DE102005045588A1 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst einen Hohlraum mit einer diffusen Oberfläche, einer Lichtquelle, einer Lichtausbreitungsvorrichtung und zumindest einer optischen Aufbereitungsoberfläche mit einem darauf gebildeten wellenartigen Array. Die Lichtausbreitungsvorrichtung und die optische Aufbereitungsoberfläche breiten das von der Lichtquelle erzeugte Licht aus. Die Lichtausbreitungsvorrichtung umfasst einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche, eine von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegende Aussparung und eine optische Aufbereitungsoberfläche mit einem wellenartigen Array, wobei das wellenartige Array eine Wellenfront-Richtung aufweist.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung beruft sich auf die Priorität der taiwanischen Anmeldung Nr. 93129157, angemeldet am 24. September 2004; und auf die taiwanische Anmeldung Nr. 94114630, angemeldet am 6. Mai 2005, deren Offenbarungsgehalte durch die Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit miteinbezogen sind.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine planare Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtausbreitungsvorrichtung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Flüssigkristallanzeige (LCD) ist eine nicht selbstemittierende Anzeige, d. h. sie benötigt eine selbstemittierende Vorrichtung als Lichtquelle. Solch eine Lichtquelle wird im Allgemeinen als Hintergrundlichtmodul bezeichnet. Es gibt gewöhnlicherweise zwei Typen von Hintergrundlichtmodulen: einen Direktlicht-Typ und einen Kantenlicht-Typ. Ein Direktlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul umfasst üblicherweise Komponenten wie z. B. Kaltkathodenröhren, die als Lichtquellen dienen, einen Diffusor, eine Prismenfolie usw.. Um das von den Lichtquellen emittierte Licht gleichmäßig zu verteilen und ein gewünschtes Beleuchtungsfeld für eine LCD zu schaffen, wird eine genaue Einstellung der Räume/Neigungen zwischen den Lichtquellen, dem Abstand zwischen den Lichtquellen und dem Diffusor und des Abstandes zwischen den Lichtquellen und der Prismenfolie benötigt. Aufgrund der optischen Komplexität in einem Hintergrundlichtmodul ist es jedoch gewöhnlicherweise schwierig, eine gleichmäßige Beleuchtung in LCDs zu schaffen. Zusätzlich zu den oben erwähnten Komponenten in dem Direktlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul umfasst ein Kantenlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul ferner eine Lichtleiterplatte zum Leiten und/oder Streuen des Lichts von den Lichtquellen. Nichtsdestotrotz besteht nach wie vor in dem Kantenlicht-Typ-Hintergrundlichtmodul die Schwierigkeit, eine gleichmäßige Beleuchtung zu schaffen. Außerdem sind die Komponenten, die die oben erwähnten zwei Typen von Hintergrund lichtmodulen bilden, zu kompliziert und stellen daher ein Hindernis in der Reduzierung der Produktionskosten dar.
  • Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, beschreibt die US 6,598,998 eine Seiten-lichtemittierende Diode (LED) mit einer LED und einer Linse, die das Licht von der LED zu der Seite der Linsen leitet, d. h. zu der im Wesentlichen senkrechten Richtung zu dem von der LED ausgesendeten Licht. Die Linse umfasst einen Sägezahnabschnitt und einen trichterförmigen Abschnitt zum Rückleiten des Lichts. Die zwei Abschnitte sind jedoch in ihren Abmessungen zu groß und erhöhen dadurch die Gesamtdicke der Linse. Darüber hinaus muss solch eine Linse an jede LED montiert werden. Dadurch werden die Handhabungskomplexität und die Produktionskosten zur Herstellung der LEDs erhöht und die Lichtausbeute einer solchen Seiten-LED wird um ein gewisses Maß reduziert, üblicherweise mehr als 10%.
  • Die US 6,582,103 beschreibt eine Lichtquellenvorrichtung mit einem Hohlraum mit reflektierenden Oberflächen und einem Austrittsbereich, wobei zumindest eine Lichtquelle in dem Hohlraum angeordnet ist, und wobei die Lichtquelle eine Punktquelle und einen optischen Ablenker umfasst. Der optische Umlenker wird verwendet, um das von der Punktquelle emittierte Licht zur Seite oder nach unten zu dem Hohlraum mit den reflektierenden Oberflächen umzuleiten, wodurch die Helligkeit und das Lichtmischverhalten erhöht wird. Ein Diffusor wird innerhalb oder über dem Austrittsbereich angeordnet. Obwohl die US 6,582,103 die in Hintergrundlichtmodulen auftretende ungleichmäßige Beleuchtung vermeiden kann, muss ein optischer Umlenker an jede Lichtquelle montiert werden, sodass der Verpackungsvorgang im Gesamten kompliziert und kostenintensiv ist. Darüber hinaus bilden sich leicht Lichtpunkte, da jede Punktquelle mit einem entsprechenden unabhängigen optischen Umlenker arbeitet. Somit muss die Dicke des Hintergrundlichtmoduls erhöht werden, um das Lichtmischverhalten zu verbessern, die Helligkeit sinkt jedoch mit der Erhöhung der Abstände zwischen den Lichtquellen, sodass die räumliche Anordnung der Lichtquellen genau eingestellt werden muss, um die Beleuchtungsgleichmäigkeit des Hintergrundlichtmoduls zu bewahren.
