DE60224038T2

DE60224038T2 - Kompaktes verlichtungssystem und zugehörige anzeige

Info

Publication number: DE60224038T2
Application number: DE60224038T
Authority: DE
Inventors: Christoph G. Hoelen; Nicola B. Pfeffer; Antonius J. Van Hees
Original assignee: Philips Lumileds Lighing Co LLC
Current assignee: Lumileds LLC
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: US6951401B2; DE60224038D1; CN1511240A; JP4049267B2; CN1276298C; WO2002097324A1; TWI223701B; KR20030023726A; US20050007753A1; EP1397610A1; JP2004527096A; KR100856814B1; EP1397610B1; ATE380977T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Anzeigeeinrichtung, welches mit einer Lichtquelle und einem Licht emittierenden Panel versehen ist.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine das Beleuchtungssystem aufweisende Anzeigeeinrichtung.
Beleuchtungssysteme dieser Art sind an sich bekannt und werden alternativ als Kantenbeleuchtungssysteme bezeichnet. Sie werden u. a. als Hintergrundbeleuchtung bei (Bild) Anzeigeeinrichtungen, zum Beispiel bei Fernsehempfängern und Monitoren, eingesetzt. Solche Beleuchtungssysteme eignen sich besonders zur Verwendung als Hintergrundbeleuchtung für nicht emittierende Anzeigen, wie z. B. Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen, ebenfalls als LCD-Panels bezeichnet, welche bei (tragbaren) Computer oder (schnurlosen) Telefonen verwendet werden.
Die Anzeigeeinrichtungen weisen im Allgemeinen ein Substrat auf, welches mit einer regelmäßigen Struktur aus Pixeln versehen ist, die jeweils von mindestens einer Elektrode gesteuert werden. Die Anzeigeeinrichtung umfasst einen Steuerschaltkreis, um ein Bild oder eine datengraphische Darstellung in einem relevanten Feld eines (Bild) Schirms der (Bild) Anzeigeeinrichtung zu reproduzieren. Bei einer LCD-Einrichtung wird das von der Hintergrundbeleuchtung ausgehende Licht mit Hilfe eines Schalters oder eines Modulators moduliert, wobei verschiedene Arten von Flüssigkristalleffekten angewandt werden. Darüber hinaus kann die Anzeige auf elektrophoretischen oder elektromechanischen Effekten basieren.
Bei den Beleuchtungssystemen der eingangs erwähnten Art wird gewöhnlich eine röhrenförmige Quecksilberniederdruck-Entladungslampe, zum Beispiel eine oder mehrere Kaltkatoden-Fluoreszenzlampen (CCFL), als Lichtquelle verwendet, wobei das von der Lichtquelle bei Betrieb emittierte Licht in das Licht emittierende Panel, welches als optischer Wellenleiter dient, eingekoppelt wird. Dieser optische Wellenleiter bildet im Allgemeinen ein verhältnismäßig dünnes und flaches Panel, welches zum Beispiel aus einem Kunstharzmaterial oder Glas besteht, wobei unter dem Einfluss innerer (Total) Reflexion Licht durch den optischen Wellenleiter transportiert wird.
Ein solches Beleuchtungssystem kann ebenfalls mit einer alternativen Lichtquelle in Form mehrerer optoelektronischer Elemente, ebenfalls als elektrooptische Elemente bezeichnet, wie z. B. Elektrolumineszenzelemente, zum Beispiel Licht emittierende Dioden (LEDs), versehen sein. Diese Lichtquellen sind im Allgemeinen in der Nähe eines lichtdurchlässigen Randbereichs des Licht emittierenden Panels oder in Angrenzung an diesen vorgesehen, so dass von der Lichtquelle ausgehendes Licht bei Betrieb auf den lichtdurchlässigen Randbereich auftrifft und sich in dem Panel verteilt.
US 6 039 452 offenbart eine flache Lichtquelle mit einer U-förmigen Konfiguration, welche eine im Wesentlichen gleichmäßige Oberflächenbeleuchtung einer Anzeigeeinrichtung vorsieht. Die flache Lichtquelle weist ein erstes Lichttransmissionspanel, welches zur Beleuchtung der Anzeigeeinrichtung eingesetzt wird, sowie ein zweites Lichttransmissionsspanel bzw. -film, welches bzw. welcher in Angrenzung an das erste Lichttransmissionspanel und parallel zu diesem angeordnet ist, auf. Die Lichtquelle ist in Angrenzung an Seitenanschlüsse des ersten bzw. zweiten Lichttransmissionspanels vorgesehen, um beiden Lichttransmissionspanels Licht zuzuführen. An den gegenüberliegenden Seitenanschlüssen der Lichttransmissionspanels befinden sich Lichtkopplungsmittel, um das Licht von dem zweiten Lichttransmissionspanel zu der Seite des ersten Lichttransmissionspanels, welche der Seite gegenüberliegt, auf der das Licht der Lichtquelle eine virtuelle, zweite Lichtquelle bildet, auszubreiten. Somit empfängt das erste Lichttransmissionspanel, welches das Display beleuchtet, das Licht der Lichtquelle auf der einen Seite direkt und auf der anderen Seite über das zweite Lichttransmissionspanel, um die Lumineszenzgleichmäßigkeit zu verbessern. JP 9-325336 , welches US 6 039 452 sehr ähnlich ist, offenbart einige weitere Ausführungsbeispiele der Kopplungsmittel.
US-A 5 921 652 offenbart ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines LCD-Panels. Für die Lichtquelle werden Licht emittierende Dioden (LEDs) eingesetzt, welche Licht über einen so genannten Lichtdurchgangsbereich in ein Licht emittierendes Panel, ebenfalls als Lichtleiter bezeichnet, einkoppeln. In dem Lichtdurchgangsbereich wird das Licht gemischt.
Ein Beleuchtungssystem der oben erwähnten Art hat den Nachteil, dass zur Mischung von Licht zuviel Raum erforderlich ist.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, den oben erwähnten Nachteil zu beheben. Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 vorgesehen. Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 16 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen definiert.
Ein kompaktes Beleuchtungssystem wird vorgesehen, indem das Lichtmischpanel so angeordnet wird, dass es sich im Wesentlichen parallel zu dem Licht emittierenden Panel erstreckt. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass eine (Bild) Anzeigeeinrichtung so kompakt wie möglich ist, d. h. die den (LCD) Bildschirm umgebenden Ränder den geringstmöglichen Platz einnehmen. Abgesehen von einer Materialersparnis und infolgedessen einer Kostenersparnis können ebenfalls verschiedene Bildschirme nebeneinander (in einer Ebene) positioniert werden, wobei die Bildschirme so angeordnet sind, dass sie einander im Wesentlichen kontaktieren. Darüber hinaus muss die (elektrische) Ansteuerung (zur Ansteuerung der Pixel) der Anzeigeeinrichtung so angeordnet sein, dass sie das Beleuchtungssystem umgeht; wenn das Beleuchtungssystem jedoch zuviel Platz einnimmt, können diese (Standard) Treiberleitungen zu kurz sein. Sollte das Lichtmischpanel gegenüber dem Licht emittierenden Panel so angeordnet sein, wird der wichtige, zusätzliche Vorteil erreicht, dass die Länge des Lichtmischpanels ausreicht, um das Licht, welches von der Lichtquelle mit zum Beispiel einer oder mehreren LEDs aus zum Beispiel verschiedenen Farben ausgeht, zufrieden stellend zu mischen.
