DE19860696B4 - Light source element with lateral oblique Lichteinkopplung - Google Patents

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Abstract

Lichtquellenelement (10, 20, 30 40) mit einem Lichtwellenleiter (1, 21, 31), der eine Lichtaustrittsfläche (1A, 21A, 31A), eine der Lichtaustrittsfläche (1A) gegenüberliegende Oberfläche (1B, 21B, 31B) und die Lichtaustrittsfläche (1A, 21A, 31A) und die gegenüberliegende Oberfläche (1B, 21B, 31B) verbindende Längsseitenflächen (1C, 1D) aufweist, wobei die der Lichtaustrittsfläche (1A) gegenüberliegende Oberfläche (1B, 21B, 31B) und die Längsseitenflächen (1C, 1D) jeweils mit Licht reflektierenden oder diffus zurückwerfenden Reflektoren (4, 24, 34) bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längsseitenflächen (1C, 1D) des Lichtwellenleiters (1, 21, 31) mindestens eine Lichteinkopplungseinheit (5, 25, 35, 45) angeordnet ist, welche einen Öffnungsbereich (5B, 25B, 35B) des jeweiligen Reflektors (4, 24, 34) und eine vor dem Öffnungsbereich (5B) angeordnete Lichtquelle (5A, 25A, 35A) derart aufweist, daß die im Betrieb von der Lichtquelle (5A) emittierte Lichtstrahlung mit einem schiefen Winkel in den Lichtwellenleiter (1, 21, 31) eindringt.Light source element (10, 20, 30 40) with an optical waveguide (1, 21, 31) having a light exit surface (1A, 21A, 31A), one of the light exit surface (1A) opposite surface (1B, 21B, 31B) and the light exit surface ( 1A, 21A, 31A) and the longitudinal surfaces (1C, 1D) connecting the opposite surface (1B, 21B, 31B), the surface (1B, 21B, 31B) facing the light exit surface (1A) and the longitudinal side surfaces (1C, 1D) each with light reflecting or diffusely reflecting reflectors (4, 24, 34) are covered, characterized in that at the longitudinal side surfaces (1C, 1D) of the optical waveguide (1, 21, 31) at least one light coupling unit (5, 25, 35, 45 ), which has an opening region (5B, 25B, 35B) of the respective reflector (4, 24, 34) and a light source (5A, 25A, 35A) arranged in front of the opening region (5B), such that, in operation, the light source Light source (5A) emitted Lichtstra penetrates at an oblique angle in the optical waveguide (1, 21, 31).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtquellenelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays und zur ambienten Beleuchtung oder Umgebungsbeleuchtung.The The invention relates to a light source element according to the preamble of the patent claim 1 for the backlighting of liquid crystal displays and to ambient lighting or ambient lighting.

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.at the backlighting of liquid crystal displays is an important task in the liquid crystal display area with one possible homogeneous monochrome or polychromatic light radiation sufficient to illuminate high luminance. This must be from one or more light sources emitted light radiation on the one hand as homogeneously distributed on the display surface On the other hand, the losses should be minimized as possible.

In der DE 44 04 425 A1 ist eine Vorrichtung zur diffusen Ausleuchtung von transparenten Flächen oder Körpern beschrieben. Gezeigt ist ein flächiges transparentes Element, das allseitig von einer Reflektorschicht umgeben ist. In dieser Reflektorschicht sind auf der Lichtaustrittsseite des flächigen Elements Lichtaustrittsöffnungen gebildet. Auf der der Lichtaustrittsseite gegenüberliegenden Oberfläche ist mindestens eine Aussparung zur Lichteinkopplung geformt, an der eine Lichtquelle angeordnet ist.In the DE 44 04 425 A1 a device for diffuse illumination of transparent surfaces or bodies is described. Shown is a planar transparent element, which is surrounded on all sides by a reflector layer. In this reflector layer light exit openings are formed on the light exit side of the sheet-like element. On the opposite surface of the light exit side is formed at least one recess for light coupling, on which a light source is arranged.

In der DE 196 52 829 A1 ist ein elektrisches Haushaltsgerät mit Betriebsanzeige beschrieben. Die Betriebsanzeige enthält eine Lichtleiterplatte, in die eine Lichtquelle Licht einspeist, das dann umfangsseitig sichtbar aus der Lichtleiterplatte austritt. Das Licht wird über mehrere Elemente, vor denen jeweils eine Lichtquelle angebracht ist, in die Lichtleiterplatte eingekoppelt. Diese Elemente mit zugeordneter Lichtquelle sind dabei gegenüber der Lichtaustrittsfläche angeordnet.In the DE 196 52 829 A1 is an electrical appliance with power indicator described. The power indicator includes a light guide plate into which a light source feeds light which then exits the light guide plate circumferentially. The light is coupled via several elements, in front of each of which a light source is mounted in the light guide plate. These elements with associated light source are arranged opposite the light exit surface.

