DE10258176B4 - Beleuchtungsanordnung für Bedien- und/oder Anzeigeinstrumente - Google Patents

Abstract

Beleuchtungsanordnung zum Hinterleuchten einer Fläche (1) in Bedien- und/oder Anzeigeinstrumenten mit einer Lichtquelle (2), die eine Lichtaustrittsfläche (3) aufweist und in einem Gehäuse (4) mit einer reflektierenden Innenfläche (5) angeordnet ist, und einem Reflektor (6), der sich zwischen der Lichtquelle (2) und der zu hinterleuchtenden Fläche (1) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) die Lichtaustrittsfläche (3) gegen die zu hinterleuchtende Fläche (1) geometrisch abdeckt und dass in den Reflektor (6) eine Öffnung (8) eingebracht ist, die direkt gegenüber der Lichtaustrittsfläche (3) der Lichtquelle (2) angeordnet ist und kleiner als die Lichtaustrittsfläche (3) ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung zum Hinterleuchten einer Fläche in Bedien- und/oder Anzeigeinstrumenten mit einer Lichtquelle, die eine Lichtaustrittsfläche aufweist und in einem Gehäuse mit einer reflektierenden Innenfläche angeordnet ist, und einem Reflektor, der sich zwischen der Lichtquelle und der zu hinterleuchtenden Fläche befindet.
• Eine derartige Beleuchtungsanordnung ist aus der DE 30 39 450 A1 bekannt, in welcher eine Vorrichtung zum Hinterleuchten großflächiger, nur abschnittsweise lichtdurchlässiger Anzeigetafeln beschrieben wird. Unter nur abschnittsweise lichtdurchlässigen Anzeigetafeln werden z.B. Skalen oder Ziffernblätter verstanden. Eine Lichtquelle befindet sich in einem reflektierenden, vorzugsweise innen verspiegelten Gehäuse. Auf der Rückseite der Anzeigetafel liegt ein Gehäusedeckel an, welcher unterhalb der auszuleuchtenden Bereiche der Anzeigetafel lichtdurchlässig und ansonsten verspiegelt ist. Direkt über der Lichtquelle kann der Gehäusedeckel konvex nach innen gewölbt und verspiegelt sein, also einen Reflektor bilden, um das abgestrahlte Licht zur Seite in Richtung Gehäuseinnenwand umzulenken und damit Lichtpunkte auf der Anzeigetafel zu vermeiden. Die Innenseiten des Gehäuses sind als Stufenspiegel ausgeführt, um das Licht direkt in Richtung der Anzeigetafeln zurück zu reflektieren.
• Mit dieser Beleuchtungsanordnung ist es nicht möglich, Anzeigeflächen vollflächig homogen zu hinterleuchten, da zur Vermeidung von Lichtpunkten wenigstens der direkt oberhalb der Lichtquelle befindliche Teil des Gehäusedeckels lichtundurchlässig sein muss. Zur Beleuchtung von Bedienelementen oder LC-Displays ist diese Anordnung also nur dann geeignet, wenn diese nur abschnittsweise ausgeleuchtet werden sollen. Für die Einstellung einer gleichmäßigen Ausleuchtung müssen bei der Beleuchtungsanordnung sowohl die Stufung des Gehäuseinnenspiegels als auch die konvexe Wölbung des Gehäusedeckels variiert und angepasst werden, was einigen konstruktiven Aufwand erfordert. Durch die Reflexion des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes entstehen außerdem zwangsläufig Absorptionsverluste, die die erreichbare Leuchtdichte herabsetzen.
• In der DE 36 18 516 A1 wird eine Beleuchtungseinrichtung zur Durchleuchtung einer Anzeigeplatte beschrieben, bei der eine Lichtquelle in einen mit einer reflektierenden Schicht versehenen Lichtkasten eingesetzt ist. Die Lichtquelle ist zur Anzeigeplatte hin von einer transparenten bzw. als Sieb ausgeführten Abdeckung abgedeckt.
• Die nicht vorveröffentlichte DE 102 48 359 A1 offenbart eine hinterleuchtete Funktionsanordnung, bei der zwischen einem zu beleuchtenden Bereich und einer Lichtquelle ein opakes, lichtlenkendes Element angeordnet ist, das als mit Lamellen versehener Reflektionskörper ausgeführt ist. Die Lamellen sind so angeordnet, dass der größte Teil der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahlen den zu beleuchtenden Bereich erst nach einer Reflektion an der Rückseite des Reflektionskörpers erreicht.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsanordnung zum Hinterleuchten einer Fläche in Bedien- und/oder Anzeigeinstrumenten anzugeben, mit der eine vollflächige und homogene Ausleuchtung realisiert werden kann, die möglichst wenig Ver luste verursacht und einen geringen Aufwand zur Beleuchtungsabstimmung erfordert.
