DE102005044682A1 - Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden - Google Patents

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Abstract

Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden, die eine Lichtquelle (50) und eine optische Membran (10) aufweist, wobei die Lichtquelle (50) aus einer Mehrzahl von Leuchtdioden besteht, von denen jede einen sich in allen Richtungen [360°] ausbreitenden Lichtstrahl aussendet, und wobei sich die optische Membran (10) oberhalb der Lichtquelle (50) befindet und wobei ein Reflektor (11) der optischen Membran (10) am unteren Ende der Lichtquelle (50) angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine gleichmäßig leuchtende, leichte, dünne, zuverlässige, energiesparende LED-Hintergrundbeleuchtung unter Verwendung weniger Leuchtdioden mit niedrigen Herstellungskosten herstellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden, insbesondere eine LED-Hintergrundbeleuchtung, die keine Hellpunkte erzeugt, sowie einen leichteren und dünneren Aufbau aufweist, wodurch sie gut für den Einsatz bei Flachanzeigen, LCD-Anzeigen o.Ä. geeignet sind.
  • Die Hintergrundbeleuchtung ist eines der wichtigsten Bauelemente von LCD-Anzeigen. Mit der Weiterentwicklung bei Herstellung von Anzeigen wurden die herkömmlichen CRT-Displays durch LCD-Anzeigen ersetzt, die sich durch kleine Baugröße und niedrige Bestrahlung auszeichnet.
  • Die Hintergrundbeleuchtung befindet sich unterhalb der Anzeigetafel sowie weist eine Lichtquelle und einen Lichtdiffuser auf, um einen gleichmäßig gestreuten Lichtstrahl zur Verfügung zu stellen. Der Lichtstrahl kann durch die Anzeigetafel durchgehen, wodurch die Bilder erzeugt werden, indem eine Steuerung einer auf der Anzeigetafel befindlichen Pixelelektrode stattfindet. Je nach Stellung der Lichtquelle unterscheidet man zwischen der Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise und der Hintergrundbeleuchtung in Bauweise der Randausleuchtung. Bei der Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise befindet sich die Lichtquelle gerade unterhalb der Anzeigetafel, während die Lichtquelle bei der Hintergrundbeleuchtung in Bauweise der Randausleuchtung am Rand der Anzeigetafel angeordnet ist.
  • Eine Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise befindet, wie in 8 gezeigt, sich unterhalb der Anzeigetafel B, die einen Lichtdiffuser B1, einen Reflektor B2 und mehrere Leuchtstoffröhren B3 umfasst. Die parallel zueinander verlaufenden Leuchtstoffröhren B3 werden in einer Aufnahmehöhlung C untergebracht, die von dem Lichtdiffuser B1 und Reflektor B2 abgegrenzt sind. Der Reflektor B2 dient dazu, die von den Leuchtstoffröhren B3 ausgesendeten Lichtstrahlen nach oben zu reflektieren, was die Erhöhung der Lichtstärke erlaubt. Der Lichtdiffuser B1 wird dazu verwendet, die reflektierten Lichtstrahlen in gleichmäßig verteilte Lichtstrahlen zu zerstreuen. Die beim Betrieb der Leuchtstoffröhren B3 entstehende Abwärme kann aber nicht abgeführt werden und führt somit zur Herabsetzung der Standzeit der Leuchtstoffröhren B3.
  • Eine Hintergrundbeleuchtung in Bauweise der Randausleuchtung weist, wie in 9 gezeigt, eine Lichthemmleiste 3, eine Lichtleitplatte 4, einen Reflektor 6, einen Lichtdiffuser 5, ein Substrat 1 und mehrere Leuchtdioden 2 auf. Die Lichtleitplatte 4 ist beidseitig jeweils mit den als Lichtquelle dienenden Leuchtdioden 2 versehen. Die von den Leuchtdioden 2 ausgesendeten Lichtstrahlen können durch die lichtdurchlässige Lichtleitplatte 4 gehen, von dem Reflektor 6 reflektiert werden und dann an den oben befindlichen Lichtdiffuser 5 gelangen. Die Lichthemmleiste 3 verhindert, dass ein Hellstreifen an einer den als Lichtquelle dienenden Leuchtdioden 2 benachbarten Stelle auftritt. Außerdem lässt sich das Substrat 1 der Leuchtdioden 2 mit der Lichthemmleiste 3 befestigen, damit vermieden wird, dass eine Ungleichmäßigkeit der gesamten Lichtstärke der Hintergrundbeleuchtung zustande kommt, indem das Licht von einer anderen Seite derart geführt wird.