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.In the EP 0 500 960 A1 is a flat light source element described, which is to be used for backlighting in a liquid crystal display. In this light source element, a light source is disposed on an end face as a light incident surface of a transparent optical waveguide. A surface of the optical waveguide which is perpendicular to the light incident surface serves as a light exit surface and a light-reflecting layer is arranged on the surface of the optical waveguide opposite this light exit surface. Furthermore, a scattering member is arranged such that the light emerging from the light exit surface is diffused diffusely. The homogenization of the light radiation over the surface of the light source element is now achieved by having one or both surfaces of the optical waveguide roughened portions and planar portions and the area ratio of the roughened to the planar portions along the waveguide is continuously changed. The planar portions have the property that light rays are reflected back from them due to total reflection in the waveguide, while at the roughened portions the light rays are scattered. Since the luminance on the light entry side of the optical waveguide is initially relatively high, a relatively high proportion of flat surfaces is set there, so that the light waves in this region will move with a relatively high probability by multiple total reflection in the waveguide. This surface portion of flat portions is continuously returned in the course of the waveguide, so that the light radiation can be scattered more and more to the increasing proportion of roughened surfaces. This makes it possible to produce a relatively uniform output radiation at the light exit surface of the light source element.

Bei der beschriebenen Anordnung muß die Lichtstrahlung an einer Stirnseite des Lichtquellenelements in den Lichtwellenleiter eingekoppelt werden. Bei Verwendung beispielsweise einer längs dieser Seite angeordneten Leuchtstoffröhre, die von einem metallischen Reflektor umgeben ist, läßt sich sicher in vielen Fällen eine ausreichende Leuchtdichte für die Hinterleuchtung eines Flüssigkristall-Display bereitstellen. Dennoch ist diese Anordnung relativ unflexibel, da aufgrund der Beschränkung hinsichtlich der verwendbaren Lichtquelle die Leuchtdichte nicht über ein bestimmtes Maß hinaus gesteigert werden kann. Außerdem ist die Anbringung der Lichtquelle an die seitliche Stirnfläche des Lichtquellenelements auch aus Platzgründen ungünstig, weil der hierfür benötigte Platz letztlich die Breite der Anzeigefläche des Flüssigkristall-Displays beschränkt.at the arrangement described, the light radiation on an end face of the light source element in the optical waveguide be coupled. For example, when using one along this Side arranged fluorescent tube, which is surrounded by a metallic reflector, can be certainly in many cases a sufficient luminance for provide the backlighting of a liquid crystal display. Nevertheless, this arrangement is relatively inflexible, because of the restriction with regard to the usable light source, the luminance is not over certain extent can be increased. Furthermore is the attachment of the light source to the lateral end face of Light source element also unfavorable for reasons of space, because of the space required for this purpose ultimately limits the width of the display area of the liquid crystal display.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Lichtquellenelement, insbesondere zur Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays, zu schaffen, mit welchem einerseits eine Erhöhung der Leuchtdichte ermöglicht werden kann und bei welchem andererseits die Anbringung der Lichtquellen nicht mit einer Einschränkung in der Breite der Lichtemissionsfläche des Lichtquellenelements verbunden ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a light source element, especially for the backlighting of liquid crystal displays, to provide with which on the one hand an increase the luminance allows can be and on the other hand, the attachment of the light sources not with a limitation in the width of the light emitting surface of the light source element is.

Weiterhin ist es auch bei den im Stand der Technik bekannten Lichtquellenelementen, die die Funktion der ambienten Beleuchtung oder Umgebungsbeleuchtung haben, aufgrund der Art der Einkopplung der Lichtstrahlung an den Stirnseiten des Lichtwellenleiters ein Problem, die Leuchtdichte zu steigern. Somit ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtquellenelement zur Umgebungsbeleuchtung zu schaffen, welches eine höhere Leuchtdichte und/oder eine größere Lichtaustrittsfläche aufweist.Furthermore, it is also in the known in the art light source elements that have the function of ambient lighting or ambient lighting, due to the nature of the coupling of the light radiation at the end faces of the optical waveguide, a problem to increase the luminance. Thus, it is a further object of the present invention to provide a light source element for ambient lighting which has a higher luminance and / or a larger light output having footing.