  • Die oben erwähnten patentierten Techniken sind im allgemeinen charakterisiert durch ein Hinzufügen einer Linse oder einer Lichtleitervorrichtung zu je der Punktquelle und können fünf Probleme verursachen: (1) komplizierte Prozessierung; (2) hohe Verpackungskosten; (3) erhöhte Hintergrundlichtmoduldicke; (4) schwierig einzustellende Beleuchtungsgleichmäßigkeit des gesamten Hintergrundlichtmoduls; und (5) schlechte Lichtausbeute.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Im Hinblick auf die im Stand der Technik auftretenden oben erwähnten Probleme offenbart die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Hohlraum mit einer diffusen Oberfläche und einem Lichtaustrittsbereich; einer Lichtquelle zum Aussenden von Licht; einer in dem Hohlraum angeordneten Lichtausbreitungsvorrichtung, wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche und eine Aussparung aufweist, wobei die Aussparung von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegt und im Wesentlichen zum Leiten des Lichts zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil verwendet wird; und einer sich im Strahlengang des Lichts befindlichen ersten optischen Aufbereitungsoberfläche, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche ein erstes wellenartiges Array aufweist. Die diffuse Oberfläche ist im Wesentlichen eine Lambertsche Oberfläche und die Lichtquelle kann eine Punktquelle oder eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung sein, und die Lichtquelle umfasst eine oder mehr als eine lichtemittierende Vorrichtung, wobei zumindest zwei der lichtemittierenden Vorrichtungen Licht in verschiedenen Farben aussenden. Weißes Licht wird durch eine einzelne Lichtquelle oder die Kombination von mehreren lichtemittierenden Vorrichtungen erzeugt. Die Aussparung ist im Wesentlichen V-förmig oder U-förmig.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen optischen Film mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf der ersten Oberfläche gebildet ist. Der optische Film umfasst wahlweise eine zweite optische Aufbereitungsoberfläche, die auf der zweiten Oberfläche gebildet ist. Die zweite optische Aufbereitungsoberfläche weist ein zweites wellenartiges Array auf, das in einer Richtung verschieden zu dem ersten wellenartigen Array gebildet ist. Der optische Film ist vorgesehen, um den Lichtaustrittsbereich zu bedecken, und die erste optische Aufbereitungsoberfläche ist auf der Lichteinfallsoberfläche, der Oberfläche der Lichtausbreitungsvorrichtung, oder innerhalb der Lichtausbreitungsvorrichtung gebildet.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein zwischen der Lichtquelle und der Lichtausbreitungsvorrichtung angeordnetes Lichtsammelelement zum Sammeln des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf dem Lichtsammelelement gebildet sein kann, und die erste optische Aufbereitungsoberfläche kann der Lichtquelle oder der Lichtausbreitungsvorrichtung gegenüberliegen. Das Lichtsammelelement umfasst wahlweise einen Graben für die Aufnahme der Lichtquelle. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ferner ein Lichtübertragungselement zum Übertragen des Lichts zu der Lichtausbreitungsvorrichtung, wobei das Lichtleiterelement vorzugsweise eine optische Faser, ein Lichtleiter oder eine ähnliche Vorrichtung ist.
  • Hurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 1b eine schematische vergrößerte Ansicht einer Lichtausbreitungsvorrichtung in der Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2b eine schematische vergrößerte Ansicht eines optischen Films in der Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3a und 3b schematische Ansichten einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4a bis 4c schematische Ansichten, wobei jede die Verteilung eines wellenartigen Arrays und einer Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 5 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Im Folgenden werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die entsprechenden Figuren in Übereinstimmung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erklärt.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Bezugnehmend auf 1a und 1b ist 1a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst einen Hohlraum 10, eine Lichtquelle 11, eine Lichtausbrei-tungsvorrichtung 12 und eine erste optische Aufbereitungsoberfläche 13, wobei der Hohlraum 10 eine diffuse Oberfläche 101 und einen Lichtaustrittsbereich 102 umfasst. Die diffuse Oberfläche 101 ist an der Innenseite des Hohlraumes 10 angeordnet und die Lichtquelle 11 sendet Licht für die Beleuch-tungsvorrichtung 1 aus. Die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 verteilt das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht, um eine gleichmäßige Beleuchtung zu schaffen.