Aufgrund der Maßnahme gemäß der Erfindung wird die Verteilungsgleichmäßigkeit des von dem Beleuchtungssystem emittierten Lichts verbessert. Infolgedessen wird eine gleichmäßigere Beleuchtung der (Bild) Anzeigeeinrichtung erreicht.
Aufgrund der Tatsache, dass das Lichtmischpanel und das Licht emittierende Panel so angeordnet sind, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, werden verhältnismäßig kompakte Ausführungen der Lichttransportkammer möglich. Um dieses zu erreichen, ist ein Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems dadurch gekennzeichnet, dass die Lichttransportkammer eine elliptische geformte, reflektive Innenwand aufweist. Eine solche Lichttransportkammer transportiert das von dem Lichtmischpanel ausgehende Licht auf effiziente Weise zu dem Licht emittierenden Panel. Der Vorteil einer Lichttransportkammer mit einer elliptisch geformten Innenwand liegt darin, dass eine „flache" Ellipse einen verhältnismäßig geringen Platz einnimmt.
Durch geeignetes Positionieren der elliptisch geformten Innenwand der Lichttransportkammer gegenüber dem Lichtmischpanel und dem Licht emittierenden Panel wird Licht auf effiziente Weise von dem Lichtmischpanel zu dem Licht emittierenden Panel transportiert. Um dieses zu erreichen, ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems so vorgesehen, dass sich der erste Fokus der Ellipse in oder zumindest in der Nähe des Lichtausgangsrandbereichs des Lichtmischpanels und der zweite Fokus der Ellipse in oder zumindest in der Nähe des lichtdurchlässigen Randbereichs des Licht emittierenden Panels befinden.
Durch eine geeignete Wahl der Form der reflektiven, elliptischen Innenwand der Lichttransportkammer kann das Licht auf effiziente Weise von dem Lichtmischpanel zu dem Licht emittierenden Panel transportiert werden. Um dieses zu erreichen, ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge der kurzen Achse der Ellipse zu der Länge der langen Achse der Ellipse in dem Bereich von
liegt, wobei a die halbe Länge der kurzen Achse der Ellipse und b die halbe Länge der langen Achse der Ellipse darstellen.
Je kleiner das Verhältnis a/b gewählt wird, desto kompakter kann die Lichttransportkammer ausgeführt werden. Bei einem Verhältnis von a/b < 0,4 nimmt die Lichttransporteffizienz ab. Bei dem Verhältnis von a/b < 0,4 besteht ebenfalls erhöhte Gefahr, dass Lichtstrahlen zu dem Lichtmischpanel zurückgeworfen werden. Bei einem Verhältnis von a/b > 1 wird die physikalische Größe der Lichttransportkammer unattraktiv.
Günstiger ist es, wenn das Verhältnis von a/b nicht zu klein gewählt wird, wobei gleichzeitig darauf zu achten ist, dass die Dimensionen der Lichttransportkammer nicht übermäßig groß werden. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der halben Länge der kurzen Achse der Ellipse zu der halben Länge der langen Achse der Ellipse in dem Bereich von
In einem bestimmten Ausführungsbeispiel der Lichttransportkammer mit einer elliptisch geformten, reflektiven Innenwand ist die Innenwand der Lichttransportkammer zumindest im Wesentlichen kreisförmig, wobei sich der Mittelpunkt des Kreises zwischen dem Lichtausgangsrandbereich des Lichtmischpanels und dem lichtdurchlässigen Randbereich des Licht emittierenden Panels befindet. Ein Kreis ist eine bestimmte Ausführungsform einer Ellipse, wobei a = b. Eine solche Form der Lichttransportkammer ist insbesondere dann günstig, wenn der Abstand zwischen dem Lichtmischpanel und dem Licht emittierenden Panel sehr klein ist. Dieses kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass das Lichtmischpanel und das Licht emittierende Panel so angeordnet werden, dass diese einen kleinen Winkel einschließen, so dass das Lichtmischpanel und das Licht emittierende Panel an der Stelle des Lichtausgangsrandbereichs des Lichtmischpanels und des Lichteingangsrandbereichs des Licht emittierenden Panels (im Wesentlichen) miteinander in Kontakt stehen.
Abgesehen von einer Lichttransportkammer mit einer elliptisch geformten, reflektiven Innenwand sind alternative Ausführungsbeispiele der Lichttransportkammer möglich. Ein alternatives Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichttransportkammer zwei lichtdurchlässige Prismen aufweist. Es ist bekannt, dass Licht, welches in einem bestimmten Winkel auftrifft, von Prismen in einem Winkel von 90° auf effiziente Weise erneut emittiert wird. In einem Lichtmischpanel, welches so angeordnet ist, dass es sich im Wesentlichen parallel zu dem Licht emittierenden Panel erstreckt, bewirken zwei aufeinander folgende Prismen, zwischen denen sich ein Luftzwischenraum befinden kann, dass aus dem Lichtmischpanel ausgekoppeltes Licht auf effiziente Weise wieder in das Licht emittierende Panel eingekoppelt werden kann. Eine Lichttransportkammer mit zwei Prismen hat den Vorteil, dass eine solche Ausführung verhältnismäßig wenig Raum einnimmt.
Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichttransportkammer eine facettierte, reflektive Innenwand aufweist. Mehrfach facettierte Innenwände gleichen optisch elliptisch geformten Innenwänden. Sie nehmen verhältnismäßig wenig Platz ein und können leicht hergestellt werden, da lediglich ein verhältnismäßig kleiner Teil der Wand zu biegen ist. Es ist bekannt, dass hoch reflektive Spiegel nach Biegen zuweilen eine reduzierte, spiegelnde Reflexionskomponente aufweisen. Dieser Effekt wird durch Facettierung verringert.
Wenn die Wanddicke des Lichtmischpanels von der Größe der Licht emittierenden Oberfläche der Lichtquelle abweicht, ist es wünschenswert, den Eintritt des von der Lichtquelle ausgehenden Lichts in das Lichtmischpanel zu verbessern. Um dieses zu erreichen, ist ein Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtkollimationselement zur Einkopplung von, von der Lichtquelle ausgehendem Licht in das Lichtmischpanel zwischen der Lichtquelle und dem Lichtmischpanel vorgesehen ist.
Im Allgemeinen ist das Lichtmischpanel rechteckig, so dass es dem Licht emittierenden Panel gleicht, dessen Dimensionen den Dimensionen des (Bild) Schirms der (Bild) Anzeigeeinrichtung entsprechen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems verengt sich das Lichtmischpanel in einer von dem Lichtausgangsrandbereich abgewandten Richtung. In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems sind zwei solche Lichtmischpanels oder mehr nebeneinander angeordnet. Dieses hat den Vorteil, dass die Lichtmischpanels mit solchen verhältnismäßig geringen Dimensionen weniger Platz einnehmen, und dass weniger Material erforderlich ist, was in einer Verringerung des Gewichts der Anzeigeeinrichtung resultiert.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems verengt sich das Lichtmischpanel in der Richtung des Lichtausgangsrandbereichs, so dass die LEDs das Licht durch den breitesten Randbereich, der sich quer zu dem Lichtausgangsrandbereich erstreckt, einführen. Alternativ sind zwei solche spiegelartige Mischpanels möglich, die nebeneinander vorgesehen sind, wodurch Licht durch zwei Randbereiche eingekoppelt werden kann.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems ist der Lichteingangsrandbereich des Lichtmischpanels so mit einer Struktur versehen, dass sich das Licht in dem Lichtmischpanel in größeren Winkeln ausbreitet, wodurch sich eine verbesserte Farbmischung und/oder Strahlungsleistungsgleichmäßigkeit ergibt, während der Lichtausgangsrandbereich des Lichtmischpanels so mit einer Struktur versehen ist, dass das auf diesen Randbereich auffallende Licht keiner inneren Totalreflexion unterworfen wird, oder aber die Struktur ist so vorgesehen, dass die reflektierenden Randbereiche keine innere Totalreflexion hervorrufen.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems sind die Lichtausgangsrandbereiche des Lichtmischpanels und die Lichteingangsrandbereiche des Licht emittierenden Panels in einem Winkel zueinander ausgerichtet. Ein sol ches Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die Effizienz der Lichttransportkammer erhöht wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems weist das Lichtmischpanel einen ersten und einen zweiten Teil mit jeweils einem ersten und zweiten Lichteingangsrandbereich und einem ersten und zweiten Lichtausgangsrandbereich auf, wobei zwischen dem jeweiligen ersten und zweiten Lichtmischpanelteil und dem Licht emittierenden Panel eine erste und zweite Lichttransportkammer angeordnet sind, um Licht von dem jeweiligen ersten und zweiten Lichtmischpanelteil zu dem Licht emittierenden Panel zu transportieren. Ein solches Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die Strahlungsleistungsgleichmäßigkeit weiter verbessert wird.