Die oben geschilderten Probleme des Standes der Technik werden mit einem Lichtquellenelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The The above-described problems of the prior art are with a Light source element according to claim 1 solved.

Allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist gemeinsam, daß die Lichtstrahlung nicht mehr wie beim Stand der Technik an einer oder beiden Stirnflächen in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, sondern an Oberflächen, die in Längsrichtung des Lichtquellenelements verlaufen, wobei die Lichtstrahlung mit einem schiefen Winkel in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Da entlang dieser Oberflächen mehr Platz für die Positionierung der Lichtquellen vorhanden ist, kann eine Mehrzahl von Lichtquellen vorgesehen werden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Leuchtdichte eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements gesteigert werden kann.all embodiments The present invention has in common that the light radiation is not more like in the prior art on one or both faces in the optical waveguide is coupled, but to surfaces that longitudinal of the light source element, wherein the light radiation with is coupled at an oblique angle in the optical waveguide. Because along these surfaces more space for the positioning of the light sources is present, a plurality be provided by light sources. This will be the possibility created that the Luminance of a light source element according to the invention can be increased.

Der Lichtwellenleiter ist in allen Ausführungsformen zumindest an der der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Oberfläche und an den die Lichtaustrittsfläche und die gegenüberliegende Oberfläche verbindenden Längsseitenflächen mit einem Reflektor bedeckt, in den gegebenenfalls Öffnungsbereiche zur Anordnung von Lichteinkopplungseinheiten geformt sind.Of the Optical waveguide is in all embodiments at least at the the light exit surface opposite surface and to the light exit surface and the opposite surface connecting longitudinal side surfaces with a reflector covered in the optionally opening areas for arrangement are formed by light coupling units.

Bei einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements werden die Lichtquellen an den Längsseitenflächen des Lichtwellenleiters angeordnet. An den Längsseitenflächen kann eine Mehrzahl von Lichtquellen wie Lichtemissionsdioden oder dergleichen angeordnet werden und damit die Leuchtdichte des Lichtquellenelements gesteigert werden.at a first embodiment a light source element according to the invention the light sources on the longitudinal side surfaces of the Optical waveguide arranged. On the longitudinal side surfaces, a plurality of Light sources such as light emitting diodes or the like arranged and thus increase the luminance of the light source element become.

Bei einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements, die vorliegend jedoch nicht beansprucht ist, werden die Lichtquellen an der der Lichtaustrittsseite gegenüberliegenden Oberfläche des Lichtquellenelements angeordnet. Eine solche Ausführungsform dient z. B. als Lichtquellenelement für die Umgebungsbeleuchtung.at a second embodiment a light source element according to the invention, however, which is not claimed herein, the light sources on the surface opposite the light exit side of the Light source element arranged. Such an embodiment serves z. B. as a light source element for the ambient lighting.

Die erfindungsgemäßen Lichtquellenelemente können z. B. flächig ausgebildet werden und somit in idealer Weise zur Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays eingesetzt werden.The light source elements according to the invention can z. B. area be formed and thus ideally for backlighting of liquid crystal displays be used.

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Lichtquellenelemente zur ambienten Beleuchtung oder Umgebungsbeleuchtung verwendet werden. Durch die Möglichkeit der Vielfacheinleuchtung wird die Dämpfung des Lichtwellenleiters praktisch ausgeschaltet, so daß Lichtwellenleiter beliebiger Länge ausgeleuchtet und für die Beleuchtung der Umgebung verwendet werden können.Farther can the light source elements according to the invention used for ambient lighting or ambient lighting. By the possibility The multiple illumination is the attenuation of the optical fiber practically turned off, so that optical fiber illuminated of any length and for the lighting of the environment can be used.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments in the drawings described in more detail. In the drawings show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen flächigen Lichtquellenelements für die Hinterleuchtung von Flüssigkristall-Displays; 1 a first embodiment of a planar light source element according to the invention for the backlighting of liquid crystal displays;

2 einen Querschnitt durch das Lichtquellenelement der 1 entlang der Linie II-II. 2 a cross section through the light source element of 1 along the line II-II.