  • Wenn das von der Lichtquelle 11 ausgesendete Licht (nicht gezeigt) auf die diffuse Oberfläche 101 trifft, wird das Licht durch die Oberfläche 101 gestreut und nach Möglichkeit gleichmäßig verteilt. Vorzugsweise ist die diffuse Oberfläche 101 im Wesentlichen ähnlich zu einer Lambertschen Oberfläche. Ein Betracher wird von jedem Winkel aus die gleiche Intensität des durch die Lambertsche Oberfläche gestreuten Lichts feststellen, sodass Betrachter das gestreute Licht nicht von dem ursprünglichen von der Lichtquelle 11 emittierten Licht unterscheiden können, d. h. das Licht wird gleichmäßig an die Umgebung ausgesendet. Wahlweise kann die diffuse Oberfläche 101 möglicherweise durch eine reflektive Oberfläche ersetzt werden. Der Hohlraum 10 ist ein durch ein die Beleuchtungsvorrichtung 1 bildendes Gehäuse oder durch einen anderen Aufbau, wie z. B. durch eine Einfassung und/oder Rahmen eines Hintergrundlichtmoduls zur Aufnahme der Beleuchtungsvorrichtung 1 begrenzter Raum.
  • Die Lichtquelle 11 umfasst eine oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungen, und die lichtemittierenden Vorrichtungen senden ein- oder mehrfarbiges Licht aus. Das Mischen von verschiedenen farbigen Lichtern kann basierend auf dem Mischanteil jedes farbigen Lichts vielfach gefärbtes Licht unterschiedlich von den ursprünglichen erzeugen. Vorzugsweise kann die Lichtquelle 11 drei Hauptfarben aussenden, d. h. rotes, blaues und grünes Licht. Das Mischen der drei Hauptfarben mit angepassten Anteilen kann einen Großteil von Farben erzeugen, einschließlich aber nicht beschränkt darauf, weißem Licht. Die Lichtquelle 11 kann ein Punktlichtstrahler, ein linearer Lichtstrahler oder ein planarer Lichtstrahler sein, wie z. B. eine LED, eine Laser-Diode (LD), eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe (CCFL), eine Halogenröhre und eine organische LED (OLED), usw. Gleichmäßig gefärbtes Licht mit schwach oder nicht unterscheidbaren Lichtpunkten oder Mustern kann durch ein genaues Anordnen der Lichtquellen 11 unter der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 und durch Anpassen des Abstands zwischen den Lichtquellen 11 und der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 sowie der Abstände zwischen jeder Lichtquelle 11 geschaffen werden.
  • 1b ist eine schematische vergrößerte Ansicht einer Lichtausbreitungsvorrichtung 12 in der Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 weist einen flügelförmigen Vorsprungsteil 121, eine Aussparung 122 und eine Lichteinfallsoberfläche 123 auf, wobei sich die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 vorzugsweise in eine Längsrichtung 124 erstreckt. Die Aussparung 122 ist entfernt von der Lichteinfallsoberfläche 123 angeordnet, und vorzugsweise ist die Aussparung 122 an einer der Lichteinfallsoberfläche 123 gegenüberliegenden Seite positioniert. Die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 weist ein erstes wellenartiges Array 131 auf, das das farbige Licht gleichmäßiger verteilt und dadurch unterscheidbare Lichtpunkte oder ungemischtes gefärbtes Licht für den Betrachter vermeidet. Das durch die Lichteinfallsoberfläche 123 einfallende und zu der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 gehende Licht wird an der Grenzfläche zwischen der Aussparung 122 und dem umgebenden optischen Medium teilweise oder mittels innerer Totalreflektion total reflektiert und läuft zu beiden Seiten der Aussparung 122, d. h. zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil 121. Ein Teil des Lichts kann jedoch die Aussparung 122 direkt verlassen. Aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 und dem umgeben den optischen Medium wird das die Außenfläche der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 verlassende Licht gemäß dem Snellinsschen Gesetz gebrochen. Der Anteil des an der Aussparung 122 total reflektierten Lichts geht zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil 121, wodurch der die Aussparung 122 direkt verlassende Lichtfluss sinkt. Dies verhindert entsprechend, dass der Großteil des von den Lichtquellen 11 emittierten Lichts die Aussparung 122 verlässt und einen Lichtpunkt erzeugt. Vorzugsweise ähnelt das Volumen der Aussparung 122 einer V-Form oder einer U-Form, wie in 1b gezeigt. Wenn die Aussparung 122 V-förmig ist, zeigt die Spitze der Aussparung 122 vorzugsweise zu der Lichteinfallsoberfläche 123. Das an der Aussparung 122 zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil 121 reflektierte Licht und/oder das ohne Reflektion an der Aussparung 122 zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil 121 laufende Licht kann die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 auf die folgenden Arten verlassen, die nicht beschränkend sind, wie direktes Hindurchgehen, Brechung und Reflektion. Beispielsweise wird das in die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 einfallende Licht bei einem speziellen Winkel mehrere Male einer Totalreflektion innerhalb des flügelförmigen Vorsprungsteil 121 unterzogen, um schrittweise durchmischt zu werden und um die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 als gut gemischtes farbiges Licht zu verlassen. Ferner umfasst die Lichteinfallsoberfläche 123, jedoch nicht beschränkt darauf, eine flache Oberfläche, eine konkave oder eine andere gekrümmte Oberfläche, die für die Aufnahme von Licht geeignet ist.