  • Bei Gebrauch tritt ein schlechter Einfallswinkel des Lichtstrahls häufig auf, wenn die Lichtquelle seitlich an der Lichtleitplatte 4 angebracht ist. Für großflächige Beleuchtung wird eine große Menge von Leuchtdioden 2 benötigt, was zu einem erheblichen Stromverlust führen kann. Außerdem sind die als Lichtquelle dienenden Leuchtdioden auf die beiden Seiten der gesamten Hintergrundbeleuchtung verteilt, sodass die Mitte der gesamten Hintergrundbeleuchtung eine ausreichende Lichtstärke nicht erreichen kann.
    •
  • Durch die Erfindung wird eine Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden geschaffen, die verhindert, dass keine hohe Temperatur auftritt, wie dies bei der herkömmlichen Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise meist der Fall war, und verhindert dass eine ungleichmäßige Lichtstärke zustande kommt, wie dies bei der Hintergrundbeleuchtung in Bauweise der Randausleuchtung meist der Fall war.
  • Außerdem wird durch die Erfindung eine Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden geschaffen, die eine gleichmäßige Lichtstärke und keine Hellpunkte aufweist.
  • Des Weiteren wird durch die Erfindung eine Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden geschaffen, die einen leichteren und dünneren Aufbau aufweist.
  • Ferner wird durch die Erfindung eine Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden geschaffen, die umweltfreundlich und energiesparend ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
    •
  • Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden;
  • 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lichtquelle;
  • 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Lichtquelle;
  • 4 in schematischer Perspektivdarstellung die Beleuchtung der erfindungsgemäßen Lichtquelle;
  • 5 in schematischer Perspektivdarstellung ein weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtquelle;
  • 6 einen Schnitt durch den Aufbau gemäß 5;
  • 7 eine schematische Darstellung der Beleuchtung der erfindungsgemäßen Lichtquelle gemäß 5;
  • 8 einen Schnitt durch eine herkömmliche Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise; und
  • 9 eine perspektivische Zeichnung einer herkömmlichen Hintergrundbeleuchtung in Bauweise der Randausleuchtung.
  • Wie aus 1 ersichtlich, weist eine erfindungsgemäße Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden eine Anzeigetafel 40, eine optische Membran 10, eine Lichtleitplatte 20 und eine Lichtquelle 50 auf. Oberhalb der Lichtquelle 50 befinden sich die Lichtleitplatte 20 und die optische Membran 10. Die optische Membran 10 umfasst einen Lichtdiffuser, eine Prismascheibe und mehrere Reflektoren 11. Der Lichtdiffuser, die Prismascheibe und einer der Reflektoren 11 befinden sich oberhalb der Lichtleitplatte 20, während ein anderer Reflektor 11 am unteren Ende der Lichtquelle 50 angeordnet ist. Das heißt, dass die als Lichtquelle 50 dienenden Leuchtdioden in einer Aufnahmewanne gelagert sind, die von dem Reflektor 11 und der Lichtleitplatte 20 begrenzt wird. Außerdem liegt die Anzeigetafel 40 auf der optischen Membran 10 auf.
