DE102005056646A1 - Licht emittierende Vorrichtung, die eine Mehrzahl von benachbarten, überlappenden Lichtleiterplatten aufweist - Google Patents

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Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel weist eine Licht emittierende Vorrichtung eine Mehrzahl von benachbarten, überlappenden Lichtleiterplatten, die aus einem im Wesentlichen tranparenten Material gebildet sind, und eine Mehrzahl von Lichtquellen auf. Jede der Lichtleiterplatten weist i) ein erstes und ein zweites Ende, ii) eine oder mehrere im Wesentlichen transparente Oberflächen, durch die Licht emittiert wird, und iii) eine oder mehrere reflektierende Oberflächen, um Licht in der Lichtleiterplatte umzulenken, aufweist. Dort, wo die erste und die zweite Lichtleiterplatte benachbart sind, A) hängt das erste Ende der ersten Lichtleiterplatte unter dem zweiten Ende der zweiten Lichtleiterplatte und B) ist das erste Ende der ersten Lichtleiterplatte gegenüber einer primären Licht emittierenden Seite der Vorrichtung positioniert. Die Mehrzahl von Lichtquellen ist optisch mit den ersten Enden der Lichtleiterplatten gekoppelt, um das Innere der Lichtleiterplatten zu beleuchten.

Description

  • Eine transmissive Flüssigkristallanzeige (LCD – liquid crystal display) ist eine Anzeige, die ein Hintergrundlicht benötigt, um ihre Beleuchtung zu liefern. Oft umfasst das Hintergrundlicht einen allgemein planaren Lichtleiter, der eine transparente Seite, eine reflektierende Seite und eine Mehrzahl von Kanten aufweist. Licht von einer oder mehr Lichtquellen wird derart projiziert, dass es in eine oder mehr der Kanten des Lichtleiters eintritt, von der reflektierenden Seite des Lichtleiters abreflektiert wird und durch die transparente Seite des Lichtleiters emittiert wird. Die Lichtquellen können verschiedene Formen aufweisen, einschließlich derjenigen einer Kaltkathodenleuchtstofflampe (CCFL – cold-cathode fluorescent lamp) oder eines Arrays von Licht emittierenden Dioden (LED – light emitting diode).
  • In machen Fällen wird der Lichtleiter eines Hintergrundlichts beispielsweise durch ein(e) oder mehr CCFLs oder LED-Arrays, die zu einer oder mehreren der Kanten des Lichtleiters benachbart positioniert sind, kantenbeleuchtet. Beispielhafte kantenbeleuchtete Lichtleiter sind in der U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2002/0175632 A1 mit dem Titel „LED Backlight" und in der U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2004/0130884 A1 mit dem Titel „Backlight Unit of Display Device and Liquid Crystal Display Device Using the Same" ausführlicher offenbart.
  • In anderen Fällen wird der Lichtleiter eines Hintergrundlichts beispielsweise durch ein(e) oder mehrere CCFLs oder LED-Arrays, die unter der reflektierenden Seite des Licht leiters positioniert sind, von unten beleuchtet. Die Lichtquelle(n) projiziert bzw. projizieren Licht in einen unter dem primären Lichtleiter positionierten sekundären Lichtleiter. Licht, das aus diesem sekundären Lichtleiter austritt, wird anschließend um und in eine oder mehr Kanten des primären Lichtleiters reflektiert. Beispielhafte von unten beleuchtete Lichtleiter sind in der U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2004/0061814 A1 mit dem Titel „Backlight Device for Liquid Crystal Display and Method of Fabricating the Same" ausführlicher offenbart.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Flüssigkristallanzeige sowie eine im Wesentlichen transparente Lichtleiterplatte mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Flüssigkristallanzeige gemäß Anspruch 34 sowie durch eine im Wesentlichen transparente Lichtleiterplatte gemäß Anspruch 39 gelöst.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Licht emittierende Vorrichtung eine Mehrzahl von benachbarten, überlappenden Lichtleiterplatten und eine Mehrzahl von Lichtquellen auf. Die Mehrzahl von benachbarten Lichtleiterplatten ist aus einem im Wesentlichen transparenten Material gebildet, wobei jede Lichtleiterplatte i) ein erstes und ein zweites Ende, ii) eine oder mehr im Wesentlichen transparente Oberflächen, durch die Licht emittiert wird, und iii) eine oder mehr reflektierende Oberflächen, um Licht in der Lichtleiterplatte umzulenken, aufweist. Dort, wo die erste und die zweite Lichtleiterplatte benachbart sind, A) hängt das erste Ende der ersten Lichtleiterplatte unter dem zweiten Ende der zweiten Lichtleiterplatte und B) ist das erste Ende der ersten Lichtleiterplatte gegenüber einer primären Licht emittierenden Seite der Vorrichtung positioniert. Eine Mehrzahl von Lichtquellen ist optisch mit den ersten Enden der Lichtleiterplatten gekoppelt, um das Innere der Lichtleiterplatten zu beleuchten.
  • Andere Ausführungsbeispiele sind ebenfalls offenbart.
    •
  • Bevorzugte veranschaulichende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Aufriss einer Flüssigkristallanzeige;
  • 2 eine Draufsicht auf das in 1 gezeigte Hintergrundlicht;
  • 3 eine auseinandergezogene Ansicht einer der in 1 gezeigten Lichtleiterplatten;
  • 4 & 5 alternative Konfigurationen des in 1 gezeig ten Substrats;
  • 6 ein Array von LEDs, die eine der in 1–3 gezeigten Lichtquellen bilden;
  • 7 & 8 alternative Ansichten einer ovalen LED;
  • 9 & 10 Auftragungen einer Leuchtstärke für die Haupt und die Nebenachse der in 7 & 8 gezeigten ovalen LED;
  • 11 bis 16 verschiedene LED-Montagekonfigurationen;
  • 17 & 18 alternative Ansichten einer Mehrzahl von an einem Substrat angebrachten LED-Chips; und
  • 19 eine alternative Anordnung zum Koppeln des durch eine Lichtquelle emittierten Lichts in eine Lichtleiterplatte, wobei zwischen der Lichtquelle und der Lichtleiterplatte ein Lichtkonditionierer angeordnet ist.
