DE102005045588B4 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Beleuchtungsvorrichtung (1), mit:einem Hohlraum (10) mit einer diffusen Oberfläche (101) und einem Lichtaustrittsbereich (102);einer Lichtquelle (11) zum Aussenden von Licht;einer in dem Hohlraum (10) angeordneten, sich in einer Längsrichtung (124) erstreckenden Lichtausbreitungsvorrichtung (12), die einen flügelförmigen Vorsprungsteil (121), eine Lichteinfallsoberfläche (123) und eine von der Lichteinfallsoberfläche (123) entfernt liegende Aussparung (122) aufweist, zum Leiten des Lichts zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil (121); undeiner ersten optischen Aufbereitungsoberfläche (13), die im Strahlengang des Lichts angeordnet ist und ein erstes wellenartiges Array (131) aufweist,wobei das erste wellenartige Array (131) eine wellenförmige Oberfläche mit einer vorbestimmten Wellenrichtung aufweist, die sich quer zur Längsrichtung der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) erstreckt.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine planare Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtausbreitungsvorrichtung. Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung ist aus
DE 103 30 261 A1 ,US 6,582,103 B1 undUS 6,193,383 B1 bekannt. - Hintergrund der Erfindung
- Eine Flüssigkristallanzeige (LCD) ist eine nicht selbstemittierende Anzeige, d.h. sie benötigt eine selbstemittierende Vorrichtung als Lichtquelle. Solch eine Lichtquelle wird im Allgemeinen als Hintergrundlichtmodul bezeichnet. Es gibt gewöhnlicherweise zwei Typen von Hintergrundlichtmodulen: einen Direktlicht-Typ und einen Kantenlicht-Typ. Ein Direktlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul umfasst üblicherweise Komponenten wie z.B. Kaltkathodenröhren, die als Lichtquellen dienen, einen Diffusor, eine Prismenfolie usw. Um das von den Lichtquellen emittierte Licht gleichmäßig zu verteilen und ein gewünschtes Beleuchtungsfeld für eine LCD zu schaffen, wird eine genaue Einstellung der Räume/Neigungen zwischen den Lichtquellen, dem Abstand zwischen den Lichtquellen und dem Diffusor und des Abstandes zwischen den Lichtquellen und der Prismenfolie benötigt. Aufgrund der optischen Komplexität in einem Hintergrundlichtmodul ist es jedoch gewöhnlicherweise schwierig, eine gleichmäßige Beleuchtung in LCDs zu schaffen. Zusätzlich zu den oben erwähnten Komponenten in dem Direktlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul umfasst ein Kantenlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul ferner eine Lichtleiterplatte zum Leiten und/oder Streuen des Lichts von den Lichtquellen. Nichtsdestotrotz besteht nach wie vor in dem Kantenlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul die Schwierigkeit, eine gleichmäßige Beleuchtung zu schaffen. Außerdem sind die Komponenten, die die oben erwähnten zwei Typen von Hintergrundlichtmodulen bilden, zu kompliziert und stellen daher ein Hindernis in der Reduzierung der Produktionskosten dar.
- Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, beschreibt die
US 6 598 998 B2 eine Seiten-lichtemittierende Diode (LED) mit einer LED und einer Linse, die das Licht von der LED zu der Seite der Linsen leitet, d. h. zu der im Wesentlichen senkrechten Richtung zu dem von der LED ausgesendeten Licht. Die Linse umfasst einen Sägezahnabschnitt und einen trichterförmigen Abschnitt zum Rückleiten des Lichts. Die zwei Abschnitte sind jedoch in ihren Abmessungen zu groß und erhöhen dadurch die Gesamtdicke der Linse. Darüber hinaus muss solch eine Linse an jede LED montiert werden. Dadurch werden die Handhabungskomplexität und die Produktionskosten zur Herstellung der LEDs erhöht und die Lichtausbeute einer solchen Seiten-LED wird um ein gewisses Maß reduziert, üblicherweise mehr als 10%. - Die
US 6 582 103 B1 beschreibt eine Lichtquellenvorrichtung mit einem Hohlraum mit reflektierenden Oberflächen und einem Austrittsbereich, wobei zumindest eine Lichtquelle in dem Hohlraum angeordnet ist, und wobei die Lichtquelle eine Punktquelle und einen optischen Ablenker umfasst. Der optische Umlenker wird verwendet, um das von der Punktquelle emittierte Licht zur Seite oder nach unten zu dem Hohlraum mit den reflektierenden Oberflächen umzuleiten, wodurch die Helligkeit und das Lichtmischverhalten erhöht wird. Ein Diffusor wird innerhalb oder über dem Austrittsbereich angeordnet. Obwohl dieUS 6 582 103 B1 die in Hintergrundlichtmodulen auftretende ungleichmäßige Beleuchtung vermeiden kann, muss ein optischer Umlenker an jede Lichtquelle montiert werden, sodass der Verpackungsvorgang im Gesamten kompliziert und kostenintensiv ist. Darüber hinaus bilden sich leicht Lichtpunkte, da jede Punktquelle mit