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements, das vorliegend jedoch nicht beansprucht ist, für die Umgebungsbeleuchtung; 3 a second embodiment of a light source element according to the invention, but not claimed herein, for the ambient lighting;

4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements; 4a einen Querschnitt entlang einer Linie IV-IV in 4; 4 a third embodiment of a light source element according to the invention; 4a a cross section along a line IV-IV in 4 ;

5 eine spezielle Form des Ausführungsbeispiels der 4. 5 a special form of embodiment of the 4 ,

In der 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements 10 dargestellt, wie es beispielsweise zur Hinterleuchtung eines Flüssigkristall-Displays verwendet werden kann. In 2 ist das Lichtquellenelement in einem Querschnitt entlang der Linie II-II in der 1 zusammen mit einem Flüssigkristallelement dargestellt.In the 1 is an embodiment of a light source element according to the invention 10 as it can be used for example for backlighting a liquid crystal display. In 2 is the light source element in a cross section along the line II-II in the 1 shown together with a liquid crystal element.

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 geformt werden kann. Das in diesen Lichtwellenleiter 1 eingekoppelte Licht wird homogen über die rechteckige Fläche verteilt und einer (nicht dargestellten) Anzeigefläche eines Flüssigkristall-Displays zugeführt. Zu diesem Zweck ist der Lichtwellenleiter 1 allseitig von Reflektoren 4 umgeben, durch welche die auftreffende Lichtstrahlung diffus zurückgeworfen wird.The core of the light source element 10 of the 1 is a planar optical waveguide 1 which in principle consists of any transparent material, e.g. B. from a thermoplastic resin such as acrylic resin, polycarbonate resin, or also from Plexiglas or PMMA can be formed. That in this fiber optic cable 1 Coupled light is distributed homogeneously over the rectangular area and fed to a (not shown) display surface of a liquid crystal display. For this purpose, the optical fiber 1 on all sides of reflectors 4 surrounded by which the incident light radiation is reflected diffusely.

Die Lichteinkopplung erfolgt über Lichteinkopplungseinheiten 5, die an den Längsseitenflächen 1C und 1D des Lichtquellenelements 10 angebracht sind, und die jeweils aus einem Öffnungsbereich 5B des jeweiligen Reflektors 4 und einer Lichtquelle 5A bestehen. Die Lichtquelle 5A ist beispielsweise eine Halbleiter-Lichtemissionsdiode (LED) für eine monochrome Hinterleuchtung, kann aber auch eine Weißlichtquelle wie eine Halogenleuchte oder dergleichen sein. In einer speziellen Ausführungsform kann eine UV-Strahlungsquelle verwendet werden, wobei dann die Ober- und Unterseiten des Lichtwellenleiters mit einem phosphoreszierenden Material beschichtet werden. Die Lichtquelle 5A ist derart angeordnet, daß die Lichtstrahlung in einem bestimmten schiefen Winkel zu einer Hauptachse des Lichtwellenleiters 1 in diesen eingestrahlt wird. Der Einstrahlwinkel kann dabei beliebig eingestellt werden.The light is input via light coupling units 5 on the longitudinal side surfaces 1C and 1D the light source element 10 are attached, and each of an opening area 5B of the respective reflector 4 and a light source 5A consist. The light source 5A For example, a semiconductor light emitting diode (LED) for monochrome backlighting may be a white light source such as a halogen lamp or the like. In a specific embodiment, a UV radiation source can be used, in which case the upper and lower sides of the optical waveguide are coated with a phosphorescent material. The light source 5A is arranged so that the light radiation in a certain oblique Angle to a major axis of the optical fiber 1 is irradiated in these. The angle of incidence can be set arbitrarily.

Die 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der auf der Längsseitenfläche 1C vier Lichteinkopplungseinheiten und auf der gegenüberliegenden Längsseitenfläche 1D zwei Lichteinkopplungseinheiten an den Lichtwellenleiter 1 angebaut sind.The 1 shows an embodiment in which on the longitudinal side surface 1C four light coupling units and on the opposite longitudinal side surface 1D two light coupling units to the optical waveguide 1 are grown.

Das Ausführungsbeispiel der 1 sieht vor, daß bei jeder Lichteinkopplungseinheit ein dreieckförmiger Vorsprung des Lichtwellenleiters 1 vorhanden ist. Eine Seitenfläche dieses Vorsprungs ist mit einem Reflektor 4 bedeckt, während die andere Seitenfläche nach außen freiliegt und somit den Öffnungsbereich 5B bildet.The embodiment of 1 provides that in each Lichteinkopplungseinheit a triangular projection of the optical waveguide 1 is available. A side surface of this projection is provided with a reflector 4 covered, while the other side surface exposed to the outside and thus the opening area 5B forms.

In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind in vorteilhafter Weise auch die Stirnflächen 1E und 1F mit Reflektoren bedeckt. damit kein Licht an den Stirnseiten ausgekoppelt wird.In the embodiment of 1 are also advantageously the faces 1E and 1F covered with reflectors. so that no light is decoupled at the end faces.

