DE102005059541B4 - LED-Lichtquelle und Hinterleuchtungsmodul mit einer solchen - Google Patents

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Abstract

LED-Lichtquelle, die röhrenförmig aufgebaut ist und Folgendes aufweist: – einen Lichterzeuger (20) mit mehreren LEDs (201) in einer Reihe; – einen Lichtleiter (21) mit einer Lichteintrittsfläche (211) mit einem Graben sowie einer Lichtleitfläche (212) mit einem Graben, wobei die Lichteintrittsfläche (211) für Transmission des von den mehreren LEDs (201) emittierten Lichts ausgebildet ist und die Lichtleitfläche (212) so ausgebildet ist, dass sie die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts ändert; und – eine Streueinrichtung (22), die den Lichtleiter (21) bedeckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein LED(Leuchtdiode)-Lichtquellen.
  • LCDs (Flüssigkristalldisplays) sind nicht selbstleuchtende Flachtafeldisplays, die eine flache Lichtquelle benötigen, die als Hinterleuchtungsmodul bezeichnet wird. Es existieren zwei Typen von Hinterleuchtungsmodulen, nämlich solche für Direktbeleuchtung und solche für Kantenbeleuchtung. Ein herkömmliches Hinterleuchtungsmodul für Direkbeleuchtung verfügt über mehrere Lichtröhren (wie Kaltkathode-Leuchtstofflampen), eine Streufolie, eine Prismenfolie usw. Von den Lichtröhren erzeugtes Licht wird zurückreflektiert oder teilweise absorbiert, wenn es durch die Streufolie läuft, weswegen die Lichttransmission verringert ist. Außerdem ist das Funktionsvermögen von Kaltkathode-Leuchtstofflampen instabil, und wenn irgendeine derselben im Hinterleuchtungsmodul ausfällt, weist dieses einen dunklen Bereich auf. Aus der 1 ist es ersichtlich, dass die durch ein derartiges Hinterleuchtungsmodul gelieferte Beleuchtung ungleichmäßig ist, und je kleiner der Abstand zwischen einer Streufolie 102 und einer entsprechenden Kaltkathode-Leuchtstofflampe 101 ist, desto ungleichmäßiger ist die durch das Hinterleuchtungsmodul gelieferte Beleuchtung.
  • Um Licht von einer Lichtquelle gleichmäßig zu streuen, damit sie für LCDs arbeiten kann, sollte der Abstand zwischen allen Lichtquellen genau eingestellt werden, und der Abstand zwischen ihnen und der Streufolie oder der Prismenfolie sollte vergrößert werden, was jedoch zur Folge hat, dass ein Hinterleuchtungsmodul um so größer wird, je mehr versucht wird, eine gleichmäßige Helligkeit zu erzeugen.
  • Die nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichte WO 2006/017595 A2 beschreibt eine LED-Lichtquelle, die röhrenförmig gebaut ist. Hier ist in einen Graben eines zylindrischen Lichtleiters, der aus einem klaren Grundmaterial besteht, eine Reihe von mehreren LEDs angeordnet, die einer Lichteintrittsfläche des Grabens gegenüber liegen. Zwischen einer klaren Abdeckung und dem Lichtleiter ist eine Streuschicht aus diffusem Material vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle, die für gleichmäßige Helligkeit sorgt, und ein Hinterleuchtungsmodul mit geringer Dicke unter Verwendung einer derartigen Lichtquelle zu schaffen.
  • Diese Aufgabe ist durch die röhrenförmige LED-Lichtquelle gemäß dem Anspruch 1 und das Hinterleuchtungsmodul gemäß dem Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle fällt Licht, nachdem es vom Lichterzeuger erzeugt wurde, auf die Lichteintrittsfläche des Lichtleiters, und seine Ausbreitungsrichtung wird durch die Lichtleitfläche mit einer V-förmigen Vertiefung geändert. Das vom Lichtleiter emittierte Licht läuft durch die Streueinrichtung, wodurch die Helligkeit des Lichts um die LED-Lichtquelle herum noch gleichmäßiger gemacht wird. So kann das Problem einer ungleichmäßigen Helligkeit der Lichtquelle überwunden werden.
