DE10058296A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Heizvorrichtung (3) ermöglicht ein konduktives Polymer (6) eine einfache und kostengünstige Beheizung eines beliebigen Objektes. Dabei eignet sich die Heizvorrichtung (3) aufgrund der im wesentlichen transparenten Eigenschaften des Polymers (6) insbesondere für Anzeigeinstrumente (1) in Kraftfahrzeugen, wobei weder der Strahlengang des Lichtes eingeschränkt, noch die Helligkeit des Anzeigeinstrumentes (1) reduziert wird. Dabei ermöglicht das Anbringen des Polymers (6) auf einem beispielsweise auch frei formbaren Substrat (4) einen problemlosen, auch nachträglichen Einsatz, so dass der Herstellungsaufwand erheblich reduziert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere zur Beheizung von Anzeigeinstrumenten in Kraftfahrzeugen.

Zum Beispiel bei mit einer Flüssigkristallzelle ausge­ statteten Anzeigeeinrichtungen, die zumindest zeitweise bei niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben werden, wie dies beispielsweise bei Anzeigeeinrichtungen in Kraft­ fahrzeugen der Fall ist, tritt das Problem auf, dass bei tiefen Temperaturen die Schaltzeiten unerwünscht groß werden, so dass die damit ausgestatteten Anzeigeeinrich­ tungen eine erhebliche Trägheit annehmen. Um diesem Miss­ stand abzuhelfen, ist es bekannt, die Abwärme einer der Beleuchtung der Flüssigkristallzelle der Anzeigeeinrich­ tung dienenden Lichtquelle zu nutzen. Mittels der von der Lichtquelle abgestrahlten Wärme wird die Flüssigkristall­ zelle erwärmt und auf dem erforderlichen Temperaturniveau gehalten, wodurch es trotz niedriger Umgebungstemperatu­ ren möglich wird, die Anzeigeeinrichtung mit den erfor­ derlichen Schaltzeiten zu betreiben. Aufgrund des relativ großen Abstandes zwischen der Lichtquelle und der Flüs­ sigkristallzelle ist eine vergleichsweise hohe Energiezu­ fuhr und damit eine relativ große Wärmeabstrahlung erfor­ derlich. Dabei wirkt sich nachteilig aus, dass durch die Wärmeabstrahlung in unerwünschter Weise auch die übrigen Bauelemente der Anzeigeeinrichtung erwärmt werden. Hier­ bei erweist sich vor allem die Temperaturempfindlichkeit der Polarisationsfilter der Flüssigkristallzelle als problematisch. Weiterhin erreicht die Lichtquelle bei In­ betriebnahme erst nach einer gewissen Vorlaufzeit die er­ forderliche Betriebstemperatur, die eine Nutzung der Ab­ wärme in der beschriebenen Weise ermöglicht. Diese zeit­ liche Verzögerung ist daher mit einer äußerst schlechten Ablesbarkeit der Anzeigeeinrichtung und somit einer uner­ wünschten Minderung der Verkehrssicherheit verbunden.

Es sind auch Lösungsvorschläge bekannt, bei denen ein dünner, außenseitig an der Flüssigkristallzelle angeord­ neter Heizdraht zur Erwärmung der Anzeigeeinrichtung ver­ wendet wird. Diese Anordnung ist mit dem Nachteil behaf­ tet, dass die Erwärmung auch solche Bauelemente der An­ zeigeeinrichtung oder benachbarter Anzeigen einschließt, deren übermäßige Erwärmung zu Schäden führen kann.

Die beispielhaft aufgeführten Einsatzmöglichkeiten haben gemeinsam, dass sie einen bestimmtem Temperaturbereich benötigen, um optimal arbeiten zu können. Außerdem soll jeweils eine kompakte Baueinheit realisierbar sein, was in der Regel eine Anordnung der Heizvorrichtung im opti­ schen Strahlengang bedeutet.

Die Erfindung beruht somit auf dem Problem, eine effektiv arbeitende Heizvorrichtung zu schaffen, die in einfacher und platzsparender Weise mit dem zu erwärmenden Objekt kombiniert werden kann. Außerdem soll eine Aufheizung ei­ ner Anzeigeeinrichtung auch bei niedrigen Temperaturen zuverlässig erfolgen.

Es wird daher vorgeschlagen, die Heizvorrichtung mit ei­ nem konduktiven Polymer auszustatten.