einem entsprechenden unabhängigen optischen Umlenker arbeitet. Somit muss die Dicke des Hintergrundlichtmoduls erhöht werden, um das Lichtmischverhalten zu verbessern, die Helligkeit sinkt jedoch mit der Erhöhung der Abstände zwischen den Lichtquellen, sodass die räumliche Anordnung der Lichtquellen genau eingestellt werden muss, um die Beleuchtungsgleichmäßigkeit des Hintergrundlichtmoduls zu bewahren. - Die oben erwähnten patentierten Techniken sind im allgemeinen charakterisiert durch ein Hinzufügen einer Linse oder einer Lichtleitervorrichtung zu jeder Punktquelle und können fünf Probleme verursachen: (1) komplizierte Prozessierung; (2) hohe Verpackungskosten; (3) erhöhte Hintergrundlichtmoduldicke; (4) schwierig einzustellende Beleuchtungsgleichmäßigkeit des gesamten Hintergrundlichtmoduls; und (5) schlechte Lichtausbeute.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Im Hinblick auf die im Stand der Technik auftretenden oben erwähnten Probleme wird erfindungsgemäß eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen, sowie eine Lichtausbreitungsvorrichtung gemäß Anspruch 24. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Hohlraum mit einer diffusen Oberfläche und einem Lichtaustrittsbereich; einer Lichtquelle zum Aussenden von Licht; einer in dem Hohlraum angeordneten Lichtausbreitungsvorrichtung, wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche und eine Aussparung aufweist, wobei die Aussparung von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegt und im Wesentlichen zum Leiten des Lichts zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil verwendet wird; und einer sich im Strahlengang des Lichts befindlichen ersten optischen Aufbereitungsoberfläche, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche ein erstes wellenartiges Array aufweist. Die diffuse Oberfläche ist im Wesentlichen eine Lambertsche Oberfläche und die Lichtquelle kann eine Punktquelle oder eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung sein, und die Lichtquelle umfasst eine oder mehr als eine lichtemittierende Vorrichtung, wobei zumindest zwei der lichtemittierenden Vorrichtungen Licht in verschiedenen Farben aussenden. Weißes Licht wird durch eine einzelne Lichtquelle oder die Kombination von mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen erzeugt. Die Aussparung ist im Wesentlichen V-förmig oder U-förmig.
- Die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen optischen Film mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf der ersten Oberfläche gebildet ist. Der optische Film umfasst wahlweise eine zweite optische Aufbereitungsoberfläche, die auf der zweiten Oberfläche gebildet ist. Die zweite optische Aufbereitungsoberfläche weist ein zweites wellenartiges Array auf, das in einer Richtung verschieden zu dem ersten wellenartigen Array gebildet ist. Der optische Film ist vorgesehen, um den Lichtaustrittsbereich zu bedecken, und die erste optische Aufbereitungsoberfläche ist auf der Lichteinfallsoberfläche, der Oberfläche der Lichtausbreitungsvorrichtung, oder innerhalb der Lichtausbreitungsvorrichtung gebildet.
- Die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein zwischen der Lichtquelle und der Lichtausbreitungsvorrichtung angeordnetes Lichtsammelelement zum Sammeln des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf dem Lichtsammelelement gebildet sein kann, und die erste optische Aufbereitungsoberfläche kann der Lichtquelle oder der Lichtausbreitungsvorrichtung gegenüberliegen. Das Lichtsammelelement umfasst wahlweise einen Graben für die Aufnahme der Lichtquelle. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ferner ein Lichtübertragungselement zum Übertragen des Lichts zu der Lichtausbreitungsvorrichtung, wobei das Lichtleiterelement vorzugsweise eine optische Faser, ein Lichtleiter oder eine ähnliche Vorrichtung ist.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
1b eine schematische vergrößerte Ansicht einer Lichtausbreitungsvorrichtung in der Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2b eine schematische vergrößerte Ansicht eines optischen Films in der Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
3a und3b schematische Ansichten einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
4a bis4c schematische Ansichten, wobei jede die Verteilung eines wellenartigen Arrays und einer Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und -
5 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. - Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
- Im Folgenden werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die entsprechenden Figuren in Übereinstimmung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erklärt.