  • 1 veranschaulicht einen Aufriss eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 100. Die LCD 100 umfasst eine LCD-Anzeigetafel 102, die eine Mehrzahl von LCD-Elementen aufweist, und ein Hintergrundlicht 104, das hinter der LCD-Anzeigetafel 102 positioniert ist, um Licht durch die LCD-Anzeigetafel 102 zu projizieren. Optional kann die LCD 100 einen oder mehr Lichtkonditionierer 106, 108, 110 aufweisen, die zwischen der LCD-Anzeigetafel 102 und dem Hintergrundlicht 104 positioniert sind. Die Lichtkonditionierer können eine oder mehr Lichtstreuungsschichten (z. B. einen Diffusor 106), eine oder mehr prismatische Schichten (z. B. einen Helligkeitsverbesserungsfilm (BEF – brightness enhancement film) 108) und/oder eine oder mehr Lichtpolarisierungsschichten (z. B. einen Dual-Helligkeitsverbesserungsfilm (DBEF) 110) umfassen. Diese Lichtkonditioniererschichten 106, 108, 110 können die Form von Elementen, Lagen oder Filmen aufweisen, die zwischen der LCD-Anzeigetafel 102 und dem Hintergrundlicht 104 positioniert oder auf eine(s) oder beide derselben aufgebracht sein können.
  • Wie in 1 & 2 gezeigt ist, umfasst das Hintergrundlicht 104 eine Mehrzahl von benachbarten, überlappenden Lichtleiterplatten 112, 114, 116, von denen jede aus einem im Wesentlichen transparenten Material gebildet ist. Beispiele transparenter Materialien, die beim Bilden der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 verwendet werden können, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: Glas, Acryl (z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA)) und Polycarbonat.
  • Jede der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 weist ein erstes und ein zweites Ende 118, 120, eine oder mehr im Wesentlichen transparente Oberfläche(n) 122, durch die Licht (λ) emittiert wird, und eine oder mehr reflektierende Oberflä che(n) 124, 126, um Licht in der Lichtleiterplatte 112 umzulenken, auf. Vorzugsweise umfassen die reflektierenden Oberflächen 128, 130 jeder Lichtleiterplatte 114 eine erste reflektierende Oberfläche 128, die einer primären Licht emittierenden Oberfläche 132 der Lichtleiterplatte 114 im Wesentlichen gegenüberliegt, und eine zweite reflektierende Oberfläche 130, die unter einer benachbarten Lichtleiterplatte 112 hängt und an diese anstößt.
  • Wie am besten in 3 zu sehen ist, wo die erste und die zweite Lichtleiterplatte 114, 112 benachbart sind, 1) hängt das erste Ende 134 der ersten Lichtleiterplatte 114 unter dem zweiten Ende 120 der zweiten Lichtleiterplatte 112 und 2) ist das erste Ende 134 der ersten Lichtleiterplatte 114 gegenüber der primären Licht emittierenden Seite 122, 132 des Hintergrundlichts 104 positioniert.
  • Die vertikalen Oberflächen 136, 138 einer Lichtleiterplatte 112 können entweder transparent oder reflektierend sein. Vorzugsweise sind vertikale, anstoßende Oberflächen 138, 140 benachbarter Lichtleiterplatten 112, 114 transparent, so dass Licht von einer Lichtleiterplatte 112 zur anderen 114 wandern kann. Jedoch könnten diese benachbarten vertikalen Oberflächen 138, 140 alternativ dazu auch reflektierend sein. Die vertikalen Oberflächen 142, 144, 146 definieren den Umfang des Hintergrundlichts 104 und sind vorzugsweise reflektierend, so dass Licht nicht von dem Umfang des Hintergrundlichts 104 abkommt. Jedoch könnten diese Umfangsoberflächen 142, 144, 146 alternativ dazu auch transparent sein.
  • Das Hintergrundlicht 104 umfasst ferner eine Mehrzahl von Lichtquellen 148, 150, 152, die mit den ersten Enden 118, 134 der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 optisch gekoppelt sind, um das Innere der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 direkt und indirekt zu beleuchten.
  • Bei dem in 1–3 gezeigten Hintergrundlicht 104 werden die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 an einem Substrat 154 montiert (oder durch dasselbe getragen). Wie gezeigt ist, kann das Substrat 154 aus eine Mehrzahl von überlappenden Komponenten zusammengebaut sein, die aus planaren Komponenten 156 und abgestuften Komponenten 158 bestehen. 4 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel des Substrats, wobei das Substrat 400 aus einer Mehrzahl von gleichen Komponenten 402a, 402b zusammengebaut ist. 5 veranschaulicht ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel des Substrats, wobei das Substrat 500 als integriertes Stück gebildet ist.