In einer ersten Version des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Lichtquelle von dem ersten und zweiten Lichtmischpanelteil gemeinsam genutzt. Dieses ist insbesondere bei einer von einer Vielzahl von LEDs gebildeten Lichtquelle von Vorteil, welche eine Strahlungscharakteristik in relativ großen, räumlichen Winkeln aufweist.
In einer zweiten Version des bevorzugten Ausführungsbeispiels weist die Lichtquelle einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, die mit dem jeweiligen ersten und zweiten Lichteingangsrandbereich verbunden sind. Auf diese Weise ist auf vorteilhafte Weise eine weitere Helligkeitszunahme erreichbar.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens drei Licht emittierende Dioden mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Lichtemissionswellenlänge aufweist, wobei die Lichtemissionswellenlängen unterschiedlich sind. Vorzugsweise weist die dem Lichteingangsrandbereich des Lichtmischpanels zugeordnete Lichtquelle Gruppen von blauen, grünen und roten Licht emittierenden Dioden auf.
Das Prinzip der Lichtmischung in einem Lichtmischpanel kann ebenfalls angewandt werden, um die Strahlungsleistungsverteilung zu vergleichmäßigen, wenn zum Beispiel weiße (Hochfluss) LEDs oder zwei Arten LEDs, von denen eine in zwei Lichtemissionswellenbereichen (zum Beispiel blau und grün) und die andere in einer anderen Lichtemissionswellenlänge (zum Beispiel rot) emittiert, eingesetzt werden. Folglich dient das Lichtmischpanel zwei Zwecken: der Vergleichmäßigung der von der diskreten (LED) Lichtquelle(n) ausgehenden Lichtverteilung sowie der Mischung der Farben, wenn Lichtquellen unterschiedlicher Farben verwendet werden. Es können LEDs mit zwei Lichtemissionswellenlängen vorgesehen werden, indem eine LED mit einem Leuchtstoff versehen wird und infolgedessen die Lichtemission des von der LED emittierten Lichts durch den Leuchtstoff in Licht einer anderen, gewünschten Lichtemissionswellenlänge umgewandelt wird. Zu diesem Zweck kann zur Erzeugung der anderen Farben zweckmäßigerweise insbesondere eine Kombination aus roten LEDs und Leuchtstoff-LEDs verwendet werden.
Der Einsatz von LEDs hat den zusätzlichen Vorteil, dass dynamische Beleuchtungsmöglichkeiten erreicht werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise ein Sensor zur Messung der optischen Eigenschaften des Lichts, welches bei Betrieb von der Lichtquelle emittiert wird, an dem Randbereich des Lichtmischpanels oder vorzugsweise an dem Randbereich des Licht emittierenden Panels vorgesehen. Werden verschiedene Arten von LEDs kombiniert und/oder LEDs unterschiedlicher Farben verwendet, können Farben in gewünschter Weise gemischt werden, um zum Beispiel zu bewirken, dass das Beleuchtungssystem weißes Licht mit einer gewünschten Farbtemperatur emittiert. Darüber hinaus können Farbänderungen unabhängig von dem Zustand der Anzeigeeinrichtung ermöglicht werden.
Die Menge des von den LEDs emittierten Lichts wird durch Variieren des Lichtstroms der Licht emittierenden Dioden geregelt. Eine Regelung des Lichtstroms findet im Allgemeinen in energieeffizienter Weise statt. Zum Beispiel können LEDs ohne merkliche Verringerung der Effizienz gedimmt werden. Vorzugsweise ist die Intensität des von den Licht emittierenden Dioden emittierten Lichts in Reaktion auf die Beleuchtungsstärke eines von der Anzeigeeinrichtung darzustellenden Bildes oder in Reaktion auf die Stärke des Umgebungslichts variabel. Vorzugsweise wird der Farbpunkt eines von der Anzeigeeinrichtung darzustellenden Bildes von dem Beleuchtungssystem bestimmt. Aufgrund dessen wird ein (verbesserter) Dynamikbereich (zum Beispiel Kontrast) des von der Anzeigeeinrichtung darzustellenden Bildes erreicht.
Aufgrund der Messung gemäß der Erfindung wird das von dem Beleuchtungssystem emittierte Licht gleichmäßiger verteilt. Infolgedessen wird eine gleichmäßigere Beleuchtung der (Bild) Anzeigeeinrichtung vorgesehen. Zudem kann durch ein Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung ein (lateral) kompakteres Beleuchtungssystem mit der gleichen Lichtgleichmäßigkeit vorgesehen werden.
Vorzugsweise weist das Beleuchtungssystem eine Steuerelektronik zur Änderung des Lichtstroms der Licht emittierenden Dioden auf. Durch eine geeignete Steuerelektronik können die gewünschten Farbtemperatureffekte erreicht werden. Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Steuerelektronik von dem Benutzer der Anordnung, von einem Sensor, der zum Beispiel die Farbtemperatur des Umgebungslichts misst, von einer Grafikkarte von zum Beispiel einem (Personal) Computer und/oder von Steuersoftware eines Computerprogramms beeinflusst werden kann.
Die Vorderseite oder vorzugsweise die Rückwand des Licht emittierenden Panels ist im Allgemeinen mit Mitteln versehen, um Licht aus dem Panel auszukoppeln. Diese Mittel zur Auskopplung von Licht werden ebenfalls als Ausgangselemente bezeichnet. Diese Mittel, die an sich bekannt sind, weisen (Strukturen von) Deformierungen auf. Die Mittel koppeln durch Reflexion, Streuung und/oder Brechung Licht aus den Licht emittierenden Panels aus. Die Mittel zur Auskopplung von Licht sind im Allgemeinen nicht gleichmäßig über der Rückwand des relevanten, Licht emittierenden Panels verteilt; stattdessen sind sie mit einem vorgegebenen Gradienten versehen, wodurch Licht aus dem relevanten, Licht emittierenden Panel so gleichmäßig wie möglich ausgekoppelt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – eine Seitenansicht einer Anzeigeeinrichtung mit einem Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung;
2A – einen Querriss eines alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung;
2B–2E – Seitenansichten verschiedener Ausführungsbeispiele des Lichtmischpanels von 2A;
3A – einen Querriss eines alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung:
3B–3D – einen Querriss verschiedener weiterer alternativer Ausführungsbeispiele des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung:
4A – einen Querriss eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung;
4B–4C – Seitenansichten verschiedener Ausführungsbeispiele des Lichtmischpanels von 4A;
5A – einen Querriss eines Details eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung:
5B – einen Querriss eines Details eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung; sowie
6 – eine graphische Darstellung, bei welcher die Kopplungseffizienz des Lichtstroms der 180° Ellipse als eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Länge der kurzen Achse der Ellipse und der langen Achse der Ellipse dargestellt ist.