Die Reflektoren 4 sind vorzugsweise einstückig geformt und durch Spritzguß aus Pocan® (thermisches Polyester auf der Basis von Polybutylenterephtalat) 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.The reflectors 4 are preferably integrally formed and injection molded from Pocan ® (thermal polyester based on polybutylene terephthalate). This material is white and forms an ideal diffuse reflector. However, it is also conceivable to apply a foil material as a reflector. This can be z. Example, be a film based on polycarbonate, which is coated or printed with white paint. To simplify the manufacturing process even further, the film could also already during the injection molding of the optical waveguide 10 be applied by the mold of the injection molding apparatus is designed with the film before injection molding. After curing of the plastic compound, the film adheres to the waveguide and can be removed together with this from the injection molding apparatus.

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.The homogenization of the luminance is in principle as well as in the EP 0 500 960 A1 with a variable area ratio of light-scattering and flat surfaces brought about on the light exit surface 1A and / or the surface opposite this 1B of the optical fiber 1 or molded on both.

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 Flä chen 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.In the 2 are merely exemplary in the light exit surface 1A of the optical fiber 1 shaped light-scattering surfaces 6 and flat surfaces 7 indicated. The area ratio of the flat areas 7 to the light-scattering surfaces 6 depends on the luminance at the respective location in the optical waveguide 1 from. In areas of relatively high luminance in the optical waveguide 1 For example, a relatively high area ratio is set while this proportion is set low in areas of relatively low luminance. For the shape of the light-scattering surfaces 6 There are several options. A particularly simple method of production is the generation of roughened areas by sanding off the respective surface. At areas where the luminance is low, the surface is sandblasted to make the incident light scatter. The light-scattering areas 6 but also z. B. be small surveys, which are applied in a targeted manner as a dot matrix on the surface. The density distribution in the dot matrix can be determined, for example, by a simulation program in which essentially the dimensions of the optical waveguide 1 and the locations and intensities of the light input and the reflection ratios are input.

In der 2 ist zusätzlich ein Flüssigkristallelement 9 dargestellt, welches oberhalb der Lichtaustrittsfläche 1A des Lichtwellenleiters 1 angeordnet ist und von dieser mittels Abstandshaltern getrennt.In the 2 is additionally a liquid crystal element 9 shown, which above the light exit surface 1A of the optical fiber 1 is arranged and separated from it by means of spacers.

In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtquellenelements 20 in einer Explosionsdarstellung von der Seite dargestellt. Dieses stellt gleichzeitig die zweite Ausführungsform der Erfindung dar, bei der die Lichteinkopplung nicht über die Längsseitenflächen sondern über die der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegende Oberfläche erfolgt. Diese zweite Ausführungsform ist vorliegend jedoch nicht beansprucht.In the 3 is a second embodiment of a light source element according to the invention 20 shown in an exploded view from the side. This simultaneously represents the second embodiment of the invention, in which the light coupling does not take place over the longitudinal side surfaces but over the surface opposite the light exit surface. However, this second embodiment is not claimed herein.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die der Lichtaustrittsfläche 21A gegenüberliegende Oberfläche 21B und die Längsseitenflächen eines Lichtwellenleiters 21 mit Reflekto ren 24 bedeckt. Für diese Reflektoren gelten die Ausführungen für das erste Ausführungsbeispiel, d. h. vorzugsweise sind diese einstückig geformt, so daß durch sie praktisch ein wannenförmiger Kanal gebildet wird, in den der Lichtwellenleiter 21 eingesetzt wird. In der der Lichtaustrittsfläche 21A gegenüberliegenden Oberfläche 21B sind Öffnungsbereiche 25B geformt, in die der Lichtwellenleiter 21 mit dreieckförmigen Vorsprüngen eingreift. Vor diesen Öffnungsbereichen 25B sind wiederum Lichtquellen 25A derart angeordnet, daß sie in schiefem Winkel zu einer Haupt- oder Längsachse des Lichtwellenleiters 21 in diesen eingekoppelt wird. Die Öffnungsbereiche 25B in der reflektierenden Schicht 24 und die jeweils zugehörigen Lichtquellen 25A bilden eine Mehrzahl von Lichteinkopplungseinheiten 25. Für die Anordnung dieser Lichteinkopplungseinheiten 25 steht nunmehr die gesamte, der Lichtaustrittsfläche 21A gegenüberliegende Oberfläche 21B zur Verfügung, so daß eine Vielzahl davon vorgesehen werden kann.As in the first embodiment, those of the light exit surface 21A opposite surface 21B and the longitudinal side surfaces of an optical waveguide 21 with reflectors 24 covered. For these reflectors, the statements apply to the first embodiment, ie, preferably, these are integrally formed, so that practically a trough-shaped channel is formed by them, in which the optical waveguide 21 is used. In the light exit area 21A opposite surface 21B are opening areas 25B shaped, in which the optical waveguide 21 engages with triangular projections. Before these opening areas 25B are again light sources 25A arranged such that it is at an oblique angle to a main or longitudinal axis of the optical waveguide 21 is coupled into this. The opening areas 25B in the reflective layer 24 and the respective associated light sources 25A form a plurality of light coupling units 25 , For the arrangement of these light coupling units 25 now stands the entire, the light exit surface 21A opposite surface 21B available, so that a variety of which can be provided.