- Erstes Ausführungsbeispiel
- Bezugnehmend auf
1a und1b ist1a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Beleuchtungsvorrichtung1 umfasst einen Hohlraum10 , eine Lichtquelle11 , eine Lichtausbrei-tungsvorrichtung 12 und eine erste optische Aufbereitungsoberfläche13 , wobei der Hohlraum10 eine diffuse Oberfläche101 und einen Lichtaustrittsbereich102 umfasst. Die diffuse Oberfläche101 ist an der Innenseite des Hohlraumes10 angeordnet und die Lichtquelle11 sendet Licht für die Beleuch-tungsvorrichtung 1 aus. Die Lichtausbreitungsvorrichtung12 verteilt das von der Lichtquelle11 emittierte Licht, um eine gleichmäßige Beleuchtung zu schaffen. - Wenn das von der Lichtquelle
11 ausgesendete Licht (nicht gezeigt) auf die diffuse Oberfläche101 trifft, wird das Licht durch die Oberfläche101 gestreut und nach Möglichkeit gleichmäßig verteilt. Vorzugsweise ist die diffuse Oberfläche101 im Wesentlichen ähnlich zu einer Lambertschen Oberfläche. Ein Betracher wird von jedem Winkel aus die gleiche Intensität des durch die Lambertsche Oberfläche gestreuten Lichts feststellen, sodass Betrachter das gestreute Licht nicht von dem ursprünglichen von der Lichtquelle11 emittierten Licht unterscheiden können, d. h. das Licht wird gleichmäßig an die Umgebung ausgesendet. Wahlweise kann die diffuse Oberfläche101 möglicherweise durch eine reflektive Oberfläche ersetzt werden. Der Hohlraum10 ist ein durch ein die Beleuchtungsvorrichtung1 bildendes Gehäuse oder durch einen anderen Aufbau, wie z. B. durch eine Einfassung und/oder Rahmen eines Hintergrundlichtmoduls zur Aufnahme der Beleuchtungsvorrichtung1 begrenzter Raum. - Die Lichtquelle
11 umfasst eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen, und die lichtemittierenden Vorrichtungen senden ein- oder mehrfarbiges Licht aus. Das Mischen von verschiedenen farbigen Lichtern kann basierend auf dem Mischanteil jedes farbigen Lichts vielfach gefärbtes Licht unterschiedlich von den ursprünglichen erzeugen. Vorzugsweise kann die Lichtquelle11 drei Hauptfarben aussenden, d. h. rotes, blaues und grünes Licht. Das Mischen der drei Hauptfarben mit angepassten Anteilen kann einen Großteil von Farben erzeugen, einschließlich aber nicht beschränkt darauf, weißem Licht. Die Lichtquelle11 kann ein Punktlichtstrahler, ein linearer Lichtstrahler oder ein planarer Lichtstrahler sein, wie z. B. eine LED, eine Laser-Diode (LD), eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe (CCFL), eine Halogenröhre und eine organische LED (OLED), usw. Gleichmäßig gefärbtes Licht mit schwach oder nicht unterscheidbaren Lichtpunkten oder Mustern kann durch ein genaues Anordnen der Lichtquellen11 unter der Lichtausbreitungsvorrichtung12 und durch Anpassen des Abstands zwischen den Lichtquellen11 und der Lichtausbreitungsvorrichtung12 sowie der Abstände zwischen jeder Lichtquelle11 geschaffen werden. -
1b ist eine schematische vergrößerte Ansicht einer Lichtausbreitungsvorrichtung12 in der Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Lichtausbreitungsvorrichtung12 weist einen flügelförmigen Vorsprungsteil121 , eine Aussparung122 und eine Lichteinfallsoberfläche123 auf, wobei sich die Lichtausbreitungsvorrichtung12 vorzugsweise in eine Längsrichtung124 erstreckt. Die Aussparung122 ist entfernt von der Lichteinfallsoberfläche123 angeordnet, und vorzugsweise ist die Aussparung122 an einer der Lichteinfallsoberfläche123 gegenüberliegenden Seite positioniert. Die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 weist ein erstes wellenartiges Array131 auf, das das farbige Licht gleichmäßiger verteilt und dadurch unterscheidbare Lichtpunkte oder ungemischtes gefärbtes Licht für den Betrachter vermeidet. Das durch die Lichteinfallsoberfläche123 einfallende und zu der Lichtausbreitungsvorrichtung12 gehende Licht wird an der Grenzfläche zwischen der Aussparung122 und dem umgebenden optischen Medium teilweise oder mittels innerer Totalreflektion total reflektiert und läuft zu beiden Seiten der Aussparung122 , d. h. zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil121 . Ein Teil des Lichts kann jedoch die Aussparung122 direkt verlassen. Aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen der Lichtausbreitungsvorrichtung12 und dem umgebenden optischen Medium wird das die Außenfläche der Lichtausbreitungsvorrichtung12 verlassende Licht gemäß dem Snellinsschen Gesetz gebrochen. Der Anteil des an der Aussparung122 total reflektierten Lichts geht zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil121 , wodurch der die Aussparung122 direkt verlassende Lichtfluss sinkt. Dies verhindert entsprechend, dass der Großteil des von den Lichtquellen11 emittierten Lichts die Aussparung122 verlässt und einen Lichtpunkt erzeugt. Vorzugsweise ähnelt das Volumen der Aussparung122 einer V-Form oder einer U-Form, wie in1b gezeigt. Wenn die Aussparung122 V-förmig ist. zeigt die Spitze der Aussparung122 vorzugsweise zu der Lichteinfallsoberfläche123 . Das an der Aussparung122 zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil121 reflektierte Licht und/oder das ohne Reflektion an der Aussparung122 zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil121 laufende Licht kann die Lichtausbreitungsvorrichtung12 auf die folgenden Arten verlassen, die nicht beschränkend sind, wie direktes Hindurchgehen, Brechung und Reflektion. Beispielsweise wird das in die Lichtausbreitungsvorrichtung12 einfallende Licht bei einem speziellen Winkel mehrere Male einer Totalreflektion innerhalb des flügelförmigen Vorsprungsteil121 unterzogen, um schrittweise durchmischt zu werden und um die Lichtausbreitungsvorrichtung12 als gut gemischtes farbiges Licht zu verlassen. Ferner umfasst die Lichteinfallsoberfläche123 , jedoch nicht beschränkt darauf, eine flache Oberfläche, eine konkave oder eine andere gekrümmte Oberfläche, die für die Aufnahme von Licht geeignet ist. - In der vorliegenden Erfindung wird eine erste optische Aufbereitungsoberfläche
13 wahlweise verwendet, um das Licht auszubreiten. Wie in1b gezeigt, weist die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 ein erstes wellenartiges Array131 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 und das erste wellenartige Array131 auf der Lichteinfallsoberfläche123 der Lichtausbreitungsvorrichtung12 gebildet. Das erste wellenartige Array131 ist eine auf der ersten optischen Aufbereitungsoberfläche13 gebildete wellenförmige Oberfläche, und die wellenförmige Oberfläche ist in einer vorbestimmten Wellenrichtung gebildet, also in der Array-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 . Das erste wellenartige Array131 kann aus einer Vielzahl von Mikrolinsen bestehen. Während das Licht durch die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 tritt, wird es umgelenkt und durch die Mirkolinsen des ersten wellenartigen Arrays131 verwischt. Der Durchmesser einer Mirkolinse ist etwa zwischen 50 µm und 60 µm. Wenn die Wellen des ersten wellenartigen Arrays131 aufeinanderfolgend aufgebaut sind, beträgt der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Wellenbergen oder -tälern etwa zwischen 100 µm und 120 µm. - Ferner kann die erste optische Aufbereitungsoberfläche
13 auch innerhalb der Lichtausbreitungsvorrichtung12 durch Bilden des wellenartigen Arrays auf einer Verbindungsgrenzfläche von zwei Materialien mit verschiedenen Brechungsindexes gebildet werden. Das erste wellenartige Array131 ist nicht darauf beschränkt, auf der Lichteinfallsoberfläche123 gebildet zu sein, sondern kann auch auf dem flügelförmigen Vorsprungsteil121 oder/und der Aussparung122 gebildet werden, d. h. das erste wellenförmige Array131 kann überall dort gebildet werden, wo das Lichts möglicherweise hindurch tritt. - Das Material der Lichtausbreitungsvorrichtung
12 umfasst, ist jedoch nicht darauf beschränkt, Arcylharz, COC, PMMA, PC, PC/PMMA, Polyetherimid, Fluorocarbon-Polymer, Silikon oder andere Äquivalente davon, Kombinationen davon, und andere transparente Materialien. - Zweites Ausführungsbeispiel
