DE102020216019A1

DE102020216019A1 - Beleuchtungseinheit mit einer Zentriereinrichtung für einen Lichtleiter

Info

Publication number: DE102020216019A1
Application number: DE102020216019.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Huth; Sergej Wittmeier; Jörg Thomas; Felix Herchenröther
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-03-03
Also published as: WO2022048714A1; US20230324734A1; CN116097160A; EP4208670A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeige mit einem flächigen Anzeigeelement (404) und einer Beleuchtungseinheit (420) für das Anzeigeelement (404), aufweisend eine Lichtquelle (401), einen Lichtleiter (402) und ein Aufnahmegehäuse (400), in dem der Lichtleiter (402) angeordnet ist. Dabei ist der Lichtleiter (402) durch zumindest eine an einer seiner Längsseiten angeordnete Klammer (651) in seiner Breitenrichtung vorgespannt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit mit einer Zentriereinrichtung für einen Lichtleiter, die insbesondere geeignet ist für die Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige, auch LCD (Liquid Crystal Display) genannt. Eine solche Beleuchtungseinheit wird oft auch mit dem englischen Begriff Backlight oder Backlight Unit bezeichnet.
Lichtführende Bauteile im Backlight von LC-Displaygeräten müssen aufgrund der optischen Performance genau zur Lichtquelle im Aufnahmegehäuse positioniert werden. Üblicherweise erfolgt die Positionierung durch Aufbringen einer Zentrierkraft in Längen- und in Breitenrichtung. Die Zentrierkraft wird dabei i.d.R. durch die Verformung eines elastischen Bauteils in den Randbereichen des Lichtleiters erzeugt. Eine Niederhaltung ist vor allem dann erforderlich, wenn die lichtführenden Bauteile nicht durch eine stoffschlüssige oder reibschlüssige Verbindung im Aufnahmegehäuse fixiert sind.
Aus der CN 101539682 A und der TW 2016 34 987 A ist eine Beleuchtungseinheit bekannt, bei der ein Lichtleiter mittels Abstützung an federnden Elementen zentriert wird.
Im Aufnahmegehäuse muss zusätzlicher Bauraum vorgesehen werden, um die Toleranzen und thermischen Ausdehnungen der lichtführenden Bauteile zu kompensieren. Bei großformatigen Displays besteht das Risiko, dass es durch mangelnde Kompression der Zentrierelemente bei Tiefsttemperaturen zu Positions- und Lageverschiebungen des Lichtleiters relativ zur Lichtquelle kommen kann. Bei Höchsttemperaturen kann es zudem aufgrund der thermischen Ausdehnung zu ungewünschten Verformungen der Bauteile kommen. Aus Positionsverschiebungen resultierende optische Beeinflussungen stellen ein erhebliches Qualitätsrisiko dar. Durch den fertigungsbedingten Verzug, der vor allem bei großen Bauteilen auftritt, kann es zu Positionsabweichungen zwischen lichtführenden Bauteilen und der Lichtquelle kommen. Dies ist besonders bei großen und gekrümmten Bauteilen ausgeprägt, da hier die Fertigungstoleranzen vergleichsweise deutlich größer sind.
Es ist erwünscht, die bekannten Beleuchtungseinheiten zu verbessern.
Eine Anzeige gemäß der Erfindung mit einem flächigen Anzeigeelement und einer Beleuchtungseinheit für das Anzeigeelement weist eine Lichtquelle auf, einen Lichtleiter und ein Aufnahmegehäuse, in dem der Lichtleiter angeordnet ist. Dabei ist der Lichtleiter durch zumindest eine an einer seiner Längsseiten angeordnete Klammer in seiner Breitenrichtung vorgespannt. Bei der Längsseite handelt es sich um die längere seiner beiden Seiten, die jeweils beide wesentlich größter sind als seine Dicke. Bei der Breitenrichtung handelt es sich um die Richtung parallel zur anderen, kürzeren der beiden Seiten des Lichtleiters. Ein Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß der Lichtleiter an der der vorgespannten Längsseite gegenüberliegenden Längsseite eine feste Anlage am Aufnahmegehäuse findet. In einer Variante sind auch an dieser gegenüberliegenden Längsseite Klammern vorgesehen. Dies ermöglicht eine erweiterten Toleranzausgleich, beispielsweise zur Kompensation von temperaturänderungsbedingter Längenänderung.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Lichtleiter in seiner Längsrichtung mittig mittels eines Zentrierelements im Aufnahmegehäuse zentriert. Das Anzeigeelement hat eine um mehr als 50% größere Ausdehnung in Längsrichtung als in dazu senkrechter Breitenrichtung. Insbesondere ist die Ausdehnung in Längsrichtung um mehr als den Faktor zwei größer in Breitenrichtung. Die vorgeschlagene Zentrierung des Lichtleiters ermöglicht eine Ausdehnungskompensation in Längsrichtung mit nahezu keine Positionsänderung von Lichtleiter relativ zu Anzeigeelement im zentralen Bereich und nur geringer Positionsänderung im, in Längsrichtung gesehen, äußeren Bereich. Die vorgeschlagene Zentrierung ermöglicht es zudem durch geeignete Wahl der Abmessungen einer Ausnehmung im Lichtleiter, in die das Zentrierelement eingreift, auch eine Ausdehnungskompensation in senkrechte Richtung zur Längsrichtung.
Vorteilhafterweise weist das Zentrierelement einen Niederhalter auf. Dieser ist beispielsweise eine über die Fläche des Lichtleiters greifende Klammer, eine an eine schräge Fläche einer Ausnehmung des Lichtleiters anliegende komplementäre Abschrägung, ein in eine Vertiefung des Lichtleiters eingreifende Vorsprung, oder weist eine andere geeignete Ausbildung auf. Eine erfindungsgemäße Niederhalter ermöglicht das Halten des Lichtleiters in Richtung senkrecht zu dessen großer Fläche ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich wären.
Vorteilhafterweise ist der Lichtleiter in seiner Breitenrichtung außen mittels formveränderlicher Elemente im Aufnahmegehäuse zentriert. Als formveränderliches Element ist beispielsweise eine Elastomerlement vorgesehen, oder ein Federelement, oder ein ähnliches Element, das bei Kraftausübung nachgiebig ist, aber gleichzeitig eine Gegenkraft ausübt. Ein Vorteil dieser Lösung ist, daß separate Bauteile für die Zentrierfunktion in Längenrichtung und Breitenrichtung vorgesehen sind, die somit auf jeweils unterschiedliche Anforderungen optimierbar sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Zentrierelement aus hochreflektivem Material besteht. Dies hat den Vorteil einer Minimierung von optischen Verlusten an Grenzflächen zwischen Lichtleiter und Zentriereinheit, da ein derartiges Zentrierelement an entsprechenden Grenzflächen auftreffendes Licht in den Lichtleiter zurück reflektiert.
Vorteilhafterweise ist der Lichtleiter durch zumindest jeweils eine angeordnete weitere Klammer in seiner Längsrichtung vorgespannt.