  • Wie aus 2 und 3 zu erkennen, besteht die Lichtquelle 50 aus einer Mehrzahl von Leuchtdioden, die in allen Richtungen [360°] leuchten können. Die Leuchtdiode weist zwei Stützen, einen Chip 53, zwei Verbindungsdrähte 54 und eine lichtdurchlässige Schicht 55 auf. Die beiden plattenförmigen Stützen (2 und 3) haben dieselbe Konstruktion, sodass nur eine davon beschrieben wird. Die Stütze ist als Leiterplatte 51 ausgeführt, die außen längs einer Seite und stirnseitig mit leitfähigem Material 52 beschichtet ist. Als leitfähiges Material 52 wird ein Element aus der Gruppe Au, Ag, Sn, Cr und Ni oder eine Legierung dieser Elemente ausgewählt. Die beiden Stützen sind einander gegenüberliegend in gleicher Ebene ausgerichtet im Abstand voneinander angeordnet, wobei sich der Chip 53 zwischen den beiden gegenüberliegenden im Abstand von diesen Stützen befindet. Der Plus- und Minuspol des Chips 53 befinden sich auf einer gleichen Seite. Ein unteres Substrat des Chips 53 ist transparent. Über die beiden Verbindungsdrähte 54 ist der Chip 53 an das leitfähige Material 52 der beiden Stützen angeschlossen. Schließlich werden die in Verbindung mit den Verbindungsdrähten 54 stehenden Abschnitte der beiden Stützen, der Chip 53 und die Verbindungsdrähte 54 mit der lichtdurchlässigen Schicht 55 derart umhüllt, dass der Chip 53 im Zentrum der Schicht freischwebend eingebettet ist.
  • Bei der Lichtquelle 50 bilden die zahlreichen Allrichtungsleuchtdioden je nach Baugröße der Anzeigetafel 40 eine Schaltung gewisser Abmessungen. Mithilfe der zahlreichen, in mehreren Reihen jeweils aufeinander ausgerichteten Allrichtungsleuchtdioden bildet sich eine zweidimensionale Schaltung, wie in 4 dargestellt ist. Die optische Membran 10, die Lichtleitplatte 20 und der Reflektor 11 sind dementsprechend dimensioniert. Beim Stromdurchfluss der Leuchtdioden kann jede Leuchtdiode einen sich in allen Richtungen [360°] ausbreitenden, ovalen Lichtstrahl aussenden, wobei die von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtstrahlen einander überschneiden können. Dies bewirkt eine erhebliche Herabsetzung der Anzahl der zum Einsatz kommenden Leuchtdioden. Außerdem gelangen die von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtstrahlen unmittelbar in die Lichtleitplatte 20, mit der sich die eintretenden Lichtstrahlen gleichmäßig auf einer Lichtfläche verteilen lassen. Die seitlich und unten von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtstrahlen werden vom Reflektor 11 reflektiert und gelangen dann in die Lichtleitplatte 20. Die oberhalb der Lichtleitplatte 20 befindliche optische Membran 10, die einen Lichtdiffuser und eine Prismascheibe umfasst, ermöglicht es, die Lichtstrahlen gleichmäßig auszubreiten sowie sie zu konzentrieren, was für eine Erhöhung der Lichtstärke sorgt.
  • In 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 50 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 ist eine Stütze vorgesehen, die aus einer Leiterplatte 51 besteht. Die Leiterplatte 51 ist unten mit zwei halbzylindrischen Durchgangsausnehmungen 511 versehen, in denen Lötzinn vorgesehen ist. An der vorderen Seite der Leiterplatte 51 ist mit zwei parallel nebeneinander liegenden Streifen aus leitfähigem Material 52 beschichtet. Der Zwischenraum zwischen den beiden leitfähigen Materialien 52 ist isoliert. Oberhalb der Leiterplatte 10 hängt der Chip 53 aufrecht, so dass das Chipsubstrat über den Materialien 52 zu liegen kommt und die Leuchtdiode in die transparente Schicht 55 hineingerichtet ist (6). Auf diese Weise liegen die elektrischen Pole des Chips 53 und das leitfähige Material 52 an derselben Seite. Über die beiden Verbindungsdrähte 54 ist der Chip 53 mit den leitfähigen Materialien 52 verbunden. Schließlich werden der Chip 53, die beiden Verbindungsdrähte 54 und der obere Abschnitt der Stütze mit der lichtdurchlässigen Schicht 55 umhüllt, so dass die Stütze mit den Materialstreifen 52 unten aus der Umhüllung 55 vorstehen. So wird die Montage der erfindungsgemäßen Lichtquelle 50 abgeschlossen.