-
2a und2b sind schematische Ansichten einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es wird angemerkt, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen für ähnliche Elemente verwendet werden und nicht nochmals ausführlich beschrieben werden. - Die Beleuchtungsvorrichtung
1 umfasst wahlweise einen optischen Film15 mit einer ersten Oberfläche151 und einer der ersten Oberfläche151 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche152 . Die optische Aufbereitungsoberfläche13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf der ersten Oberfläche151 gebildet. Der optische Film15 kann auf dem Lichtaustrittsbereich102 der Beleuchtungsvorrichtung1 oder zwischen der Lichtausbreitungsvorrichtung12 und der Lichtquelle11 angeordnet sein. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist der optische Film15 fähig, Licht auszubreiten. Wahlweise kann eine zweite optische Aufbereitungsoberfläche14 auf der zweiten Oberfläche152 des optischen Films15 gebildet sein, und ein zweites wellenartiges Array151 ist auch auf der zweiten optischen Aufbereitungsoberfläche14 gebildet. Die Array-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 ist verschieden von der des zweiten wellenartigen Arrays141 . Wie in2b gezeigt, wird ein Moiré-Muster durch Stapeln des ersten wellenartigen Arrays131 und des zweiten wellenartigen Arrays141 in verschiedenen Array-Richtungen gebildet. Durch geeignetes Anpassen des ersten wellenartigen Arrays131 und des zweiten wellenartigen Arrays141 kann das durch das Moiré-Muster laufende Licht umverteilt werden. Der optische Film15 ist als von der S-Light Opt Electronics Inc., Taiwan hergestelltes Produkt erhältlich. Um das Lichtausbreitungsverhalten noch weiter zu verbessern, kann ein Diffusor oder mehrere über dem optischen Film15 positioniert werden. - Die erste optische Aufbereitungsoberfläche
13 kann entweder auf der Lichtausbreitungsvorrichtung oder dem optischen Film15 oder auf beiden gebildet sein. Das erste wellenartige Array131 und das zweite wellenartige Array141 können die gleichen oder verschiedene Wellenabmessungen (Mikrolinsenabmessungen), Wellenformen und Wellenfrequenzen aufweisen, was von dem Typ der Lichtquelle und den Beleuchtungsanforderungen der Beleuchtungsvorrichtung1 abhängt. - Drittes Ausführungsbeispiel
-
3a und3b sind schematische Ansichten einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem dritten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bezugszeichen für ähnliche Elemente des ersten Ausführungsbeispiel verwendet und nicht nochmals ausführlich beschrieben. - Das von der Lichtquelle
11 ausgesendete Licht geht normalerweise nicht in eine Richtung, sondern strahlt in die Umgebung ab, daher ist es wahrscheinlich, dass ein Teil des Lichts direkt in den Hohlraum10 eintritt, ohne durch die Lichtausbreitungsvorrichtung12 hindurchzugehen. Um das nicht in die Lichtausbreitungsvorrichtung12 eintretende Licht zu sammeln, umfasst die Beleuchtungsvorrichtung1 der vorliegenden Erfindung ein Lichtsammelelement16 zum Sammeln des von der Lichtquelle11 emittierten Lichts. Das Lichtsammelelement16 ist zwischen der Lichtquelle11 und der Lichtausbreitungsvorrichtung12 positioniert. Darüber hinaus kann die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 auf dem Lichtsammelelement16 gebildet sein. Wenn die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 auf einer der Lichtquelle11 gegenüberliegenden Seite des Lichtsammelelements16 gebildet ist, kann die andere Seite des Lichtsammelelements16 direkt an der Lichtausbreitungsvorrichtung12 befestigt werden. Das Lichtsammelelement16 und die Lichtausbreitungsvorrichtung12 können als Ganzes gebildet sein. Wahlweise kann die erste optische Aufbereitungsoberfläche13 auf einer Seite des Lichtsammelelement16 gebildet sein, die der Lichtausbreitungsvorrichtung12 gegenüberliegt. Das Lichtsammelelement16 kann einen Graben161 zur Aufnahme der Lichtquelle11 aufweisen, wodurch das meiste von der Lichtquelle11 ausgesendete Licht in das Lichtsammelelement16 eintreten kann. - Die Lichtquelle