Weitere Details der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung entnehmen. Dabei zeigen:

1 Schematischer Aufbau eines LCD Panels
2 Vergleich der Panel-Technologien
3 Aktive-Matrix Ansteuerung (links) und Passive-Matrix Ansteuerung (rechts)
4 Schematische Schnittansicht einer Displayeinheit
5: Grundprinzip zur Zentrierung des Lichtleiters im Die Cast
6 Zentrierung des Lichtleiters im Die Cast
7 Detailansichten zu 6
8-12 Alternative Varianten zur Zentrierung des Lichtleiters im Die Cast
13 Grundprinzip zur Fixierung von optischen Folien und Lichtleiter
14,15 Varianten zur Fixierung von optischen Folien und Lichtleiter
16 Detailansicht zu 7
17 Ausführungsbeispiel der Erfindung
18 Ausführungsbeispiel der Erfindung

Beschrieben werden Backlight-Lösungen für großformatige Curved Displays in Automotive Anwendungen.
In vielen Bereichen spielen Displays für die Mensch-Maschine-Interaktion bereits eine entscheidende Rolle. Dies gilt insbesondere für das Automobil, wobei sich dieser Trend mit zunehmendem Fortschritt im Bereich „Autonomes Fahren“ noch verstärken wird. LCD-Anzeigen besitzen hieran einen großen Anteil, denn sie sind dünn, leicht, und besitzen gute optische Eigenschaften. Aufgrund ihrer hohen Funktionssicherheit bei schwierigen Umweltbedingungen und langen Lebensdauer sind sie der Standard im Automotive Bereich.
Ähnlich wie bei Konsumgütern, z.B. bei TV-Geräten oder Smartphones, ist auch im Automobilbereich ein Trend zu immer größeren Displaygeräten festzustellen. In den meisten Fällen handelt es sich aktuell noch um Flatpanel-Displays. Gekrümmte Displays bieten den Fahrzeugdesignern jedoch bessere Möglichkeiten zur Integration in den Fahrzeuginnenraum. Daher wird bei aktuellen Entwicklungsprojekten auch vermehrt diese Technologie umgesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombination dieser beiden Entwicklungstrends.
Für die Entwicklung großformatiger Curved Displays ergeben sich spezielle Herausforderungen an die Komponenten. Das sogenannte „Backlight“, welches die Hinterleuchtung des Gerätes erzeugt, ist als integraler Bestandteil jedes LC-Displays in hohem Maße davon betroffen. Das Backlight als Unterbaugruppe besteht aus mehreren Komponenten, die optische und mechanische Funktionen gleichermaßen erfüllen müssen. Von mechanischer Seite stehen Themen wie Fertigungstoleranzen und thermische Einflüsse besonders im Vordergrund. Die Erfindung betrifft ein Backlight, mit dem die geltenden Anforderungen an Displays im Automotive Bereich erfüllt werden können.
Durch die fortschreitende Digitalisierung können die Insassen immer mehr Informationen zum Zustand eines Fahrzeugs erhalten. Damit die Mensch-Maschine-Kommunikation übersichtlich bleibt, sind Instrumente erforderlich, deren Anzeigefunktion variabel ist. Daher werden z.B. analoge Kombi-Instrumente vermehrt durch Displays ersetzt. Beispielsweise lassen sich Navigationsansichten direkt im Sichtfeld des Fahrers darstellen, der seine Aufmerksamkeit so auf die Verkehrssituation fokussieren kann. In modernen Fahrzeugen werden außerdem häufig kombinierte Anzeige- und Bedienelemente verbaut, die nicht nur Informationen über den Fahrzeugzustand liefern, sondern auch aktiv Input von den Insassen entgegennehmen können.
Dazu besitzen sie vielfach eine Touch-Funktion. Um die Aufmerksamkeit des Fahrers nicht vom Verkehrsgeschehen abzulenken, können moderne Touch-Displays auch mit einer haptischen Feedback-Funktion ausgestattet werden. Der Fahrer kann somit einen virtuellen Tastendruck spüren. Mit zunehmender Entwicklung im Bereich des Autonomen Fahrens steigen außerdem die Anforderungen an die Infotainment-Funktionen, da die Aufmerksamkeit der Insassen nur noch in verringertem Umfang für die Fahrt erforderlich ist.
TFT-LCDs („Thin film transistor- Liquid Chrystal Displays“) besitzen eine Reihe von Vorteilen, die sie für den Einsatz im Fahrzeug prädestinieren:

Hohe Farbsättigung und Helligkeit
Gute Ablesbarkeit über großen Blickwinkelbereich
Großer Anwendungsbereich hinsichtlich Auflösung, Größe und Seitenverhältnis Integrierbare kapazitive Touch Technologie („in-cell touch“)
Lange Lebensdauer
Geringe Temperaturanfälligkeit
Große Lieferantenbasis hinsichtlich der LCD-Panels

Aufgrund der genannten Punkte stellen TFT-LCDs immer noch den Standard im Automotive Bereich dar, obwohl bei neuen Modellen zukünftig auch OLED-Displays eingesetzt werden sollen]. Allerdings stellt das Automotive Umfeld hohe Anforderungen an die Funktionssicherheit der Displays, wobei TFT-LCDs vor allem im Bereich der Lebensdauer den OLED-Anzeigen überlegen sind. Die Curved Technologie, die ursprünglich im Zusammenhang mit Displays aus dem Consumer Bereich stand (PC-Monitore, TVs, etc.) hält aktuell auch im Automotive Bereich Einzug. Die Vorteile von Curved Displays gegenüber herkömmlichen Flatpanel Displays können hier gleichermaßen Anwendung finden.
Geringere Belastung der Augen:
Bei gekrümmten Displays wird das Licht in Richtung des Betrachters gesendet. Versuchspersonen empfanden nach langem Betrachten von gekrümmten Displays weniger ihrer visuellen Wahrnehmung, z.B. deutlich weniger Verschwommenheit, was sich positiv auf das Benutzererlebnis auswirkt. Zudem werden die Augen weniger belastet, bei dem Versuch sämtliche Informationen im Sichtfeld zu erfassen.
Vereinfachte Informationsaufnahme:
Auf gekrümmten Displayflächen lassen sich Inhalte schneller finden als auf Flatpanel Displays. Zudem können Textinformationen schneller gelesen werden. Im Fahrzeug kann dies ebenfalls zu einer Erhöhung der Verkehrssicherheit führen, da der Fahrer schneller die benötigte Information finden und seinen Blick wieder auf die Straße richten kann.
Design und Ergonomie:
Die Verwendung eines gekrümmten Displays eröffnet neue Möglichkeiten für die Integration des Displays in den Fahrzeuginnenraum. Es steht somit eine dritte Dimension für das Design zur Verfügung. Gekrümmte Formen werden unter ästhetischen Gesichtspunkten als schöner bewertet. Die Fahrzeughersteller sehen daher vor allem den Design-Aspekt als vorteilhaft an. Neben dem ästhetischen Gesichtspunkt bieten gekrümmte Displays den Vorteil, dass sie besser vom Fahrer erreichbar sind.
Der Großteil bisheriger Displays im Automotive Bereich basiert jedoch noch auf Flatpanel-Technologie. Curved-LC-Anzeigeinstrumente bestehen derzeit meist aus mehreren kleineren, nebeneinander angeordneten Displays hinter einem durchgängigen gekrümmten Deckglas. Aufgrund der technischen Zusammenhänge ist die Umsetzung eines einzelnen großformatigen Curved-Displays mittels TFT-LCD-Technik im Fahrzeug eine große Herausforderung für die Entwicklung.
Im nächsten Abschnitt sollen die technischen Grundlagen zu TFT-LCDs behandelt werden. Diese werden anhand von Displays erläutert.