Die Figuren sind rein schematisch, nicht jedoch maßstabsgetreu dargestellt. Zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung sind einige Dimensionen stark übertrieben wiedergegeben. Wann immer möglich, sind in den Figuren gleiche Teile durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Anzeigeeinrichtung mit einem Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem weist ein Licht emittierendes Panel 1 aus einem lichtdurchlässigen Material auf. Das Panel 1 besteht zum Beispiel aus einem Kunstharz, Acryl, Polycarbonat, PMMA, wie z. B. Perspex, oder aus Glas. Bei Betrieb wird unter dem Einfluss innerer Totalreflexion Licht durch das Panel 1 transportiert. Das Panel 1 weist eine Vorderwand 2 und eine der Vorderwand gegenüberliegende Rückwand 3 auf. Zwischen der Vorderwand 2 und der Rückwand 3 des Licht emittierenden Panels 1 befindet sich mindestens ein lichtdurchlässiger Randbereich 4. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Lichtquelle 6, zum Beispiel mehrere Licht emittierende Dioden (LEDs). Das Beleuchtungssystem weist zudem ein Lichtmischpanel 5 auf, um von der Lichtquelle 6 ausgehendes Licht zu mischen. Das Lichtmischpanel 5 ist mit einem Lichteingangsrandbereich 7 versehen, um von der Lichtquelle 6 ausgehendes Licht in das Lichtmischpanel 5 einzukoppeln. Das Lichtmischpanel 5 ist mit einem Lichtausgangsrandbereich 8 verbunden, um Licht aus dem Lichtmischpanel 5 auszukoppeln. In dem in 1 dargestellten Zustand fällt bei Betrieb von der Lichtquelle 6 ausgehendes Licht auf den Lichteingangsrandbereich 7 des Lichtmischpanels 5 auf, die das Licht in dem Lichtmischpanel 5 ausbreitet. In dem Beleuchtungssystem befindet sich zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel 1 eine Lichttransportkammer 9, um Licht von dem Lichtmischpanel 5 zu dem Licht emittierenden Panel 1 zu transportieren. Das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. In dem in 1 dargestellten Beispiel weist die Lichttransportkammer 9 eine elliptisch geformte, reflektive Innenwand 10 auf.
Das Licht emittierende Panel 1 emittiert bei Betrieb Licht in der Richtung der Anzeigeeinrichtung, zum Beispiel einer Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Einrichtung 12. Zu diesem Zweck ist die Rückwand 3 des Licht emittierenden Panels 1 mit Mitteln (in 1 nicht dargestellt; s. 2A) zur Auskopplung von Licht aus dem Licht emittierenden Panel 1 versehen.
Die Anordnung des Licht emittierenden Panels 1, der Lichtquelle 6, des Lichtmischpanels 5, der Lichttransportkammer 9 und der LCD-Einrichtung 12, bildet, unabhängig davon, ob diese in einem Gehäuse (in 1 nicht dargestellt) untergebracht sind oder nicht, eine Anzeigeeinrichtung zur Darstellung von z. B. (Video) Bildern.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems ist die geometrische Form des Licht emittierenden Panels und/oder Lichtmischpanels nicht durch rechte Winkel begrenzt. Wird davon ausgegangen, dass das Licht emittierende Panel und/oder das Lichtmischpanel durch eine Anordnung eines rechteckigen Blocks und eines Prismas dargestellt ist/sind, bildet(bilden) der Lichteingangsrandbereich des Licht emittierenden Panels und/oder der Lichtausgangsrandbereich des Lichtmischpanels die abfallende Seite des Prismas. Der Vorteil einer solchen Ausführung ist, dass die Effizienz, mit welcher der Lichtstrom durch die Lichttransportkammer gekoppelt wird, verbessert wird.
Die Lichtquelle 6 umfasst mehrere Licht emittierende Dioden (LEDs). Im Allgemeinen macht die Lichtquellenhelligkeit von LEDs viele Male diese von Leuchtstoffröhren aus. Zudem ist bei Verwendung von LEDs die Effizienz, mit welcher Licht in das Panel eingekoppelt wird, höher als bei Leuchtstoffröhren. Der Einsatz von LEDs als Lichtquelle hat den Vorteil, dass die LEDs Panels aus einem Kunstharzmaterial kontaktieren können. LEDs emittieren kaum Wärme in der Richtung des Licht emittierenden Panels 1 und emittieren keine schädliche (UV) Strahlung. Der Einsatz von LEDs hat den zusätzlichen Vorteil, dass auf Mittel, um von den LEDs ausgehendes Licht in das Panel einzukoppeln, verzichtet werden kann. Der Einsatz von LEDs führt vorzugsweise zu einem kompakteren Beleuchtungssystem. In dem Beleuchtungssystem können die LEDs passend ausgewählte Gruppen von roten, grünen und blauen LEDs oder geeignete andere Kombinationen aus ein- oder zweifarbigen LEDs oder aber mehrere weiße LEDs mit einer hohen Strahlungsleistung aufweisen.
Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen des Beleuchtungssystems verwendeten LEDs weisen jeweils vorzugsweise einen optischen Lichtstrom von mindestens 50 mW auf. LEDs mit einem solch hohen Lichtstrom werden alternativ als LED Power Packages bezeichnet. Beispiele von Leistungs-LEDs sind „Luxeon^TM" LEDs (Lumileds), wobei der Lichtstrom 35 lm bei roten LEDs, 20 lm bei grünen LEDs, 8 lm bei blauen LEDs und 40 lm bei bernsteinfarbenen LEDs beträgt.
In alternativen Ausführungsbeispielen können ebenfalls LEDs der Farbe Gelb, Bernstein, Cyan, Magenta und/oder Purpur eingesetzt werden, welche eine verhältnismäßig hohe Lichtleistung aufweisen (ob zwei spektrale Lichtemissionswellenlängen verwendet werden oder nicht). Ebenfalls besteht die Möglichkeit, mehrere weiße LEDs mit einer hohen Strahlungsleistung zu verwenden. In weiteren alternativen Ausführungsbeispielen können ebenfalls rote LEDs in Kombination mit blauen LEDs eingesetzt werden, welche mit einem Leuchtstoff versehen sind, wodurch bewirkt wird, dass letztere in zwei Spektralbereichen, d. h. einem blauen Band und einem grünen Band, emittieren.
Vorzugsweise werden die LEDs auf einer (Metallkern-)Leiterplatte (PCB) montiert. Werden Leistungs-LEDs auf einer solchen (Metallkern-)Leiterplatte (PCB) aufgebracht, kann die durch die LEDs erzeugte Wärme durch Wärmeleitung über die PCB leicht abgeführt werden. In einem interessanten Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems befindet sich die (Metallkern-)Leiterplatte über eine Wärme leitende Verbindung in Kontakt mit dem Gehäuse der Anzeigeeinrichtung.
Das Licht emittierende Panel 1 kann zusätzlich mit einem Sensor (in 1 nicht dargestellt) zum Messen der optischen Eigenschaften des Lichts versehen sein. Dieser Sensor ist zur geeigneten Anpassung des Lichtstroms der Lichtquelle 6 an die Steuerelektronik (in 1 nicht dargestellt) gekoppelt. Durch den Sensor und die Steuerelektronik kann ein Rückkopplungsmechanismus vorgesehen werden, welcher verwendet werden kann, um die Qualität und die Menge des aus dem Licht emittierenden Panel 1 ausgekoppelten Lichts zu verbessern.