  • Das Substrat 154 für das Hintergrundlicht 104 kann unter Verwendung verschiedener Materialien, einschließlich z. B. eines Metalls wie z. B. Aluminium, gebildet sein. Vorzugsweise ist das bzw. sind die Materialien des Substrats so gewählt, dass ihm eine im Wesentlichen starre und wärmeleitfähige Struktur verliehen wird. Auf diese Weise liefert das Substrat 154 eventuell nicht nur einen Träger für die Lichtleiterplatten 112, 114, 116, sondern trägt eventuell auch dazu bei, die Wärme, die infolge dessen, dass die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 beleuchtet werden, entsteht, abzuleiten. Wenn zusätzliche Wärme ableitende Elemente (z. B. Wärmesenken 160, 162, 164) benötigt werden, können sie mit einer oder beiden der planaren und der abgestuften Komponente 156, 158 des Substrats 154 gekoppelt sein.
  • Zusätzlich dazu, dass sie an einem Substrat 154 montiert sind, können die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 an ihren anstoßenden Enden 138, 140 mittels eines Verbindungsmaterials aneinandergefügt werden. Alternativ dazu können die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 an ihren anstoßenden Kanten 138, 140 miteinander verbunden werden, statt an dem Substrat 154 montiert zu werden.
  • Wenn gewünscht wird, dass Licht von einer Lichtleiterplatte 112 zur anderen 114 wandert, kann ein im Wesentlichen transparentes Verbindungsmaterial gewählt werden, so dass die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 und ihr Verbindungsmaterial eine im Wesentlichen durchgehende Licht emittierende Oberfläche 122, 132 bilden. Alternativ können die anstoßenden Kanten 138, 140 benachbarter Lichtleiterplatten 112, 114 dadurch, dass eine oder beide der Kanten mit einer reflektierenden Oberfläche versehen sind (oder z. B. dadurch, dass ein reflektierendes Element oder ein reflektierender Film zwischen die anstoßenden Kanten 138, 140 eingefügt wird) optisch isoliert werden. Wenn sie durch eine oder mehr reflektierende Oberfläche(n) getrennt sind, kann das optische Übersprechen zwischen benachbarten Lichtleiterplatten 112, 114 abgemildert werden.
  • Die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 können verschiedene Formen und Größen aufweisen. Vorzugsweise sind die unterhängenden Oberflächen 130, 166, 168 einer Lichtleiterplatte 114 (d. h. diejenigen, die unter einer benachbarten Lichtleiterplatte 112 hängen) reflektierend. Außerdem sind die Höhe und die Breite eines unterhängenden Endes 134 einer Lichtleiterplatte so gewählt, dass durch die Lichtquelle 150 emittierte Lichtstrahlen in einem Winkel Θ1, der den kritischen Reflexionswinkel zwischen dem Medium der Lichtleiterplatte 114 und dem Medium, dem die transparente Oberfläche 132 ausgesetzt ist (z. B. Luft) übersteigt, auf die transparente Oberfläche 132 der Lichtleiterplatte einfallen. Beispielsweise beträgt der kritische Reflexionswinkel für eine Flint/Luft-Grenzfläche etwa 32° und für eine Silikon/Luft-Grenzfläche etwa 45°.
  • Zu Zwecken der weiteren Veranschaulichung sei ein Fall betrachtet, bei dem der kritische Reflexionswinkel für eine Lichtleiterplatte 112, 114, 116 etwa 32° beträgt. In diesem Fall können die Höhe und die Breite des unterhängenden Endes 134 der Lichtleiterplatte so gewählt sein, dass der maximale Winkel, Θ1, bei dem ein durch die Lichtquelle 150 emittierter Lichtstrahl auf die transparente Oberfläche 132 trifft, 32° beträgt. Somit existiert für direkt aus der Lichtquelle 150 emittiertes Licht eine innere Totalreflexion in der Lichtleiterplatte 114. Angesichts dieser inneren Totalreflexion muss alles durch die Lichtquelle 150 emittierte Licht von der reflektierenden Oberfläche 128 abreflektiert werden, bevor es durch die transparente Oberfläche 132 bricht. Auf diese Weise kann das Licht mittels 1) des Materials der Lichtleiterplatte 114 und 2) der Beschaffenheit der reflektierenden Oberfläche 132 besser spektral zerlegt und/oder farbgemischt werden. In den meisten Fällen ermöglicht eine bessere spektrale Zerlegung und/oder Farbmischung von Licht, dass das Hintergrundlicht 104 ein Hintergrundlicht einer einheitlicheren Farbe und Luminanz liefert.
  • Um ein spektrales Zerlegen und/oder Farbmischen von Licht in einer Lichtleiterplatte 112 zu unterstützen, können ihre reflektierenden Oberflächen 124, 126 verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise können ihre reflektierenden Oberflächen 124, 126 diffuse reflektierende Oberflächen, spiegelnde reflektierende Oberflächen, polarisierende reflektierende Oberflächen oder eine Kombination derselben sein. Verschiedene reflektierende Oberflächen, z. B. die erste und die zweite reflektierende Oberfläche 124, 126 eines Lichtleiters, können verschiedene Formen aufweisen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine diffuse reflektierende Oberfläche die Form einer einheitlichen diffusen Oberfläche (d. h. einer diffusen Oberfläche, die an jeglichem Punkt der Oberfläche im Wesentlichen dieselbe Streuung liefert) aufweisen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine diffuse reflektierende Oberfläche die Form eines Punktmusters von diffusen reflektierenden Oberflächen aufweisen. In diesem letzteren Fall kann zum Zweck des Lenkens von Licht, das ein Leck aufweist, vorbei an dem Punktmuster zurück in eine Lichtleiterplatte 112 eine spiegelnde reflektierende Schicht unter dem Punktmuster positioniert sein. Beispielsweise kann die spiegelnde reflektierende Schicht die Form einer spiegelnden Lage aufweisen, die zwischen die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 und das Substrat 154 eingefügt ist. Alternativ dazu kann die spiegelnde reflektierende Schicht die Form einer spiegelnden Beschichtung oder eines spiegelnden Films aufweisen, die bzw. der auf die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 oder das Substrat 154 aufgebracht wird.