Ein TFT-LCD besteht aus mehreren Komponenten, die in einer Art Sandwich-Struktur angeordnet sind, um das Bild zu erzeugen. Es lassen sich zwei Oberbaugruppen unterscheiden: Die sogenannte Bonding-Baugruppe und das Backlight. Es werden im folgenden die Komponenten einer Displayeinheit und die Montageprozesse bis zum fertigen Gerät betrachtet.
Das bilderzeugende Element eines LCDs ist das Display Panel. Im Panel werden die elektro-optischen Eigenschaften von Flüssigkristallen genutzt, um aus eingekoppeltem Licht ein Bild zu erzeugen. Das erzeugte Bild besteht aus einzelnen Pixeln, das heißt aus Zellen, die die Bildpunkte erzeugen. Jeder Pixel besteht wiederum aus drei Sub-Pixeln, mit denen die Komplementärfarben, beispielsweise Rot, Grün und Blau, erzeugt werden. Das Grundprinzip eines LCD Panels ist in 1 dargestellt:
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines LCD Panels. Das eingekoppelte Licht 100 tritt zunächst durch einen Polfilter P1. Ein Polfilter besteht beispielsweise aus einer Folie, in die feinste parallele Linien eingearbeitet sind. Lediglich das Licht mit einer Polarisation entsprechend dieser Vorzugsrichtung kann diese Folie durchdringen. Andere Polarisationsrichtungen werden geblockt.
Darauf folgt eine Schicht aus Flüssigkristallen 101. Es handelt sich dabei um Substanzen, die auch im flüssigen Zustand anisotrope Eigenschaften von Kristallen aufweisen. Die Flüssigkristalle 101 befinden sich zwischen zwei Glasplatten 110,120, auf die transparente Elektroden 112,122 aufgebracht sind, die um 90° verdreht zueinander angeordnet sind und somit Reihen und Spalten bilden. Des weiteren sind die Gläser mit einer Ausrichtungsschicht 114,124 versehen, die beispielsweise Mikrorillen aufweist, die eine Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle entsprechend der Vorzugsrichtung der Polfilter P1,P2 bewirken. Die länglichen Moleküle der Flüssigkristalle 101 richten sich parallel nach diesen Rillen aus. Da die Mikrorillen des oberen und unteren Glassubstrates 110,120 um 90° verdreht angeordnet sind, entsteht eine Helixstruktur aus den Flüssigkristallmolekülen. Durch die Helixstruktur wird auch die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes 100 gedreht und das Licht kann auch den zweiten Polfilter P2 passieren. Die Zelle erscheint hell. Wird an die Flüssigkristallzelle eine bestimmte Schwellspannung angelegt, richten sich die Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Elektroden 112,122 aus und beeinflussen die Polarisation des einfallenden Lichtes 100 nicht mehr. Aufgrund der senkrecht zueinander orientierten Polfilter P1, P2 wird einfallendes Licht 100 nun vollständig vom zweiten Polfilter P2 geblockt und die Zelle erscheint dunkel. Ein Farbfilter F1, bestehend aus roten Farbfilterelementen F1R, grünen Farbfilterelementen F1G, und blauen Farbfilterelementen F1B, sorgt dafür, dass lediglich ein bestimmter Farbanteil des eingekoppelten weißen Lichtes 100 auf dem Pixel erscheint.
Dieses Grundprinzip der Polarisationsänderung des eingekoppelten Lichtes 100 ist allen LCD-Anzeigen gemeinsam. Es gibt verschiedene Varianten für die TFT-Struktur. Die „Twisted Nemantic“ (TN) Technologie ist nicht mehr Stand der Technik und wird nur noch im „low-cost“-Bereich eingesetzt. Sie funktioniert wie obenstehend beschrieben mit zwei gegenüberliegenden Elektroden 112,122, die die Moleküle unter Spannung senkrecht orientieren. Daneben existiert auch die „Multi-Domain-Vertical-Alignment“ (MVA) Technologie, bei der die Kristalle unter Spannung in vertikal angeordnete Ebenen anordnen und so eintretendes Licht blockieren. Heutzutage nutzen die meisten LCDs im Automotive Bereich jedoch die „In-Plane-Switching“ (IPS) Technologie, bei der die Elektroden 121,122 auf einer Seite der Flüssigkristallschicht 101, hier auf dem Glassubstrat 120, angeordnet sind. Die Flüssigkristalle 101 drehen sich dabei in einer Ebene parallel zum Glas 120. Die 2 enthält eine Übersicht über die verschiedenen LC-Technologien. Dabei ist in Zeile Z1 die Technologie angegeben, in Zeile Z2 ein Funktionsschema. In Zeile Z3 ist der Kontrast angegeben, der mit der entsprechenden Technologie erreichbar ist. lin Zeile Z4 ist die Blickwinkelstabilität (Farbe und Kontrast) als gering mit „+“, als mittel mit „++“ oder sehr gut mit „+++“ angegeben. In Zeile Z5 ist die Reaktionszeit in Millisekunden angegeben. Im jeweils rechten Teil der Funktionsschemata der Zeile Z2 ist ein elektrisches Feld $\vec{E}$
angelegt, was mittels eines Pfeils angedeutet ist.
Die Ansteuerung der Pixel kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen. 3 zeigt links eine Aktiv-Matrix-Ansteuerung, und rechts eine Passiv-Matrix-Ansteuerung. Bei Passiv-Matrix-Displays erfolgt die Ansteuerung der Pixel 300 über die bereits erwähnten, um 90° gegeneinander verdrehten Elektrodenstreifen 112,122, hier als Spaltenelektroden 3112 und als Reihenelektroden 3122 dargestellt.. Für das gesamte Display ergibt sich eine Kreuzmatrix, mit der jede Zelle über Logikschaltungen einzeln angesteuert werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß durch Aufladungseffekte auch andere Zellen entlang der Spalte und der Zeile beeinflußt werden, wodurch sich Graustufen weniger deutlich darstellen lassen. Heutzutage werden daher meist Aktiv-Matrix-Displays eingesetzt. Bei Aktiv-Matrix-Displays werden die Pixel über Dünnschichttransistoren TFT angesteuert anstatt direkt über die Reihen- und Spaltenelektroden. Die Pixel sind so besser voneinander isoliert und Aufladungseffekte von umliegenden Pixeln lassen sich vermeiden. Die Pixelelektroden 312 auf dem einen Glassubstrat wirken mit einer flächigen Elektrode 322 auf dem anderen Glassubstrat zusammen. Die Dünnschichttransistoren TFT werden von Signalelektroden 311 und Kontrollelektroden 313 angesteuert.
Die Fläche des Panels, die über steuerbare Pixel verfügt wird als „Active Area“ des Panels bezeichnet. Das Glassubstrat des Panels ragt einige Millimeter über die Active Area hinaus, da z.B. die Treiberschaltkreise für die Dünnschichttransistoren und die Anbindung an die Displayelektronik dort angeordnet sind. Der überstehende Bereich wird als „Dead Space“ bezeichnet. Die Displaytreiber sind auf dem Panel selbst sind mit einer flexiblen Leiterplatte (engl. flexible printed circuit board oder kurz FPC) mit dem Rest der Displayelektronik verbunden.
Für den Einsatz im Fahrzeug wird das Panel mit einem Deckglas verbunden, mit dem auch eine Touchfunktion realisiert werden kann. In diesem Fall wird das Deckglas auch als Touchpanel bezeichnet. Der Verbindungsprozess wird im folgenden erläutert.