Die in 1 dargestellte Lichttransportkammer 5 weist eine elliptisch geformte, reflektive Innenwand 10 auf. Vorzugsweise befinden sich der erste Fokus f₁ der Ellipse in oder zumindest in der Nähe des Lichtausgangsrandbereichs 8 des Lichtmischpanels 5 und der zweite Fokus f₂ der Ellipse in oder zumindest in der Nähe des lichtdurchlässigen Randbereichs 4 des Licht emittierenden Panels 1. Durch den elliptischen Spiegel wird das von dem Lichtmischpanel 5 ausgehende Licht auf effiziente Weise zu dem Licht emittierenden Panel 1 transportiert. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Fokusse in einem geringen Abstand (zum Beispiel 0,2 mm) von den jeweiligen Randbereichen in der Lichttransportkammer (s. den in 1 dargestellten Zustand) vorgesehen sind. Auf diese Weise werden Lichtverluste, die durch Licht, welches aus den Rändern der Randbereiche von (insbesondere) Lichtmischpanel 5 ungewollt ausgekoppelt wird, hervorgerufen werden, wesentlich reduziert. Im Allgemeinen weist eine Ellipse eine so genannte kurze Achse mit einer halben Länge a und eine so genannte lange Achse mit einer halben Länge b auf, welche in 1 beide dargestellt sind; diese Ellipse entspricht der mathematischen Relation:
wobei x und y die bekannten, kartesischen Koordinaten darstellen. Das Verhältnis a/b der Ellipse liegt im Bereich von
Je kleiner das Verhältnis a/b gewählt wird, desto kompakter kann die Lichttransportkammer 5 ausgeführt sein. Bei einem Verhältnis a/b < 0,4 nimmt die Effizienz der Lichttransmission ab, während das Risiko, dass Lichtstrahlen zu dem Lichtmischpanel 5 zurückgeworfen werden, steigt. Bei einem Verhältnis a/b > 1 wird die physikalische Größe der Lichttransportkammer 9 unattraktiv. Der zusätzliche Lichtverlust in der Lichttransportkammer 9 beträgt bei einem Verhältnis a/b = 0,5 beispielsweise 10% (s. auch 6). Dieses basiert auf der Annahme, dass sich zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel 1 an der Stelle der jeweiligen Randbereiche 8; 4 ein Zwischenraum von etwa 0,5 mm befindet, während die Dicke des Lichtmischpanels 5 und des Licht emittierenden Panels 1 an der Stelle der jeweiligen Randbereiche 8; 4 etwa 6 mm beträgt.
Bei einem Verhältnis von a/b = 1 ist die Innenwand der Lichttransportkammer 5 zumindest im Wesentlichen kreisförmig, und die Lichttransportkammer 5 weist die Form eines halben Hohlzylinders auf. In diesem Fall befindet sich der Mittelpunkt des Kreises zwischen dem Lichtausgangsrandbereich 8 des Lichtmischpanels 5 und dem lichtdurchlässigen Randbereich 4 des Licht emittierenden Panels 1. Eine solche Form der Lichttransportkammer 9 ist insbesondere von Vorteil, wenn der Abstand zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel 1 sehr klein ist. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 so angeordnet werden, dass sie einen kleinen Winkel einschließen, so dass sich das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 an der Stelle des Lichtausgangsrandbereichs 8 des Lichtmischpanels 5 und des Lichteingangsrandbereichs 4 des Licht emittierenden Panels 1 (zumindest im Wesentlichen) in Kontakt miteinander befinden.
Noch vorteilhafter ist es, wenn das Verhältnis a/b nicht zu klein gewählt wird, während gleichzeitig darauf zu achten ist, dass die Dimensionen der Lichttransportkammer 9 nicht zu groß werden. Vorzugsweise liegt das Verhältnis a/b im Bereich von
Ein Verhältnis a/b 0,85 ist besonders vorteilhaft. Dieses basiert auf der Annahme, dass sich zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel 1 an der Stelle der jeweiligen Randbereiche 8; 4 ein Zwischenraum von etwa 0,5 mm befindet, während die Dicke des Lichtmischpanels 5 und des Licht emittierenden Panels 1 an der Stelle der jeweiligen Randbereiche 8; 4 etwa 6 mm beträgt.
2A zeigt einen schematischen Querriss eines alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem weist ein Licht emittierendes Panel 1, ein Lichtmischpanel 5 und eine Lichttransportkammer 9 auf, um Licht von dem Lichtmischpanel 5 zu dem Licht emittierenden Panel 1 zu übertragen. Das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 sind so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander befinden. Die Lichtquelle ist in 2A nicht dargestellt, da in den 2B bis 2E verschiedene Ausführungsbeispiele des Lichtmischpanels 5 dargestellt sind, bei denen die LEDs an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sind.
Bei Betrieb emittiert das Licht emittierende Panel 1 Licht in der Richtung der Anzeigeeinrichtung, zum Beispiel einer Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Einrichtung (in 2A nicht dargestellt). Zu diesem Zweck ist die Rückwand 3 des Licht emittierenden Panels 1 mit Mitteln 15 zur Auskopplung von Licht aus dem Licht emittierenden Panel 1 versehen. Diese Mittel 15 weisen (Strukturen von) Deformierungen sowie zum Beispiel Siebdruckpunkte, Keile und/oder Erhöhungen auf. Diese Mittel 15 werden in der Rückwand des Panels 1 durch z. B. Drucken, Pressen, Ätzen, Ritzen oder Sandstrahlen vorgesehen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Deformierungen in der Vorderwand des Licht emittierenden Panels vorgesehen. Die Mittel 15 koppeln durch Reflexion, Streuung und/oder Brechung Licht aus dem Licht emittierenden Panel 1 aus. Im Allgemeinen sind die Mittel 15 zur Auskopplung von Licht nicht gleichmäßig über der Rückwand des relevanten, Licht emittierenden Panels verteilt; stattdessen sind sie mit einem vorgegebenen Gradienten versehen, wodurch Licht aus dem relevanten Beleuchtungssystem so gleichmäßig wie möglich ausgekoppelt werden kann.
Die Mittel 15 zur Lichtauskopplung dienen als sekundäre Lichtquelle. Dieser zweiten Lichtquelle kann ein spezifisches, optisches System zugeordnet sein, welches zum Beispiel auf der Vorderwand 2 (in 2A nicht dargestellt) vorgesehen ist. Das optische System kann zum Beispiel zur Erzeugung eines breiten Lichtstrahls verwendet werden.
In 2A ist ein Lichtstrahl, welcher Licht aus dem Lichtmischpanel 5 über den Lichtausgangsrandbereich 8 auskoppelt, durch Pfeile schematisch dargestellt, wobei das Licht anschließend von der elliptischen (mit Fokussen f₁ und f₂), reflektierenden Innenwand 10 der Lichttransportkammer 9 reflektiert, danach in den Lichteingangsrandbereich 4 des Licht emittierenden Panels 1 eingekoppelt und anschließend über die Mittel 15 aus der Vorderwand 2 des Licht emittierenden Panels 1 ausgekoppelt wird.
Die 2B–2E zeigen Seitenansichten verschiedener Ausführungsbeispiele des in 2A dargestellten Lichtmischpanels. Die Ausrichtung der Lichtmischpanels in den 2B–2E verläuft quer zu der Ebene der Zeichnung von 2A.