  • Wie in 3 gezeigt ist, können die primäre transparente und reflektierende Oberfläche 122, 124 jeder Lichtleiterplatte 112 einen Winkel Θ2 aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel des Hintergrundlichts 104 liegt der Winkel Θ2 zwischen 0° und 20°.
  • Wie in 1 gezeigt ist, können die primären transparenten Oberflächen 122, 132 der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 anstoßen, um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Licht emittierenden Bereich zu bilden. Jedoch müssen sie nicht einen kontinuierlichen Licht emittierenden Bereich bilden und können stattdessen einen gekrümmten oder texturierten Licht emittierenden Bereich bilden. In manchen Fällen kann die Form der (oder können die Beschichtungen auf den) primären transparenten Oberflächen 122, 132 dazu beitragen, Licht, das aus dem Hintergrundlicht 104 emittiert wird, weiter zu mischen, zu streuen oder zu polarisieren. Desgleichen können die anderen Oberflächen 124, 126, 136, 138 einer Lichtleiterplatte 112, ob sie transparent oder reflektierend sind, gekrümmt oder eine Kombination aus flach und gekrümmt sein.
  • Die Lichtquellen 148, 150, 152 des Hintergrundlichts 104 können verschiedene Formen aufweisen, wobei die Formen alleine oder in Kombination mit anderen Formen verwendet werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Lichtquellen 148, 150, 152 die Form von Arrays 600 von Licht emittierenden Dioden (LEDs) aufweisen. Siehe 6. Die einzelnen LEDs (z. B. 602, 604) eines Arrays 600 können dieselbe Farbe oder verschiedene Farben aufweisen. Beispielsweise emittieren eventuell alle LEDs 602, 604 in einem Array 600 weißes Licht. Oder ein LED-Array 600 umfasst eventuell eine Mehrzahl verschiedenfarbiger LEDs 602, 604, von denen jede beispielsweise rotes, grünes oder blaues Licht emittiert. Wenn ein LED-Array 600 verschiedenfarbige LEDs 602, 604 umfasst, können die Treibersignale der verschiedenfarbigen LEDs 602, 604 dahingehend angepasst werden, den Farbpunkt des durch das LED-Array 600 emittierten gemischten Lichts zu steuern.
  • Bei einer sinnvollen Kombination aus LEDs emittieren verschiedenfarbige LEDs eventuell dominante Lichtwellenlängen zwischen 450 und 490 Nanometern (nm) (bläuliches Licht), zwischen 510 und 550 nm (grünliches Licht) und zwischen 610 und 650 nm (rötliches Licht). Bei einer anderen sinnvollen Kombination aus LEDs emittieren verschiedenfarbige LEDs eventuell dominante Lichtwellenlängen zwischen 450 und 480 Nanometern (bläuliches Licht), zwischen 480 und 520 nm (bläulich-grünes Licht), zwischen 520 und 550 nm (grünliches Licht) und zwischen 610 und 650 nm (rötliches Licht).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Leuchtstärke-Raumverteilung einer LED um die optische Achse der LED herum rotationssymmetrisch sein. Dies ist typisch für LEDs, die einen runden horizontalen Querschnitt aufweisen. Alternativ dazu, und wie in den 7–10 gezeigt ist, kann eine LED 700 eine ovale Leuchtstärke-Raumverteilung mit einer gesonderten Haupt- und Nebenachse in ihrer Leuchtstärke-Raumverteilung aufweisen. Siehe z. B. die Auftragungen der Leuchtstärke (9 & 10) für die Haupt- und die Nebenachse der in 7 & 8 gezeigten ovalen LED. Eine LED 700, die eine ovale Leuchtstärke-Raumverteilung aufweist, ist insofern nützlich, als die Hauptachse der LED im Wesentlichen horizontal zu der ziemlich dünnen Ebene des Hintergrundlichts 104 orientiert werden kann und die Nebenachse der LED im Wesentlichen vertikal zu der Ebene des Hintergrundlichts 104 orientiert werden kann, wodurch die LED 700 befähigt wird, einen breiteren „Streifen" einer Lichtleiterplatte 112 zu beleuchten, und wodurch infolge der LED-Beabstandung Beleuchtungsstreifenbildungseffekte abgemildert werden. LEDs, die ovale Leuchtstärke-Raumverteilungen aufweisen, können manchmal auch die Anzahl von LEDs, die in einem Array 600 vorgesehen sein müssen, verringern.
  • Anhand von Experimenten stellte man fest, dass es für Hintergrundlichter, die geringe Tiefen und relativ große Ausdehnungen aufweisen (z. B. LCD-Fernsehen-Hintergrundlichter), vorteilhaft ist, ein Hintergrundlicht 104, das aus überlappenden Lichtleiterplatten 112, 114, 116 besteht, mit ovalen LEDs 700 auszustatten, die Leuchtstärke-Raumverteilungen mit einem Betrachtungswinkel zwischen 20° und 90° auf ihren Nebenachsen und zwischen 60° und 180° auf ihren Hauptachsen aufweisen.