Im sogenannten Bondignprozess wird das LCD Panel wird mit einem Deckglas verbunden. Um Reflektionen von Umgebungslicht zu vermeiden, die im Luftspalt zwischen Deckglas und Panel an den dort vorhandenen Grenzschichten entstehen, erfolgt das sogenannte „Optical Bonding“.
Beim Optical Bonding wird zwischen dem Deckglas und dem LC-Panel ein spezieller optischer Kleber, die sogenannte Bondingmasse, aufgebracht. Der Brechungsindex der Bondingmasse ist ähnlich dem Brechungsindex des Deckglases, sodass Reflektionseffekte an den Übergängen minimiert werden. Dunkle Bereiche auf dem Panel bleiben auch für den Betrachter dunkel und werden nicht durch Reflektionen von umliegenden Lichtquellen aufgehellt. So bleibt das gewünschte Kontrastverhältnis weitestgehend erhalten.
Da Flüssigkristalle selbst kein Licht emittieren, benötigen alle LCD-Anzeigen eine separate Hinterleuchtung. Diese wird als „Backlight“ bezeichnet. Die 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Displayeinheit. Anhand dessen lässt sich die Struktur des Backlights erläutern.
Die Struktur des Backlight eines LCDs im Fahrzeug besitzt in der Regel einen immer ähnlichen Aufbau. Das Licht wird von einer Reihe von Lichtquellen 401 erzeugt und von einem Lichtleiter 402 und einem Reflektor 403 über die Fläche des Display Panels 404 verteilt. Bevor es durch das Displaypanel 404 tritt werden die Lichteigenschaften von mehreren optischen Folien eingestellt, die übereinander in einem Folienstapel 405 angeordnet sind. Alle diese Komponenten werden von einem Gehäuse 400 aufgenommen. Die Gesamtheit der Komponenten 400, 401, 402, 403, 405 stellt das Backlight dar. Da das Backlight ein integraler Bestandteil jedes LCDs ist, existieren auch mehrere Schnittflächen zu anderen Komponenten, wie etwa der Bonding-Baugruppe 410 mit Panel 404, Bondingmasse 406 und Deckglas 407 oder den elektronischen Leiterplatten 411 (engl. printable circuit boards oder kurz PCBs) zur Displayansteuerung. Im Folgenden sollen die essentiellen Backlight-Komponenten näher vorgestellt werden.
Aufnahmegehäuse 400, im folgenden auch englisch „Die Cast“ genannt:
Der Die Cast 400 ist die zentrale Komponente des Backlights. Er besteht in der Regel aus Magnesium oder Aluminium und wird bei großen Displays im Druckgussverfahren (englisch: „die cast“) hergestellt. Daher wird er als Die Cast 400 bezeichnet. Er fungiert als Gehäuse für die optischen Komponenten des Backlights und als Stabilität gebendes Element. Des Weiteren dient er als Befestigungspunkt für die elektronischen Leiterplatten 411. Auch die Anbindung an die Instrumententafel erfolgt einigen Fällen über den Die Cast 400. Bei freistehenden Displays können auch Design-Abdeckungen 413 direkt auf dem Die Cast 400 befestigt werden. Der Die Cast 400 muß demnach sehr viele unterschiedliche Teilfunktionen erfüllen.
Lichtquelle 401:
Die Lichtquelle 401 besteht aus einer Reihe von LEDs die auf eine - teilweise flexibel ausgeführte - Leiterplatte aufgelötet sind. Ist die Lichtquelle 401 in Richtung des Panels 404 orientiert, wird das Backlight als „Direct Backlight“ bezeichnet. In diesem Fall wird kein Lichtleiter benötigt, sondern nur eine Diffusorscheibe. Dieser Aufbau führt jedoch zu einer erhöhten Gehäusetiefe und ist hier nicht gezeigt. Im Automobilbereich ist es daher üblich, die Lichtquelle 401 an ein oder mehreren Seitenflächen des Die Cast 400 anzuordnen und das emittierte Licht mittels eines Lichtleiters 402 zu verteilen. In diesem Fall wird das Backlight als „Edge Light“ bezeichnet.
Reflektor 403:
Der Reflektor 403 besteht i.d.R. aus einer beschichteten PET Folie, welche zwischen dem Lichtleiter 402 und dem Die Cast 400 angeordnet ist. Die Aufgabe des Reflektors 403 ist es, gestreutes Licht zu „recyclen“ und wieder in Richtung des Panels 404 zu leiten. Dadurch wird die optische Effizienz erhöht.
Lichtleiter 402:
Der Lichtleiter 402 verteilt das Licht der LED-Leiste gleichmäßig über der aktiven Fläche des Panels 404. Er wird im Spritzgussverfahren aus transparentem PMMA oder PC hergestellt und besitzt eine spezielle Mikrostrukturierung. Seitens der LEDs befindet sich eine Prismenstruktur, hier nicht gezeigt, mit der das Licht in den Lichtleiter 402 eingekoppelt wird. Reflektorseitig besitzt der Lichtleiter 402 ebenfalls eine Mikrostrukturierung, hier nicht gezeigt. Diese besteht aus sogenannten „Mikro-Linsen“, die das Licht aufrichten und in Richtung des Panels 404 leiten.
Folienstapel 405:
Der Folienstapel 405 besteht aus einer Reihe von optischen Folien, die die Lichteigenschaften beeinflussen, bevor das Licht auf das Display Panel 404 trifft. Nachdem das Licht den Lichtleiter 402 passiert hat, trifft es zuerst auf eine Diffusionsfolie. Diese streut das Licht und homogenisiert es, um die Sichtbarkeit der Mikrostruktur des Lichtleiters 402 zu verhindern. Darauf folgt eine Prismenfolie, die das Licht in Richtung des Displayzentrums lenkt. Eine solche Prismenfolie wird auch als „Brightness Enhancement Film“ oder kurz BEF bezeichnet. In der Regel wird danach eine reflektierende Polfilterfolie („Dual brigtness enhancement film“ oder kurz DBEF) eingesetzt, die ausschließlich für Licht der für das Panel 404 erforderlichen Polarisationsrichtung durchlässig ist. Anders polarisiertes Licht wird reflektiert und trifft wieder auf den Reflektor 403, so lange, bis die Polarisationsrichtung korrekt ist. Der Einsatz eines DBEF ist nicht zwangsläufig erforderlich, muß aber ansonsten mit zusätzlichen LEDs kompensiert werden. Zuletzt kann auch eine sogenannte „Louver-Folie“ eingesetzt werden, die Licht aus bestimmten Winkeln blockiert. So lassen sich beispielsweise Reflektionen in der Windschutzscheibe vermeiden. Eine andere Bezeichnung für die Louver-Folie ist „Advanced Light Control Film“ oder ALCF. Allerdings müssen bei Verwendung einer ALCF auf Grund eines ca. 25-prozentigem Leuchtdichteverlustes ebenfalls weitere Lichtquellen vorgesehen werden.