11 der Beleuchtungsvorrichtung1 ist nicht darauf beschränkt, innerhalb des Hohlraums10 angeordnet zu sein, sondern kann auch außerhalb des Hohlraums10 angeordnet sein. Wenn die Lichtquelle11 außerhalb des Hohlraums10 angeordnet ist, kann ein Lichtübertragungselement17 verwendet werden, um das von der Lichtquelle11 ausgesendete Licht zu der Lichtausbreitungsvorrichtung12 zu übertragen. Das Lichtübertragungselement17 kann z. B. eine optische Faser, ein Lichtleiter oder Äquivalente davon sein. Ein Ende des Lichtübertragungselements17 kann mit dem Lichtsammelelement16 verbunden sein. Sowohl das Lichtleiterelement17 als auch die Lichtquelle11 können innerhalb des Hohlraums eingebaut sein. Wenn das Lichtübertragungselement17 flexibel ist, kann die Lichtquelle11 an anderen Stellen positioniert werden, die das Lichtübertragungselement17 erreichen kann. - Viertes Ausführungsbeispiel
- Wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle
11 parallel zu der Array-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 (d. h. zu der Wellenfront-Richtung des wellenartigen Arrays) verläuft, wird ein Lichtmuster18 gebildet, das im Wesentlichen parallel zu der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 ist, nachdem das Licht durch das erste wellenartige Array131 hindurchgegangen ist. Folglich wird, wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle11 und der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 in einem linearen Muster angeordnet sind, das Licht als ein lineares Muster verteilt; wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle11 und der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 in einem gekrümmten Muster oder in einem strahlenförmigen Muster angeordnet ist, wird das Licht in einem gekrümmten Muster oder in einem strahlenförmigen Muster verteilt, wie in den4a bis4c gezeigt. Theoretisch wird, wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle11 parallel oder ungefähr parallel zu der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 ist, das Licht von der Lichtquelle11 in das Lichtmuster18 verteilt, das sich entlang der Wellenfront-Richtung erstreckt. Es wird angemerkt, dass die Abmessung der Lichtquelle11 oder des ersten wellenartigen Arrays131 , die in den4a bis4c gezeigt sind, übertrieben und nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. - Das zweite wellenartige Array
141 kann ferner über dem ersten wellenartigen Array131 gebildet sein, wie in2b gezeigt. Wenn die Wellenfront-Richtung des zweiten wellenartigen Arrays141 verschieden von der des ersten wellenartigen Arrays131 ist, kann das Licht in verschiedene Richtung verteilt werden. Beispielsweise wird, wenn die Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 senkrecht zu der des zweiten wellenartigen Arrays141 ist und die Lichtquelle11 linear angeordnet ist, das Licht erst als ein lineares Muster nach dem Durchgang durch das erste wellenartige Array131 verteilt, und dann als ebenes Muster nach dem Durchgang durch das zweite wellenartige Array141 verteilt. - Mit Bezug auf
5 können bei dem Gebrauch der Lichtquelle11 und des ersten wellenartigen Arrays131 die Punktquellen eine ähnliche Funktion wie eine lineare Lichtquelle erreichen, wie z. B. eine CCFL oder eine Fluoreszenzlampe. Zum Beispiel wird eine Vielzahl von Punktquellen, die als Lichtquellen11 dienen, in einem ausgesparten Hohlraum19 platziert und das erste wellenartige Array13 wird über den Lichtquellen11 angeordnet. Wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquellen11 und der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 in einem linearen Muster angeordnet und zueinander parallel sind, wird das Licht von der Lichtquelle11 als lineares Muster verteilt. Durch das Entwerfen einer notwendigen Schaltung und mechanischen Komponenten kann eine Beleuchtungsvorrichtung ähnlich zu einer CCFL oder einer Fluoreszenzlampe gebildet werden. Darüber hinaus kann eine reflektive Oberfläche91 innerhalb des ausgesparten Hohlraums19 zum Reflektieren des von der Lichtquelle11 ausgesendeten Lichts gebildet sein. - Das erste wellenartige Array