  • Die Lichtquellen 148, 150, 152 des Hintergrundlichts 104 können eine Anzahl von Formen aufweisen. Beispielsweise kann eine Lichtquelle 148 die Form eines Arrays 600 von LEDs 602, 604 aufweisen, das an einem Substrat 606 angebracht ist, das auf demselben elektrische Verbindungen 608, 610 aufweist (wie z. B. in 6 gezeigt ist). Dieses LED-Substrat 606 kann zwischen einer der Lichtleiterplatten 112 und dem Substrat 154, das die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 trägt, angebracht werden (z. B. indem zuerst das LED-Substrat 606 an der Lichtleiterplatte 112 angebracht wird oder indem zuerst das LED-Substrat 606 an dem Substrat 154 angebracht wird).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat 606, auf dem die LEDs 602, 604 angebracht sind, eine flexible gedruckte Schaltung (FPC – flexible printed circuit) sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Substrat 606, an dem die LEDs 602, 604 angebracht sind, eine gedruckte Schaltungsplatine mit Metallkern (MCPCB – metal core printed circuit board) sein. In dem letzteren Fall fungiert die MCPCB eventuell nicht nur als LED-Substrat 606, sondern auch als Teil des Substrats 154, auf dem die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 montiert sind. Andernfalls kann ein Substrat 606 wie z. B. eine FPC an einem Aluminiumsubstrat angebracht sein (oder an dasselbe anstoßen), wobei zwischen denselben ein Dielektrikum angeordnet ist.
  • Die LEDs 602, 604 können auf verschiedene Weise an dem Substrat 606 angebracht werden, einschließlich mittels Durchgangsloch- oder Oberflächenmontageverfahren. 11 veranschaulicht das Anbringen einer beispielhaften Durchgangsloch-LED 1100 an einem Substrat 1102. 12 & 13 veranschaulichen das Anbringen zweier unterschiedlicher Oberflächenmontage-LEDs 1200, 1300 an einem Substrat 1202, 1302 (wobei die erste LED 1200 ein Paar Anschlussflächen 1204, 1206 auf ihrer Unterseite aufweist, und wobei die zweite LED 1300 ein Paar von Kontakten 1304, 1306 aufweist, die sich um und unter die Kanten des Gehäuses der LED wickeln). Man beachte, dass sich die optische Achse der LED bei jeder der LEDs 1100, 1200, 1300, die in 11–13 veranschaulicht sind, senkrecht von den Substraten 1102, 1202, 1302 erstreckt.
  • 14 veranschaulicht das Anbringen einer Rechter-Winkel-Durchgangsloch-LED 1400 an einem Substrat 1402. Wie gezeigt ist, kann die LED 1400 so angebracht werden, dass sie über eine Kante des Substrats 1402, an dem sie angebracht ist, hinüber hängt, was es in manchen Fällen ermöglichen kann, dass sie näher an einer Lichtleiterplatte 112 angebracht wird (oder sich in dieselbe erstreckt). 15 & 16 veranschaulichen das Anbringen verschiedener Rechter-Winkel-Oberflächenmontage-LEDs 1500, 1600 an einem Substrat 1502, 1602. Man beachte, dass sich bei jeder der in 14 – 16 veranschaulichten LEDs 1400, 1500, 1600 die optische Achse der LED parallel zu den Substraten 1402, 1502, 1602 erstreckt.
  • Obwohl das in 6 gezeigte LED-Array 600 lediglich eine einzige Reihe von LEDs 602, 604 umfasst, könnte ein LED-Array 600 alternativ dazu mehrere Reihen von LEDs umfassen, wobei die Reihen parallele Spalten bilden oder wobei die LEDs unterschiedlicher Reihen ein Zickzack- oder ein anderes Muster bilden, je nachdem, was gewünscht wird, um eine gleichmäßige (oder ungleichmäßige) Verteilung von Lichtintensität und Farbe für den gegebenen Typ oder die gegebenen Typen von LEDs, die das Array 600 bilden, zu erzielen.
  • 17 und 18 veranschaulichen eine Alternative zum Anbringen von eingehäusten LEDs 602, 604 an einem Substrat 606. Wie gezeigt ist, kann eine Mehrzahl von LED-Chips 1700, 1702 an einem Substrat 1704 befestigt sein, und Oberflächenbefestigungen und/oder Drahtverbindungen 1800 können verwendet werden, um die LED-Chips 1700, 1702 mit Bahnen oder Anschlussflächen auf dem Substrat 1704 elektrisch zu koppeln. Ein Kapselungsmittel 1706 kann über die LED-Chips 1700, 1702 platziert werden, um sie zu schützen und eine Linse zu bilden. Das Kapselungsmittel 1706 kann unter Verwendung verschiedener Herstellungsverfahren platziert werden, z. B. Glob-Top, Formen, Gießen oder Vakuumdruck-Kapselung. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat 1704, an dem die LED-Chips 1700, 1702 angebracht sind, eine flexible gedruckte Schaltung (FPC) sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Substrat 1704, an dem die LED-Chips 1700, 1702 angebracht sind, eine gedruckte Schaltungsplatine mit Metallkern (MCPCB) sein. Im letzteren Fall fungiert die MCPCB eventuell nicht nur als LED-Chip-Substrat 1704, sondern als Teil des Substrats 154, auf dem die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 montiert sind. Andernfalls kann ein Substrat 1704 wie z. B. eine FPC an einem Aluminiumsubstrat angebracht sein (oder an dasselbe anstoßen), wobei ein Dielektrikum 1708 zwischen denselben angeordnet ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel stößt ein Array von LEDs 602, 604 oder LED-Chips 1700, 1702 an eine Lichtleiterplatten oberfläche 166 an, die zu dessen primärer reflektierender Oberfläche 128 (die z. B. an einer unterhängenden vertikalen Kante 166 einer Lichtleiterplatte 114 angebracht ist) im Wesentlichen senkrecht ist. Siehe 3. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Array von LEDs 1400, 1500, 1600 an eine primäre reflektierende Oberfläche 168 einer Lichtleiterplatte oder an ihre reflektierende Oberfläche 130 anstoßen, die unter einer benachbarten Lichtleiterplatte 112 hängt und an dieselbe anstößt. Jedoch sind alle Lichtquellen 150 vorzugsweise in den unterhängenden Regionen der Lichtleiterplatten 114, 116 positioniert (oder sie sind, in dem Fall einer Lichtleiterplatte 112, die an einem Ende nicht überlappt wird, in einer ähnlichen Region 118 positioniert).