  • Ferner ist es, wenn diese röhrenförmige LED-Lichtquelle bei einem Hinterleuchtungsmodul für LCDs angewandt wird, nicht erforderlich, eine Lichtleiterplatte anzubringen, weswegen die Dicke des Hinterleuchtungsmoduls verringert werden kann. Demgemäß können die Probleme eines komplizierten Herstellprozesses, höherer Kosten und größerer Dicke, wie sie bei einem herkömmlichen Hinterleuchtungsmodul auftreten, überwunden werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Hinterleuchtungsmodul zeigt, um zu veranschaulichen, wie von einer Kaltkathode-Leuchtstofflampe erzeugtes Licht durch eine Streufolie läuft.
  • 2A ist eine Schnittansicht, die eine röhrenförmige LED-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entlang einer x-Achse zeigt.
  • 2B ist eine Schnittansicht, die einen Lichtleiter der LED-Lichtquelle gemäß der 2A entlang der x-Achse zeigt.
  • 2C ist eine Draufsicht des Lichtleiters gemäß der 2B.
  • 2D ist eine Schnittansicht, die die LED-Lichtquelle gemäß der 2A entlang der z-Achse zeigt.
  • 3 ist eine Schnittansicht, die ein Flachtafeldisplay zeigt, bei dem die LED-Lichtquelle gemäß der 2A angewandt ist.
  • 4 ist eine Schnittansicht, die einen Lichtleiter A einer röhrenförmigen LED-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entlang der x-Achse zeigt.
  • 5 ist ein Simulationsdiagramm zur Ausbreitung von Licht im Lichtleiter A gemäß der 4.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die einen Lichtleiter B einer röhrenförmigen LED-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entlang der x-Achse zeigt.
  • 7 ist ein Simulationsdiagramm zur Ausbreitung von Licht im Lichtleiter B gemäß der 4.
  • Gemäß den 2A und 2D verfügt eine röhrenförmige LED-Lichtquelle 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung über einen Lichterzeuger 20, einen Lichtleiter 21 und eine Streueinrichtung 22. Der Lichterzeuger 20 verfügt über mehrere LEDs 201, die in einer Linie auf einem Träger 202 angeordnet sind. Der Lichtleiter 21 verfügt über eine Lichteintrittsfläche 211 mit einem Graben und eine Lichtleitfläche 212 mit einem V-förmigen Graben. Die Lichteintrittsfläche 211 mit Graben nimmt die LEDs 201 auf, und die Lichtleitfläche 212 mit V-förmigem Graben ist so ausgebildet, dass sie die Ausbreitungsrichtung einfallenden Lichts ändert. Die Streueinrichtung 22 bedeckt den Lichtleiter 21. Außerdem kann zwischen den LEDs 201 und dem Träger 202 wahlweise eine Reflexionsschicht 23 vorhanden sein, damit auf den Träger 202 fallendes Licht zum Lichterzeuger 20 zurück reflektiert werden kann. Die Reflexionsschicht kann aus einer Metallschicht, einem Spiegel, anderen reflektierenden Bauteilen oder einer Oberfläche mit einer Behandlung zum Reflektieren von Licht bestehen.
