element empfangen werden, ohne dass eine Beeinflussung durch das optische Element erfolgt. Die Sackbohrung ist entsprechend den gewünschten Anwendungsmöglichkeiten des Displays zu konstruieren. Sie kann unterschiedliche Aufweitungen aufweisen. Es ist auch möglich, dass lediglich eine Mulde oder Vertiefung in der Oberfläche des optischen Elements zur Platzierung der Dioden verwendet wird. Die Seitenflächen der Ausnehmung können beschichtet sein, so dass eine gerichtete Abstrahlung entsteht. Selbstverständlich kann auch der Kompensator bzw. die Kompensationsdiode in dem optischen Element integriert sein, beispielsweise nahe des Empfängers in einer gemeinsamen Ausnehmung oder durch einen Kanal verbunden. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform weist das optische Element wenigstens einen Kanal auf, durch den die von dem optischen Sender ausgesandte Strahlung das optische Element passieren kann. Der Kanal ist dabei derart ausgebildet, dass die Strahlung im Wesentlichen unbeeinflusst das optische Element passiert. Eine derartige Ausführungsform hat sich als vorteil- haft erwiesen, wenn der optische Sender und/oder der Empfänger unterhalb des optischen Elements angeordnet sind. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten besonderen Ausführungsformen näher erläutert. Die dort dargestellten Besonderheiten können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Die beschriebenen Ausführungen stellen keine Einschränkung der durch die Ansprüche in ihrer Allgemeinheit definierten Erfindung dar.

eine Prinzipskizze eines LCD-Displays, das als Full-LED ausgebildet ist; eine Prinzipskizze eines LCD-Display mit Edge-LEDs;

Figur 2a das LCD-Display gemäß Figur 1 a erweitert um die erfindungsgemäßen optischen Sender;

Figur 2b ein LCD-Display gemäß Figur 1 b erweitert um den erfindungsgemäßen optischen Sensor;

Figur 2c eine schematische Draufsicht des LCD-Display gemäß

Fig. 2b;

Figur 3a, 3b eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

LCD-Displays mit Full-LED- bzw. mit Edge-LED- Beleuchtung;

Figur 4a - c je eine Detailzeichnung eines optischen Elements und optischen Filters des erfindungsgemäßen Displays;

Figur 5a, b eine schematische Darstellung eines Displays mit drei Sendern; Figur 6 eine prinzipielle Darstellung für eine Gestensteuerung in einem Smart-Phone.

5 Die Figuren 1 und 2 zeigen ein herkömmliches Displaymodul, das als LCD- Display 1 ausgeführt ist. Derartige Displays haben eine Hintergrundbeleuchtung, die aus weißen LEDs besteht, die entweder über die gesamte Displayfläche verteilt sind oder lediglich am Rand verteilt angeordnet sind. Displays mit vollflächig hinter der Displayfläche angeordneten Beleuchtungs-LEDs 8 i o werden als Full-LED-Display (vergleiche Fig. 1 a) bezeichnet; solche mit einer Anordnung der Beleuchtungs-LEDs 8 am Rand als Edge-LED-Displays (vergleiche Fig. 1 b).

Die Begriffe Display und Displaymodul werden synonym verwendet und be- 15 zeichnen die auf einer Displayplatine 1 1 angeordneten notwendigen Komponenten. Kernstück dieser Displays 1 ist ein modulierbarer optischer Filter 2, der bei LCD-Displays als Flüssigkristallschicht 3 (Liquid Crystal Layer) ausgebildet ist. Unterhalb der Flüssigkristallschicht 3 ist in dem Display 1 ein optisches Element 4 angeordnet, das bevorzugt ein Diffusor 5 ist. Optional kann

20 oberhalb des optischen Filters 2 eine Glasplatte 6 angeordnet sein, um einen

Schutz der Flüssigkristallschicht 3 zu bilden und insbesondere die Brillanz des Displays 1 zu erhöhen. Die Komponenten sind auf einer Platine 1 1 angeordnet und von einem Displaymodulrahmen 10 umfasst.

