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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein flächiges Leuchtmodul mit Seitenlicht, das eine Lichtleitplatte nicht benötigt und das Licht der Leuchtdiode gleichmäßig auf einer Lichtaustrittsfläche verteilen kann.
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Stand der Technik
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Leuchtdioden besitzen einen breiten Anwendungsbereich, beispielsweise bei Beleuchtungen, Warnungskennzeichnungen, Bildschirmen usw., weil sie die Vorteile einer langen Lebensdauer, eines niedrigen Stromverbrauchs, einer hohen Lichtintensität usw. aufweisen. Das Licht der Leuchtdiode hat jedoch einen kleinen Raumwinkel, wodurch die Anwendung der Leuchtdiode begrenzt ist, so dass eine Verbesserung erforderlich ist, z.B. eine Beleuchtung für alle Richtungen oder eine gleichmäßige Lichtverteilung durch eine Lichtleitplatte für Hintergrundlichtmodul eines Bildschirms.
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Das Hintergrundlichtmodul mit Leuchtdioden kann zwar den Strom sparen, die Verschmutzung reduzieren, die Farben verbessern und eine kompakte Form haben, benötigt jedoch eine Lichtleitplatte. Dies ist ungünstig für ein Hintergrundlichtmodul mit Seitenlicht. Die Lichtleitplatte führt das Licht und absorbiert gleichzeitig die Lichtenergie. Zudem werden die Kosten und das Gewicht erhöht, wenn der Bildschirm eine große Abmessung hat. Für den Bildschirm mit großer Abmessung ist eine dünne Lichtleitplatte erforderlich. Diese dünne Lichtleitplatte lässt sich jedoch schwer herstellen, so dass die Herstellungskosten erhöht werden. Daher zielt der Erfinder darauf ab, die Lichtleitplatte durch eine andere Struktur zu ersetzen, die ebenfalls das Licht gleichmäßig verteilen kann.
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Aus diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher Lösungen, basierend auf langjähriger Erfahrung in diesem Bereich, nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flächiges Leuchtmodul mit Seitenlicht zu schaffen, das das Licht der Leuchtdiode gleichmäßig auf einer Lichtaustrittsfläche verteilen und auf Hintergrundlichtmodul für Bildschirm oder flächige Beleuchtungsvorrichtung angewendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße flächige Leuchtmodul mit Seitenlicht gelöst, das eine rechteckige Platte und eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, wobei die Diagonale der rechteckigen Platte im Bereich zwischen 5 und 100 cm liegt, wobei die Leuchtdioden an den beiden gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Platte arrayartig gereiht sind, wodurch das Licht der Leuchtdioden direkt oder durch die Reflexion von der rechteckigen Platte auf einer Lichtaustrittsfläche gleichmäßig verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode in dem Winkel mit dem Lot der Grenzfläche, d.h. 0° bis 90°, eine starke Lichtzone, eine gemäßigte Lichtzone, eine schwache Lichtzone und eine geringe Lichtzone besitzt, wobei auf der rechteckigen Platte mindestens eine reflektierende Mikrostruktur vorgesehen ist, wobei das Licht der Leuchtdiode direkt ausgestrahlt oder von der reflektierenden Mikrostruktur reflektiert wird, wobei das Licht aus der starken Lichtzone auf der Lichtaustrittsfläche einen ersten Lichtaustrittspunkt p1 bildet, das Licht aus der gemäßigten Lichtzone auf der Lichtaustrittsfläche einen zweiten Lichtaustrittspunkt p2 bildet, das Licht aus der schwachen Lichtzone auf der Lichtaustrittsfläche einen dritten Lichtaustrittspunkt p3 bildet, und das Licht aus der geringen Lichtzone auf der Lichtaustrittsfläche einen vierten Lichtaustrittspunkt p4 bildet, die von der Leuchtdiode einen Abstand von Rp1, Rp2, Rp3 und Rp4 haben, wobei Rp1 > Rp2 > Rp3 > Rp4.