Eine solche Heizvorrichtung kann in solchen Fällen einge­ setzt werden, bei denen eine einfache und zuverlässige Beheizung erforderlich ist, ohne dabei in einen möglichen Strahlengang des Lichtes einzugreifen. Hierzu eignet sich das konduktive Polymer aufgrund seiner im wesentlichen transmissiven Eigenschaften. Dabei wird es möglich, eine großflächige Erwärmung ohne die Gefahr von schädigenden Temperaturdifferenzen und damit möglicherweise verbunde­ nen Materialspannungen zu erreichen. Zugleich ist die Verarbeitung einer mit dem konduktiven Polymer ausgestat­ teten Heizvorrichtung im Vergleich zu anderen, insbeson­ dere mit einem Heizdraht ausgestatteten Heizvorrichtungen erheblich vereinfacht. Beispielsweise kann das Polymer als Beschichtung unmittelbar auf das zu beheizende Objekt aufgetragen und mittels ebenfalls weitgehend transparen­ ter Elektroden kontaktiert werden.

Alternativ dazu kann das konduktive Polymer auch auf ei­ nem im wesentlichen transmissiven Substrat angeordnet sein, das mit dem zu beheizenden Objekt verbunden oder im Abstand dazu gehalten ist. Hierdurch wird das Herstel­ lungsverfahren wesentlich vereinfacht, indem nicht das zu beheizende Objekt unmittelbar mit dem Polymer verbunden werden muss, sondern lediglich das zur Beschichtung mit dem Polymer optimal geeignete Substrat. Hierdurch kann die so geschaffene Heizvorrichtung in großen Stückzahlen hergestellt und dadurch der Herstellungsaufwand verrin­ gert werden. Dabei ist der mögliche Einsatzbereich des Substrates aufgrund der einfachen und individuellen An­ passbarkeit der Beschaffenheit und Leistungsfähigkeit des Polymeres an die jeweiligen Einsatzbedingungen nahezu un­ begrenzt. Beispielsweise ist so auch eine einfache Nach­ rüstung bereits vorhandener Anzeigeinstrumente durch die einfache Handhabbarkeit problemlos möglich.

Hierbei ist eine besonders empfehlenswerte Weiterbildung der Erfindung dadurch gegeben, dass das Polymer auf einem Substrat einer Flüssigkristallanzeige angeordnet ist. Hierdurch wird es in einfacher Weise möglich, eine Behei­ zung der Flüssigkristallanzeige vorzusehen, bei der ei­ nerseits die Gefahr der Beschädigung von Bauelementen der Flüssigkristallanzeige durch Überhitzung ausgeschlossen ist, andererseits eine gleichmäßige Erwärmung zur Vermei­ dung von Farbverfälschungen bei gleichzeitig ungehinder­ tem Lichtdurchtritt durch die Flüssigkristallanzeige vor­ zusehen. Beispielsweise kann eine Zellenwand der Flüssig­ kristallzelle mit einer Beschichtung des konduktiven Po­ lymeres versehen sein. Weiterhin kann das Polymer bei ei­ ner als DSTN-Zelle mit zwei hintereinander angeordneten Flüssigkristallzellen ausgeführten Flüssigkristallanzeige zwischen den Flüssigkristallzellen angeordnet werden, wo­ durch sich eine einfache und gleichmäßige Erwärmung der beiden Zellen erreichen lässt.

Eine andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der er­ findungsgemäßen Heizvorrichtung lässt sich dadurch errei­ chen, dass das Polymer auf einer Streuscheibe des Anzei­ geinstrumentes aufgebracht ist. Hierdurch ergibt sich ein individueller Einsatz der so mühelos beheizbaren Streu­ scheibe. Daher können sowohl die zur Darstellung dienen­ den Anzeigeinstrumente als auch die hierzu erforderlichen Lichtquellen gleichermaßen beheizt werden, um so die für eine optimale Darstellung erforderliche Betriebstempera­ tur auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen schnell zu erreichen. Die Streuscheibe ist dabei problemlos auch bei bereits vorhandenen Anzeigeinstrumenten nachrüstbar und im Servicefall leicht austauschbar.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass das Substrat flexibel ist. Hierdurch wird ein weitgehend uneingeschränkter Ein­ satz des Substrates erreicht, indem das Substrat an gege­ bene Einbaubedingungen flexibel angepasst und in seinen Abmessungen mühelos verändert werden kann. Das Substrat kann hierzu als Folie ausgeführt sein, so dass der Ein­ satz des Substrates bei unterschiedlichsten Verwendungs­ zwecken ohne konstruktive Änderungen an dem zu beheizen­ den Objekt ermöglicht wird.