25 In der Full-LED-Ausführung gemäß Fig. 1 a ist unterhalb des Diffusors 5 bevorzugt eine Lightbox 7 angeordnet, in der eine Mehrzahl von Beleuchtungs- LEDs 8 positioniert sind. Die Beleuchtungs-LEDs 8 strahlen durch den Diffusor 5 von hinten auf die Flüssigkristallschicht 3 und können so die dort angezeigten Informationen sichtbar machen. Der Diffusor 5 hat die Aufgabe, das

30 von den Beleuchtungs-LEDs 8 abgestrahlte Licht gleichmäßig (homogen) auf die Flüssigkristallschicht 3 zu streuen. Die Beleuchtungs-LEDs 8 sind in der Regel in einem Array 9 angeordnet, das auch als "Array Lit LED Lightbox" bezeichnet wird. Die optischen Komponenten Lightbox 7, Diffusor 5 und Flüs- sigkristallschicht 3 werden seitlich über einen Elastomer-Strip 9 in dem Displaymodulrahmen 10 eingerahmt.

Am unteren Ende der seitlichen Rahmenteile 10 ist die elektronische Platine 5 1 1 angeordnet, in die die Display-Ansteuerung integriert ist. Die Platine 1 1 schirmt außerdem das Display 1 nach unten ab, so dass das von den Beleuchtungs-LEDs 8 ausgestrahlte Licht nur Richtung Diffusor 5 abgestrahlt wird. i o Im Falle eines Edge-LED-Displays gemäß Figur 1 b ist der Diffusor 5 direkt zwischen der Flüssigkristallschicht 3 und der Platine 1 1 angeordnet. Die Beleuchtungs-LEDs 8 sind in einer Lightbox 7 am Rande des Diffusors 5 angeordnet, so dass der Diffusor 5 von der Seite beleuchtet wird. Dies ermöglicht einen flacheren Aufbau des Displays 1. Es hat jedoch den Nachteil, dass die

15 Beleuchtung der Flüssigkristallschicht 3 durch den Diffusor 5 nicht so homogen ist wie bei der Full-LED-Variante. Die Lightbox 7 ist bevorzugt mit Ausnahme der zum Diffusor 5 gerichteten Seite 7a an den übrigen Seiten mit einer lichtundurchlässigen Schicht versehen, damit das sichtbare Licht ausschließlich in den Diffusor 5 geleitet wird. Somit tritt keine sichtbare Strahlung

20 an den anderen Seiten der Lightbox 7 aus.

Fig. 2a zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Full-LED-Displays 1. Wenigstens eine der Beleuchtungs-LEDs 8 ist durch einen optischen Sender 12 ersetzt, der bevorzugt als Infrarot-Diode 13 (IR-Diode) ausgebildet ist. 25 Erfindungsgemäß wird folglich wenigstens eine der Beleuchtungs-LEDs 8 in der Lightbox 7 durch eine Infrarot-Diode 13 ersetzt. Diese kann beispielsweise am Rand der Lightbox 7 oder an einer der Ecken positioniert sein, wie in den Figuren 2a und 2b gezeigt. Fig. 2a zeigt zwei Infrarot-Dioden 13 am äußeren rechten und linken Rand der Lightbox 7. Die entsprechenden Beleuchtungs-

30 LEDs 8 sind durch die Infrarot-Dioden 13 ersetzt. Die für das sichtbare Licht undurchlässige Beschichtung der Lightbox 7 hat bevorzugt im Bereich der Infrarot-Dioden 13 an der zur Flüssigkristallschicht 3 gerichteten Seite (Oberseite des Displays 1 ) der Lightbox 7 Gebiete, die für die infrarote Strahlung der Infrarot-Dioden 13 transparent ist, so dass die IR-Strahlung ungehindert die Beschichtung passieren kann. Die Infrarot-Dioden 13 strahlen infrarote Strahlung durch die Flüssigkristallschicht 3 hindurch, so dass eine Erkennung von Gesten oberhalb des Displays 1 (oberhalb der Flüssigkristallschicht 3) 5 möglich ist. Dabei wird die Strahlung der Infrarot-Dioden vorzugsweise durch die Flüssigkristallschicht nicht zusätzlich moduliert.