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Der Strahlengang in der starken Lichtzone kann mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums einen Winkel θ1 einschließen, der Strahlengang in der gemäßigten Lichtzone kann mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums einen Winkel θ2 einschließen, der Strahlengang in der schwachen Lichtzone kann mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums einen Winkel θ3 einschließen und der Strahlengang in der geringen Lichtzone kann mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums einen Winkel θ4 einschließen, wobei cosθ1/R1 2 ≈ cosθ2/R2 2 ≈ cosθ3/R3 2 ≈ cosθ4/R4 2.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt θ1 im Bereich 0° < θ1 ≤ 30°, θ2 im Bereich 30° < θ2 ≤ 45°, θ3 im Bereich 45° < θ2 ≤ 60° und θ4 im Bereich 60° < θ2 ≤ 90°.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der Abstand der rechteckigen Platte und der Lichtaustrittsfläche im Bereich von 0,1 cm und 5 cm.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die reflektierende Mikrostruktur durch zwei schräge Hauptplatten gebildet, die in der Mitte zwischen den beiden Seiten der rechteckigen Platte mit den Leuchtdioden angeordnet sind.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an den beiden Seiten der schrägen Hauptplatten zwei schrägen Nebenplatten vorgesehen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an der Lichtaustrittsseite der Leuchtdioden mindestens eine optische Linse angeordnet.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen die Leuchtdioden gegenüber der rechteckigen Platte einen unterschiedlichen Lichtwinkel.
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Das erfindungsgemäße flächige Leuchtmodul mit Seitenlicht kann also eine rechteckige Platte und eine Vielzahl von Leuchtdioden umfassen, wobei die Diagonale der rechteckigen Platte im Bereich zwischen 5 und 100 cm liegt und die Leuchtdioden arrayartig an zwei gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Platte gereiht sind. Das Licht der Leuchtdioden wird direkt ausgestrahlt oder von einer reflektierenden Mikrostruktur auf der rechteckigen Platte reflektiert, wodurch das Licht aus den Lichtzonen mit unterschiedlicher Lichtintensität der Leuchtdiode, die von der Lichtaustrittsfläche einen unterschiedlichen Abstand haben, gleichmäßig auf der Lichtaustrittsfläche verteilt wird, so dass eine bessere Lichtaustrittswirkung erreicht wird. Dadurch können die Lichtleitplatte, Intensitätserhöhungsmembran usw. im Hintergrundlichtmodul oder flächigen Lichtmodul ersetzt werden, so dass die Herstellungskosten reduziert werden.
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Das Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Erfindung eine rechteckige Platte und eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, wobei die Diagonale der rechteckigen Platte im Bereich zwischen 5 und 100 cm liegt und die Leuchtdioden arrayartig an zwei gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Platte gereiht sind. Das Licht der Leuchtdioden wird direkt ausgestrahlt oder von einer reflektierenden Mikrostruktur auf der rechteckigen Platte reflektiert, wodurch das Licht aus den Lichtzonen mit unterschiedlicher Lichtintensität der Leuchtdiode, die von der Lichtaustrittsfläche einen unterschiedlichen Abstand haben, gleichmäßig auf der Lichtaustrittsfläche verteilt wird, so dass eine bessere Lichtaustrittswirkung erreicht wird. Dadurch können die Lichtleitplatte, Intensitätserhöhungsmembran usw. im Hintergrundlichtmodul oder flächigen Lichtmodul ersetzt werden, so dass die Herstellungskosten reduziert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A ist eine Darstellung des Strahlenfelds der Leuchtdiode der Erfindung (1),
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1B ist eine Darstellung des Strahlenfelds der Leuchtdiode der Erfindung (2),
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1C ist eine Darstellung des Strahlenfelds der Leuchtdiode der Erfindung (3),
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2A ist eine Draufsicht der Erfindung (1),
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2B ist eine Draufsicht der Erfindung (2),
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3 ist eine Schnittdarstellung der Erfindung (1),
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4 ist eine Schnittdarstellung der Erfindung (2),
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5 ist eine Schnittdarstellung der Erfindung mit einer zusätzlichen optischen Linse und