  • Mit den oben erwähnten Leuchtdioden kann eine zweidimensionale Schaltung hergestellt werden. Wie aus 7 ersichtlich, kann jede der in mehreren Reihen aufeinander ausgerichteten Leuchtdioden beim Stromdurchfluss der Leuchtdioden einen sich in allen Richtungen [360°] ausbreitenden, ovalen Lichtstrahl aussenden, wobei die von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtstrahlen einander überschneiden können. Außerdem gelangen die von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtstrahlen unmittelbar in die Lichtleitplatte 20, mit der sich die eintretenden Lichtstrahlen gleichmäßig auf einer Lichtfläche verteilen lassen. Die seitlich und unten von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichtstrahlen werden vom Reflektor 11 reflektiert und gelangen dann in die Lichtleitplatte 20. Die oberhalb der Lichtleitplatte 20 befindliche optische Membran 10, die einen Lichtdiffuser und eine Prismascheibe umfasst, ermöglicht es, die Lichtstrahlen gleichmäßig auszubreiten sowie sie zu konzentrieren, was für eine Erhöhung der Lichtstärke sorgt.
  • Die der erfindungsgemäßen Lichtquelle zur Verfügung stehende Stromquelle wird erzeugt, indem der Wechselstrom mit einem Netzadapter in Gleichstrom umgewandelt wird. So erübrigt sich ein Wechselrichter auf der Leiterplatte, wodurch die Einsparung von Kosten möglich ist. Ist eine der Leuchtdioden der Lichtquelle 50 defekt, spielt dies eigentlich keine Rolle, da jede der anderen Leuchtdioden einen sich in allen Richtungen [360°] ausbreitenden Lichtstrahl aussenden kann. Außerdem bildet der von jeder der Leuchtdioden ausgesendete, sich in allen Richtungen [360°] ausbreitende Lichtstrahl einen breiten und gleichmäßigen Beleuchtungsbereich, der eine flächige Lichtquelle darstellt. Bei der erfindungsgemäßen Hintergrundbeleuchtung kann daher auf die Lichtleitplatte 20 verzichtet werden.
  • Zusammengefasst lassen sich mit der erfindungsgemäßen Hintergrundbeleuchtung beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
    • 1. Im Gegensatz zu herkömmlicher LED-Hintergrundbeleuchtung, die im Prinzip der Randausleuchtung arbeitet, befinden sich die Leuchtdioden unmittelbar gerade unterhalb der Anzeigetafel, wodurch sich eine Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise bildet.
    • 2. Mit der erfindungsgemäßen Hintergrundbeleuchtung wird der Nachteil der herkömmlichen Hintergrundbeleuchtung in senkrechter Bauweise vermieden, bei welcher Leuchtstoffröhren als Lichtquelle zum Einsatz kommen und somit eine hohe Temperatur erzeugen. Mit der erfindungsgemäßen Hintergrundbeleuchtung wird auch vermieden, dass ein unerwünschter Einfallswinkel der Lichtquelle, ein großer LED-Verbrauch und eine ungleichmäßige Mittellichtstärke auftreten wie bei herkömmlicher Hintergrundbeleuchtung in der Bauweise der Randausleuchtung, bei der die Leuchtdioden als Lichtquelle zum Einsatz kommen.
    • 3. Mit den sich in allen Richtungen ausbreitenden Leuchtdioden als Lichtquelle wird vermieden, dass eine ungenügende Lichtstärke in der Mitte der herkömmlichen Lichtquelle vorkommt, wie dies beim Stand der Technik meist der Fall war. Außerdem kann jede erfindungsgemäße Leuchtdiode einen größeren und breiteren Beleuchtungsbereich haben, sodass die erfindungsgemäße LED-Hintergrundbeleuchtung auf die Lichtleitplatte 20 verzichten kann.