Alternativ oder zusätzlich können in der Platine 1 1 Öffnungen nahe der Infrarot-Dioden 13 angeordnet sein, so dass die Infrarot-Dioden 13 nach unten i o durch die Platine 1 1 strahlen können. Somit wird eine Erkennung von Gesten unterhalb des Displays 1 oder unterhalb des mobilen Geräts möglich. In diesem Fall muss das Gehäuse des mobilen Geräts zumindest lokal an den betreffenden Stellen für die infrarote Strahlung transparent sein. Bevorzugt ist ein Empfänger 14 in der Lightbox 7 angeordnet. Die Platine 1 1 weist in die-

15 sem Fall eine weitere Öffnung in der Platine 1 1 nahe des Empfängers 14 auf, so dass von einem Objekt oder z.B. von einer Hand außerhalb des Displaysl oder des mobilen Geräts reflektierte Strahlung empfangen werden kann.

In Fig. 2c ist ein Schnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 2b gezeigt. In dieser 20 Draufsicht wird deutlich, dass mehrere IR-Dioden 13 in der Lightbox 7 angeordnet sind und die dort ursprünglich positionierten Beleuchtungs-LEDs 8 ersetzen.

Selbstverständlich ist es möglich, bei einem Display 1 mit seitlich angeordne- 25 ten Beleuchtungs-LEDs 8 mehrere Lightboxes 7 mit Beleuchtungs-LEDs 8 vorzusehen. Die Homogenität der Ausleuchtung der Flüssigkristallschicht 3 kann so verbessert werden. Infrarot-Dioden 13 können dann in mehreren Ecken des Displays 1 positioniert werden.

30 In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine der Beleuchtungs-LEDs 8 des Displays 1 durch eine Empfangsdiode 14 ersetzt, um die von dem Sender 12 ausgestrahlten Signale nach Reflexion, beispielsweise einer Hand außerhalb des Displays 1 , zu empfangen. Die Empfangsdiode 14 ist bevorzugt unter der Flüssigkristallschicht 3 angeordnet, bevorzugt unterhalb des Diffusors 5. Bei einer Ausführung als Full-LED-Display gemäß Fig. 3a und 3b wird vorzugsweise eine Beleuchtungs-LED 8 nahe der Mitte oder in der Mitte der Lightbox 7 durch die Empfangsdiode 14 ersetzt. In drei Ecken der Lightbox 7 5 sind anstelle der LEDs 8 Infrarot-Dioden 13 angeordnet. Durch eine geeignete Anordnung der Empfangsdiode 14 kann der Abstand zu den vorhandenen Sendern 12 in der Lightbox 7 möglichst gleich gewählt werden.

In Fig. 3a und 3b ist neben den vier Beleuchtungs-LEDs 8, die durch die Infra- i o rot-Dioden 13 in den Ecken der Lightbox 7 und durch die Empfangsdiode 14 in der Mitte der Lightbox 7 ersetzt sind, eine weitere Beleuchtungsdiode 8 durch eine Kompensationsdiode 17 als Kompensator ersetzt. Sie ist bevorzugt nahe des optischen Empfängers, der die Empfangsdiode 14 ist, angeordnet und strahlt bevorzugt direkt zu der Empfangsdiode 14. Jedenfalls soll bevorzugt 15 keine Strahlung von der Kompensationsdiode 17 nach außen und somit in die Übertragungsstrecke von den Sendern 12 zu der Empfangsdiode 14 gelangen. Eine derartige Anordnung mit einer Gestenerkennung nach dem Halios- Prinzip ist in Fig. 3a gezeigt. Auf diese Weise lässt sich eine möglichst einfache Gestenerkennung nach dem Halios-Prinzip verwirklichen. Es ist selbstver-

20 ständlich möglich, auch mehrere Kompensationsdioden 17 einzusetzen.

Wie der Fachmann weiß, werden mehrere Sender 12 bzw. Infrarot-Dioden 13 in dem Display 1 positioniert, wenn eine komplexe und/oder dreidimensionale Gestensteuerung erfolgen soll. Es sind mindestens jedoch zwei Sender 12, 25 bevorzugt wenigstens drei Sender 12 einzusetzen.