  • Wie zuvor erwähnt wurde, kann bzw. können ein oder mehr Wärme ableitende Elemente 160, 162, 164 mit dem Hintergrundlicht 104 gekoppelt sein. Beispielsweise können die Wärme ableitenden Elemente 160, 162, 164 in der Nähe der Lichtquellen 148, 150, 152 oder unter den primären reflektierenden Oberflächen 124, 128 der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 befestigt sein. In den 1–3 sind die Wärme ableitenden Elemente 160, 162, 164 mit dem Substrat 154 gekoppelt, auf dem die Lichtleiterplatten 112, 114, 116 montiert sind. Jedoch könnten die Wärme ableitenden Elemente 160, 162, 164 bei Nichtvorliegen des Substrats 154 direkt mit einem oder mehr Substraten 600, an dem bzw. denen die Lichtquellen 148, 150, 152 angebracht sind, oder mit den primären reflektierenden Oberflächen 124, 128 der Lichtleiterplatten 112, 114, 116 gekoppelt sein.
  • Die Wärme ableitenden Elemente 160, 162, 164 können mittels Konvektion und Strahlung Wärme von dem Hintergrundlicht 104 weg leiten. Bei manchen Ausführungsbeispielen können die Wärme ableitenden Elemente 160, 162, 164 eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweisen, die durch Luftzwischenräume 170 getrennt sind. Wenn die Kühlrippen derart orientiert sind, dass die Zwischenräume zwischen denselben im Wesentlichen mit der Richtung der Schwerkraft ausgerichtet sind, wenn die LCD 100 und das Hintergrundlicht 104 im Gebrauch sind, kann heiße Luft in den Luftzwischenräumen 170 emporsteigen, und kühlere Luft kann vom Boden der Luftzwischenräume 170 nach oben ziehen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Hintergrundlicht 104 reflektierende Elemente, Filme oder Beschichtungen umfassen, die auf die äußeren Kanten 142, 144, 146 des Hintergrundlichts 104 aufgebracht oder neben denselben positioniert werden. Siehe 2. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich Lichtstrahlen durch die externen Kanten 142, 144, 146 des Hintergrundlichts 104 brechen, oder Lichtstrahlen können in das Hintergrundlicht 104 zurückreflektiert werden. Beispielsweise können die reflektierenden Elemente, Filme oder Beschichtungen lichtstreuend oder spiegelnd sein.
  • 19 veranschaulicht eine alternative Anordnung 1900 zum Koppeln des durch eine Lichtquelle 1902 emittierten Lichts in eine Lichtleiterplatte 1904. Die Anordnung unterscheidet sich von der in 1–3 Gezeigten dadurch, dass die Lichtquelle 1902 von der Lichtleiterplatte 1904 beabstandet ist und dass zwischen denselben ein oder mehr Lichtkonditionierer 1906 angeordnet sind. Beispielsweise können die Lichtkonditionierer 1906 eine Anzahl von Lichtstreuungsschichten (z. B. Elemente, Lagen oder Filme), eine Anzahl von prismatischen Schichten und/oder eine Anzahl von holographischen Lichtstreuungsschichten umfassen. In manchen Fällen können die Lichtkonditionierer vorteilhafterweise dazu verwendet werden, das durch verschiedenfarbige LEDs emittierte Licht vorab zu mischen.
  • Obwohl die in den 1–3 und 19 gezeigte Vorrichtung im Kontext der Hintergrundbeleuchtung beschrieben wurde, kann sie bei verschiedenen Anwendungen verwendet werden, bei denen eine Licht emittierende Vorrichtung benötigt wird. Beispielsweise könnte ein Stimmungslicht oder eine ver flieste Lichtquelle ähnlich dem Hintergrundlicht 104 montiert werden.
  • Je nach seiner Konfiguration kann das Hintergrundlicht 104 eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber anderen Hintergrundbeleuchtungsoptionen liefern. Beispielsweise liefert das Hintergrundlicht 104 im Vergleich zu manchen anderen Hintergrundlichtern zusätzliche Oberflächen zum Injizieren von Licht in das Hintergrundlicht (und die zusätzlichen Oberflächen sind über die Oberfläche des Hintergrundlichts verteilt). Angesichts der Tatsache, dass Licht aus Positionen, die in dem Hintergrundlicht 104 liegen, und nicht nur von dessen Umfang aus eventuell in das Hintergrundlicht injiziert wird, können außerdem die zum Beleuchten des Hintergrundlichts verwendeten Lichtquellen 148, 150, 152 manchmal die Form von LEDs einer niedrigen Leistung aufweisen, z. B. von LEDs, die jeweils weniger als 200 Milliwatt (mW) produzieren. Dies kann nicht nur die Kosten der Lichtquellen 148, 150, 152 senken, sondern kann 1) die pro Quadratfläche an Hintergrundlichtoberfläche konsumierte Leistung verringern, 2) die Menge an Wärme, die ein Hintergrundlicht erzeugt, verringern, 3) die Effizienz der Lichtquellen erhöhen und 4) die Lebensdauer jeglicher organischer oder polymerer Komponenten in einem Anzeigesystem erhöhen.
