-
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für eine Fahrzeugkomponente bzw. für ein Fahrzeug.
-
Anzeigevorrichtungen für Fahrzeuge weisen Hinterleuchtungseinheiten auf, um die Sichtbarkeit der auf dem Display einer Anzeigevorrichtung dargestellten grafischen und/oder alphanummerischen Information zu verbessern. Die Hinterleuchtungseinheiten sind zumeist mit LEDs versehen, die ihr Licht in einen Lichtleiter einspeisen, aus dem das Licht dann von der Rückseite des Displays aus durch dieses hindurchtritt. Es existieren Hinterleuchtungssysteme, bei denen die Lichtquellen in Verlängerung der Aufeinanderfolge von Lichtleiter, typischerweise Diffusor und Display, also insoweit in z-Richtung angeordnet sind. Alternative Vorschläge für die Lichteinspeisung bei Lichtleitern von Hinterleuchtungseinheiten zeichnen sich dadurch aus, dass die Lichtquellen seitlich des Lichtleiters angeordnet sind und ihr Licht über den Umfangsrand des Lichtleiters in diesen einspeisen, in dem das Licht dann in Richtung auf das Display umgelenkt wird.
-
Die Anordnung der Lichtquellen mit dem Display fluchtend in z-Richtung hat gewisse Vorteile, setzt aber zur Vermeidung sogenannter „Hot Spots“ voraus, dass die Gesamtstruktur eine gewisse Mindesthöhe nicht unterschreiten darf. Das wiederum bedeutet die Bereitstellung von Bauraum in der Einheit, in der die Anzeigevorrichtung verbaut ist, was wiederum von Nachteil sein kann.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anzeigevorrichtung für eine Fahrzeugkomponente zu schaffen, deren Hinterleuchtungseinheit sich durch eine vergleichsweise niedrige Bauhöhe auszeichnet.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung einer Anzeigevorrichtung für eine Fahrzeugkomponente vorgeschlagen, die versehen ist mit
- - einem eine Vorderseite und eine Rückseite aufweisenden Display zur Anzeige von graphischer und/oder alphanummerischer Information und
- - einer Hinterleuchtungseinheit zur Hinterleuchtung des Displays,
- - wobei die Hinterleuchtungseinheit eine ein lichtleitendes Kunststoffmaterial aufweisende Lichtleiterplatte, die eine der Rückseite des Displays zugewandte Lichtaustrittsseite und eine der Lichtaustrittseite abgewandte Lichteintrittsseite aufweist, und mehrere Lichtquellen aufweist, die Licht in Richtung auf die Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte abstrahlen,
- - wobei die Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte jeder Lichtquelle zugeordnet eine Lichtaufspreizungsaussparung aufweist, die eine rotationssymmetrisch gewölbte Innenseite aufweist, und
- - wobei die Lichtleiterplatte in Verlängerung der Rotationssymmetrieachse jeder Lichtaufspreizungsaussparung eine erste reflektierende oder zumindest teilweise reflektierende (Oberflächen-) Struktur aufweist.
-
Sinngemäß wird also mit der Erfindung vorgeschlagen, das von den Lichtquellen der Hinterleuchtungseinheit der Anzeigevorrichtung ausgesandte Licht durch in der Unterseite der Lichtleiterplatte, d.h. in der Lichteintrittsseite ausgebildete Strukturen zu spreizen. Bei diesen Strukturen handelt es sich um in der Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte ausgebildete Lichtaufspreizungsaussparungen. Durch diese in z-Richtung den Lichtquellen zugeordnete Lichtaufspreizungsaufsparungen wird das Licht der Lichtquellen aufgefächert und damit innerhalb der Lichtleiterplatte verteilt. Die Lichtleiterplatte leitet dann das Licht weiter bis zur Lichtaustrittsseite, an der bzw. in der erste zumindest teilreflektierende bzw. teildurchlässige Strukturen ausgebildet sind, die für eine Teilreflektion des austretenden Lichts zurück in die Lichtleiterplatte sorgen. Damit wird bewirkt, dass direkt in z-Richtung ausgehend von einer Lichtquelle durch die Lichtleiterplatte hindurch austretendes Licht zumindest teilreflektiert wird, womit Licht nur geschwächt in Richtung der Verlängerung der Lichtquelle aus der Lichtleiterplatte austritt. Auf diese Weise können optische „Hot Spots“ vermieden werden.