  • In der vorliegenden Erfindung wird eine erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 wahlweise verwendet, um das Licht auszubreiten. Wie in 1b gezeigt, weist die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 ein erstes wellenartiges Array 131 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 und das erste wellenartige Array 131 auf der Lichteinfallsoberfläche 123 der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 gebildet. Das erste wellenartige Array 131 ist eine auf der ersten optischen Aufbereitungsoberfläche 13 gebildete wellenförmige Oberfläche, und die wellenförmige Oberfläche ist in einer vorbestimmten Wellenrichtung gebildet, also in der Array-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131. Das erste wellenartige Array 131 kann aus einer Vielzahl von Mikrolinsen bestehen. Während das Licht durch die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 tritt, wird es umgelenkt und durch die Mirkolinsen des ersten wellenartigen Arrays 131 verwischt. Der Durchmesser einer Mirkolinse ist etwa zwischen 50 μm und 60 μm. Wenn die Wellen des ersten wellenartigen Arrays 131 aufeinanderfolgend aufgebaut sind, beträgt der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Wellenbergen oder -tälern etwa zwischen 100 μm und 120 μm.
  • Ferner kann die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 auch innerhalb der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 durch Bilden des wellenartigen Arrays auf einer Verbindungsgrenzfläche von zwei Materialien mit verschiedenen Brechungsindexes gebildet werden. Das erste wellenartige Array 131 ist nicht darauf beschränkt, auf der Lichteinfallsoberfläche 123 gebildet zu sein, sondern kann auch auf dem flügelförmigen Vorsprungsteil 121 oder/und der Aussparung 122 gebildet werden, d. h. das erste wellenförmige Array 131 kann überall dort gebildet werden, wo das Lichts möglicherweise hindurch tritt.
  • Das Material der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 umfasst, ist jedoch nicht darauf beschränkt, Arcylharz, COC, PMMA, PC, PC/PMMA, Polyetherimid, Fluorocarbon-Polymer, Silikon oder andere Äquivalente davon, Kombinationen davon, und andere transparente Materialien.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 2a und 2b sind schematische Ansichten einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es wird angemerkt, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen für ähnliche Elemente verwendet werden und nicht nochmals ausführlich beschrieben werden.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst wahlweise einen optischen Film 15 mit einer ersten Oberfläche 151 und einer der ersten Oberfläche 151 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 152. Die optische Aufbereitungsoberfläche 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf der ersten Oberfläche 151 gebildet. Der optische Film 15 kann auf dem Lichtaustrittsbereich 102 der Beleuchtungsvorrichtung 1 oder zwischen der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 und der Lichtquelle 11 angeordnet sein. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist der optische Film 15 fähig, Licht auszubreiten. Wahlweise kann eine zweite optische Aufbereitungsoberfläche 14 auf der zweiten Oberfläche 152 des optischen Films 15 gebildet sein, und ein zweites wellenartiges Array 151 ist auch auf der zweiten optischen Aufbereitungsoberfläche 14 gebildet. Die Array-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 ist verschieden von der des zweiten wellenartigen Arrays 141. Wie in 2b gezeigt, wird ein Moiré-Muster durch Stapeln des ersten wellenartigen Arrays 131 und des zweiten wellenartigen Arrays 141 in verschiedenen Array-Richtungen gebildet. Durch geeignetes Anpassen des ersten wellenartigen Arrays 131 und des zweiten wellenartigen Arrays 141 kann das durch das Moiré-Muster laufende Licht umverteilt werden. Der optische Film 15 ist als von der S-Light Opt Electronics Inc., Taiwan hergestelltes Produkt erhältlich. Um das Lichtausbreitungsverhalten noch weiter zu verbessern, kann ein Diffusor oder mehrere über dem optischen Film 15 positioniert werden.
