DE19860695B4

DE19860695B4 - Lichtquellenelement mit schräggestellter Lichtaustrittsfläche

Info

Publication number: DE19860695B4
Application number: DE1998160695
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bachl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1998-12-29
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2018-12-30
Also published as: DE19860695A1

Abstract

Lichtquellenelement (10), mit
einem Lichtwellenleiter (1), der eine Lichtaustrittsfläche (1A) aufweist und bei dem die der Lichtaustrittsfläche (1A) gegenüberliegende Oberfläche (1B) und die Längsseitenflächen (1C, 1D) des Lichtwellenleiters (1) mit Licht reflektierenden oder diffus zurückwerfenden Reflektoren (4) bedeckt sind,
und mindestens einer vor einer Stirnseitenfläche (1E, 1F) des Lichtwellenleiters (1) angeordneten Lichtquelle (5),
wobei
der Lichtwellenleiter (1) eine derartige Form aufweist, dass die Lichtaustrittsfläche (1A) und die ihr gegenüberliegende Oberfläche (1B) des Lichtwellenleiters (1) derart einen von Null verschiedenen Winkel (α) bilden, dass auf der dem Scheitel des Winkels (α) gegenüberliegenden Seite des Lichtwellenleiters (1) eine Längsseitenfläche (1C, 1D) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtquellenelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere zur Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays.
Bei der Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays besteht eine wichtige Aufgabe darin, die Flüssigkristall-Anzeigefläche mit einer möglichst homogenen monochromen oder polychromen Lichtstrahlung ausreichend hoher Leuchtdichte auszuleuchten. Dazu muß die aus einer oder mehreren Lichtquellen emittierte Lichtstrahlung einerseits möglichst homogen auf die Anzeigefläche verteilt werden, wobei andererseits die Verluste möglichst minimiert werden sollten.
In der Druckschrift EP 0 229 863 A1 ist ein Lichtquellenelement beschrieben, das eine Lichtaustrittsfläche und eine dieser Lichtaustrittsfläche gegenüberliegende Oberfläche aufweist, wobei diese Oberfläche mit der Lichtaustrittsfläche einen von Null verschiedenen Winkel bildet. An der dem Scheitel dieses Winkels gegenüberliegenden Längsseite des Lichtquellenelements ist eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Leuchtstoffröhre, angeordnet. Eine solche Vorrichtung ist für den Einsatz als Leuchtpult in der grafischen Industrie vorgesehen.
In der EP 0 500 960 A1 ist ein flächiges Lichtquellenelement beschrieben, welches zur Hinterleuchtung bei einem Flüssigkristall-Display eingesetzt werden soll. Bei diesem Lichtquellenelement ist an einer Stirnseitenfläche als einer Lichteinfallsfläche eines transparenten Lichtwellenleiters eine Lichtquelle angeordnet. Eine zu der Lichteinfallsfläche senkrechte Oberfläche des Lichtwellenleiters dient als eine Lichtaustrittsfläche und auf der dieser Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Lichtwellenleiters ist eine lichtreflektierende Schicht angeordnet. Ferner ist ein Streuglied derart angeordnet, daß das aus der Lichtaustrittsfläche austretende Licht diffus gestreut wird. Die Homogenisierung der Lichtstrahlung über die Fläche des Lichtquellenelements wird nun dadurch erreicht, daß eine oder beide Oberflächen des Lichtwellenleiters aufgerauhte Abschnitte und ebene Abschnitte aufweisen und das Flächenverhältnis der aufgerauhten zu den ebenen Abschnitten entlang dem Wellenleiter kontinuierlich verändert wird. Die ebenen Abschnitte haben die Eigenschaft, daß Lichtstrahlen von ihnen aufgrund von Totalreflexion in den Wellenleiter zurückreflektiert werden, während an den aufgerauhten Abschnitten die Lichtstrahlen gestreut werden. Da an der Lichteintrittsseite des Lichtwellenleiters die Leuchtdichte zunächst relativ hoch ist, wird dort ein relativ hoher Anteil an ebenen Flächen eingestellt, so daß sich die Lichtwellen in diesem Bereich mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit durch mehrfache Totalreflexion in dem Wellenleiter fortbewegen werden. Dieser Flächenanteil an ebenen Abschnitten wird im Verlauf des Wellenleiters kontinuierlich zurückgeführt, so daß die Lichtstrahlung mehr und mehr an dem zunehmenden Anteil an aufgerauhten Flächen gestreut werden kann. Dadurch gelingt es, eine relativ gleichmäßige Ausgangsstrahlung an der Lichtaustrittsfläche des Lichtquellenelements zu erzeugen.
Die in der EP 0 500 960 A1 beschriebene Anordnung ist beispielsweise für die Hinterleuchtung eines Flüssigkristall-Display im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs geeignet. Wenn sich das Display relativ weit oben an dem Armaturenbrett befindet, ist die Anzeigefläche gut sichtbar. Wenn diese jedoch relativ weit unten an dem Armaturenbrett angeordnet ist, sieht der Fahrer oder Beifahrer mit einem relativ großen Betrachtungswinkel auf die Anzeigefläche. Insbesondere bei Flüssigkristall-Displays mit ihrer großen Betrachtungswinkelabhängigkeit führt dies zu einer mangelhaften Erkennung der Anzeigefläche.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Lichtquellenelement zu schaffen, welches ermöglicht, daß ein von dem Lichtquellenelement hinterleuchtetes und im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeug montiertes Flüssigkristall-Display besser eingesehen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Lichtquellenelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Lichtquellenelement weist einen Lichtwellenleiter mit einer Lichtaustrittsfläche auf, wobei die der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegende Oberfläche des Lichtwellenleiters mit einem Licht reflektierenden oder diffus zurückwerfenden Reflektor bedeckt ist, und wobei ferner die Lichtaustrittsfläche und die ihr gegenüberliegende Oberfläche des Lichtwellenleiters einen von Null verschiedenen Winkel bilden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann somit ein Lichtleitermodul hergestellt und im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs montiert werden. Je nach der für das einzubauende Lichtleitermodul vorgesehenen Höhenposition wird bei der Herstellung der Schrägstellungswinkel der Lichtaustrittsfläche derart eingestellt, daß Fahrer oder Beifahrer direkt auf die Anzeigefläche des Flüssigkristall-Display blicken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements für die Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays;