Fig. 3b zeigt schematisch die Übertragungsstrecken von den Infrarot-Dioden 13 zu der Empfangsdiode 14 sowie die Lightbox 7. Die Flüssigkristallschicht 3, die Beleuchtungs-LEDs 8 und andere Teile des Displays 1 sind aus Gründen

30 der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die von den Infrarot-Dioden 13 ausgesandte Strahlung (Pfeile A), die ein Sendesignal umfasst, wird an einem Objekt, hier beispielsweise einer Hand, reflektiert. Die reflektierte Strahlung (Pfeile B) gelangt zu der Empfangsdiode 14. Gleichzeitig gelangt neben den reflek- tierten Signalen auch ein Kompensationssignal direkt von der Kompensationsdiode 17 zur Empfangsdiode 14, die mit den reflektierten Signalen in der Empfangsdiode überlagert und in einer Messschaltung weiterverarbeitet wird, die beispielsweise auf der Platine 1 1 des Displays 1 integriert sein kann. Da- 5 bei erfolgt eine derartige Regelung, dass die von der Empfangsdiode 14 empfangenen Sendesignale der optischen Sender 12 durch das Kompensationssignal der Kompensationsdiode 17 kompensiert wird.

Die Ansteuer- und Auswerteelektronik für die Gestensteuerung ist bevorzugt i o ebenfalls in der Platine 1 1 integriert. Sie kann in einem eigenen Chip auf der Platine 1 1 angeordnet sein, beispielsweise als integrierter Schaltkreis (IC- Baustein).

Der Diffusor 5 ist dazu ausgelegt, um das von den Beleuchtungs-LEDs 8 aus- 15 gestrahlte Licht zu streuen, bevor es auf die Flüssigkristallschicht 3 trifft. Allerdings ist diese Streuwirkung für die ausgesandten Sendesignale der Sender 12 ungeeignet. Bevorzugt ist deshalb ein Material als Diffusor 5 zu verwenden, das die Infrarotstrahlung nicht streut, jedoch die Lichtstrahlung der Beleuchtungs-LEDs 8. Der Diffusor 5 ist also bevorzugt für die infrarote Strahlung 20 "transparent" und gleichzeitig für die Lichtstrahlung im sichtbaren Bereich diffus und streuend.

Alternativ und besonders bevorzugt sind die Sender 12 bzw. die IR-Dioden 13 und/oder die Empfangsdiode 14 in den Diffusor 5 integriert. In dieser Ausfüh-

25 rungsform werden keine Beleuchtungs-LEDs 8 ersetzt, sondern die zusätzlichen Bauteile für die Gestensteuerung in das Display-Modul integriert. Gemäß Fig. 4a kann der Diffusor 5 eine Ausnehmung 25 oder eine Sackbohrung 15 aufweisen, die die Bauteile aufnehmen. Gegebenenfalls ist die Sackbohrung 15 an der Innenseite derart ausgekleidet, dass keine Infrarotstrahlung direkt

30 von der Infrarot-Diode 13 zu der Empfangsdiode 14 gelangt. Dies kann beispielsweise durch eine Metallisierung, Beschichtung oder ähnliches erfolgen, wobei diese Beschichtung bevorzugt an der Innenseite der Sackbohrung für die Infrarot-Diode 13 erfolgt. Im Falle der Anordnung einer Kompensationsdio- de 17 in dem Diffusor 5 kann die Strahlung von der Kompensationsdiode 17 zu der Empfangsdiode 14 diffus erfolgen. Eine derart gedämpfte Strahlung zwischen Kompensationsdiode 17 und Empfangsdiode 14 ist ausreichend und in vielen Fällen vorteilhaft, da reduzierte Pegel zum Teil gewollt sind. Alterna- 5 tiv können die Kompensationsdiode 17 und die Empfangsdiode 14 in einer gemeinsamen Ausnehmung 25 angeordnet sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 4b weist der Diffusor 5 im Bereich der Infrarot-Dioden 13 und der Empfangsdiode 14 je i o einen Kanal 16 auf. Der Kanal 16 ist derart ausgebildet, dass er die von der Infrarot-Diode 13 ausgesandte Strahlung im Wesentlichen unbeeinflusst passieren lässt. Beispielsweise kann der Kanal 16 durch eine Durchgangsbohrung realisiert sein. Die Infrarotstrahlung tritt ungehindert durch den Diffusor 5 hindurch. Auch in dieser Ausführungsform ist eine Auskleidung des Kanals 16

15 an seinen Innenseiten 21 denkbar, um eine direkte Beeinflussung der Empfangsdiode 14 durch die Infrarotdiode 13 zu verhindern. Derartige "Cross-Talk- Effekte" sind unerwünscht.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform (Fig. 4c) weist der Diffusor 5 20 im Bereich der Infrarotdioden 13 und/oder der Empfangsdiode 14 eine Linse 22 auf, die durch entsprechende Materialbearbeitung des Diffusors 5 hergestellt werden kann. Hierdurch kommt es zu einer Bündelung des ausgesandten Sendesignal der Infrarot-Diode 13, so dass die Sendestrahlung der Infrarot-Dioden 13 nahezu ungehindert, vorzugsweise in vorteilhafter Weise beein-