  • Die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 kann entweder auf der Lichtausbreitungsvorrichtung oder dem optischen Film 15 oder auf beiden gebildet sein. Das erste wellenartige Array 131 und das zweite wellenartige Array 141 können die gleichen oder verschiedene Wellenabmessungen (Mikrolinsenabmessungen), Wellenformen und Wellenfrequenzen aufweisen, was von dem Typ der Lichtquelle und den Beleuchtungsanforderungen der Beleuchtungsvorrichtung 1 abhängt.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • 3a und 3b sind schematische Ansichten einer Beleuchtungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem dritten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bezugszeichen für ähnliche Elemente des ersten Ausführungsbeispiel verwendet und nicht nochmals ausführlich beschrieben.
  • Das von der Lichtquelle 11 ausgesendete Licht geht normalerweise nicht in eine Richtung, sondern strahlt in die Umgebung ab, daher ist es wahrscheinlich, dass ein Teil des Lichts direkt in den Hohlraum 10 eintritt, ohne durch die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 hindurchzugehen. Um das nicht in die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 eintretende Licht zu sammeln, umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung ein Lichtsammelelement 16 zum Sammeln des von der Lichtquelle 11 emittierten Lichts. Das Lichtsammelelement 16 ist zwischen der Lichtquelle 11 und der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 positioniert. Darüber hinaus kann die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 auf dem Lichtsammelelement 16 gebildet sein. Wenn die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 auf einer der Lichtquelle 11 gegenüberliegenden Seite des Lichtsammelelements 16 gebildet ist, kann die andere Seite des Lichtsammelelements 16 direkt an der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 befestigt werden. Das Lichtsammelelement 16 und die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 können als Ganzes gebildet sein. Wahlweise kann die erste optische Aufbereitungsoberfläche 13 auf einer Seite des Lichtsammelelement 16 gebildet sein, die der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 gegenüberliegt. Das Lichtsammelelement 16 kann einen Graben 161 zur Aufnahme der Lichtquelle 11 aufweisen, wodurch das meiste von der Lichtquelle 11 ausgesendete Licht in das Lichtsammelelement 16 eintreten kann.
  • Die Lichtquelle 11 der Beleuchtungsvorrichtung 1 ist nicht darauf beschränkt, innerhalb des Hohlraums 10 angeordnet zu sein, sondern kann auch außerhalb des Hohlraums 10 angeordnet sein. Wenn die Lichtquelle 11 außerhalb des Hohlraums 10 angeordnet ist, kann ein Lichtübertragungselement 17 verwendet werden, um das von der Lichtquelle 11 ausgesendete Licht zu der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 zu übertragen. Das Lichtübertragungselement 17 kann z. B. eine optische Faser, ein Lichtleiter oder Äquivalente davon sein. Ein Ende des Lichtübertragungselements 17 kann mit dem Lichtsammelelement 16 verbunden sein. Sowohl das Lichtleiterelement 17 als auch die Lichtquelle 11 können innerhalb des Hohlraums eingebaut sein. Wenn das Lichtübertragungselement 17 flexibel ist, kann die Lichtquelle 11 an anderen Stellen positioniert werden, die das Lichtübertragungselement 17 erreichen kann.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle 11 parallel zu der Array-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 (d. h. zu der Wellenfront-Richtung des wellenartigen Arrays) verläuft, wird ein Lichtmuster 18 gebildet, das im Wesentlichen parallel zu der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 ist, nachdem das Licht durch das erste wellenartige Array 131 hindurchgegangen ist. Folglich wird, wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle 11 und der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 in einem linearen Muster angeordnet sind, das Licht als ein lineares Muster verteilt; wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle 11 und der Wellen front-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 in einem gekrümmten Muster oder in einem strahlenförmigen Muster angeordnet ist, wird das Licht in einem gekrümmten Muster oder in einem strahlenförmigen Muster verteilt, wie in den 4a bis 4c gezeigt. Theoretisch wird, wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquelle 11 parallel oder ungefähr parallel zu der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 ist, das Licht von der Lichtquelle 11 in das Lichtmuster 18 verteilt, das sich entlang der Wellenfront-Richtung erstreckt. Es wird angemerkt, dass die Abmessung der Lichtquelle 11 oder des ersten wellenartigen Arrays 131, die in den 4a bis 4c gezeigt sind, übertrieben und nicht maßstabsgetreu dargestellt sind.
  • Das zweite wellenartige Array 141 kann ferner über dem ersten wellenartigen Array 131 gebildet sein, wie in 2b gezeigt. Wenn die Wellenfront-Richtung des zweiten wellenartigen Arrays 141 verschieden von der des ersten wellenartigen Arrays 131 ist, kann das Licht in verschiedene Richtung verteilt werden. Beispielsweise wird, wenn die Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 senkrecht zu der des zweiten wellenartigen Arrays 141 ist und die Lichtquelle 11 linear angeordnet ist, das Licht erst als ein lineares Muster nach dem Durchgang durch das erste wellenartige Array 131 verteilt, und dann als ebenes Muster nach dem Durchgang durch das zweite wellenartige Array 141 verteilt.