2B zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Lichtmischpanels von 2A. In diesem Beispiel weist die Lichtquelle ein lineares Array aus blauen (6B), grünen (6G) und roten (6R) LEDs auf, welche Licht in den Lichteingangsrandbereich 7 des Lichtmischpanels 5 einkoppeln. Der Lichteingangsrandbereich 7 ist in diesem Beispiel mit einer so genannten Strahlverbreiterungsstruktur 17 zur Verbreiterung der eingekoppelten Lichtstrahlen versehen. Das Lichtmischpanel 5 ist weiterhin mit einem Lichtausgangsrandbereich 8 zur Auskopplung von Licht aus dem Lichtmischpanel 5 versehen. Der Lichtausgangsrandbereich ist in diesem Beispiel mit Mitteln 18 versehen, um die Lichtabgabe von dem Lichtmischpanel 5 an die Lichttransportkammer (in 2B nicht dargestellt) zu verbessern. In dem Beispiel von 2B sind Seitenflächen des Lichtmischpanels 5 mit (spiegelnd) reflektiven Seitenflächen 14, 14' versehen. In dem in 2B dargestellten Zustand fällt bei Betrieb von den LEDs 6B, 6G, 6R ausgehendes Licht auf den mit der Strahlverbreiterungsstruktur 17 versehenen Lichteingangsrandbereich 7 auf, breitet sich anschließend aus und wird in dem Lichtmischpanel 5 vermischt, woraufhin es über den mit den Mitteln 15 versehenen Lichtausgangsrandbereich 8 aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird. In 2B kennzeichnen Pfeile schematisch einen von einer LED 6B, 6G, 6R ausgehenden Lichtstrahl, welcher sich durch das Lichtmischpanel 5 ausbreitet und danach aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird.
2C zeigt eine Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des Lichtmischpanels von 2A. In diesem Beispiel sind der Lichteingangsrandbereich 7 und der Lichtausgangsrandbereich 8 so angeordnet, dass sie einen Winkel (einen rechten Win kel in dem in 2C dargestellten Beispiel) einschließen. Des Weiteren verengt sich das Lichtmischpanel 5 in einer von dem Lichteingangsrandbereich 7 abgewandten Richtung. Eine sich gegenüber dem Lichtausgangsrandbereich 8 befindliche Seitenfläche des Lichtmischpanels 5 ist in diesem Beispiel mit Mitteln 15 zur Auskopplung von Licht aus dem Lichtmischpanel 5 sowie weiterhin mit einem diffus reflektierenden Spiegel 24 versehen. Die Lichtquelle weist ein lineares Array aus blauen (6B), grünen (6G) und roten (6R) LEDs auf, welche Licht in den Lichteingangsrandbereich 7 des Lichtmischpanels 5 einkoppeln. In dem in 2C dargestellten Zustand fällt bei Betrieb von den LEDs 6B, 6G, 6R ausgehendes Licht auf den Lichteingangsrandbereich 7 auf, breitet sich anschließend aus und wird in dem Lichtmischpanel 5 vermischt, woraufhin es durch die Mittel 15 über den Lichtausgangsrandbereich 8 aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird. In 2C kennzeichnen Pfeile schematisch einen von einer LED 6B, 6G, 6R ausgehenden Lichtstrahl, welcher sich durch das Lichtmischpanel 5 ausbreitet und danach aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird.
2D zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des in 2A dargestellten Lichtmischpanels. In diesem Beispiel sind der Lichteingangsrandbereich 7 und der Lichtausgangsrandbereich 8 so angeordnet, dass sie einen Winkel einschließen (in dem in 2D dargestellten Beispiel ist der Winkel ein rechter Winkel). Eine sich gegenüber dem Lichtausgangsrandbereich 8 befindliche Seitenfläche des Lichtmischpanels 5 ist in diesem Beispiel mit Mitteln 15 zur Auskopplung von Licht aus dem Lichtmischpanel 5 versehen. Eine sich gegenüber dem Lichteingangsrandbereich 7 befindliche Seitenfläche des Lichtmischpanels ist in diesem Beispiel mit einem (spiegelnd) reflektierenden Spiegel 14 versehen. Die Lichtquelle weist ein lineares Array aus blauen (6B), grünen (6G) und roten (6R) LEDs auf, welche Licht in den Lichteingangsrandbereich 7 des Lichtmischpanels 5 einkoppeln. In dem in 2D dargestellten Zustand fällt bei Betrieb von den LEDs 6B, 6G, 6R ausgehendes Licht auf den Lichteingangsrandbereich 7 auf, breitet sich anschließend aus und wird in dem Lichtmischpanel 5 gemischt, woraufhin es durch die Mittel 15 über den Lichtausgangsrandbereich 8 aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird. In 2D kennzeichnen Pfeile schematisch einen von einer LED 6B, 6G, 6R ausgehenden Lichtstrahl, welcher sich durch das Lichtmischpanel 5 ausbreitet und danach aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird.
2E zeigt eine Seitenansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des in 2A dargestellten Lichtmischpanels. In diesem Beispiel sind der Lichtein gangsrandbereich 7 und der Lichtausgangsrandbereich 8 so angeordnet, dass sie einen Winkel einschließen (in dem Beispiel von 2E ist der Winkel ein rechter Winkel). Der Lichtausgangsrandbereich 8 ist in diesem Beispiel mit Mitteln 15 zur Auskopplung von Licht aus dem Lichtmischpanel 5 versehen. Eine gegenüber dem Lichteingangsrandbereich 7 vorgesehene Seitenfläche des Lichtmischpanels 5 ist in diesem Beispiel mit einem (spiegelnd) reflektierenden Spiegel 14 versehen. Die Lichtquelle weist ein lineares Array aus blauen (6B), grünen (6G) und roten (6R) LEDs auf, die Licht in den Lichteingangsrandbereich 7 des Lichtmischpanels 5 einkoppeln. In dem in 2E dargestellten Zustand fällt bei Betrieb von den LEDs 6B, 6G, 6R ausgehendes Licht auf den Lichteingangsrandbereich 7 auf, breitet sich danach aus und wird in dem Lichtmischpanel 5 gemischt, woraufhin es durch die Mittel 15 über den Lichtausgangsrandbereich 8 aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird. In 2E kennzeichnen Pfeile schematisch einen von einer LED 6B, 6G, 6R ausgehenden Lichtstrahl, welcher sich durch das Lichtmischpanel 5 ausbreitet und anschließend aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird.
3A zeigt einen schematischen Querriss eines alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem umfasst ein Licht emittierendes Panel 1, ein Lichtmischpanel 5 sowie eine Lichttransportkammer 9, um Licht von dem Lichtmischpanel 5 zu dem Licht emittierenden Panel 1 zu übertragen. Das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 sind so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Das in 3A dargestellte Beispiel des Beleuchtungssystems ist besonders Platz sparend. Um dieses zu erreichen, verengt sich das Lichtmischpanel 5 von dem Lichteingangsrandbereich 7 in der Richtung des Lichtausgangsrandbereichs 8, während sich das Licht emittierende Panel 1 (in komplementärer Weise) in einer von dem Lichteingangsrandbereich 4 abgewandten Richtung erstreckt.
Bei Betrieb emittiert das Licht emittierende Panel 1 Licht in der Richtung der Anzeigeeinrichtung, zum Beispiel einer Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Einrichtung (in 3A nicht dargestellt). Zu diesem Zweck ist die Rückwand 3 des Licht emittierenden Panels 1 mit Mitteln 15 zur Auskopplung von Licht aus dem Licht emittierenden Panel 1 versehen.