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6 ist eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Lichtstrahlen der Leuchtdioden mit unterschiedlichem Lichtwinkel in Richtung der rechteckigen Platte gestrahlt werden.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
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1A, 1B und 1C sowie 2A und 2B sowie 3 zeigen die Darstellungen (1), (2), (3) des Strahlenfelds der Erfindung und die Draufsichten (1) und (2) und die Schnittdarstellung (1) der Erfindung. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße flächige Leuchtdiodenmodul mit Seitenlicht 1 eine rechteckige Platte 10 und eine Vielzahl von Leuchtdioden 12. Die Diagonale der rechteckigen Platte 10 liegt im Bereich zwischen 5 und 100 cm. Die Leuchtdioden 12 sind an den beiden gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Platte 10 arrayartig gereiht, wodurch das Licht der Leuchtdioden 12 direkt oder durch mindestens eine reflektierende Mikrostruktur 101 gleichmäßig auf einer Lichtaustrittsfläche 14 verteilt wird. Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, das Licht der Leuchtdioden 12 wirksam zu führen und unter Berücksichtigung der Lichtintensität gleichmäßig zu verteilen. Jede Leuchtdiode 12 weist Lichtzonen mit unterschiedlicher Lichtintensität und dementsprechend unterschiedliche Strahlengänge auf.
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Wie weiter aus 1A und 1B ersichtlich ist, kann das Umgebungsmedium 2 der Leuchtdioden 12 einen unterschiedlichen Brechungsindex haben, wodurch das Strahlenfeld der Leuchtdioden 12 eine anisotrope Verteilung aufweist. Jede Leuchtdiode 12 weist ein Halbleiterelement 1202 auf, das eine Punktlichtquelle 1201 umfasst. Das Halbleiterelement 1202 hat einen Brechungsindex ns und das Umgebungsmedium hat einen Brechungsindex ne. Wenn der Abstand der Punktlichtquelle 1201 von dem Halbleiterelement 1202 und dem Umgebungsmedium 2 sehr klein ist (1B), schließen der Strahlengang der Leuchtdiode 12 und das Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums 2 einen Winkel ≤ ϕ ein. Nach der Brechung an der Grenzfläche wird ein Brechungswinkel θ erhalten. Nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz wird das Verhältnis nsϕ = nesinθ entstehen, wenn der Brechungswinkel ϕ sehr klein ist (sinϕ ≈ ϕ). Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Strahlungsleistung an den beiden Seiten der Grenzfläche gleich, d.h. IsdAs = IedAe. Ie steht für die Lichtintensität (W/m2) im Halbleiterelement 1202. dAs und dAe tehen für die Einheitsfläche des Halbleiterelements 1202 und des Umgebungsmediums 2. Wenn das Strahlenfeld der Leuchtdioden 12 symmetrisch um die Achse ist, kann durch dAe = 2πRsinθRdθ und dAs = 2πRsinϕRdϕ ≈ 2πR2ϕdϕ die Lichtintensität Ie = (P/4πR2)(ne 2/ns 2)cosθ der Stelle im Umgebungsmedium 2, die von der Punktlichtquelle 1201 einen Abstand R hat, ermittelt werden, wobei P die Leistung der Lichtquelle ist. Daher ist die Lichtintensität von cosθ abhängig. Wenn die größte Lichtintensität bei θ = 0° auftritt, wird die Lichtintensität bei θ = 60° um die Hälfte reduziert. Wie aus 1C ersichtlich ist, kann die Leuchtdiode 12 in dem Winkel mit dem Lot der Grenzfläche, d.h. 0° bis 90°, eine starke Lichtzone 121, eine gemäßigte Lichtzone 122, eine schwache Lichtzone 123 und eine geringe Lichtzone 124 aufweisen. Der Strahlengang in der starken Lichtzone 121 schließt mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums 2 einen Winkel θ1 ein. Der Strahlengang in der gemäßigten Lichtzone 122 schließt mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums 2 einen Winkel θ2 ein. Der Strahlengang in der schwachen Lichtzone 123 schließt mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums 2 einen Winkel θ3 ein. Der Strahlengang in der geringen Lichtzone 124 schließt mit dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums 2 einen Winkel θ4 ein. θ1 liegt im Bereich 0° < 01 ≤ 30°, θ2 liegt im Bereich 30° < θ2 ≤ 45°, θ3 liegt im Bereich 45° < θ2 ≤ 60° und θ4 liegt im Bereich 60° < θ2 ≤ 90°. Wenn der Winkel zwischen der Leuchtdiode 12 und dem Lot der Grenzfläche des Umgebungsmediums 2 0° beträgt, ist die Lichtintensität am größten. Wenn der Winkel 30° beträgt, ist die Lichtintensität (√3)/2 des größten Werts. Wenn der Winkel 60° beträgt, ist die Lichtintensität ½ des größten Werts. Wenn der Winkel 90° beträgt, ist die Lichtintensität fast null.