Eine andere, besonders günstige Abwandlung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Substrat formbar ist. Hierdurch wird der Einsatz des Substrates auch bei sol­ chen Anzeigeinstrumenten möglich, die aufgrund der vorge­ sehenen Einbauposition eine gewölbte oder mit Vorsprüngen versehene Gestaltung aufweisen. Dabei kann das Substrat sowohl elastisch verformbar sein, um so eine Beweglich­ keit zu ermöglichen, als auch nach der Formgebung eine Eigenstabilität aufweisen, die hierbei beispielsweise auch eine tragende Funktion erfüllen kann.

Man könnte sich vorstellen, dass das Substrat eine Folie oder ein Netz ist. Von besonderem Vorteil für die Her­ stellung und Handhabung der Heizvorrichtung ist es je­ doch, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung das Substrat eine Glas- oder Kunst­ stoffscheibe ist. Derartige Scheiben lassen sich (z. B. in einem Druck- oder Streichverfahren) einfach mit dem konduktiven Polymer beschichten, sind preiswert und kön­ nen eine hohe Transmission aufweisen.

Grundsätzlich ist es denkbar, das konduktive Polymer z. B. durch eine Dotierung mit Farb- und/oder Streupartikeln gleichzeitig als optisches Element (Farbfilter, Diffusor) einzusetzen. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung weist das konduktive Polymer hingegen eine hohe Transmission auf. Dadurch erfolgt eine nur ge­ ringe Beeinflussung des Strahlengangs, insbesondere wird die Leuchtstärke einer Lichtquelle nicht unnötig vermin­ dert oder die Darstellung auf einer Anzeige nicht ver­ fälscht. Vorteilhaft beträgt die Transmission des konduk­ tiven Polymers mindestens 90%.

Das konduktive Polymer könnte streifen- oder mäanderför­ mig z. B. auf dem Substrat angeordnet sein. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das konduktive Polymer jedoch flächig angeordnet. Dadurch ist die Herstellung der Heizvorrichtung erheblich verein­ facht, und bei einer Anordnung der Heizvorrichtung in ei­ nem optischen Strahlengang sind Inhomogenitäten der Dar­ stellung auf diese Weise ausgeschlossen.

Die Kontaktelemente der Heizvorrichtung können außerhalb eines sichtbaren Bereiches einer Anzeige angeordnet sein. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist hingegen dann erreicht, wenn eine elektrische Kontak­ tierung des konduktiven Polymers transparent ausgeführt ist. Hierdurch wird eine geringe Baugröße der Heizvor­ richtung erreicht, da außenliegende und damit vergleichs­ weise umständliche Kontaktierungen entfallen. Die Kontak­ tierung erfolgt hierzu beispielsweise mit transparenten Leiterbahnen, die im Inneren der Anzeigeeinrichtung mühe­ los angebracht werden können.

Eine andere, besonders vielseitige Ausgestaltung der Er­ findung wird dadurch erreicht, dass die Heizvorrichtung als wahlweise einsetzbares Bauelement ausgeführt ist. Hierdurch wird ein individueller Einsatz der Heizvorrich­ tungen auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen möglich. Beispielsweise ist der Einsatz der Heizvorrich­ tung lediglich bei solchen Kraftfahrzeugvarianten prob­ lemlos möglich, die für kalte geographische Gebiete be­ stimmt sind, wobei zusätzlich noch die Auswahl zwischen unterschiedlich leistungsfähigen Ausführungsformen der Heizvorrichtung gegeben ist. Zugleich können bereits vor­ handene Anzeigeeinrichtungen mit der Heizvorrichtung mü­ helos nachgerüstet werden.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist dieses in den folgenden Zeichnungen dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines An­ zeigeinstrumentes in Prinzipdarstellung mit einer Heizvorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungs­ form einer Flüssigkristallzelle mit einem Polfilter;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform einer Flüssigkristallzelle mit einem Polfilter;

Fig. 4 eine perspektivische Skizze einer erfin­ dungsgemäßen Anzeigeeinrichtung mit einer von zwei Flüssigkristallzellen gebildeten DSTN-Zelle.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine geschnit­ tene Seitenansicht eines Anzeigeinstrumentes 1, welches eine Flüssigkristallanzeige 2 und eine Heizvorrichtung 3 umfasst und Bestandteil eines hier nicht weiter darge­ stellten Kombinationsanzeigeinstruments eines Kraftfahr­ zeugs ist. Zu erkennen ist ein mit der Heizvorrichtung 3 verbundenes und als Streuscheibe ausgeführtes Substrat 4.

Die Heizvorrichtung 3 weist gegenüber der Flüssigkris­ tallanzeige 2 lediglich einen geringen Abstand auf und ermöglicht so eine einfache und effektive Beheizung der Flüssigkristallanzeige 2, ohne das Risiko einer Rissbil­ dung aufgrund lokaler Temperaturdifferenzen. Die Heizvor­ richtung 3 hat dabei ein flächiges, durch eine Kontaktie­ rung 5, beispielsweise mittels einer Silberpaste, ange­ schlossenes konduktives Polymer 6, welches jeweils im Siebdruckverfahren aufgetragen wird.