  • Gemäß den 2B und 2C kann der Querschnitt der Lichteintrittsfläche 211 mit Graben im Lichtleiter 21 kreisförmig, elliptisch oder mehreckig sein, und die Lichtleitfläche 212 muss nicht notwendigerweise über einen V-förmigen Graben verfügen, sondern dieser kann auch beispielsweise U-förmig oder gewellt sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Graben der Lichtleitfläche 212 V-förmig. Wenn das vom Lichterzeuger 20 erzeugte Licht durch den Lichtleiter 21 läuft, tritt unter einem speziellen Winkel interne Totalreflexion (TIR) auf, da an der Außenseite des Grabens ein loses Medium (wie ein Gas) vorhanden ist. Wenn der Graben einen V-förmigen Querschnitt mit dem Einschlusswinkel Θ aufweist, und wenn der kritische Winkel des Materials des Lichtleiters Θc ist, tritt TIR auf, wenn Θ < 2 × (90 – Θc) gilt. In ähnlicher Weise tritt, wenn der Graben einen U-förmigen oder gewellten Querschnitt aufweist, TIR bei einem speziellen Winkel auf, wodurch Licht gestreut wird. Nachdem Licht durch den so ausgebildeten Lichtleiter 21 und auch durch die Streueinrichtung 22 gelaufen ist, ist die Lichtverteilung um die LEDs 201 herum gleichmäßig.
  • Diese LED-Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann bei einem großen Flachtafeldisplay angewandt werden. Es können mehrere derartige LED-Lichtquellen zusammengebaut werden, um für ein großes Flachtafeldisplay ein Array zu bilden. Gemäß der 3 sind fünf röhrenförmige LED-Lichtquellen 1a bis 1e an einem Flachtafeldisplay vorhanden. Es wurde die Helligkeit an neun verschiedenen Positionen des Flachtafeldisplays bei eingeschalteten LED-Lichtquellen 1a bis 1e gemessen. Die mittlere Helligkeit für die neun Positionen betrug 11,393 cd/m2, die größte Helligkeit betrug 12,520 cd/m2, und die kleinste Helligkeit betrug 10,820 cd/m2. Die Gleichmäßigkeit der Helligkeit betrug 86,42 Die Helligkeit wurde entsprechend an neun verschiedenen Positionen gemessen, wenn nur die LED-Lichtquellen 1a, 1c und 1d eingeschaltet waren. Dabei betrug die mittlere Helligkeit für die neun Positionen 7,271 cd/m2, die größte Helligkeit betrug 7,927 cd/m2, und die kleinste Helligkeit betrug 6,870 cd/m2. Die Gleichmäßigkeit der Helligkeit betrug 86,67%. Demgemäß ist, wenn derartige röhrenförmige LED-Lichtquellen bei einem Hinterleuchtungsmodul angewandt werden, die Helligkeit zwar niedriger, wenn eine derselben nicht arbeitet, jedoch bleibt die Gleichmäßigkeit im Wesentlichen unverändert. Daher ist das Problem ungleichmäßiger Helligkeit, wie es bei herkömmlichen Hinterleuchtungsmodulen auftritt, überwunden.
  • Wie es aus der 5 erkennbar ist, wird von einer LED 201 erzeugtes Licht, nachdem es durch den dort dargestellten Lichtleiter A gelaufen ist, zur linken und rechten Seite desselben und zum Zentrum des V-förmigen Grabens gestreut. In ähnlicher Weise läuft, wozu auf die 7 verwiesen wird, von der LED 201 erzeugtes Licht durch den dort dargestellten Lichtleiter B, und es wird gleichmäßig entlang demselben gestreut. Daher kann bei der Erfindung die Lichtverteilung entsprechend dem Design des Lichtleiters eingestellt werden.
  • Bei der Erfindung kann vom Lichterzeuger 20 erzeugtes Licht beispielsweise weißes, rotes, blaues oder grünes Licht sein. Wenn weißes Licht benötigt wird, kann dies durch eine weiße LED erzeugt werden, oder es kann durch Mischen von Licht verschiedener Farben erzeugt werden, wie es von mehreren LEDs verschiedener Farben erzeugt wird.
  • Beim oben genannten Lichtleiter 21 verfügt die Lichteintrittsfläche 211 mit einem Graben über einen streifenförmigen Graben. Ein solcher streifenförmiger Graben kann jedoch durch mehrere konkave Öffnungen ersetzt werden.