  • Lichtquellen niedrigerer Leistung tendieren außerdem dazu, kleinere Formfaktoren aufzuweisen, wodurch es möglich wird, sie in einem geringeren Mitte-zu-Mitte-Abstand zu positionieren. Bei Hintergrundlichtern, die sich auf ein Mischen verschiedenfarbiger Lichter (z. B. roter, grüner und blauer Lichter) stützen, erhöht eine Fähigkeit, sie näher beieinander zu positionieren, die Wahrscheinlichkeit, dass ihr Licht sich gründlich vermischt, bevor es von der Licht emittierenden Oberfläche des Hintergrundlichts gebrochen wird.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen ermöglichen der geringe Leistungsverbrauch und die geringere Wärmeerzeugung des Hintergrundlichts 104, dass es mit kleineren oder ohne Wärme ableitende Elemente gebaut wird, wodurch das Raumvolumen, das zum Implementieren des Hintergrundlichts benötigt wird, verringert wird.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Hintergrundlicht 104 auch die Längen von Pfaden verringern, die Lichtstrahlen wandern müssen, bevor sie in ein zu dem Hintergrundlicht benachbartes Medium (z. B. Luft) brechen. Oft verringern kürzere Lichtpfade die Lichtmenge, die in Wärme umgewandelt und anschließend durch das Hintergrundlicht 104 absorbiert wird.

Claims (39)

  1. Licht emittierende Vorrichtung (104), die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von benachbarten, überlappenden Lichtleiterplatten (112, 114), die aus einem im Wesentlichen transparenten Material gebildet sind, wobei jede der Lichtleiterplatten (112, 114) i) ein erstes und ein zweites Ende (118, 120), ii) eine oder mehr im Wesentlichen transparente Oberflächen (132), durch die Licht emittiert wird, und iii) eine oder mehr reflektierende Oberflächen (128, 130), um Licht in der Lichtleiterplatte (114) umzulenken, aufweist; wobei dort, wo die erste und die zweite Lichtleiterplatte (114, 112) benachbart sind, das erste Ende (134) der ersten Lichtleiterplatte (114) A) unter dem zweiten Ende (120) der zweiten Lichtleiterplatte (112) hängt und B) gegenüber einer primären Licht emittierenden Seite (122, 132) der Vorrichtung (104) positioniert ist; und eine Mehrzahl von Lichtquellen (148, 150), die optisch mit den ersten Enden (118, 134) der Lichtleiterplatten (112, 114) gekoppelt sind, um das Innere der Lichtleiterplatten (112, 114) zu beleuchten.
  2. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 1, bei der jede Lichtleiterplatte (112, 114) eine erste reflektierende Oberfläche (128), die der primären Licht emittierenden Seite (132) der Vorrichtung (104) im Wesentlichen gegenüberliegt; und eine zweite reflektierende Oberfläche (130), die unter einer benachbarten Lichtleiterplatte (112) hängt und an dieselbe anstößt, aufweist.
  3. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 2, bei der die ersten reflektierenden Oberflächen diffuse reflektierende Oberflächen sind.
  4. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 3, bei der die diffusen reflektierenden Oberflächen Punktmuster von diffusen reflektierenden Oberflächen umfassen.
  5. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 4, die ferner eine spiegelnde reflektierende Schicht aufweist, die unter den Punktmustern von diffusen reflektierenden Oberflächen positioniert ist.
  6. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der zumindest eine der diffusen reflektierenden Oberflächen eine einheitliche diffuse Oberfläche ist.
  7. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die ersten reflektierenden Oberflächen spiegelnde reflektierende Oberflächen sind.
  8. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die ersten reflektierenden Oberflächen polarisierende reflektierende Oberflächen sind.
  9. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der jede Lichtquelle eine Mehrzahl von Licht emittierenden Dioden (LEDs) aufweist.
  10. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 9, bei der die LEDs verschiedenfarbige LEDs umfassen.
  11. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der manche der LEDs eine Leuchtstärke-Raumverteilung aufweisen, die um ihre optische Achse eine Rotationssymmetrie aufweist.
  12. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der manche der LEDs eine ovale Leuchtstärke-Raumaufteilung aufweisen, mit gesonderten Haupt- und Nebenachsen in ihrer Leuchtstärke-Raumverteilung.
  13. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 12, bei der die ovale Leuchtstärke-Raumverteilung einen Betrachtungswinkel zwischen 20° und 90° auf der Nebenachse und einen Betrachtungswinkel zwischen 60° und 180° auf der Hauptachse aufweist.
  14. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 12 oder 13, bei der die Nebenachse der Leuchtstärke-Raumverteilung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten reflektierenden Oberfläche orientiert ist und bei der die Hauptachse der Leuchtstärke-Raumverteilung im Wesentlichen parallel zu der ersten reflektierenden Oberfläche orientiert ist.
  15. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die LEDs, die optisch mit einer gemeinsamen Lichtleiterplatte gekoppelt sind, eine Mehrzahl von auf einem gemeinsamen Substrat gebildeten LED-Chips umfassen, wobei die LED-Chips durch ein Kapselungsmaterial bedeckt sind.
  16. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die LEDs, die mit einer gemeinsamen Lichtleiterplatte optisch gekoppelt sind, an einem Substrat angebracht sind, das zu den optischen Achsen der LEDs parallel ist.
  17. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei der die LEDs, die optisch mit einer gemeinsamen Lichtleiterplatte gekoppelt sind, an einem Substrat angebracht sind, das zu den optischen Achsen der LEDs senkrecht ist.
  18. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 17, bei der die Lichtquellen (148, 150) an Lichtleiterplattenoberflächen (166) anstoßen, die zu den ersten reflektierenden Oberflächen (128) im Wesentlichen senkrecht sind.