2 einen Querschnitt durch das Lichtquellenelement der 1 entlang der Linie II-II.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements 10 dargestellt, wie es beispielsweise zur Hinterleuchtung eines Flüssigkristall-Displays in dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeug verwendet werden kann. In 2 ist das Lichtquellenelement in einem Querschnitt entlang der Linie II-II in der 1 dargestellt.
Das Kernstück des Lichtquellenelements 10 der 1 ist ein flächiger Lichtwellenleiter 1, der im Prinzip aus jedem transparenten Material, z. B. aus einem thermoplastischen Harz wie Acrylharz, Polycarbonatharz, oder auch aus Plexiglas oder PMMA (Polymethylmethacrylat) geformt werden kann. Das in diesen Lichtwellenleiter 1 von einer Lichtquelle 5 wie einer Halbleiter-Lichtemissionsdiode eingekoppelte Licht wird homogen über die Lichtaustrittsfläche 1A verteilt und einem in einem geringen Abstand oberhalb der Lichtaustrittsfläche 1A mittels Abstandshaltern montierten (nicht dargestellten) flächigen Flüssigkristallelement zugeführt. Zu diesem Zweck ist der Lichtwellenleiter 1 allseitig von Reflektoren 4 umgeben, durch welche die auftreffende Lichtstrahlung diffus zurückgeworfen wird.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind in vorteilhafter Weise auch die Stirnflächen zum Teil mit Reflektoren 4 bedeckt. In diese sind Öffnungen 4A für den Durchtritt der von den Lichtquellen 5 emittierten Lichtstrahlung geformt. Es kann aber auch ebenso vorgesehen sein, daß die Stirnflächen von vornherein nicht von Reflektoren 4 bedeckt sind.
Der Lichtwellenleiter 1 weist eine derartige Form auf, daß die Ebene der Lichtaustrittsfläche 1A mit der Ebene der ihr gegenüberliegenden Oberfläche 1B einen Winkel α bildet. Wenn daher das Lichtleitermodul in der dargestellten Form an einer ebenen Rückwand, beispielsweise in dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs montiert wird, ist die Lichtaustrittsfläche 1A und somit auch das vor der Lichtaustrittsfläche 1A montierte Flüssigkristallelement schräggestellt und einem Betrachter zugewandt. Somit wird erreicht, daß der Betrachter bei einem an einer unteren Position eines Armaturenbretts angebrachten Flüssigkristall-Display annähernd senkrecht auf die Anzeigefläche blickt, so daß die bei den konventionellen Lichtleitermodulen auftretenden Sichtmängel vermieden werden.
Die Reflektoren 4 sind vorzugsweise einstückig geformt und beispielsweise durch Spritzguß aus Pocan^® (thermisches Polyester auf der Basis von Polybutylenterephthalat) hergestellt. Dieses Material ist weiß und bildet einen idealen diffusen Reflektor. Es ist jedoch auch ebenso denkbar, als Reflektor ein Folienmaterial aufzubringen. Dieses kann z. B. eine Folie auf der Basis von Polycarbonat sein, die mit weißer Farbe beschichtet oder bedruckt ist. Um das Herstellungsverfahren noch weiter zu vereinfachen, könnte die Folie auch bereits während der Spritzgußformung des Lichtwellenleiters 10 aufgebracht werden, indem vor dem Spritzguß die Form der Spritzgußapparatur mit der Folie ausgelegt wird. Nach Aushärtung der Kunststoffmasse haftet die Folie an dem Wellenleiter an und kann zusammen mit diesem aus der Spritzgußapparatur entnommen werden.
Die Homogenisierung der Leuchtdichte wird im Prinzip ebenso wie bei der EP 0 500 960 A1 mit einem veränderlichen Flächenverhältnis aus lichtstreuenden und ebenen Flächen herbeigeführt, die auf der Lichtaustrittsfläche 1A und/oder der dieser gegenüberliegenden Oberfläche 1B des Lichtwellenleiters 1 oder auf beiden geformt sind.
In der 2 sind lediglich beispielhaft in die Lichtaustrittsfläche 1A des Lichtwellenleiters 1 geformte lichtstreuende Flächen 6 und ebene Flächen 7 angedeutet. Das Flächenverhältnis der ebenen Flächen 7 zu den lichtstreuenden Flächen 6 hängt von der Leuchtdichte an dem jeweiligen Ort in dem Lichtwellenleiter 1 ab. In Gebieten relativ hoher Leuchtdichte im Lichtwellenleiter 1 wird ein relativ hohes Flächenverhältnis eingestellt, während dieser Anteil in Gebieten relativ niedriger Leuchtdichte niedrig eingestellt wird. Für die Form der lichtstreuenden Flächen 6 gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine besonders einfache Herstellungsweise ist das Erzeugen aufgerauhter Bereiche durch Abschmirgeln der jeweiligen Oberfläche. An den Stellen, an denen eine geringe Leuchtdichte vorhanden ist, wird die Fläche vergleichsweise intensiv geschmirgelt, um das auftreffende Licht zur Streuung zu bringen. Die lichtstreuenden Bereiche 6 können aber auch z. B. kleine Erhebungen sein, die in gezielter Weise als Punktmatrix auf die Oberfläche aufgebracht werden. Die Dichteverteilung in der Punktmatrix kann beispielsweise durch ein Simulationsprogramm ermittelt werden, in welches im Wesentlichen die Dimensionen des Lichtwellenleiters 1 und die Orte und Intensitäten der Lichteinkopplung sowie die Reflexionsverhältnisse eingegeben werden.
Es kann auch vorgesehen sein, daß an beiden Stirnflächen Lichtquellen angeordnet sind, von denen Licht in den Lichtwellenleiter 1 eingekoppelt wird.
Bezugszeichenliste