  • Das Material des Lichtleiters 21 ist z. B. Acrylharz, COC, PMMA, PC, Polyetherimid, ein Fluorkohlenstoffpolymer oder Silicon. Die Streueinrichtung 22 kann an ihrer Lichteintrittsfläche 211 über ein aufgedrucktes, verteiltes Muster verfügen, durch das vom Lichterzeuger 20 erzeugtes Licht durch Reflexion und/oder Brechung gemischt wird. Statt eines aufgedruckten, verteilten Musters kann auch eine Moiré-Linse vorhanden sein, um demselben Zweck zu genügen.
  • Der Querschnitt der Streueinrichtung 22 ist beispielsweise kreisförmig, elliptisch oder mehreckig, und sie besteht aus z. B. COC, PMMA, PC, Polyetherimid, ein Fluorkohlenstoffpolymer oder Silicon.
  • Zusammengefasst gesagt, nutzt die Erfindung einen speziellen Aufbau des Lichtleiters und der Streueinrichtung, um die Ausbreitungsrichtung von Licht zu ändern. Dadurch wird die Helligkeit von Licht um die LED-Lichtquelle gleichmäßiger als bisher, so dass das Problem einer ungleichmäßigen Helligkeit der LED-Lichtquelle oder eines Hinterleuchtungsmoduls unter Verwendung einer solchen gelöst werden kann. Wenn diese LED-Lichtquelle bei einem Hinterleuchtungsmodul verwendet wird, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, eine Lichtleiterplatte anzubringen, wodurch seine Gesamtdicke verringert ist. Im Ergebnis können die Probleme eines komplizierten Herstellprozesses, höherer Kosten und größerer Dicke, wie sie beim herkömmlichen Hinterleuchtungsmodul auftreten, überwunden werden.
  • Außerhalb des Lichterzeugers kann eine Wärmeabstrahleinrichtung vorhanden sein.

Claims (10)

  1. LED-Lichtquelle, die röhrenförmig aufgebaut ist und Folgendes aufweist: – einen Lichterzeuger (20) mit mehreren LEDs (201) in einer Reihe; – einen Lichtleiter (21) mit einer Lichteintrittsfläche (211) mit einem Graben sowie einer Lichtleitfläche (212) mit einem Graben, wobei die Lichteintrittsfläche (211) für Transmission des von den mehreren LEDs (201) emittierten Lichts ausgebildet ist und die Lichtleitfläche (212) so ausgebildet ist, dass sie die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts ändert; und – eine Streueinrichtung (22), die den Lichtleiter (21) bedeckt.
  2. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Lichteintrittsfläche (211) mit Graben, kreisförmig, elliptisch oder mehreckig ist.
  3. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfläche (212) mit Graben über einen V-förmigen, U-förmigen oder wellenförmigen Querschnitt verfügt.
  4. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren LEDs (201) auf einem Träger (202) vorhanden sind und dass zwischen den mehreren LEDs (201) und dem Träger (202) eine Reflexionsschicht vorhanden ist.
  5. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Lichterzeugers (20) eine Wärmeabstrahleinrichtung vorhanden ist.
  6. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streueinrichtung (22) auf ihrer Lichteintrittsfläche über ein verteiltes Muster verfügt und vom Lichterzeuger (20) erzeugtes, einfallendes Licht durch Reflexion und/oder Brechung am verteilten Muster gemischt wird.
  7. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streueinrichtung (22) auf ihrer Lichteintrittsfläche über eine Moiré-Linse verfügt und vom Lichterzeuger (20) erzeugtes, einfallendes Licht durch Reflexion und/oder Brechung an der Moiré-Linse gemischt wird.
  8. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (211) mit einem Graben über einen Graben vom Streifentyp verfügt.
  9. LED-Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (211) mit einem Graben über mehrere konkave Öffnungen verfügt.
  10. Hinterleuchtungsmodul für ein Flachtafeldisplay mit mehreren Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Lichtquellen röhrenförmige LED-Lichtquellen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche sind.
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