Retainer 408:
Der Retainer 408 dient dazu, ein Herausfallen der Folien des Folienstapels 405 und des Lichtleiters 402 zu verhindern. Es handelt sich oftmals um ein gestanztes Blechteil, welches meist über ein doppelseitiges Klebeband 409 mit dem Die Cast 400 verbunden wird. Panelseitig wird mit Hilfe eines Flüssigklebers 412 das Deckglas 407 mit dem gebondeten Panel 404 auf dem Retainer 408 befestigt. Durch diesen Aufbau und die Verwendung dieser flexiblen Materialien lassen sich Ebenheitstoleranzen von Deckglas 407 und Backlight ausgleichen. Somit wird verhindert, dass Spannungen im Display-Panel 404 hervorgerufen werden, die zu Bildinhomogenitäten führen.
Bei Displays aus dem Konsumgüterbereich (Smartphones, Tablets, etc.) ist der Trend festzustellen, den optisch inaktiven Randbereich zunehmend schmaler zu gestalten. Teilweise sollen die Displays für den Nutzer auch komplett randlos erscheinen. Dieser Trend überträgt sich auch auf den Automotive Bereich. Er wird als „Narrow Border“-Design bezeichnet und stellt zusätzliche Anforderungen an die Entwicklung. Der Bauraum für Zentrierelemente und Fixierungen für Lichtleiter 402 und optische Folien im Die Cast 400 wird zunehmend reduziert. Bei neuen Projekten stehen dafür oftmals weniger als 10 mm vom Rand des aktiv anzeigenden Bereichs bis zur Außenkante der Displayeinheit zur Verfügung.
Zunächst werden die Komponenten des Backlights montiert. Anschließend werden die Backlight-Baugruppe 420 und die zuvor gefertigte Bonding-Baugruppe 410 zur sogenannten Display Closing-Baugruppe verbunden. Dies erfolgt i.d.R. mit einem Flüssigkleber 412, der auf den Retainer 408 aufgebracht wird, bevor die Bonding-Baugruppe 410 aufgesetzt wird. Bis hierhin muss genau darauf geachtet werden, dass keine Schmutzpartikel im Gerät eingeschlossen werden, da diese zu optischen Störstellen führen können. Auch die Luftfeuchte und Umgebungstemperatur sind zu berücksichtigen. Aus diesem Grund finden diese Prozessschritte unter Reinraumbedingungen statt.
Bei der darauffolgenden Endmontage werden die PCBs 411 auf dem Die Cast 400 befestigt und weitere Abdeckungselemente, beispielsweise die Design-Abdeckung 413, oder Komponenten zur Anbindung an die Instrumententafel im Fahrzeug angebracht. Eine dieser Komponenten ist beispielsweise eine flexible gedruckte Leiterbahn 414, die zum Display-Panel 404 führt. Somit ist die Displayeinheit auslieferungsfertig.
Eine Aufgabe besteht darin, auf Basis bisheriger Flatpanel-Technologie ein Backlight Konzept zu entwickeln, welches in großen gebogenen Anzeigeeinheiten, auch Curved Displays genannt, mit verschiedenen Abmessungen verwendet werden kann.
Erhöhte Aufmerksamkeit erfordert die Zentrierung des Lichtleiters 402 im Die Cast 400. Der Die Cast 400 stellt quasi eine toleranzbehaftete mechanische Verbindung zwischen LED-Leiste und Lichtleiter 402 her. Bei besonders großen Lichtleitern 402 tritt eine große thermische Ausdehnung auf. Es muß ausreichend Raum um den Lichtleiter 402 vorgesehen werden, um die Ausdehnung aufzunehmen.
Bei einer maximalen Betriebstemperatur von 85°C ergibt sich in Längsrichtung eine Längenänderung von ΔL = 3,05 mm und für die Ausdehnung in der Breite ein Wert von ΔB = 0,53 mm.
Da der Temperaturanwendungsbereich von -40°C bis 85°C reichen soll, ergibt sich bei Tiefsttemperatur eine Kontraktion derselben Größe. Trotz dieser großen thermischen Ausdehnung und auftretenden Vibrationen im Betrieb muss die genaue Positionierung des Lichtleiters 402 gewährleistet sein. Auch die Schnittstelle zwischen Reflektor 403 und Lichtleiter 402 ist kritisch. Hintergrund ist, dass die Verwendung eines Reflektors 403 aus Folienmaterial nur bedingt auf gekrümmte Displays anwendbar ist. Ein einfaches Hochfalten der Folie zur Abdeckung der Seitenflächen des Lichtleiters 402 würde an der gekrümmten Oberseite zu einer Stauchung und somit zum Aufwellen der Folie führen. Zudem würde an den Seitenflächen das Risiko bestehen, dass sich die Folie im montierten Zustand wieder flachlegt. Aufgrund der erwähnten thermischen Ausdehnung des Lichtleiters 402 muss seitlich im Die Cast 400 viel Raum vorgesehen werden. Eine hochgefaltete Reflektorfolie steht in diesem Bereich „frei“, sodass die Faltung von einem 90° Winkel abweichen kann. In diesem Fall wären die Reflektionsfähigkeit und damit die optische Performance des Gerätes reduziert.
Eine weitere entscheidende Schnittstelle befindet sich zwischen dem Lichtleiter 402 und den optischen Folien 405 sowie zwischen den optischen Folien 405 und dem Retainer 408. Dabei geht es um die Niederhaltung des Lichtleiters 402 und der optischen Folien 405. Eine Ablösung der Folien 405 vom Lichtleiter 402 kann zu optischen Störstellen und zu unerwünschten Klappergeräuschen führen. Die Niederhaltung muss allerdings auch so gestaltet sein, dass durch thermische Ausdehnung kein Aufwellen entsteht, was wiederum optische Störungen hervorrufen würde. Bei großen gekrümmten Lichtleitern 402 besteht außerdem die Möglichkeit, dass der Lichtleiter402 aufgrund von Fertigungstoleranzen und Verzug in Krümmungsrichtung Kräfte auf den Retainer 408 ausüben kann. Diese Kräfte müssen aufgefangen werden und dürfen in den Randbereichen nicht zu einer Positionsabweichung zwischen Lichtleiter 402 und LED-Leiste führen. Aspekte der Erfindung liegen auf der Optimierung der genannten Schnittstellen.
5 verdeutlicht das zugrundeliegende Wirkprinzip zur Zentrierung des Lichtleiters 402 im Die Cast 400. Gezeigt ist der Lichtleiter 402 in Normalausdehnung, und der Lichtleiter 402' mit thermischer Ausdehnung. Zentrierkräfte F_Y, F_Z sind mittels gestrichelter Pfeile angezeigt, ein fester Anschlag mittels Pfeil 501. Ein Doppelpfeil 502 zeigt die Fixierung der z-Hauptachse des Lichtleiters 402 im Aufnahmegehäuse 400 an. In dieser Ausführungsvariante ist die Lichtquelle 401 an der längeren der beiden Schmalseiten des Lichtleiters 402 angeordnet.
Das kritische Maß MK von 0,4mm in z-Richtung zwischen Lichtquelle 401 und Lichtleiter 402,402' sollte über alle Betriebsbedingungen so genau wie möglich eingehalten werden. Um dies zu gewährleisten wird ein fester Anschlag 501 an der Unterseite des Lichtleiters 402,402' vorgesehen. Der Lichtleiter 402,402' wird von einer Kraft Fz in die negative z-Richtung permanent gegen diesen Anschlag 501 gedrückt. Um die thermische Ausdehnung in z-Richtung zu ermöglichen, ist der Kraftangriffspunkt in z-Richtung verschiebbar. In y-Richtung findet ebenfalls eine thermische Ausdehnung statt, die sogar noch größer ist als in z-Richtung. Um den Lichtleiter 402,402' dennoch mittig über der Lichtquelle 401 auszurichten, kann dieser zum einen in seiner Hauptachse fixiert werden. Eine Ausdehnung kann so ungehindert an den Seiten erfolgen. Zum anderen kann an der linken und rechten Seitenfläche jeweils eine symmetrische Zentrierkraft F_Y aufgebracht werden. In diesem Fall ist der Kraftangriffspunkt in y-Richtung verschiebbar ausgelegt. In jedem Fall übersteigen die Zentrierkräfte F_Y, F_Z die äußeren Kräfte im Betrieb, um Klappergeräusche oder ein Verrutschen des Lichtleiters 402,402' zu verhindern.