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Daher hat die Lichtintensität der Stelle im Umgebungsmedium 2 mit dem Lichtwinkel der Leuchtdiode 12 ein proportionales Verhältnis und mit der Quadratzahl des Abstands ein umgekehrt proportionales Verhältnis. Wenn das Licht der Lichtzonen mit unterschiedlicher Lichtintensität der Leuchtdiode 12 durch die reflektierende Mikrostruktur 101 oder direkt auf die Lichtaustrittsfläche 14 gestrahlt wird, kann eine einheitliche Verteilung der Lichtintensität erhalten werden. Z.B. das Licht aus der starken Lichtzone bildet auf der Lichtaustrittsfläche einen ersten Lichtaustrittspunkt p1, das Licht aus der gemäßigten Lichtzone bildet auf der Lichtaustrittsfläche einen zweiten Lichtaustrittspunkt p2, das Licht aus der schwachen Lichtzone bildet auf der Lichtaustrittsfläche einen dritten Lichtaustrittspunkt p3, und das Licht aus der geringen Lichtzone bildet auf der Lichtaustrittsfläche einen vierten Lichtaustrittspunkt p4, die von der Leuchtdiode 12 einen Abstand von Rp1, Rp2, Rp3 und Rp4 haben, wobei Rp1 > Rp2 > Rp3 > Rp4.
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Wenn der Abstand der rechteckigen Platte und der Lichtaustrittsfläche 14 im Bereich von 0,1 cm und 5 cm liegt, kann durch cosθ1/R1 2 ≈ cosθ2/R2 2 ≈ cosθ3/R3 2 ≈ cosθ4/R4 2 die beste Lichtaustrittswirkung erreicht werden. Wie aus 2B ersichtlich ist, können die Leuchtdioden 12 auch an den zwei längeren Seiten der rechteckigen Platte 10 angeordnet sein. Die reflektierende Mikrostruktur 101 kann je nach dem Abstand von den Leuchtdioden 12 durch größere und kleinere regelmäßige Vorsprünge gebildet sein. Nach der Reflexion der Lichtstrahlen der Leuchtdioden 12 mit unterschiedlichem Lichtwinkel von der reflektierenden Mikrostruktur 101 können die Lichtstrahlen aus stärkeren Lichtzonen und die Lichtstrahlen aus schwächeren Lichtzonen eine nahezu gleiche Austrittsintensität besitzen. In 3 ist die reflektierende Mikrostruktur 101 durch zwei schräge Hauptplatten 1011 gebildet, die in der Mitte zwischen den beiden Seiten der rechteckigen Platte 10 mit den Leuchtdioden 12 angeordnet sind. Die Höhe und die Neigung der beiden schrägen Hauptplatten 1011 sind durch den Abstand von den Leuchtdioden 12 bestimmt. Die beiden schrägen Hauptplatten 1011 sind jeweilig nur den Leuchtdioden 12 an einer Seite zugewandt, wodurch die Reflexionsposition auf der Lichtaustrittsfläche 14 besser kontrolliert werden kann. Entsprechend dem Abstand von der rechteckigen Platte 10 und der Lichtaustrittsfläche 14 können die Höhe und die Neigung der beiden schrägen Hauptplatten 1011 nach dem Verhältnis cosθ1/R1 2 ≈ cosθ2/R2 2 ≈ cosθ3/R3 2 ≈ cosθ4/R4 2 verstellt werden. 4 zeigt die Schnittdarstellung (2) der Erfindung. Um eine flexiblere Verstellung der Position der Strahlen der Leuchtdioden 12 auf der Lichtaustrittsfläche 14 zu erreichen, können an den beiden Seiten der schrägen Hauptplatten 1011 zwei schräge Nebenplatten 1012 vorgesehen sein, damit die Lichtstrahlen der Lichtzonen zu der Lichtaustrittsfläche 14 unterschiedliche Strahlengänge aufweisen, um die Austrittsintensität und die Austrittsposition zu verstellen. Die beiden schrägen Hauptplatten 1011 und die beiden schrägen Nebenplatten 1012 können nicht plan ausgebildet sein, um den Winkel des Strahlengangs zu verändern, damit die Wegstrecke der Lichtstrahlen nicht zu lang ist.