131 kann auf einem Material, wie z.B. Harz, das in den ausgesparten Hohlraum19 gefüllt ist, gebildet sein. Das erste wellenartige Array131 kann auch auf einem optischen Film13 gebildet sein, der die Lichtquelle11 bedeckt. Zum Verringern der thermischen Spannung, die durch die von der Lichtquelle11 erzeugte Wärme hervorgerufen wird, kann ein Füllmaterial92 zwischen den optischen Film und die Lichtquelle11 gefüllt werden, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials19 unterschiedlich von dem des optischen Films13 ist. - Die verschiedenen beispielhaften Beleuchtungsvorrichtungen
1 , die oben beschrieben sind, können in einem Hintergrundlichtmodul für eine LCD oder eine Beleuchtung verwendet werden. Wenn das Hintergrundlichtmodul ein Direktlicht-Typ ist, umfasst das Hintergrundlichtmodul zumindest die Lichtquelle11 und das erste wellenartige Array131 . Vorzugsweise ist die Anordnungsrichtung der Lichtquelle11 im wesentlichen parallel zu der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 . Wahlweise kann die Lichtausbreitungsvorrichtung12 zwischen der Lichtquelle11 und der Flüssigkristallschicht der LCD zum Verteilen des Lichts angeordnet sein. Wenn das Hintergrundlichtmodul ein Kantenlicht-Typ ist, muss eine Lichtleiterplatte zum Leiten des Lichts zu der Anzeigeoberfläche der LCD verwendet werden. In diesem Fall ist die Lichtquelle11 auf der lateralen Seite der Lichtleiterplatte angeordnet. Um ein lineares Lichtmuster zu bilden, wie z.B. eines, das durch eine CCLF erzeugt wird, ist die Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays131 parallel zu der Anordnungsrichtung der Lichtquelle11 angeordnet. Das erste wellenartige Array131 kann mit der Lichtquelle11 als ein Modul zusammengesetzt sein, wie in5 gezeigt. Das erste wellenartige Array131 kann direkt auf der Lichtleiterplatte gebildet sein, wie z.B. auf dem Lichteintrittsbereich (nicht gezeigt) der Lichtleiterplatte. Das von der Lichtquelle11 emittierte Licht kann zu der Lichtleiterplatte über die Lichtausbreitungsvorrichtung12 umgeleitet werden, wobei der flügelförmige Vorsprungsteil121 der Lichtausbreitungsvorrichtung12 der Lichtleiterplatte gegenüberliegt. - Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst einen Hohlraum mit einer diffusen Oberfläche, einer Lichtquelle, einer Lichtausbreitungsvorrichtung, und zumindest einer optischen Aufbereitungsoberfläche mit einem darauf gebildeten wellenartigen Array. Die Lichtausbreitungsvorrichtung und die optische Aufbereitungsoberfläche breiten das von der Lichtquelle erzeugte Licht aus. Die Lichtausbreitungsvorrichtung umfasst einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche, eine von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegende Aussparung und eine optische Aufbereitungsoberfläche mit einem wellenartigen Array, wobei das wellenartige Array eine Wellenfront-Richtung aufweist.
Claims (40)
- Beleuchtungsvorrichtung (1), mit: einem Hohlraum (10) mit einer diffusen Oberfläche (101) und einem Lichtaustrittsbereich (102); einer Lichtquelle (11) zum Aussenden von Licht; einer in dem Hohlraum (10) angeordneten, sich in einer Längsrichtung (124) erstreckenden Lichtausbreitungsvorrichtung (12), die einen flügelförmigen Vorsprungsteil (121), eine Lichteinfallsoberfläche (123) und eine von der Lichteinfallsoberfläche (123) entfernt liegende Aussparung (122) aufweist, zum Leiten des Lichts zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil (121); und einer ersten optischen Aufbereitungsoberfläche (13), die im Strahlengang des Lichts angeordnet ist und ein erstes wellenartiges Array (131) aufweist, wobei das erste wellenartige Array (131) eine wellenförmige Oberfläche mit einer vorbestimmten Wellenrichtung aufweist, die sich quer zur Längsrichtung der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) erstreckt.
- Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die diffuse Oberfläche (101) eine Lambertsche Oberfläche ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , ferner mit: einem optischen Film (15) mit einer ersten Oberfläche (151) und einer der ersten Oberfläche (151) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (152), wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf der ersten Oberfläche (151) gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 3 , wobei der optische Film (15) ferner umfasst: eine zweite optische Aufbereitungsoberfläche (14), die auf der zweiten Oberfläche (152) gebildet ist und ein zweites wellenartiges Array (151) aufweist, das sich in einer Arrayrichtung verschieden von der des ersten wellenartigen Arrays (131) erstreckt. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 3 , wobei der optische Film (15) auf dem Lichtaustrittbereich (102) gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 3 , wobei der optische Film (15) zwischen der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) und der Lichtquelle (11) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf der Lichteinfallsoberfläche (123) gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 8 , wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung (12) zwei Arten von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices umfasst. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , ferner mit: - einem Lichtsammelelement (16), das zwischen der Lichtquelle (11) und der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) zum Sammeln von Licht angeordnet ist, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf dem Lichtsammelelement (16) gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 10 , wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche (13) der Lichtquelle (11) gegenüberliegt. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 10 , wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche (13) der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) gegenüberliegt. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 10 , wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung (12) und das Lichtsammelelement (16) einstückig gebildet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 10 , wobei das Lichtsammelelement (16) einen Graben (161) zur Aufnahme der Lichtquelle (11) umfasst. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , ferner mit: - einem Lichtübertragungselement zum Übertragen des Lichts zu der Lichtausbreitungsvorrichtung (12). - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 15 , wobei das Lichtübertragungselement aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer optischen Faservorrichtung und einem Lichtleiter besteht. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Aussparung (122) in einer V-Form gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Aussparung (122) in einer U-Form gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Lichtquelle (11) eine Punktlichtquelle ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Lichtquelle (11) eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Lichtquelle (11) eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen umfasst, und zumindest zwei der lichtemittierenden Vorrichtungen Licht mit verschiedenen Farben aussenden. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei die Lichtquelle (11) weißes Licht aussendet. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei ein Material der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Acrylharz, COC, PMMA, PC, PC/PMMA, Polyetherimid, Fluorocarbonpolymer, Silikon und Kombinationen davon besteht. - Lichtausbreitungsvorrichtung (12), die sich in einer Längsrichtung (124) erstreckt, mit: einem flügelförmigen Vorsprungsteil (121); einer Lichteinfallsoberfläche (123); einer von der Lichteinfallsoberfläche (123) entfernt liegenden Aussparung (122); und einer optischen Aufbereitungsoberfläche (13), die ein wellenartiges Array (131) aufweist, das eine wellenförmige Oberfläche mit einer vorbestimmten Wellenrichtung aufweist, die sich quer zur Längsrichtung der Lichtausbreitungsvorrichtung (12) erstreckt.
- Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei die optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf der Lichteinfallsoberfläche (123) gebildet ist. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei die optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf der Aussparung (122) gebildet ist. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei die optische Aufbereitungsoberfläche (13) auf dem flügelförmigen Vorsprungsteil (121) gebildet ist. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei das flügelförmige Vorsprungsteil (121) eine reflektive Oberfläche umfasst. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei das flügelförmige Vorsprungsteil (121) eine brechende Oberfläche umfasst. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei die Aussparung (122) eine zu der Lichteinfallsoberfläche (123) zeigende Spitze umfasst. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei die Aussparung (122) Licht reflektiert. - Lichtausbreitungsvorrichtung nach
Anspruch 24 , wobei die optische Aufbereitungsoberfläche (13) zwischen zwei Arten von Materialien mit verschiedenen Brechungsindices angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei: der Hohlraum (10) einen Boden und eine Seitenwand aufweist; die Lichtquelle eine Vielzahl von in dem Hohlraum angeordneten Lichtquellen (11) umfasst; die Lichtausbreitungsvorrichtung über den Lichtquellen (11) angeordnet ist; und die optische Aufbereitungsoberfläche (13) über den Lichtquellen (11) und parallel zum Boden angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 33 , bei welcher die diffuse Oberfläche (101) auf zumindest einer der Boden- und Seitenwände gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 33 , wobei ein Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen oder -tälern in dem wellenartigen Array (131) zwischen 100 µm und 120 µm ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 33 , wobei die Lichtquellen (11) eine rote LED, eine blaue LED und eine grüne LED umfassen. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 33 , wobei die Lichtquellen (11) periodisch angeordnet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 33 , wobei die Lichtquellen (11) in einem Array angeordnet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 33 , wobei die Lichtquellen (11) in einer Gruppe angeordnet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei: die Lichtquelle eine Vielzahl von Lichtquellen (11) mit einer Anordnungsrichtung umfasst; und die vorbestimmte Wellenrichtung des ersten wellenartigen Arrays (131) parallel zu der Anordnungsrichtung der Lichtquellen (11) ist.
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