6 zeigt eine bevorzugte Variante zur Zentrierung. Dabei wird die Zentrierkraft Fz in z-Richtung durch Gummielemente 610 als formveränderliche Elemente 61 aufgebracht. Die Zentrierung in y-Richtung wird von einem mittig an der Oberseite des Lichtleiters 402 verbauten und heißverstemmten Kunststoffelement 620 als Zentrierelement übernommen. An dieser Stelle besteht auch die Möglichkeit eine Niederhaltungsfunktion für den Lichtleiter 402 zu implementieren. Die Lichtquelle 410 befindet sich in der Abbildung unten, außerhalb des dargestellten Bereichs. Der Lichtleiter 402 ist im Aufnahmegehäuse 400 angeordnet.
7 zeigt Detailansichten zu der in 6 gezeigten Variante. Links oben eine Draufsicht auf das Gummielement 610, als Beispiel für ein formveränderliches Element 61. Darunter eine Schnittdarstellung in einer Ebene parallel zur in 6 gezeigten gestrichelten Linie, die durch das Gummielement 610 verläuft. Man erkennt, daß das Gummielement 610 in dem Bereich, in dem es an dem Lichtleiter 402 anliegt von diesem zusammengedrückt ist. Die dabei vom Gummielement 610 auf den Lichtleiter 402 ausgeübte Kraft dient zu dessen Zentrierung in z-Richtung. Rechts oben gezeigt ist eine Draufsicht auf das als Kunststoffelement 620 ausgebildete Zentrierelement 62. Darunter eine Schnittdarstellung in einer Ebene entsprechend der gestrichelten Linie in 6. Die Zentrierung in y-Richtung erfolgt über das mittig angebrachte Kunststoffelement 620, welches in einer Ausnehmung 4021 des Lichtleiters 402 angeordnet ist, der somit in y-Richtung fixiert ist. Dies ist rechts oben erkennbar. Die Niederhaltefunktion ist in dieser Schnittdarstellung nicht erkennbar.
Das Kunststoffelement 620 weist einen in eine erste Richtung offenen Hohlkasten 621 auf, dessen Wandungen 622,6232 und Boden 625 einen einseitig offenen Hohlraum 624 umschließen. An den Boden 625 schließt sich entgegen der ersten Richtung ein Steg 626 an, der in einer Ausnehmung 4001 des Aufnahmegehäuses 400 angeordnet ist, und mit diesem heißverstemmt ist. Man erkennt einen Verstemmkopf 627, der die Ausnehmung 4001 überkragt. Der Steg 626 kann sowohl als runder Stift als auch als Wand mit länglichem Querschnitt entsprechend einer anderen geeigneten Form ausgestaltet sein.
16 zeigt eine weitere Detailansicht zu 6. Hier ist das Kunststoffelement 620 in einer bezüglich 7 um 90° gedrehten Schnittdarstellung gezeigt. Man erkennt im oberen Bereich den Lichtleiter 402, der eine Ausnehmung 4021 mit schräger Hinterschneidung 4022 aufweist. An der Schräge der Hinterschneidung 4022 liegt eine entsprechend schräg ausgebildete Seitenwand 623 des Kunststoffelements 620 an. Dies sorgt für die Niederhaltung des Lichtleiters 402 durch das Kunststoffelement 620, das an seinen beiden nach unten ragenden Beinen 6261 mit dem Die Cast 400 heißverstemmt wird.
Vorteile der hier gezeigten Lösung sind unter anderem die Entkopplung der Funktionen, wodurch eine vereinfachte Bauteilstruktur ermöglicht ist. Weiterhin wird durch die mittige Zentrierung eine Ausdehnungskompensation ermöglicht. Auch eine Folienzentrierung und Niederhaltung ist hiermit ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die für die Befestigung des Kunststoffelements 620 erforderliche Öffnung im Die Cast 400, dem Aufnahmegehäuse, mittels des Heißverstemmens bei der Herstellung direkt verschlossen wird.
8-12 zeigen alternative Varianten zur Zentrierung des Lichtleiters 402 im Die Cast 400. 8 zeigt eine Zentrierung mittig über eine Kunststoffklammer 630, die mit dem Die Cast 400 heißverstemmt wurde. Die Kunststoffklammer 630 ragt in einem Endbereich 631 über den Lichtleiter 402 und übt eine Niederhaltekraft auf ihn aus. Gemäß einer Variante sind mehrere derartige Kunststoffklammern 630 verteilt angeordnet. Die Zentrierfunktion erfolgt beispielsweise wie zuvor angegeben. Aufgrund der Zentrierung mittig ist auch hier eine Ausdehnungskompensation ermöglicht. Auch eine Zentrierung und Niederhaltung wird hier ermöglicht. Ebenso wird die erforderliche Öffnung 4001 im Die Cast 400 direkt bei der Herstellung verschlossen.
9 zeigt ebenfalls Zentrierung mittig. In dieser Variante werden runde Gummipuffer 611 verwendet, die mit dem Die Cast 400 verschraubt und verquetscht sind. Auch hier können mehrere Gummipuffer 611 vorgesehen sein, die die erforderliche Zentrierkraft aufbringen. Aufgrund der Zentrierung mittig ist auch hier eine Ausdehnungskompensation ermöglicht. Auch eine Niederhaltung des Lichtleiters 402 wird hier mittels eines Hineinragens in eine Teilausnehmung 4023 des Lichtleiters 402 ermöglicht.
10 zeigt ebenfalls eine Zentrierung mittig. Auch hier sind Gummipuffer 611 vorgesehen. Sie liegen im Gegensatz zur vorhergehenden Variante nur seitlich am Lichtleiter 402 an, und üben keine Niederhaltekraft auf ihn aus. Dies ermöglicht, daß sie auch zur Zentrierung der Folien auslegbar sind. Aufgrund der Zentrierung mittig ist auch hier eine Ausdehnungskompensation ermöglicht.
11 zeigt eine weitere Variante einer Zentrierung mittig. Hier ist eine Metallfeder 640 vorgesehen, die in der abgebildeten Variante mit einem Basisteil 641 in einer Ausnehmung 4002 des Die Cast 400 anliegt, und mit federnden Endteilen 642 in einer Ausnehmung des Lichtleiters 4025. Auch hier ist in einer Variante vorgesehen, mehrere Federn 640 vorzusehen, um die erforderliche Zentrierkraft aufzubringen. Aufgrund der Zentrierung mittig ist auch hier eine Ausdehnungskompensation ermöglicht. Weiterhin ermöglicht die Auslegung als Metallfeder 640 potentiell hohe Zentrierkräfte mittels einer einzigen Metallfeder 640 oder alternativ mittels einiger weniger Metallfedern 640.