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, kann die Erfindung eine zusätzliche optische Linse aufweisen. Im obengenannten Ausführungsbeispiel wird die Austrittsintensität durch die Austrittsposition und die Wegstrecke der Lichtstrahlen aus den Lichtzonen der Leuchtdioden 12, die von den reflektierenden Mikrostruktur 101 reflektiert werden, verstellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine optische Linse 16 verwendet, die den Bereich der Lichtzonen der Leuchtdioden 12 verändert. Durch zwei variable Größen wird die Austrittsintensität und die Austrittsposition auf der Lichtaustrittsfläche 14 verstellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wenn die Erfindung auf die normale flächige Beleuchtung angewendet wird, soll der Mittelbereich der Lichtaustrittsfläche 14 ausgeleuchtet werden. Hierbei kann die optische Linse 16 die Lichtstrahlen der Lichtzonen, deren Lichtintensität größer ist als die Hälfte des größten Werts, auf die reflektierende Mikrostruktur 101 reflektieren, um den Bereich mit höherer Lichtintensität besser zu nutzen.
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Wie aus 6 ersichtlich ist, werden die Lichtstrahlen der Leuchtdioden mit unterschiedlichem Lichtwinkel in Richtung der rechteckigen Platte gestrahlt. Da die Leuchtdioden arrayartig gereiht sind, können die Strahlenfelder der Leuchtdioden auf der Lichtaustrittsfläche 14 eine Overlay-Wirkung erzeugen. Die Overlay-Wirkung an den Seiten (Rahmen des Bildschirms) ist niedriger als im Mittelbereich. Um die Gleichmäßigkeit der Lichtintensität an den Seiten der rechteckigen Platte 10 und der Lichtaustrittsfläche zu verstellen, können die Leuchtdioden 12 gegenüber der rechteckigen Platte 10 einen unterschiedlichen Lichtwinkel besitzen, um die Lichtzonen der Leuchtdioden 12 besser zu nutzen.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung eine rechteckige Platte und eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, wobei die Diagonale der rechteckigen Platte im Bereich zwischen 5 und 100 cm liegt und die Leuchtdioden arrayartig an zwei gegenüberliegenden Seiten der rechteckigen Platte gereiht sind. Das Licht der Leuchtdioden wird direkt ausgestrahlt oder von einer reflektierenden Mikrostruktur auf der rechteckigen Platte reflektiert, wodurch das Licht aus den Lichtzonen mit unterschiedlicher Lichtintensität der Leuchtdiode, die von der Lichtaustrittsfläche einen unterschiedlichen Abstand haben, gleichmäßig auf der Lichtaustrittsfläche verteilt wird, so dass eine bessere Lichtaustrittswirkung erreicht wird. Dadurch können die Lichtleitplatte, Intensitätserhöhungsmembran usw. im Hintergrundlichtmodul oder flächigen Lichtmodul ersetzt werden, so dass die Herstellungskosten reduziert werden.