-
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte in den Bereichen außerhalb der Lichtaufspreizungsaussparungen eine diffus streuende Struktur aufweist, die ihrerseits von der betreffenden Lichtquelle ausgesandtes und von der ersten zumindest teilreflektierenden (z.B. Oberflächen-)Struktur zur Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte reflektiertes Licht diffus reflektiert oder in Richtung eines Reflektors diffus transmittiert, der mit Abstand zur Lichtleiterplatte, deren Lichteintrittsseite zugewandt, angeordnet ist oder der an und/oder auf der Lichteintrittsseite ausgebildet ist, und vorzugsweise zumindest teilweise zur Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte hin reflektiert und/oder die diffus gestreute Licht durchlässt, so dass es auf einen für diesen Fall außerhalb der Lichtleiterplatte und deren Lichteintrittsseite zugewandten Reflektor, der alternativ auch in bzw. an der Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte angeordnet sein kann, trifft, von dem es zur Lichteintrittsseite hin reflektiert wird und über diese wieder in die Lichtleiterplatte eintritt, um aus der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte auszutreten.
-
Zusätzlich kann die Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte also in einer der zuvor genannten Varianten in den Bereichen außerhalb der Lichtaufspreizungsaussparungen mit einer diffus streuenden zweiten (Oberflächen-)Struktur versehen sein, die dafür sorgt, dass von der ersten zumindest teilreflektierenden Struktur, reflektiertes Licht an der Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte sowohl zum Display diffus reflektiert wird, als auch zu einem unter der Lichtleiterplatte liegenden Reflektor (z.B. Folie, lackierte Fläche, etc.) diffus transmittiert wird bzw. werden kann.
-
Bei dem Display handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Display oder um ein Display in einer anderen herkömmlichen, grundsätzlich bekannten Technologie.
-
Die Lichtaufspreizungsaussparungen können beispielsweise eine gewölbte Hohlform aufweisen. Typischerweise sind die Lichtaufspreizungsaussparungen rotationssymmetrisch zur z-Achse ausgebildet und verjüngen sich zur Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte hin. Parabolische Hohlformen der Lichtaufspreizungsaussparungen z.B. sind möglich.
-
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ersten zumindest teilreflektierenden Strukturen planar sind oder örtlich auf der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte aufgebrachtes Reflektionsmaterial aufweisen. Hier kann beispielsweise durch PVD-Technologien aufgebrachtes Reflektionsmaterial erfolgen. Es ist aber auch ebenso denkbar, dass auf die Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte eine Folie aus teildurchlässigem bzw. teilreflektierendem Material aufgebracht wird. Dieses Material kann auch als Beschichtung auf der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte vorgesehen sein.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die erste zumindest teilreflektierende Struktur in der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte angeordnete, sich in Richtung zu den Lichtaufspreizungsaussparungen verjüngende, trichterförmige und insbesondere rotationsymmetrische Aussparungen aufweist. Die erste zumindest teilreflektierende Struktur an der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte kann also ebenfalls Aussparungen aufweisen, wie sie bereits weiter oben im Zusammenhang mit den Lichtaufspreizungsaussparungen an der Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte beschrieben sind.
-
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn auf und/oder in der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte eine Lichtvergleichmäßigungsstruktur ausgebildet oder der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte zugewandt zwischen dieser und dem Display ein Lichtvergleichmäßigungselement angeordnet ist. Derartige Lichtvergleichmäßigungselemente werden auch als Diffusionselemente bzw. Diffusor bezeichnet. Sie sorgen für eine weitere Aufspreizung und damit Vergleichmäßigung und Homogenisierung der Lichtverteilung, was sich vorteilhaft auf das optische Erscheinungsbild der Vorderseite des Displays auswirkt.
-
Zweckmäßig ist es, wenn die Lichtvergleichmäßigungsstruktur, sofern vorhanden, und die erste zumindest teilreflektierende Struktur einteilig ausgebildet sind. Bei dieser Variante der Erfindung bedarf es also keiner weiteren Streufolie o.dgl. Lichtstreuelement, da die Lichtvergleichmäßigungsstruktur an der Lichtaustrittsseite der Lichtleiterplatte angeordnet ist, wo auch die erste zumindest teilreflektierende Struktur ausgebildet ist.