Die Fig. 2 zeigt eine Flüssigkristallzelle 21, welche zwei übliche, aufeinanderliegende LCD-Scheiben 22, 23 hat. Auf der dem Betrachter zugewandten LCD-Scheibe 22 liegt ein Heizer 24 auf, bei dem es sich um eine elek­ trisch leitend beschichtete Glasscheibe handelt. Die flä­ chig auf die Glasscheibe aufgebrachte elektrisch leitende Schicht weist ein konduktives Polymer auf und dient als Heizwiderstand für den Heizer 24. Ein auf dem Heizer 24 aufsitzender Rahmen 25 hält einen als Frontpolfilter die­ nenden Polfilter 26 mit geringem Abstand zu dem Heizer 24, so dass zwischen dem Heizer 24 und dem Polfilter 26 eine Isolationsschicht 27 entsteht, die bei diesem Bei­ spiel durch eine Luftschicht gebildet wird und verhin­ dert, dass unerwünscht viel Wärme vom Heizer 24 zum Pol­ filter 26 gelangen kann.

Auf der Rückseite der Flüssigkristallzelle 21 ist eben­ falls ein Polfilter 28 angeordnet, welcher durch einen Rahmen 29 Abstand von der rückseitigen LCD-Scheibe 23 hat.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist als Isolations­ schicht eine Scheibe 30 aus Glas vorgesehen, welche auf ihrer der LCD-Scheibe 23 zugewandten Seite eine elek­ trisch leitende, ein konduktives Polymer aufweisende Schicht 31 hat, die den Heizer 24 bildet. Auf diese Weise hat der Polfilter 28 ebenfalls Abstand von dem Heizer 24. Der zweite Polfilter 26 liegt bei der in Fig. 3 gezeig­ ten Ausführungsform unmittelbar auf der LCD-Scheibe 22 auf. Da diese durch die LCD-Scheibe 23 Abstand von dem Heizer 24 hat, kommt es zu keiner unzulässig hohen Wärme­ belastung des Polfilters 26.

Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Skizze eine er­ findungsgemäße Anzeigeeinrichtung 41 mit einer durch eine erste Flüssigkristallzelle 42 und durch eine zweite Flüs­ sigkristallzelle 43 gebildeten DSTN-Zelle. Zwischen den beiden jeweils mit einem Segmentdisplay 44 und einer Steuerung 45 ausgestatteten Flüssigkristallzellen 42, 43 ist eine zentrale Heizvorrichtung 46 angeordnet. Diese Heizvorrichtung 46 hat hierzu eine im wesentlichen trans­ parente Scheibe 47, auf der ein ebenfalls transparentes, als konduktives Polymer ausgeführtes Widerstandselement 48 derart angeordnet ist, dass es sich über die gesamte sichtbare Fläche der Anzeigeeinrichtung 41 und in einem im wesentlichen gleichbleibenden Abstand zu den Flüssig­ kristallzellen 42, 43 erstreckt. Hierdurch werden Rück­ wirkungen, insbesondere durch Ausbildung eines elektri­ schen Feldes verhindert. Die Heizvorrichtung 46 hat wei­ terhin zwei außerhalb des sichtbaren Bereiches der Anzei­ geeinrichtung 41 angeordnete Kontaktierungen 49, 50, die einen problemlosen Anschluss und damit eine einfache Nachrüstung der Heizvorrichtung 46 ermöglicht.

Claims (11)

1. Heizvorrichtung, insbesondere zur Beheizung von An­ zeigeinstrumenten in Kraftfahrzeugen, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Heizvorrichtung mit einem konduktiven Polymer ausgestattet ist.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das konduktive Polymer (6) auf einem im wesentlichen transmissiven Substrat (4) angeord­ net ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Polymer (6) auf einem Sub­ strat (4) einer Flüssigkristallanzeige (2) angeord­ net ist.

4. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (6) auf einer Streuscheibe des Anzeigein­ strumentes (1) aufgebracht ist.

5. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) flexibel ist.

6. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) formbar ist.

7. Heizvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Glas- oder Kunststoffscheibe ist.

8. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das konduktive Polymer eine hohe Transmission aufweist.

9. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das konduktive Polymer flächig angeordnet ist.

10. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Kontaktierung des konduktiven Polymers transparent ausgeführt ist.

11. Heizvorrichtung nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung als wahlweise einsetzbares Bauele­ ment ausgeführt ist.