12 zeigt eine weitere Variante einer Zentrierung mittig. Hier wird die mittige Zentrierung über Metallklammern 650 erreicht, die im Die Cast 400 verrasten. Auch hier sind gemäß einer bevorzugten Variante mehrere Metallklammern 650 vorgesehen, die gemeinsam die erforderliche Zentrierkraft aufbringen. Aufgrund der Zentrierung mittig ist auch hier eine Ausdehnungskompensation ermöglicht. Weiterhin wird durch geeignete Auslegung der Form der Metallklammern 650 ermöglicht sowohl eine Folienzentrierung als auch eine Niederhaltung des Lichtleiters 402, als auch nur eine dieser beiden Zusatzfunktionen zu realisieren. Somit sind mehrere Funktionen in einem Bauteil realisiert, welches die Anzahl der Bauteile vorteilhaft reduziert.
13 zeigt vereinfacht das Wirkprinzip zur Niederhaltung der optischen Folien im Folienstapel 405 und des Lichtleiters 402. Man erkennt den Lichtleiter 402 im Aufnahmegehäuse 400. Der Folienstapel 405 ist zur Verdeutlichung noch separat gezeigt, also vom Lichtleiter 402 beabstandet. Eine Verformung aufgrund thermischer Ausdehnung oder aufgrund von Aufwellen ist im angedeuteten aufgewellten Folienstapel 405' angedeutet. Die Richtung einer Niederhaltekraft F_N und einer Reibkraft F_R sind durch gestrichelte Pfeile gezeigt.
Um optische Störungen durch Ablösung der Folien im Folienstapel 405 zu vermeiden, müssen die Folien auf dem Lichtleiter 402 niedergehalten werden. Die Niederhaltung kann grundsätzlich zum einen über eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Folien und dem Lichtleiter 402 oder dem Die Cast 400 erfolgen. Zum anderen kann die Niederhaltung durch ein Zusatzbauteil übernommen werden, welches eine permanent vorhandenen Niederhaltekraft ausübt. Diese Niederhaltekraft soll einerseits ausreichen, um Klappergeräusche der Komponenten zu verhindern. Eine thermische Ausdehnung der Folien soll andererseits zugleich gewährleistet werden, um ein Aufwellen der Folien wie im aufgewellten Folienstapel 405' gezeigt, zu verhindern.
Bei gekrümmten Displayanwendungen ist weiterhin zu beachten, daß der Lichtleiter 402 im Hinblick auf den Krümmungsradius einen Verzug in x-Richtung aufweisen kann. Durch die schnellere Abkühlung der Schmelze in den Eckbereichen können die erstarrten Bereiche die Spannungen nicht mehr durch Fließen abbauen und werden verformt. Die Größe des Verzugs hängt von einer Vielzahl an Parametern beim Spritzgußprozeß des Lichtleiters 402 ab. Je nach Größe des Verzugs kann es folglich dazu kommen, daß der Lichtleiter 402 eine Kraft auf das niederhaltende Element ausübt, die aufgenommen werden muß.
14 zeigt eine bevorzugte Variante zur Fixierung von optischen Folien im Folienstapel 405 und Lichtleiter 402. Die Niederhaltung der Folien erfolgt hier durch Klebung 140 auf den Lichtleiter 402. Die Niederhaltung des Lichtleiters 402 erfolgt mittels links und rechts angeordneter Fixierelemente 141. Diese sind bevorzugt im Die Cast 400 heißverstemmt. Vorteile dieser Variante sind unter anderem: Es erfolgt keine Belastung des Retainers 408 bei Lichtleiterverzug. Eine genaue Positionierung des Lichtleiters 402 im Randbereich ist ermöglicht. Ein Retainer 408 ist nur nach oben und unten nötig. Öffnungen 4003 im Die Cast 400 werden bei der Heißverstemmung direkt verschlossen.
15 zeigt eine weitere bevorzugte Variante zur Fixierung von optischen Folien im Folienstapel 405 und Lichtleiter 402. Die Niederhaltung der Folien erfolgt hier durch Klebung 140 auf den Lichtleiter 402. Die Niederhaltung des Lichtleiters 402 erfolgt durch Klemmung mittels eines für die Zentrierung vorgesehenen Elements 150. Bei dieser Variante entfällt das Befestigen eines Retainers, welches üblicherweise z.B. durch Klebung erfolgt. Ein flaches Design ist ermöglicht.
Eine bevorzugte Variante ist die zu 6 beschriebene mit der Aufteilung der Zentrierfunktion in y- und z-Richtung auf mehrere Komponenten 610,620. Das Aufbringen der Zentrierkraft in z-Richtung über Elastomerelemente läßt eine hohe Funktionssicherheit erwarten. In y-Richtung bietet diese Variante den Vorteil, daß die thermische Ausdehnung nicht von einem außenliegenden Zentrierelement aufgenommen werden muß. Der Lichtleiter 402 kann sich durch das mittig angeordnete Zentrierelement ungehindert in y-Richtung ausbreiten.
Eine weitere bevorzugte Variante ist die zu 12 beschriebene, bei der mehrere verklipste Metallklammern 650 die Zentrierkraft aufbringen.
Fixierung von optischen Folien und Lichtleiter: Zur Niederhaltung der Folien und des Lichtleiters 402 ist die zu 14 beschriebene Variante bevorzugt. Dabei wird der Lichtleiter 402 von heißverstemmten Zusatzelementen 141 an den Seiten gegen den Die Cast 400 gedrückt. Dies ist vorteilhaft, da beim Spritzguß des Lichtleiters 402 von einem Verzug auszugehen ist. Durch die zusätzlichen Niederhalter kann die Krümmung des Lichtleiters 402 an die Krümmung des Die Cast 400 angepaßt werden. Die Krümmung des Lichtleiters 402 kann dann derart ausgelegt werden, daß er trotz eines eventuellen Verzugs in jedem Fall einen kleineren Krümmungsradius aufweist als der Die Cast 400. Durch die heißverstemmten Zusatzbauteile kann der Lichtleiter 402 an den Außenkanten mit größerer Genauigkeit zu den LEDs positioniert werden. Die optischen Folien werden bei dieser Variante bevorzugt auf den Lichtleiter 402 geklebt. So können die Folien mit hoher Positionsgenauigkeit fixiert werden, während umlaufend ausreichend Bauraum vorgesehen werden kann um deren Wärmeausdehnung aufzufangen.
Zur Zentrierung des Lichtleiters 402 im Die Cast 400: Zentrierung in z-Richtung über außen angeordnete Elastomerelemente 61,610,611 und in y-Richtung über mittig angeordnetes und heißverstemmtes Kunststoffelement 620 mit Niederhaltefunktion.
Zur Fixierung von optischen Folien und Lichtleiter 402: Niederhaltung der Folien durch Klebung 140 auf den Lichtleiter 402 und Niederhaltung des Lichtleiters 402 durch heißverstemmte Fixierelemente 141 in den Randbereichen.
Die Zentrierfunktion wird umlaufend durch ein oder mehrere Klammern 651 übernommen, die durch Erzeugen eines Formschlusses mit dem Aufnahmegehäuse 400 verbunden werden. Eine Klammer 651 in der Hauptachse der lichtführenden Bauteile wie Lichtleiter 402 oder Reflektor 403 greift in eine Aussparung und übernimmt die Zentrierung in Längsrichtung. Weitere Klammern 651 am Umfang der lichtführenden Elemente unterstützen die genaue Positionierung zur Lichtquelle 401. Die Klammern 651 können so gestaltet sein, dass auch eine Niederhaltungsfunktion (Höhenrichtung) gegeben ist. Auf diese Weise wird ein Toleranzausgleich zwischen dem Aufnahmegehäuse 400 und den lichtführenden Elementen ermöglicht.