1: Lichtwellenleiter
1A: Lichtaustrittsfläche
1B: Oberfläche
1C: Längsseitenfläche
1D: Längsseitenfläche
1E: Stirnfläche
1F: Stirnfläche
4: Reflektor
5: Lichtquelle
6: lichtstreuender Bereich
7: ebener Bereich
8: Lichtquellenelement

Claims

Lichtquellenelement (10), mit einem Lichtwellenleiter (1), der eine Lichtaustrittsfläche (1A) aufweist und bei dem die der Lichtaustrittsfläche (1A) gegenüberliegende Oberfläche (1B) und die Längsseitenflächen (1C, 1D) des Lichtwellenleiters (1) mit Licht reflektierenden oder diffus zurückwerfenden Reflektoren (4) bedeckt sind, und mindestens einer vor einer Stirnseitenfläche (1E, 1F) des Lichtwellenleiters (1) angeordneten Lichtquelle (5), wobei der Lichtwellenleiter (1) eine derartige Form aufweist, dass die Lichtaustrittsfläche (1A) und die ihr gegenüberliegende Oberfläche (1B) des Lichtwellenleiters (1) derart einen von Null verschiedenen Winkel (α) bilden, dass auf der dem Scheitel des Winkels (α) gegenüberliegenden Seite des Lichtwellenleiters (1) eine Längsseitenfläche (1C, 1D) angeordnet ist.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (1A) und/oder die ihr gegenüberliegende Oberfläche (1B) des Lichtwellenleiters (1) lichtstreuende Abschnitte (6) und ebene Abschnitte (7) aufweist, und das Flächenverhältnis der ebenen Abschnitte (7) zu den Abschnitten (6) entlang dem Lichtwellenleiter (1) so eingestellt wird, dass eine gleichmäßige Leuchtdichte des Lichtquellenelements (10) erzielt wird.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (4) einstückig miteinander verbunden sind.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Reflektoren (4) aus einem thermoplastischen Polyester geformt ist.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyester auf der Basis von Polybutylenterephthalat ausgeführt ist.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyester aus Pocan^® ist.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoren (4) aus einem Folienmaterial geformt sind und das Folienmaterial mit weißer Farbe beschichtet oder bedruckt ist.
Lichtquellenelement (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial auf der Basis von Polycarbonat ausgeführt ist.
Lichtquellenelement (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (5) eine Halbleiter-Lichtemissionsdiode ist.
Flüssigkristall-Display mit einem Lichtquellenelement (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite der Lichtaustrittsfläche (1A) ein Flüssigkristallelement angeordnet ist.
Flüssigkristall-Display nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkristallelement durch Abstandshalter von der Lichtaustrittsfläche (1A) beabstandet gehaltert ist.