  • Mit Bezug auf 5 können bei dem Gebrauch der Lichtquelle 11 und des ersten wellenartigen Arrays 131 die Punktquellen eine ähnliche Funktion wie eine lineare Lichtquelle erreichen, wie z. B. eine CCFL oder eine Fluoreszenzlampe. Zum Beispiel wird eine Vielzahl von Punktquellen, die als Lichtquellen 11 dienen, in einem ausgesparten Hohlraum 19 platziert und das erste wellenartige Array 13 wird über den Lichtquellen 11 angeordnet. Wenn die Anordnungsrichtung der Lichtquellen 11 und der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 in einem linearen Muster angeordnet und zueinander parallel sind, wird das Licht von der Lichtquelle 11 als lineares Muster verteilt. Durch das Entwerfen einer notwendigen Schaltung und mechanischen Komponenten kann eine Beleuchtungsvorrichtung ähnlich zu einer CCFL oder einer Fluoreszenzlampe gebildet werden. Darüber hinaus kann eine reflektive Oberfläche 91 innerhalb des ausgesparten Hohlraums 19 zum Reflektieren des von der Lichtquelle 11 ausgesendeten Lichts gebildet sein.
  • Das erste wellenartige Array 131 kann auf einem Material, wie z. B. Harz, das in den ausgesparten Hohlraum 19 gefüllt ist, gebildet sein. Das erste wellenartige Array 131 kann auch auf einem optischen Film 13 gebildet sein, der die Lichtquelle 11 bedeckt. Zum Verringern der thermischen Spannung, die durch die von der Lichtquelle 11 erzeugte Wärme hervorgerufen wird, kann ein Füllmaterial 92 zwischen den optischen Film 13 und die Lichtquelle 11 gefüllt werden, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials 19 unterschiedlich von dem des optischen Films 13 ist.
  • Die verschiedenen beispielhaften Beleuchtungsvorrichtungen 1, die oben beschrieben sind, können in einem Hintergrundlichtmodul für eine LCD oder eine Beleuchtung verwendet werden. Wenn das Hintergrundlichtmodul ein Direktlicht-Typ ist, umfasst das Hintergrundlichtmodul zumindest die Lichtquelle 11 und das erste wellenartige Array 131. Vorzugsweise ist die Anordnungsrichtung der Lichtquelle 11 im Wesentlichen parallel zu der Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131. Wahlweise kann die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 zwischen der Lichtquelle 11 und der Flüssigkristallschicht der LCD zum Verteilen des Lichts angeordnet sein. Wenn das Hintergrundlichtmodul ein Kantenlicht-Typ ist, muss eine Lichtleiterplatte zum Leiten des Lichts zu der Anzeigeoberfläche der LCD verwendet werden. In diesem Fall ist die Lichtquelle 11 auf der lateralen Seite der Lichtleiterplatte angeordnet. Um ein lineares Lichtmuster zu bilden, wie z. B. eines, das durch eine CCLF erzeugt wird, ist die Wellenfront-Richtung des ersten wellenartigen Arrays 131 parallel zu der Anordnungsrichtung der Lichtquelle 11 angeordnet. Das erste wellenartige Array 131 kann mit der Lichtquelle 11 als ein Modul zusammengesetzt sein, wie in 5 gezeigt. Das erste wellenartige Array 131 kann direkt auf der Lichtleiterplatte gebildet sein, wie z. B. auf dem Lichteintrittsbereich (nicht gezeigt) der Lichtleiterplatte. Das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht kann zu der Lichtleiterplatte über die Lichtausbreitungsvorrichtung 12 umgeleitet werden, wobei der flügelförmige Vorsprungsteil 121 der Lichtausbreitungsvorrichtung 12 der Lichtleiterplatte gegenüberliegt.
  • Wie von einem Fachmann verstanden wird, sind die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eher zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung als zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung gedacht. Es ist beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen, die innerhalb des Geistes und des Schutzumpfangs der angehängten Ansprüche umfasst sind, abzudecken, wobei der Umpfang in der breitesten Weise ausgelegt werden soll, um all diese Modifikationen und ähnliche Strukturen zu umfassen.