In 3A kennzeichnen Pfeile schematisch einen Lichtstrahl, welcher von der Lichtquelle 6 ausgehendes Licht über den Lichteingangsrandbereich 7 in das Lichtmischpanel 5 einkoppelt, wobei sich das Licht in dem Lichtmischpanel 5 ausbreitet und danach über den Lichtausgangsrandbereich 8 aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird, woraufhin das Licht von der elliptischen, reflektierenden Innenwand 10 der Lichttransportkammer 9 reflektiert, anschließend in den Lichteingangsrandbereich 4 des Licht emittierenden Panels 1 eingekoppelt und danach über die Mittel 15 aus der Vorderwand 2 des Licht emittierenden Panels 1 ausgekoppelt wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems, wie in 3A dargestellt, weist eine Lichttransportkammer eine Innenwand mit einer asymmetrischen, elliptischen Form auf. Durch einen asymmetrischen Spiegel wird der Unterschied zwischen den Dimensionen des Lichtausgangsrandbereichs 8 des Licht emittierenden Panels 1 und des Lichteingangsrandbereichs 4 des Licht emittierenden Panels 1 ausgeglichen.
Die 3B–3D zeigen einen schematischen Querriss weiterer alternativer Ausführungsbeispiele des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem weist ein Licht emittierendes Panel 1, ein Lichtmischpanel 5 mit einem ersten Teil 51 und einem zweiten Teil 52 sowie jeweilige erste 91, 191 und zweite 92, 192 Lichttransportkammern zur Übertragung von Licht von dem Lichtmischpanel 5 zu dem Licht emittierenden Panel 1 auf. In den in den 3B und 3C dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Lichtquelle 6 einen ersten und zweiten Teil 61, 62 auf, die an den jeweiligen ersten und zweiten Lichteingangsbereich 71, 72 gekoppelt sind. Die Lichtquelle wird zum Beispiel durch LEDs gebildet. Auf diese Weise besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, eine größere Helligkeit des Beleuchtungssystems zu realisieren, indem, im Vergleich zu dem in 3A dargestellten Ausführungsbeispiel des Beleuchtungssystems, zweimal soviel LEDs installiert werden. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3B wird das von den die Lichtquellenteile 61, 62 bildenden LEDs ausgestrahlte Licht mit Hilfe eines Lichtkollimationselements 161, 162 in die jeweiligen Lichtmischpanelteile eingekoppelt. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass eine relative einfache Lichtquellenmontage mit einer effizienten Einkopplung des Lichts in die Lichtmischpanelteile kombiniert wird. Im Hinblick auf eine begrenzte, vorhandene Tiefe des Beleuchtungssystems kann die Lichtquellenteilkonfiguration gemäß dem in 6C dargestellten Beispiel von Vorteil sein. Bei einer weiteren, in 3D dargestellten Alternative wird die Lichtquelle von dem ersten und zweiten Lichtmischpanelteil gemeinsam genutzt. Eine solche Konfiguration ist insbesondere bei einer Lichtquelle mit einer, einen relativ großen, räumlichen Winkel aufweisenden Strahlungscharakteristik von Interesse. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die erste und zweite Lichttransportkammer 191, 192 jeweils zwei lichtdurchlässige Prismen 21, 21'; 22, 22', wobei diese Art Lichttransportkammer in 5A und deren entsprechenden Beschreibung näher erläutert werden.
4A zeigt einen Querriss eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung. Das Beleuchtungssystem weist ein Licht emittierendes Panel 1, ein Lichtmischpanel 5 sowie eine Lichttransportkammer 9 auf, um Licht von dem Lichtmischpanel 5 zu dem Licht emittierenden Panel 1 zu übertragen. Das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 sind so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken.
In 4A kennzeichnen Pfeile schematisch einen Lichtstrahl, welcher von der Lichtquelle 6 ausgehendes Licht über den Lichteingangsrandbereich 7 in das Lichtmischpanel 5 einkoppelt, wobei sich das Licht durch das Lichtmischpanel 5 ausbreitet und danach über den Lichtausgangsrandbereich 8 aus dem Lichtmischpanel 5 ausgekoppelt wird, woraufhin das Licht von der elliptischen, reflektierenden Innenwand 10 der Lichttransportkammer 9 reflektiert und anschließend über den Lichteingangsrandbereich 4 in das Licht emittierende Panel 1 eingekoppelt und danach über die Mittel 15 aus der Vorderwand 2 des Licht emittierenden Panels 1 ausgekoppelt wird.
Die 4B und 4C zeigen verschiedene Platz sparende und Material sparende Ausführungsbeispiele des in 4A dargestellten Lichtmischpanels. Diese Figuren zeigen Ausführungsbeispiele des Lichtmischpanels, wobei das Lichtmischpanel 5 von dem Lichteingangsrandbereich 7 in der Richtung des Lichtausgangsrandbereichs 8 breiter wird. In 4B kontaktieren die LEDs 6B, 6G, 6R den Lichteingangsrandbereich 7, während in 4C das Lichtmischpanel 5 mit Vertiefungen 16, 16', ... versehen ist, um einen divergenteren Lichtstrahl zu erhalten und damit das Mischen der Farben oder die Strahlungsleistungsgleichmäßigkeit des Lichtmischpanels 5 zu verbessern. Die Vertiefungen 16, 16', ... sind so geformt, dass der Teil der LED, von dem das Licht ausgeht, in die Vertiefung passt. In 4C sind Seitenflächen des Lichtmischpanels 5 weiterhin mit (spiegelnd) reflektierenden Seitenflächen 14, 14' versehen.
5A ist ein sehr schematischer Querriss eines Details eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung, wobei die Lichttransportkammer 19 zwei lichtdurchlässige Prismen 20, 20' aufweist. Das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 sind lediglich teilweise dargestellt. Vorzugsweise weist die Lichttransportkammer spiegelnd reflektierende Innenwände auf. Pfeile kennzeichnen schematisch einen Lichtstrahl. Ist der Luftzwischenraum zwischen den Pris men klein genug, wird jeder, das Lichtmischpanel verlassende Lichtstrahl in das Licht emittierende Panel 1 eingekoppelt. In alternativen Ausführungsbeispielen befindet sich zwischen den beiden Prismen eine Luftkammer oder ein optischer Wellenleiter.
5B ist ein sehr schematischer Querriss eines Details eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung, wobei die Lichttransportkammer 29 eine mehrfach facettierte, reflektierende Innenwand 30 vorsieht. Vorzugsweise weist die Lichttransportkammer 29 fünf oder mehr, vorzugsweise acht, reflektierende Facetten auf. Im Vergleich zu der elliptischen Innenwand resultiert eine Innenwand mit 5 reflektierenden Facetten in einer 5%igen Reduzierung der Kopplungseffizient des Lichtstroms, während eine Innenwand mit 8 Facetten in einer 2%igen Reduzierung der Kopplungseffizienz des Lichtstroms resultiert. Das Lichtmischpanel 5 und das Licht emittierende Panel 1 sind lediglich teilweise dargestellt.