Auch bei dieser Ausführungsform können zur Homogenisierung der Lichtstrahlung lichtstreuende und ebene Flächen in einem variablen Verhältnis auf der Lichtaustrittsfläche vorgesehen sein, wie dies im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Die Lichtquellen können LEDs oder polychrome Weißlichtquellen sein.Also in this embodiment can scatter to homogenize the light radiation de and flat surfaces may be provided in a variable ratio on the light-emitting surface, as described in connection with the first embodiment. The light sources may be LEDs or polychrome white light sources.

Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise als ein langgestrecktes Lichtquellenelement zur ambienten Umgebung verwendet werden. Insbesondere können mehrere der gezeigten Einheiten zur Herstellung einer beliebigen Länge hintereinander angeordnet werden.This in 3 For example, the illustrated embodiment may be used as an elongated light source element for ambient environment. In particular, several of the units shown can be arranged one behind the other to produce any desired length.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel gehört zu der ersten Ausführungsform der Erfindung, da hier das Licht wiederum an den Längsseitenflächen des Lichtquellenelements eingekoppelt wird. Dargestellt ist ein Teil des Lichtquellenelements 30, das im Prinzip in beliebiger Länge geformt werden kann. Das Licht quellenelement 30 kann beispielsweise zur ambienten Beleuchtung oder Umgebungsbeleuchtung eingesetzt werden.Another embodiment is in 4 shown. This embodiment belongs to the first embodiment of the invention, since the light is in turn coupled to the longitudinal side surfaces of the light source element. Shown is a part of the light source element 30 which in principle can be shaped in any length. The light source element 30 can be used, for example, for ambient lighting or ambient lighting.

In 4a ist das Lichtquellenelement 30 im Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 4 dargestellt. Der Lichtwellenleiter 31 weist demnach eine Lichtaustrittsfläche 31A auf und ist an der gegenüberliegenden Oberfläche und den Längsseitenflächen mit Reflektoren 34 bedeckt. Für diese gelten dieselben Aussagen wie für die vorgenannten Ausführungsbeispiele. Der Reflektor 34 ist entlang einer Längsseitenfläche in bestimmten Öffnungsbereichen 35B unterbrochen, vor welchen Lichtquellen 35A derart angeordnet sind, daß die von ihnen emittierte Lichtstrahlung in einem schiefen Winkel zur Längsachse des Lichtwellenleiters 30 in diesen eindringt. Die Öffnungsbereiche 35B in dem Reflektor 34 und die davor angebrachten Lichtquellen 35A bilden Lichteinkopplungseinheiten 35. Die Lichtquellen 35 können – wie schon in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen – aus LEDs oder polychromen Weißlichtquellen gebildet werden.In 4a is the light source element 30 in cross-section along the line IV-IV in 4 shown. The optical fiber 31 therefore has a light exit surface 31A on and is on the opposite surface and the longitudinal side surfaces with reflectors 34 covered. For these same statements apply as for the aforementioned embodiments. The reflector 34 is along a longitudinal side surface in certain opening areas 35B interrupted, in front of which light sources 35A are arranged such that the light radiation emitted by them at an oblique angle to the longitudinal axis of the optical waveguide 30 penetrates into these. The opening areas 35B in the reflector 34 and the light sources in front of it 35A form light coupling units 35 , The light sources 35 can - as in the previous embodiments - are formed from LEDs or polychromatic white light sources.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Reflektor 34 ein Stück weit von der in dem Öffnungsbereich 35B freiliegenden Oberfläche des Lichtwellenleiters 31 in diesen eindringt. Dadurch kann die Ausbildung von hellen Leuchterscheinungen ("hot spots") im Lichtwellenleiter 31 im Nahbereich der Lichtquelle 35 vermieden werden. Als weiterhin günstig für die Lichteinkopplung erweist sich im Übrigen die abgerundete Form der für die Bildung der Öffnungsbereiche 35B schräg gestellten Reflektorflächen. Dies gilt auch für die Ausführungsform nach 3.It has proved to be particularly advantageous if the reflector 34 a little way from the one in the opening area 35B exposed surface of the optical waveguide 31 penetrates into these. As a result, the formation of bright luminous phenomena ("hot spots") in the optical waveguide 31 in the vicinity of the light source 35 be avoided. As a further favorable for the light coupling proves, moreover, the rounded shape of the formation of the opening areas 35B slanted reflector surfaces. This also applies to the embodiment according to 3 ,