  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst einen Hohlraum mit einer diffusen Oberfläche, einer Lichtquelle, einer Lichtausbreitungsvorrichtung, und zumindest einer optischen Aufbereitungsoberfläche mit einem darauf gebildeten wellenartigen Array. Die Lichtausbreitungsvorrichtung und die optische Aufbereitungsoberfläche breiten das von der Lichtquelle erzeugte Licht aus. Die Lichtausbreitungsvorrichtung umfasst einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche, eine von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegende Aussparung und eine optische Aufbereitungsoberfläche mit einem wellenartigen Array, wobei das wellenartige Array eine Wellenfront-Richtung aufweist.
    •

Claims (60)

  1. Beleuchtungsvorrichtung, mit: – einem Hohlraum mit einer diffusen Oberfläche und einem Lichtaustrittsbereich; – einer Lichtquelle zum Aussenden von Licht; – einer in dem Hohlraum angeordneten Lichtausbreitungsvorrichtung, die einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche und eine von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegende Aussparung aufweist, zum Leiten des Lichts im Wesentlichen zu dem flügelförmigen Vorsprungsteil; und – einer ersten optischen Aufbereitungsoberfläche, die im Strahlengang des Lichts angeordnet ist und ein erstes wellenartiges Array aufweist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die diffuse Oberfläche im Wesentlichen eine Lambertsche Oberfläche und die Lichtausbreitungsvorrichtung längslaufend geformt ist.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: – einem optischen Film mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf der ersten Oberfläche gebildet ist.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der optische Film ferner umfasst: – eine zweite optische Aufbereitungsoberfläche, die auf der zweiten Oberfläche gebildet ist und ein zweites wellenartiges Array aufweist, das sich in einer Array-Richtung verschieden von der des ersten wellenartigen Arrays erstreckt.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der optische Film auf dem Lichtaustrittsbereich gebildet ist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der optische Film zwischen der Lichtausbreitungsvorrichtung und der Lichtquelle angeordnet ist.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf der Lichteinfallsoberfläche gebildet ist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf der Lichtausbreitungsvorrichtung gebildet ist.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung zwei Arten von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices umfasst.
  10. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: – einem Lichtsammelelement, das zwischen der Lichtquelle und der Lichtausbreitungsvorrichtung zum Sammeln von Licht angeordnet ist, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche auf dem Lichtsammelelement gebildet ist.
  11. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche der Lichtquelle gegenüberliegt.
  12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche der Lichtausbreitungsvorrichtung gegenüberliegt.
  13. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung und das Lichtsammelelement einstückig gebildet sind.
  14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Lichtsammelelement einen Graben zur Aufnahme der Lichtquelle umfasst.
  15. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: – einem Lichtübertragungselement zum Übertragen des Lichts zu der Lichtausbreitungsvorrichtung.
  16. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Lichtübertragungselement aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer optischen Faservorrichtung, einem Lichtleiter und Äquivalenten davon besteht.
  17. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aussparung im Wesentlichen in einer V-Form gebildet ist.
  18. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aussparung im Wesentlichen in einer U-Form gebildet ist.
  19. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist.
  20. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ist.
  21. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen umfasst, und zumindest zwei der lichtemittierenden Vorrichtungen Licht mit verschiedenen Farben aussenden.
  22. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle weißes Licht aussendet.
  23. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Material der Lichtausbreitungsvorrichtung aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Arcylharz, COC, PMMA, PC, PC/PMMA, Poyletherimid, Fluorocarbonpolymer, Silikon und Äquivalenten oder/und Kombinationen davon besteht.
  24. Lichtausbreitungsvorrichtung, mit: – einem flügelförmigen Vorsprungsteil; – einer Lichteinfallsoberfläche; – einer von der Lichteinfallsoberfläche entfernt liegende Aussparung; und – einer optischen Aufbereitungsoberfläche mit einem wellenartigen Array, das in Wellenfront-Richtung gebildet ist.
  25. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die optische Aufbereitungsoberfläche auf der Lichteinfallsoberfläche gebildet ist.
  26. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die optische Aufbereitungsoberfläche auf der Aussparung gebildet ist.
  27. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die optische Aufbereitungsoberfläche auf dem flügelförmigen Vorsprungsteil gebildet ist.
  28. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei das flügelförmige Vorsprungsteil eine reflektive Oberfläche umfasst.
  29. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei das flügelförmige Vorsprungsteil eine brechende Oberfläche umfasst.
  30. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Aussparung eine zu der Lichteinfallsoberfläche zeigende Spitze umfasst.
  31. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Aussparung Licht reflektiert.
  32. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei das flügelförmige Vorsprungsteil sich in Längsrichtung erstreckt.
  33. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Wellenfront-Richtung im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung ist.
  34. Lichtausbreitungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei die optische Aufbereitungsoberfläche zwischen zwei Arten von Materialien mit verschiedenen Brechungsindices angeordnet ist.