25 flusst, durch den Diffusor 5 tritt. Die vorteilhafte Beeinflussung kann beispielsweise auch durch zwei Linsen 22 an der Ober- und Unterseite des Diffusors 5 realisiert sein, um eine Bündelung oder auch ein Aufspreizen der Strahlung zu verwirklichen, wobei beim Eintritt in den Diffusor 15 bevorzugt zunächst eine Bündelung der Strahlung auftritt und beim Austritt aus dem Diffusor 5 eine

30 Aufweitung der Strahlung oder Spreizung. Hierdurch wird zum einen sichergestellt, dass die Sendestrahlung der Infrarot-Dioden 13 auf dem möglichst kürzesten Weg durch den Diffusor 5 gelangen. Zum anderen wird durch die Auf- spreizung beim Austritt aus dem Diffusor 5 ein möglichst großer Bereich ober- halb des Displays "beleuchtet", so dass das Gebiet für die Gestenerkennung oberhalb des Displays 1 möglichst groß, jedenfalls in vorbestimmter Weise gestaltet wird.

5 Fig. 5a zeigt einen detaillierten Schnitt durch ein Display-Modul 1 , bei dem die Beleuchtungs-LEDs 8 vollflächig unter der Flüssigkristallschicht 3 (Full-LED- Display) angeordnet sind.

Unterhalb einer Glasschicht 18 ist eine Farbschicht 19 angeordnet. Die sich i o daran anschließende Flüssigkristallschicht 3 wird auf beiden Seiten durch mehrere Elektroden 20 eingefasst. Mittels der Elektroden 20 erfolgt die An- steuerung der Flüssigkristallschicht 3. Unterhalb der Flüssigkristallschicht 3 ist der Diffusor 5 positioniert, der gegebenenfalls Kanäle 16 aufweisen kann, die in Fig. 5a nicht dargestellt sind. Die sich an den Diffusor 5 anschließende 15 Lightbox 7 weist eine Mehrzahl von Beleuchtungs-LEDs 8 auf. Eine der LEDs 8 in Fig. 5a ist durch eine Infrarot-Diode 13 als Sender 12 ersetzt.

Fig. 5b zeigt auch eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Displays 1 , bei dem die LED-Hintergrundbeleuchtung als Full-LED erfolgt. In

20 drei Ecken des Displays 1 sind Infrarot-Dioden 13 angeordnet, die jeweils eine Beleuchtungs-LED 8 ersetzen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Gestenerkennung zu realisieren und/oder einen optischen Schalter herzustellen. Die in Figur 5b gezeigte L-förmige Anordnung der Infrarot-Dioden 13 hat sich als vorteilhaft für die optoelektronische Gestensteuerung erwiesen. Wird nur eine

25 Infrarot-Diode 13 als Sender 12 eingesetzt, so lässt sich keine komplexe Gestensteuerung realisieren. Jedoch ist es möglich, einen Näherungssensor aufzubauen.

Insbesondere bei größeren LED-Panels oder LCD-Displays, wie beispielswei- 30 se in Monitoren oder Fernsehgeräten, können auch mehr als drei Infrarot- Dioden 13 in dem Display 1 angeordnet sein. Beispielsweise können entlang der Seiten mehrere Infrarot-Dioden 13 verwendet werden. So kann das Display auch aus der Nähe bedient werden. Fig. 6 zeigt ein Mobiltelefon 23 mit einem relativ kleinen Display 1 mit einer Bildschirmdiagonalen von etwa 4". Derartige Displays 1 sind typisch bei Mobiltelefonen oder mobilen Geräten, wie etwa Videoplayern oder Musikplayern (z. B. iPod). In diesem Beispiel sind vier Sender 12 in dem Displaymodul 1 integriert, so dass eine gute Erkennung von berührungslosen Gesten erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche

Display mit integriertem optischen Sender umfassend

ein optisches Element (4)

einen modulierbaren optischen Filter (2)

eine Mehrzahl von modulierbaren Lichtquellen, insbesondere Beleuchtungs-LEDs (8) zur Beleuchtung des Displays (1 ),

wobei von den modulierbaren Lichtquellen, insbesondere den Beleuchtungs-LEDs (8) ausgesandtes Licht durch das optische Element (4) geleitet wird und den modulierbaren optischen Filter (2) beleuchtet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optischer Sender (12) unterhalb des modulierbaren optischen Filters (2) angeordnet ist.