-
Wie bereits oben beschrieben, verfügt die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung über eine zweite diffus streuende Struktur an dem unteren Bereich der Lichtleiterplatte bzw. auch unterhalb der Lichtleiterplatte. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass es von Vorteil sein kann, wenn innerhalb der Lichtleiterplatte oder auf der Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte eine Mikrostruktur als diffus streuendes Element oder als ein Bestandteil dieser Struktur ausgebildet ist.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung bzw. alternativ zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ferner vorgesehen sein, dass die Lichtaufspreizungsaussparungen mit Lichtleitermaterial ausgefüllt sind und die Lichtleiterplatte in diesen Bereichen einheitlich ausgebildet ist.
-
Die diffus streuende Struktur im Bereich der Unterseite der Lichtleiterplatte braucht also nicht notwendigerweise außerhalb der Lichtaufspreizungsaussparungen allein angeordnet sein; sie kann sich vielmehr auch in die Lichtaufspreizungsaussparungen und damit an deren Innenseiten befinden. Als Möglichkeit für derartige Strukturen bietet sich eine Beschichtung oder eine Oberflächenbehandlung an, die mittels geeigneter Techniken aufgebracht oder in die Lichtleiterplatte eingebracht wird. Zusätzlich kann dann noch im Abstand zur Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte ein Reflektor angeordnet sein, der aber auch Teil der Oberfläche der Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte sein kann.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte prismatische oder halbkugelförmige oder anders gestaltete Vorwölbungen und/oder Vertiefungen auf, die unregelmäßig oder regelmäßig oder partiell regelmäßig oder unregelmäßig über die Lichteintrittsseite der Lichtleiterplatte verteilt angeordnet sind, wobei die Vorwölbungen und/oder Vertiefungen gleiche oder gruppenweise gleiche oder verschiedene geometrische Ausgestaltungen aufweisen. Derartige Strukturen sind im Stand der Technik bekannt und lassen sich beispielsweise durch Spritzprägen, Heißprägen, Abrollprägen, durch Spritzguss oder durch Lasern herstellen. Diese Herstellungstechnologien sind ebenfalls bekannt, weshalb an dieser Stelle auf sowohl die entsprechenden Strukturen als auch auf die Herstellungsverfahren nicht näher eingegangen werden soll.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung besteht darin, dass eine niedrig bauende Vorrichtung geschaffen werden kann, und zwar in der Technologie der sogenannten direkten Hinterleuchtung des Displays, d. h., durch Anordnung der Lichtquellen in z-Richtung (also nicht durch seitliches Einstrahlen des Lichts in die Lichtleiterplatte). Im Gegensatz zum herkömmlichen Ansatz mit Streulinsen benötigt der erfindungsgemäße Vorschlag entweder weniger Lichtquellen oder weniger Abstand zu oberhalb der Lichtquellen angeordneten Streuelementen bei gleicher optischer Homogenität. Letzteres ist insofern interessant, da die direkte Hintergrundbeleuchtung typischerweise eine größere Bauhöhe aufweist und damit mehr Bauraum in den Komponenten, in die die Anzeigevorrichtung eingebaut wird, benötigt. Hierbei lässt sich die Lichtverteilung bei verändertem Abstand der Lichtquellen zum Lichtleiter oder bei verändertem Abstand zum höher liegenden Streuelement zusätzlich über die Reflektivität der teilreflektierenden Flächen in Kombination mit Streuelementen steuern. So muss beispielsweise bei einer Erhöhung der Anzahl von Lichtquellen und einer damit einhergehenden möglichen Verringerung der Bauhöhe des Lichtleiters lediglich die Reflektion der Reflektorflächen und die Größe der Lichtaufspreizungsaussparungen (bei gleicher lateraler Abmessung) verringert werden. Durch die Definition der Kontur der Lichtaufspreizungsaussparungen über Kreisradien lässt sich eine solche Anpassung leicht parametrisieren und optimieren. Für den Fall einer planaren ersten zumindest teilweise reflektierende Struktur (Reflektorfläche) ist für die Herstellung bei einer Änderung beispielsweise der Position oder der Größe in einem IMD-Prozess lediglich die Bedruckung des Dekorfilms zu ändern, nicht aber die Form des Spritzgusswerkzeuges (zumindest nicht dessen obere Hälfte).