Auch bei dieser Art von Lichtquellenelementen spielt die Lichtdämpfung praktisch keine Rolle mehr und es können Lichtquellenelemente beliebiger Form und Länge geformt werden.Also In this type of light source elements, the light attenuation plays practically no longer matter and it can Be formed light source elements of any shape and length.

In 5 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten Lichtquellenelements dargestellt. Dieses weist eine geschlossene Form auf, wobei an seiner inneren Umfangsfläche eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Lichteinkopplungseinheiten 45 vorgesehen sind (die Lichtquellen sind nicht dargestellt). Die Struktur und der Aufbau des Lichtwellenleiters 40 sind wie in 4 dargestellt. Die spezielle Form des geschlossenen Rings kann beliebig gewählt werden.In 5 is a special embodiment of the in 4 shown light source element shown. This has a closed shape, wherein on its inner circumferential surface a plurality of successively arranged Lichteinkopplungseinheiten 45 are provided (the light sources are not shown). The structure and structure of the optical fiber 40 are like in 4 shown. The special form of the closed ring can be chosen arbitrarily.

11
Lichtwellenleiteroptical fiber
1A1A
LichtaustrittsflächeLight-emitting surface
1B1B
Oberflächesurface
1C1C
LängsseitenflächeLongitudinal side face
1D1D
LängsseitenflächeLongitudinal side face
1E1E
Stirnflächeface
1F1F
Stirnflächeface
44
Reflektorreflector
55
LichteinkoppeleinheitLichteinkoppeleinheit
5A5A
Lichtquellelight source
5B5B
Öffnungsbereichopening area
1010
LichtquellenelementLight source element
2020
LichtquellenelementLight source element
2121
Lichtwellenleiteroptical fiber
2424
Reflektorreflector
2525
LichteinkoppeleinheitLichteinkoppeleinheit
25A25A
Lichtquellelight source
25B25B
Öffnungsbereichopening area
3030
Lichtwellenleiteroptical fiber
3434
Reflektorreflector
3535
LichteinkoppeleinheitLichteinkoppeleinheit
35A35A
Lichtquellelight source
35B35B
Öffnungsbereichopening area
4040
LichtquellenelementLight source element
4545
LichteinkoppeleinheitLichteinkoppeleinheit

Claims (12)