    • 4. Da die erfindungsgemäßen Leuchtdioden Lichtstrahlen aussenden, die sich in allen Richtungen [360°] ausbreiten und einander überschneiden, ist es möglich, die Gebrauchsmenge der Leuchtdioden stark zu verringern, den Stromverlust zu reduzieren und die Störanfälligkeit zu senken. Die Folge daraus ist, dass die erfindungsgemäße LED-Hintergrundbeleuchtung leichter und dünner gestaltbar ist, was eine erhebliche Herabsetzung von Herstellungskosten und Energien bewirkt.
  • Stand der Technik
    • A
    Hintergrundbeleuchtung
    B
    Anzeigetafel
    B1
    Lichtdiffuser
    B2
    Reflektor
    B3
    Leuchtstoffröhre
    C
    Aufnahmehöhlung
    D
    Diffusionsplatte
    D1
    optische Kondensormembran
    1
    Substrat
    2
    Leuchtdiode
    3
    Lichthemmleiste
    4
    Lichtleitplatte
    5
    Lichtdiffuser
    6
    Reflektor
  • Die vorliegende Erfindung
    • 10
    optische Membran
    11
    Reflektor
    20
    Lichtleitplatte
    40
    Anzeigetafel
    50
    Lichtquelle
    51
    Leiterplatte
    511
    Durchgangsbohrung
    52
    leitfähiges Material
    53
    Chip
    54
    Verbindungsdraht
    55
    lichtdurchlässige Schicht

Claims (7)

  1. Hintergrundbeleuchtung mit Mehrrichtungsleuchtdioden, die eine Lichtquelle (50) und eine optische Membran (10) aufweist, wobei sich die optische Membran (10) oberhalb der Lichtquelle (50) befindet, dadurch gekennzeichnet, – dass die Lichtquelle (50) aus einer Mehrzahl von Leuchtdioden besteht, von denen jede einen sich in allen Richtungen [360°] ausbreitenden Lichtstrahl aussendet, – dass die Leuchtdiode aufweist: leitfähige Stützen, wenigstens einen Leuchtchip (53), dessen Plus- und Minuspol an der oberen Fläche angeordnet sind und dessen unteres Substrat transparent ist; wenigstens zwei Verbindungsdrähte (54), die der Verbindung des Leuchtchips (20) und der Stütze dient; und eine lichtdurchlässige Schicht (55), mit der die Stütze, der Leuchtchip (53) und die Verbindungsdrähte (54) derart umhüllt sind, dass der Leuchtchip (53) ringsum von lichtdurchlässigem Material umschlossen und somit in suspendierter Weise angeordnet ist, was für das Aufleuchten des Leuchtchips (20) in allen Richtungen [360°] sorgt, sodass die LED-Hintergrundbeleuchtung noch leichter und dünner ausgeführt ist und keine Hellpunkte aufweist, wodurch die Energieeinsparung möglich ist.
  2. Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stützen vorhanden sind, wobei die Stützen als Leiterplatte (51) ausgeführt sind, die außen mit leitfähigem Material (52) beschichtet ist, und wobei die Stützen gegenüberliegend im Abstand voneinander angeordnet sind.
  3. Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze aus einer Leiterplatte (51) besteht, wobei die vordere Seite der Leiterplatte (10) mit zwei seitlich nebeneinander liegenden Streifen aus leitfähigem Material (52) beschichtet ist, und wobei der Zwischenraum zwischen den beiden leitfähigen Materialien (52) isoliert ist.
  4. Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als leitfähiges Material (52) ein Element aus der Gruppe Au, Ag, Sn, Cr und Ni oder eine Legierung dieser Elemente ausgewählt ist.
  5. Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Membran (10) einen Lichtdiffuser, eine Prismascheibe und mehrere Reflektoren (11) umfasst.
  6. Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtleitplatte (20) zwischen der optischen Membran (10) und der Lichtquelle (50) vorgesehen ist.
  7. Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lichtdiffuser, die Prismascheibe und ein Reflektor (11) oberhalb der Lichtleitplatte (20) befinden, wobei ein weiterer Reflektor (11) am unteren Ende der Lichtquelle (50) angeordnet ist.
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