-
Die Erfindung betrifft also die prinzipielle Funktion und Ausführung einer Lichtleiterplatte zur direkten Ausleuchtung von Displays in Anzeigevorrichtungen, wobei „direkt“ meint, dass die optischen Achsen der Lichtquellen (z-Achsen) senkrecht auf das Display bzw. dessen Anzeigeflächen stehen.
-
Die Erfindung nachfolgend anhand einzelner Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Im Einzelnen zeigen dabei:
- 1 schematisch und im Querschnitt die Aufeinanderfolge der für die Erfindung wesentlichen Komponenten eine Anzeigevorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
- 2 schematisch und im Querschnitt die Aufeinanderfolge der für die Erfindung wesentlichen Komponenten eine Anzeigevorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
In 1 ist der Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anzeigevorrichtung 10 gezeigt, die ein beispielsweise LCD-Display 12 mit einer deren Vorderseite 14 zugewandten Abdeckscheibe 16 (sogenanntes Coverglas) aufweist. Der Rückseite 18 des Display 12 zugewandt befindet sich eine Lichtleiterplatte 20 aus lichtleitendem Kunststoffmaterial. Zwischen dieser Lichtleiterplatte 20 und der Rückseite 18 des Display 12 kann noch ein Diffusor bzw. eine Streufolie 24 angeordnet sein.
-
Die Lichtleiterplatte 20 weist eine der Rückseite 18 des Display 12 zugewandte Lichtaustrittsseite 26 sowie eine dieser abgewandte Lichteintrittsseite 28 auf.
-
Unterhalb der Lichtleiterplatte 20 befindet sich ein Trägerelement 30 mit Lichtquellen 32 in Form von in diesem Ausführungsbeispiel LEDs 34. Zwischen dem Trägerelement 30 (typischerweise Platine) und der Lichtleiterplatte 20 kann sich noch ein Reflektor 36 befinden.
-
Anhand der Linie 38 ist in 1 angedeutet, dass das Licht einer Lichtquelle 32 direkt in z-Richtung den zuvor beschriebenen Aufbau durchdringt. Damit es nun nicht zu optischen „Hot Spots“ kommt, wird das Licht der Lichtquellen 32 durch Lichtaufspreizungsaussparungen 40 aufgefächert, und zwar innerhalb der Lichtleiterplatte 20. Die Lichtaufspreizungsaussparungen sind in der Lichteintrittsseite 28 der Lichtleiterplatte 20 ausgebildet, was beispielsweise durch verschiedene Prägetechniken oder durch Spritzguss realisiert wird. Durch die gestrichelten Linien ist angedeutet, wie diese Lichtaufspreizung wirkt. In axialer Verlängerung der optischen Achse (Linie 38) jeder Lichtquelle 32 befindet sich an bzw. in der Lichtaustrittsseite 26 der Lichtleiterplatte 20 eine erste zumindest teilreflektierende Struktur 42, die in diesem Ausführungsbeispiel durch beispielsweise prismatische oder kegelförmige Aussparungen 44 realisiert ist. Diese Strukturen blockieren zumindest teilweise das direkt in Richtung der optischen Achse von einer Lichtquelle 32 emittierte Licht und tragen somit dazu bei, dass die Erscheinung von „Hot Spots“ verringert wird.
-
Während also, wie zuvor beschrieben, an der Lichtaustrittsseite 26 der Lichtleiterplatte 20 erste zumindest teilweise reflektierende Strukturen ausgebildet sind, kann die Lichteintrittsseite 28 der Lichtleiterplatte 20 mit diffus streuenden Strukturen 46 versehen sein, wie es in 1 angedeutet ist. Hierbei handelt es sich um in die Lichteintrittsseite 28 durch Prägetechniken oder Spritzguss aufgebrachte Vertiefungen und Erhöhungen in Mikrostatur, wobei die Vertiefungen bzw. Erhöhungen Prismen oder Halbkugeln sein können. Letztendlich handelt es sich um 2D chaotisch, regelmäßig oder partiell regelmäßig angeordnete Erhöhungen oder Vertiefungen. Dies können chaotisch angeordnete Berge und Täler sein, wie sie grundsätzlich bei diffusen Folien zur Vergleichmäßigung von Licht bekannt sind.