  35. Beleuchtungsvorrichtung, mit: – einem Hohlraum mit einem Boden und einer Seitenwand; – einer Vielzahl von in dem Hohlraum angeordneten Lichtquellen; - einer über den Lichtquellen angeordneten Lichtausbreitungsvorrichtung; und - einer über den Lichtquellen angeordneten optischen Aufbereitungsoberfläche, wobei die optische Aufbereitungsoberfläche im Wesentlichen parallel zu dem Boden ist und ein wellenartiges Array aufweist.
  36. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, ferner mit: – einer reflektierenden Oberfläche, die auf zumindest einer der Boden- und Seitenwände gebildet ist.
  37. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, ferner mit: – einem Diffusor, der im Wesentlichen parallel zu dem Boden ist.
  38. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Lichtausbreitungsvorrichtung einen flügelförmigen Vorsprungsteil, eine Lichteinfallsoberfläche und eine der Lichteinfallsoberfläche gegenüberliegende Aussparung aufweist.
  39. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 38, wobei der flügelförmige Vorsprungsteil sich in Längsrichtung erstreckt.
  40. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei das wellenartige Array eine Linse mit einem Durchmesser im Wesentlichen zwischen 50 μm und 60 μm umfasst.
  41. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Lichtquellen eine einer roten LED, einer blauen LED und einer grünen LED umfassen.
  42. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Lichtquellen periodisch angeordnet sind.
  43. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Lichtquellen in einem Array angeordnet sind.
  44. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Lichtquellen in einem gekrümmten Muster angeordnet sind.
  45. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Lichtquellen in einer Gruppe angeordnet sind.
  46. Beleuchtungsvorrichtung, mit: – einer Vielzahl von Lichtquellen mit einer Anordnungsrichtung; und – einer ersten optischen Aufbereitungsoberfläche mit einem ersten wellenartigen Array, das in einer Wellenfront-Richtung gebildet ist, die im Wesentlichen parallel zu der Anordnungsrichtung der Lichtquellen ist.
  47. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, wobei die Lichtquellen eine einer roten LED, einer blauen LED und einer grünen LED umfassen.
  48. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, wobei die erste Wellenfront-Richtung in einer gekrümmten Linie verläuft.
  49. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, wobei die erste Wellenfront-Richtung sich in einer geraden Linie erstreckt.
  50. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, ferner mit: – einer zweiten optischen Aufbereitungsoberfläche mit einem zweiten wellenartigen Array, und eine zweite Wellenfront-Richtung ist im Wesentlichen unterschiedlich zu der ersten Wellenfront-Richtung.
  51. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 50, wobei eine zweite Wellenfront-Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Wellenfront-Richtung ist.
  52. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 50, wobei die zweite optische Aufbereitungsoberfläche und die Lichtquellen auf gegenüberliegenden Seiten der ersten optischen Aufbereitungsoberfläche angeordnet sind.
  53. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, wobei das erste wellenartige Array oder das zweite wellenartige Array eine Linse mit einem Durchmesser im Wesentlichen zwischen 50 μm und 60 μm umfassen.
  54. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, wobei ein Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen oder -tälern in dem ersten wellenartigen Array oder dem zweiten wellenartigen Array im Wesentlichen zwischen 100 μm und 120 μm ist.
  55. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, ferner mit: – einem ausgesparten Hohlraum mit einem Boden, auf dem die Lichtquellen angeordnet sind, wobei die erste optische Aufbereitungsoberfläche über den Lichtquellen angeordnet ist; und – einer auf dem Boden liegenden reflektierenden Oberfläche.
  56. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, ferner mit: – einem optischen Film mit der ersten optischen Aufbereitungsoberfläche; – einem Füllmaterial, das zwischen den Lichtquellen und dem optischen Film angeordnet ist, wobei das Füllmaterial einen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist, der unterschiedlich von dem des optischen Films ist.
  57. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 46, ferner mit: – einer Flüssigkristallschicht.
  58. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 57, ferner mit: – einer Lichtausbreitungsvorrichtung mit einem reflektierendem Teil und einem brechenden Teil zum Ausbreiten der Lichtstrahlen, die von den Lichtquellen ausgesendet werden.
  59. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 58, ferner mit: – einem Lichtleiterelement mit einer oberen Oberfläche und einer Seitenwand, die im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche ist, wobei die Flüssigkristallschicht der oberen Oberfläche gegenüberliegt und die Lichtausbreitungsvorrichtung an der Seitenwand angeordnet ist.
  60. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 57, ferner mit: – einem Lichtleiterelement mit einer oberen Oberfläche und einer Seitenwand, die im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche ist, wobei die Flüssigkristallschicht der oberen Oberfläche gegenüberliegt, und die Lichtquellen an der Seitenwand angeordnet sind.
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