Die Klammern 651 ähneln den zu 12 beschriebenen Metallklammern 650. Die Klammern 651 können weiterhin eine Reflektionsfunktion erfüllen. Dazu können sie z.B. mit einer hochreflektierenden Beschichtung versehen werden oder aus hochreflektierendem Material gefertigt werden.
Vorteile sind: Fixierung, Zentrierung und Toleranzausgleich der lichtführenden Elemente sind als Funktionen in einem Bauteil vereint, ein geringer Bauraumbedarf, eine gute Skalierbarkeit hinsichtlich erforderlicher Zentrierkraft durch den Einsatz mehrerer Klammern 651 als Gleichteil, und eine Aufrechterhaltung der optischen Performance durch Reflektionsfunktion.
Die Erfindung ist insbesondere einsetzbar für Displays verschiedener Größen, Flat- und Curved-Displays unabhängig vom Wert des Krümmungsradius, sowie mehrfach gekrümmte Displays.
17 zeigt als lichtführende Bauteile den Reflektor 403 den Lichtleiter 402 und einen Folienstapel, für eine erfindungsgemäße Anzeige mit einem flächigen Anzeigeelement, hier nicht gezeigt, und einer Beleuchtungseinheit für das Anzeigeelement, hier ebenfalls nicht gezeigt. Der Lichtleiter 402 ist in einem Aufnahmegehäuse 400 angeordnet und ist durch zumindest eine an einer seiner Längsseiten angeordnete Klammer 651 in seiner Breitenrichtung vorgespannt. Der Lichtleiter 402 ist in seiner Längsrichtung mittig mittels eines in Detail A gezeigten Zentrierelements, der Klammer 651, im Aufnahmegehäuse 400 zentriert. Das Zentrierelement besteht aus hochreflektivem Material. Die Klammer 651 wirkt mit zwei Zentriervorsprüngen 4024 des Lichtleiters 402 zusammen und mit Zentriervorsprüngen 4034 des Reflektors 403. Der Lichtleiter 402 ist in der abgebildeten Variante durch jeweils zwei an der Breitseite angeordnete weitere Klammern 651' in seiner Längsrichtung vorgespannt. Die beiden Klammern sind im Ausführungsbeispiel identisch ausgeführt.
18 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Auch hier erfolgt die Zentrierung in Längsrichtung mittels einer im Detail A gezeigten Klammer 632. Diese ähnelt der zu 8 beschriebenen Kunststoffklammer 630. Die anderen beiden Klammern 632' dienen zur Niederhaltung des Lichtleiters 402 und der Folien sowie zur Ausrichtung in die zur Längsrichtung senkrechte Richtung.
Die Klammer 632 wirkt mit zwei Zentriervorsprüngen 4024 des Lichtleiters 402 zusammen. Die beiden Klammern 632,632' sind im Ausführungsbeispiel identisch ausgeführt.
Bezugszeichenliste

Abkürzung: Bedeutung
A: Detail
AA: Active Area
ABS: Acrylnitril-Butadien-Styrol
abs.: absolut
ALCF: Advanced Light Control Film
B: Detail
BEF: Brightness Enhancement Film
DBEF: Dual brigtness enhancement film
F1, F1R, F1G, F1B: Farbfilter, rot, gelb, grün
FN: Niederhaltekraft
FR: Reibekraft
Fy, Fz: Zentrierkraft
FPC: flexible printed circuit
IPS: In-Plane-Switching
ISO: Internationale Organisation für Normung
LC: Liquid Chrystal
LCD: Liquid Chrystal Display
LED: Light emitting diode
MK: kritisches Maß
MVA: Multi-domain Vertical Alignment
OCA: Optically Clear Adhesive
OLED: Organic light emitting diode
P1, P2: Polfilter
PC: Polycarbonat
PCB: printable circuit boards
PET: Polyethylenterephthalat
PMMA: Polymethylmethacrylat
QLED: Quantum dot light emitting diode
rel.: relativ
TFT: Thin Film Transistor
TN: Twisted Nemantic
Z1, Z2, ...: Zeile
100: Licht, einfallend
101: Flüssigkristall
110: Glasplatte
112: Elektrode, transparent
114: Ausrichtungsschicht
120: Glasplatte
122: Elektrode, transparent
124: Ausrichtungsschicht
140: Klebung
141: Fixierelement
150: Element, für die Zentrierung vorgesehen
300: Pixel
311: Signalelektrode
3112: Spaltenelektrode
312: Pixelelektrode
3122: Reihenelektrode
313: Kontrollelektrode
322: flächige Elektrode
400: Aufnahmegehäuse, Die Cast
4001: Ausnehmung
4002: Ausnehmung
4003: Öffnung
401: Lichtquelle
402: Lichtleiter
4021: Ausnehmung
4022: Hinterschneidung
4023: Teilausnehmung
4024: Zentriervorsprung
402': Lichtleiter, thermisch ausgedehnt
403: Reflektor
4031: Ausnehmung
4034: Zentriervorsprung
404: Display Panel, Anzeigeelement
405: Folienstapel
405': Folienstapel (mit Aufwellung)
406: Bondingmasse
407: Deckglas
408: Retainer
409: Klebeband, doppelseitig
410: Bonding-Baugruppe
411: Leiterplatte
412: Flüssigkleber
413: Design-Abdeckung
414: Flexible geruckte Leiterbahn (FPC) zum Display Panel
420: Beleuchtungseinheit, Backlight
501: Pfeil (fester Anschlag)
502: Doppelpfeil
61: formveränderliches Element
610: Gummielement
611: Gummipuffer
62: Zentrierelement
620: Kunststoffelement
621: Hohlkasten
622: Wandung
623: Wandung
624: Hohlraum, schräg
625: Boden
626: Steg
6261: Bein
627: Verstemmkopf
630: Kunststoffklammer
631: Endbereich
632: Klammer
632': Klammer
640: Metallfeder
641: Basisteil
642: Endteil, federnd
650: Metallklammer
651: Klammer
651': Klammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 101539682 A [0003]
TW 201634987 A [0003]

Claims

Anzeige mit einem flächigen Anzeigeelement (404) und einer Beleuchtungseinheit (420) für das Anzeigeelement (404), aufweisend eine Lichtquelle (401), einen Lichtleiter (402) und ein Aufnahmegehäuse (400), in dem der Lichtleiter (402) angeordnet ist, wobei der Lichtleiter (402) durch zumindest eine an einer seiner Längsseiten angeordnete Klammer (651) in seiner Breitenrichtung vorgespannt ist.
Anzeige nach Anspruch 1, wobei der Lichtleiter (402) in seiner Längsrichtung mittig mittels eines Zentrierelements (632) im Aufnahmegehäuse (400) zentriert ist.
Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (402) in seiner Breitenrichtung außen mittels formveränderlicher Elemente (61,610) im Aufnahmegehäuse (400) zentriert ist.
Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zentrierelement (632) aus hochreflektivem Material besteht.
Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (402) durch zumindest jeweils eine angeordnete weitere Klammer (651') in seiner Längsrichtung vorgespannt ist.