Display nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Display (1 ) ein LCD-Display ist und/oder der integrierte optische Sender (12) eine Diode (13), bevorzugt eine Infrarot-Diode (13) ist und/oder der modulierbare optische Filter (2) eine Flüssigkristallschicht (3) des Displays (1 ) ist.

Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der modulierbaren Lichtquellen, insbesondere Beleuchtungs- LEDs (8) durch den optischen Sender (12), bevorzugt durch eine Infrarot-Diode (13) ersetzt, ist.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Display (1 ) ein optoelektronischer Sensor integriert ist, der den integrierten optischen Sender (12) umfasst und der eine optische Erkennung von Annäherungen, insbesondere von Objekten, oder Gesten vor dem Display (1 ) ermöglicht.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Display (1 ) ein optischer Empfänger (24), bevorzugt eine Empfangsdiode (14), unter dem modulierbaren optischen Filter (2) integriert ist, wobei bevorzugt wenigstens eine der Beleuchtungs- LEDs (8) durch die Empfangsdiode (14) ersetzt ist.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lightbox (7) umfasst ist, in der die modulierbaren Lichtquellen, insbesondere Beleuchtungs-LEDs (8) angeordnet sind, wobei die Lightbox (7) bevorzugt entweder unterhalb des optischen Elements (4) oder seitlich des optischen Elements (4) angeordnet ist, so dass eine Beleuchtung des optischen Filters (2), bevorzugt der Flüssigkristallschicht (3), durch das optische Element (4) erfolgt.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) ein passives Element, bevorzugt ein Diffusor (5) ist.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sender (12), insbesondere die Infrarot- Diode (13), und/oder die Empfangsdiode (14) in dem optischen Element (4) integriert ist.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (4) wenigstens einen Kanal (16) aufweist, durch den die von dem optischen Sender (12) ausgesandte Strahlung das optische Element (4) im Wesentlichen unbeeinflusst passieren kann.

Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (1 ) eine elektronische Platine (1 1 ) umfasst, in der die Display-Ansteuerung integriert ist, wobei in der elektronischen Platine (1 1 ) bevorzugt auch eine Ansteuer- und Auswerteelektronik für den optischen Sender (12) und/oder die Empfangsdiode (14) integriert ist.

1 1 . Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Display (1 ) wenigstens zwei optische Sender (12) und bevorzugt ein optischer Empfänger (24) integriert sind, wobei wenigstens einer der optischen Sender (12) eine Sendediode (13) ist und

5 wenigstens einer der weiteren optischen Sender (12) eine Kompensationsdiode (17) ist.

12. Display nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteelektronik eine Regelungsschaltung zur Steuerung des op- i o tischen Senders (12), insbesondere der Infrarot-Diode (13), und/oder der

Kompensationsdiode (17) umfasst, wobei bevorzugt die Kompensationsdiode (17) derart geregelt ist, dass das von dem Empfänger (24) empfangene Sendesignal des optischen Senders (12) kompensiert wird.

15 13. Display nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteelektronik für den optischen Sender (12), insbesondere die Infrarot-Diode (13), und/oder den optoelektronischen Sensor in einem elektronischen Schaltkreis integriert ist, der bevorzugt in der Platine (12) zur Display-Ansteuerung integriert ist.

20

14. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sender (12), insbesondere die Infrarot- Diode (13), und/oder die Kompensationsdiode (17) und/oder die optoelektronischen Sensoren nicht leistungsgeregelt sind.

25

15. Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (1 ) an seiner Unterseite eine elektronische Platine (1 1 ) umfasst, die unterhalb des optischen Senders (12) und eines optischen Empfängers (24) angeordnet ist, wobei wenigstens zwei

30 Öffnungen in der Platine (1 1 ) vorhanden sind, wobei eine der Öffnungen nahe des optischen Senders (12) und eine nahe des optischen Empfängers (24) angeordnet sind.