  19. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 18, bei der die Lichtquellen (148, 150) an die ersten reflektierenden Oberflächen (128) anstoßen.
  20. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 18, bei der die Lichtquellen (148, 150) an die zweiten reflektierenden Oberflächen (130) anstoßen.
  21. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 20, bei der die ersten reflektierenden Oberflächen (128) mit der primären Licht emittierenden Oberfläche (122, 132) einen Winkel zwischen 0° und 20° bilden.
  22. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der die Lichtquellen (148, 150) an zwei oder mehr Oberflächen zumindest mancher Lichtleiterplatten an den ersten Enden der Lichtleiterplatten angebracht sind.
  23. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, die ferner folgende Merkmale aufweist: ein Substrat, an dem die Lichtleiterplatten angebracht sind; und ein oder mehr Wärme ableitende(s) Element(e), das beziehungsweise die mit dem Substrat gekoppelt ist beziehungsweise sind.
  24. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, die ferner eine Anzahl von Wärme ableitenden Elementen umfasst, die mit den Lichtquellen gekoppelt sind.
  25. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, die ferner Lichtkonditionierer (1906) aufweist, die zwischen den Lichtquellen (1902) und den ersten Enden der Lichtleiterplatten (1904) positioniert sind.
  26. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 25, bei der zumindest einer der Lichtkonditionierer (1906) eine Lichtstreuungsschicht ist.
  27. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 25, bei der zumindest einer der Lichtkonditionierer eine prismatische Schicht ist.
  28. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 25, bei der zumindest einer der Lichtkonditionierer (1906) eine holographische Lichtstreuungsschicht umfasst.
  29. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, die ferner ein im Wesentlichen transparentes Verbindungsmaterial aufweist, das die Lichtleiterplatten miteinander verbindet.
  30. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, die ferner ein im Wesentlichen starres und wärmeleitfähiges Substrat aufweist, auf dem die Lichtleiterplatten montiert sind.
  31. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 30, bei der das im Wesentlichen starre und wärmeleitfähige Substrat eine Mehrzahl überlappender Komponenten umfasst.
  32. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß Anspruch 31, bei der die überlappenden Komponenten des im Wesentlichen starren und wärmeleitfähigen Substrats planare Komponenten und abgestufte Komponenten umfassen.
  33. Licht emittierende Vorrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, die ferner ein oder mehr Wärme ableitende Elemente umfasst, die mit einer Seite des im Wesentlichen starren und wärmeleitfähigen Substrats gekoppelt sind, die einer Seite des Substrats gegenüberliegt, auf der die Lichtleiterplatten montiert sind.
  34. Flüssigkristallanzeige, die folgende Merkmale aufweist: eine Flüssigkristallanzeigetafel (102), die eine Mehrzahl von LCD-Elementen aufweist; ein hinter der Anzeigetafel (102) positioniertes Hintergrundlicht (104), wobei das Hintergrundlicht folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von benachbarten, überlappenden Lichtleiterplatten (112, 114), die aus einem im Wesentlichen transparenten Material gebildet sind, wobei jede der Lichtleiterplatten (112, 114) i) ein erstes und ein zweites Ende (118, 120), ii) eine oder mehr im Wesentlichen transparente Oberflächen (132), durch die Licht emittiert wird, und iii) eine oder mehr reflek tierende Oberflächen (128, 130), um Licht in der Lichtleiterplatte (114) umzulenken, aufweist; wobei dort, wo die erste und die zweite Lichtleiterplatte (114, 112) benachbart sind, das erste Ende (134) der ersten Lichtleiterplatte (114) A) unter dem zweiten Ende (120) der zweiten Lichtleiterplatte (112) hängt und B) gegenüber einer primären Licht emittierenden Seite (122, 132) der Vorrichtung (104) positioniert ist; und eine Mehrzahl von Lichtquellen (148, 150), die optisch mit den ersten Enden (118, 134) der Lichtleiterplatten (112, 114) gekoppelt sind, um das Innere der Lichtleiterplatten (112, 114) zu beleuchten.
  35. LCD gemäß Anspruch 34, die ferner einen Lichtkonditionierer aufweist, der zwischen dem Hintergrundlicht und der LCD-Anzeigetafel positioniert ist.
  36. LCD gemäß Anspruch 35, bei der der Lichtkonditionierer eine oder mehr Lichtstreuungsschichten umfasst.
  37. LCD gemäß Anspruch 35, bei der der Lichtkonditionierer eine oder mehr prismatische Schichten umfasst.
  38. LCD gemäß Anspruch 35, bei der der Lichtkonditionierer eine oder mehr Lichtpolarisierungsschichten umfasst.
  39. Im Wesentlichen transparente Lichtleiterplatte, die folgende Merkmale aufweist: ein erstes und ein zweites Ende, wobei das erste Ende dazu ausgelegt ist, durch eine Lichtquelle emittiertes Licht zu empfangen; eine erste reflektierende Oberfläche, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstreckt; eine zweite reflektierende Oberfläche, die der ersten reflektierenden Oberfläche im Wesentlichen gegenüberliegt und sich von dem ersten Ende erstreckt; eine im Wesentlichen transparente Oberfläche, die der ersten reflektierenden Oberfläche im Wesentlichen gegenüberliegt und sich von dem zweiten Ende erstreckt; und eine Oberfläche, die die zweite reflektierende Oberfläche schneidet und dieselbe mit der im Wesentlichen transparenten Oberfläche verbindet; wobei die erste reflektierende Oberfläche mit der im Wesentlichen transparenten Oberfläche einen spitzen Winkel bildet.
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