Lichtquellenelement (10, 20, 30 40) mit einem Lichtwellenleiter (1, 21, 31), der eine Lichtaustrittsfläche (1A, 21A, 31A), eine der Lichtaustrittsfläche (1A) gegenüberliegende Oberfläche (1B, 21B, 31B) und die Lichtaustrittsfläche (1A, 21A, 31A) und die gegenüberliegende Oberfläche (1B, 21B, 31B) verbindende Längsseitenflächen (1C, 1D) aufweist, wobei die der Lichtaustrittsfläche (1A) gegenüberliegende Oberfläche (1B, 21B, 31B) und die Längsseitenflächen (1C, 1D) jeweils mit Licht reflektierenden oder diffus zurückwerfenden Reflektoren (4, 24, 34) bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längsseitenflächen (1C, 1D) des Lichtwellenleiters (1, 21, 31) mindestens eine Lichteinkopplungseinheit (5, 25, 35, 45) angeordnet ist, welche einen Öffnungsbereich (5B, 25B, 35B) des jeweiligen Reflektors (4, 24, 34) und eine vor dem Öffnungsbereich (5B) angeordnete Lichtquelle (5A, 25A, 35A) derart aufweist, daß die im Betrieb von der Lichtquelle (5A) emittierte Lichtstrahlung mit einem schiefen Winkel in den Lichtwellenleiter (1, 21, 31) eindringt.Light source element ( 10 . 20 . 30 40 ) with an optical waveguide ( 1 . 21 . 31 ), which has a light exit surface ( 1A . 21A . 31A ), one of the light exit surface ( 1A ) opposite surface ( 1B . 21B . 31B ) and the light exit surface ( 1A . 21A . 31A ) and the opposite surface ( 1B . 21B . 31B ) connecting longitudinal side surfaces ( 1C . 1D ), wherein the light exit surface ( 1A ) opposite surface ( 1B . 21B . 31B ) and the longitudinal side surfaces ( 1C . 1D ) each with light reflecting or diffusely reflecting reflectors ( 4 . 24 . 34 ) are covered, characterized in that on the longitudinal side surfaces ( 1C . 1D ) of the optical waveguide ( 1 . 21 . 31 ) at least one light coupling unit ( 5 . 25 . 35 . 45 ) which has an opening area ( 5B . 25B . 35B ) of the respective reflector ( 4 . 24 . 34 ) and one in front of the opening area ( 5B ) arranged light source ( 5A . 25A . 35A ) such that, in operation, the light source ( 5A ) emitted light radiation at an oblique angle in the optical waveguide ( 1 . 21 . 31 ) penetrates. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – in mindestens einer Längsseitenfläche (1C, 1D) des Lichtwellenleiters (1, 21, 31) mindestens ein dreieckförmiger Vorsprung geformt ist, – dessen eine Seitenfläche von einem Reflektor (4, 24, 34) bedeckt ist und – dessen andere Seitenfläche nach außen freiliegt und somit den Öffnungsbereich (5B, 25B, 35B) bildet.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1, characterized in that - in at least one longitudinal side surface ( 1C . 1D ) of the optical waveguide ( 1 . 21 . 31 ) is formed at least one triangular projection, - whose one side surface of a reflector ( 4 . 24 . 34 ) is covered and - whose other side surface is exposed to the outside and thus the opening area ( 5B . 25B . 35B ). Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Lichtaustrittsfläche (1A) und/oder die ihr gegenüberliegende Oberfläche (1B) des Lichtwellenleiters (1) licht streuende Abschnitte (6) und ebene Abschnitte (7) aufweist.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1, characterized in that - the light exit surface ( 1A ) and / or its opposite surface ( 1B ) of the optical waveguide ( 1 ) light-scattering sections ( 6 ) and planar sections ( 7 ) having. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Reflektoren (4, 24, 34) einstückig miteinander verbunden sind.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1, characterized in that - the reflectors ( 4 . 24 . 34 ) are integrally connected. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß – das Material der Reflektoren (4, 24, 34) spritzgußfähig ist und die Reflektoren (4, 24, 34) im Spritzguß hergestellt sind.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1 or 4, characterized in that - the material of the reflectors ( 4 . 24 . 34 ) is injection-moldable and the reflectors ( 4 . 24 . 34 ) are produced by injection molding. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – das Material der Reflektoren (4, 24, 34) aus einem thermoplastischen Polyester, insbesondere auf der Basis von Polybutylenterephtalat, geformt ist.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1, characterized in that - the material of the reflectors ( 4 . 24 . 34 ) is molded from a thermoplastic polyester, in particular based on polybutylene terephthalate. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – das Material der Reflektoren (4, 24, 34) Pocan® ist.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1, characterized in that - the material of the reflectors ( 4 . 24 . 34 ) Pocan ® is. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die Reflektoren (4, 24, 34) aus einem Folienmaterial, insbesondere auf der Basis von Polycarbonat, geformt sind und das Folienmaterial mit weißer Farbe beschichtet oder bedruckt ist.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to claim 1, characterized in that - the reflectors ( 4 . 24 . 34 ) are formed from a film material, in particular based on polycarbonate, and the film material is coated or printed with white paint. Lichtquellenelement (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – es einen geschlossenen Ring bildet.Light source element ( 40 ) according to claim 1, characterized in that - it forms a closed ring. Lichtquellenelement (10, 20, 30, 40) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – die mindestens eine Lichtquelle (5, 25, 35, 45) eine Halbleiter-Lichtemissionsdiode ist.Light source element ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that - the at least one light source ( 5 . 25 . 35 . 45 ) is a semiconductor light emitting diode. Flüssigkristall-Display mit einem Lichtquellenelement (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – auf der Seite der Lichtaustrittsfläche (1A) ein Flüssigkristallelement (9) angeordnet ist.Liquid crystal display with a light source element ( 10 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that - on the side of the light exit surface ( 1A ) a liquid crystal element ( 9 ) is arranged. Flüssigkristall-Display nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß – das Flüssigkristallelement (9) durch Abstandshalter von der Lichtaustrittsfläche (1A) beabstandet gehaltert ist.Liquid crystal display according to claim 11, characterized in that - the liquid crystal element ( 9 ) by spacers from the light exit surface ( 1A ) is held at a distance.
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