6 zeigt eine graphische Darstellung, in welcher die Kopplungseffizienz F des Lichtstroms der reflektierenden 180° Ellipse als eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Länge der kurzen Achse und der Länge der langen Achse der Ellipse dargestellt ist. Die Effizienz F stellt das Verhältnis (in %) der Strahlungsleistung in dem Licht emittierenden Panel 1 zu der Strahlungsleistung in dem Lichtmischpanel 5 dar. Die Effizienz der Reflexion durch die reflektierende Innenwand der Ellipse beträgt 0,95. Die in 6 dargestellten Kreise entsprechen den Ergebnissen eines Tests, bei dem der Abstand zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel 1 0,5 mm beträgt. Die in 6 dargestellten Quadrate entsprechen Ergebnissen eines Tests, bei dem der Abstand zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel 1 0,6 mm beträgt. Etwa 9,5% der Lichtverluste können Absorption und Streuung in der reflektierenden Ellipse zugeschrieben werden. Mit Abnahme des Verhältnisses a/b (flachere Ellipse) nehmen die Verluste aufgrund der Tatsache zu, dass das Risiko, dass von dem Lichtmischpanel 5 ausgehende Lichtstrahlen zu dem Lichtmischpanel 5 zurückgeleitet werden, steigt. Es sei erwähnt, dass in den Tests die Öffnung zwischen dem Lichtmischpanel 5 und dem Licht emittierenden Panel nicht reflektierend war. Die Reflexion wird weiterhin um 2% erhöht, indem diese Öffnung mit einer reflektiven Folie versehen wird.
Es versteht sich von selbst, dass für Fachkundige viele Variationen innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung möglich sind.
Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Beispiele beschränkt. Die Erfindung ist in jedem neuartigen, charakteristischen Merkmal und jeder Kombination aus charakteristischen Merkmalen verkörpert. Bezugsziffern in den Ansprüchen schränken den Schutzumfang derselben nicht ein. Die Verwendung des Verbs „aufweisen" und dessen Konjugationen schließt das Vorhandensein anderer Elemente als die in den Ansprüchen aufgeführten nicht aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels „ein", „eine" oder „einen" vor einem Element schließt das Vorhandensein mehrerer solcher Elemente nicht aus.

Claims

Beleuchtungssystem zur Beleuchtung einer Anzeigeeinrichtung, welche mit einer Lichtquelle (6; 61, 62) und einem Licht emittierenden Panel (1) versehen ist, wobei – die Lichtquelle (6; 61, 62) mindestes eine Licht emittierende Diode aufweist, – das Licht emittierende Panel (1) eine Vorderwand (2), eine der Vorderwand gegenüberliegende Rückwand (3) sowie mindestens einen lichtdurchlässigen Randbereich (4) umfasst, – der lichtdurchlässige Randbereich (4) zwischen der Vorderwand (2) und der Rückwand (3) des Licht emittierenden Panels (1) vorgesehen ist, – das Beleuchtungssystem ein Lichtmischpanel (5; 51, 52) aufweist, um von der Lichtquelle (6; 61, 62) ausgehendes Licht zu mischen, – das Lichtmischpanel (5; 51, 52) mit einem Lichteingangsrandbereich (7; 71, 72), um von der Lichtquelle (6; 61, 62) ausgehendes Licht in das Lichtmischpanel (5; 51, 52) einzukoppeln, sowie mit einem Lichtausgangsrandbereich (8; 81, 82) versehen ist, um Licht aus dem Lichtmischpanel (5; 51, 52) auszukoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Betrieb von der Lichtquelle (6; 61, 62) ausgehendes Licht auf den Lichteingangsrandbereich (7; 71, 72) des Lichtmischpanels (5; 51, 52) auffällt und sich in dem Lichtmischpanel (5; 51, 52) ausbreitet, – eine Lichttransportkammer (9; 91, 92) zwischen dem Lichtmischpanel (5; 51, 52) und dem Licht emittierenden Panel (1) angeordnet ist, um Licht von dem Lichtausgangsrandbereich (8; 81, 82) zu empfangen und dieses von dem Lichtmischpanel (5; 51, 52) zu dem lichtdurchlässigen Randbereich (4) des Licht emittierenden Panels (1) zu transportieren, und – das Lichtmischpanel (5; 51, 52) und das Licht emittierende Panel (1) so angeordnet sind, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei das Licht emittierende Panel (1) so vorgesehen ist, dass es Licht der Lichtquelle (6; 61, 62) ausschließlich über das Lichtmischpanel (5; 51, 52) empfängt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichttransportkammer (9; 91, 92) eine elliptisch geformte, reflektive Innenwand aufweist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – sich der erste Fokus (f₁) der Ellipse in oder zumindest in der Nähe des Lichtausgangsrandbereichs (8; 81, 82) des Lichtmischpanels (5; 51, 52) und – der zweite Fokus (f₂) der Ellipse in oder zumindest in der Nähe des lichtdurchlässigen Randbereichs (4) des Licht emittierenden Panels (1) befinden.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der halben Länge (a) der kurzen Achse der Ellipse zu der halben Länge (b) der langen Achse der Ellipse im Bereich von
liegt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der halben Länge (a) der kurzen Achse der Ellipse zu der halben Länge (b) der langen Achse der Ellipse im Bereich von
liegt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (10) der Lichttransportkammer (9; 91, 92) im Wesentlichen kreisförmig ist, wobei sich der Mittelpunkt des Kreises zwischen dem Lichtausgangsrandbereich (8; 81, 82) des Lichtmischpanels (5; 51, 52) und dem lichtdurchlässigen Randbereich (4) des Licht emittierenden Panels (1) befindet.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichttransportkammer (19) zwei lichtdurchlässige Prismen (20, 20') aufweist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichttransportkammer (29) eine facettierte, reflektive Innenwand (30) aufweist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtkollimationselement zur Einkopplung von, von der Lichtquelle ausgehendem Licht in das Lichtmischpanel (5; 51, 52) zwischen der Lichtquelle (6; 61, 62) und dem Lichtmischpanel (5; 51, 52) vorgesehen ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Lichtmischpanel (5; 51, 52) in einer von dem Lichteingangsrandbereich (8; 81, 82) abgewandten Richtung verengt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6; 61, 62) mindestens drei Licht emittierende Dioden (6B, 6G, 6R) mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Lichtemissionswellenlänge aufweist, wobei die Lichtemissionswellenlängen unterschiedlich sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lichteingangsrandbereich (7; 71, 72) des Lichtmischpanels (5; 51, 52) zugeordnete Lichtquelle (6; 61, 62) Gruppen von blauen, grünen und roten Licht emittierenden Dioden (6B, 6G, 6R) umfasst.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem weiterhin aufweist: – ein weiteres Lichtmischpanel (52) mit einem weiteren Lichteingangsrandbereich (72), um Licht von der Lichtquelle (6) oder einer weiteren Lichtquelle (62) zu empfangen, sowie mit einem weiteren Lichtausgangsrandbereich (82), – eine weitere Lichttransportkammer (92), um Licht von dem weiteren Lichtmischpanelteil (52) zu einem weiteren lichtdurchlässigen Randbereich des Licht emittierenden Panels (1) zu transportieren, wobei sich die weitere Lichttransportkammer (92) zwischen dem Lichtmischpanelteil (52) und dem weiteren, lichtdurchlässigen Randbereich des Licht emittierenden Panels (1) befindet und der weitere lichtdurchlässige Randbereich gegenüber dem zuerst erwähnten, lichtdurchlässigen Randbereich auf einem gegenüberliegenden Rand des Licht emittierenden Panels (1) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) von dem ersten und zweiten Lichtmischpanelteil gemeinsam genutzt wird.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6; 61, 62) einen ersten und einen zweiten Teil (61, 62) aufweist, die mit dem jeweiligen ersten und zweiten Lichteingangsrandbereich (71, 72) verbunden sind.
Anzeigeeinrichtung mit einem Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, 2, 7 oder 8.
Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 16, wobei die Anzeigeeinrichtung eine Flüssigkristallanzeige (12) aufweist.