-
In 2 ist eine alternative Ausgestaltung einer Anzeigevorrichtung 10' schematisch gezeigt. Soweit die in 2 gezeigten Elemente denjenigen der Anzeigevorrichtung 10 der 1 funktional oder konstruktiv gleichen, sind sie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
-
Der Unterschied der Ausführungsbeispiele der Anzeigevorrichtungen 10 und 10' besteht nun darin, dass die erste zumindest teilweise reflektierende Struktur 42 nicht in Form von Aussparungen in der Lichtaustrittsseite 26 der Lichtleiterplatte 20 realisiert ist, sondern als örtliche Beschichtungsbereiche 44' mit zumindest teilweise reflektierendem bzw. anders ausgedrückt teiltransparentem Material.
-
Wie sich aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen ergibt, trifft also bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung Licht der Lichtquellen zunächst auf eine Streu- bzw. eine Lichtaufspreizungsstruktur, welche als Aussparung im Lichtleiter realisiert ist, was beispielsweise durch Spritzguss oder Spritzprägen oder andere Kunststoffherstellungstechnologien bzw. Kunststoffbearbeitungstechnologien realisiert werden kann. Die Kontur des Streuelements wird über einen Kreisradius definiert. Das Streuelement ist zur z-Achse symmetrisch.
-
Oberhalb des Streuelements bzw. oberhalb jedes Streuelements befindet sich ein teiltransparenter Reflektor in Form der ersten zumindest teilreflektierenden Struktur. Diese ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 planar realisiert (Beschichtungsbereiche 44') kann aber für eine noch vorteilhaftere Vergleichmäßigung der Lichtverteilung ebenfalls als Aussparung ausgeführt sein (siehe die Aussparung 44 in 1). Die Kontur der zur z-Achse symmetrischen Form dieser Reflektoraussparung kann hierbei viele verschiedene Formen annehmen (prismatisch, kegelförmig, halbkugelförmig etc.).
-
Ebenso ist es möglich, die Reflektivität der Reflektorflächen mit einem radialen Gradienten zu versehen, um den Übergang von reflektierender zu nicht reflektierender Fläche abzumildern.
-
Wird der Reflektor gewölbt ausgeführt, kann dies mitunter das untere Streuelement vollständig überflüssig machen. Die Erfindung umfasst also insoweit auch eine Anzeigevorrichtung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen und Ausführungsformen, jedoch ohne Lichtaufspreizungsaussparungen in der Unterseite (Lichteintrittsseite) der Lichtleiterplatte.
-
Die reflektierenden Flächen können beispielsweise durch Hinterspritzen von Trägerfolien (IMD) als reflektierendes, nicht absorbierendes Material aufgebracht oder aufgedampft werden. Ein Großteil des Lichts wird durch den Reflektor auf die Unterseite (Lichteintrittsseite) des Lichtleiters zurückgeworfen, wo eine Auskoppelstruktur (beispielsweise laser dots) eine diffuse Streuung bewirken.
-
Im Zusammenspiel mit den erwähnten Elementen des Lichtleiters wird der transmittierte Lichtfluss der einzelnen Lichtquellen auf eine breitere Fläche verteilt, so dass die optische Homogenität bereits nach Austritt des Lichts aus dem Lichtleiter maximiert und damit die Gesamtbauhöhe der Lichthinterleuchtungseinheit minimiert ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Anzeigevorrichtung
- 10'
- Anzeigevorrichtung
- 12
- Display
- 14
- Vorderseite
- 16
- Abdeckscheibe
- 18
- Rückseite
- 20
- Lichtleiterplatte
- 24
- Streufolie
- 26
- Lichtaustrittsseite
- 28
- Lichteintrittsseite
- 30
- Trägerelement
- 32
- Lichtquelle
- 34
- LEDs
- 36
- Reflektor
- 38
- Linie
- 40
- Lichtaufspreizungsaussparungen
- 42
- teilreflektierende Struktur
- 44
- Aussparungen
- 44'
- Beschichtungen
- 46
- reflektierenden Strukturen