• Die Aufgabe wird mit einer Beleuchtungsanordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass der Reflektor die Lichtaustrittsfläche gegen die zu hinterleuchtende Fläche geometrisch abdeckt und dass in den Reflektor eine Öffnung eingebracht ist, die direkt gegenüber der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle angeordnet ist und kleiner als die Lichtaustrittsfläche ist.
• Der Reflektor lässt also einen Teil des abgestrahlten Lichtes hindurchtreten, welches hinter dem Reflektor auf die zu hinterleuchtende Anzeigefläche trifft, während der übrige Teil des Lichtes am Reflektor umgelenkt und von dem reflektierenden Gehäuse in Richtung der Anzeigefläche zurückgeworfen wird. Damit wird auch der ansonsten durch den Reflektor vom Licht abgeschirmte Teil der Anzeigefläche beleuchtet.
• Der Reflektor kann auf verschiedene Art und Weise lichtdurchlässig gemacht werden. Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der der Reflektor aus lichtundurchlässigem, reflektierenden Material, wie z.B. weißem Kunststoff, besteht. In diesen Reflektor wird eine Öffnung eingebracht, die direkt gegenüber der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle angeordnet ist und kleiner als die Lichtaustrittsfläche ist. Diese Öffnung wirkt wie eine eigene Lichtquelle, d.h. das hindurchgetretene Licht geht von dieser Öffnung nicht mehr parallel gebündelt sondern strahlenförmig aus. Je nach der Wahl der Größe der Öffnung und ihres Abstandes zur Anzeigefläche können die Größe und die Helligkeit der durch das hindurchgelassene Licht beleuchteten Fläche variiert werden. Auf diese Art kann auch bestimmt werden, inwieweit sich der durch das hindurchgelassene Licht beleuchtete Teil der Anzeigefläche mit dem durch das reflektierte Licht beleuchteten Teil überlappt.
• In einer anderen Gestaltungsform ist der Reflektor als teildurchlässiger Spiegel und damit als Strahlteiler ausgeführt. Auch hier wird das Licht wieder aufgeteilt in einen hindurchgelassenen Teil, welcher direkt hinter dem Reflektor auf die Anzeige auftrifft, und in einen reflektierten Teil, welcher die umgebenden Anzeigebereiche beleuchtet. Dieselbe Wirkung hat auch ein aus lichtdurchlässigem Material, wie z.B. transparentem Kunststoff, bestehender Reflektor, auf dessen der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle gegenüber liegenden Seite eine reflektierende Schicht aufgebracht ist, welche ein- oder mehrfach unterbrochen ist. Die Unterbrechungen können kleine Spalte, Kreispunkte oder sich kreuzende Gitterlinien sein.
• Mit all diesen Reflektorausführungen ist es nicht nur möglich, die gesamte Anzeigefläche zu hinterleuchten, sondern auch, sie homogen auszuleuchten, indem die sich überlappenden Bereiche des hindurchgelassenen und des reflektierten Lichtes aufeinander abgestimmt werden. Da nicht mehr das gesamte abgestrahlte Licht reflektiert wird, reduzieren sich die Reflexionsverluste. Der Aufwand zur Beleuchtungsabstimmung wurde im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert, da lediglich die Größe der Reflektoröffnungen bzw. der Abstand des Reflektors zur Anzeigefläche variiert werden müssen, was sowohl bei der Konstruktion als auch bei der Herstellung einfach umzusetzen ist.
• Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung kann zum einen in Bedienelementen, wie Schaltern und Drehstellern, und zum anderen in Anzeigeinstrumenten, wie LC- oder TFT-Displays, eingesetzt werden. Mit einer einzigen Lichtquelle wird bereits eine relativ große Fläche ausgeleuchtet, wobei als Lichtquelle beispielsweise LED's oder Glühlampen dienen. Je nach Größe und Form des zu hinterleuchtenden Bereiches kann die Zahl der Lichtquellen erhöht werden, aber in jedem Fall genügt eine vergleichsweise kleine Zahl. Zur Hinterleuchtung des ringförmigen Symbolbereiches eines Drehschalters einer Kraftfahrzeugklimaanlage werden z.B. nur drei LED's benötigt, was im Vergleich zu heute üblichen Beleuchtungsanordnungen mit deutlich mehr LED's bzw. sogar mit Lichtleitern eine Kostenersparnis bedeutet.
• In der bevorzugten Ausführungsform, also dem aus lichtundurchlässigem Material bestehenden Reflektor mit integrierter Öffnung, ist die Öffnung als Spalt ausgeführt, um damit rechteckförmige Bereiche auszuleuchten. Aber auch kreisförmige Anzeigeflächen sind denkbar, bei denen sich wiederum eine kreisförmige Reflektoröffnung als vorteilhaft erweist.
• Führt man den Reflektor gerade so groß aus, dass er die Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle eben überdeckt, werden die Reflexionsverluste zusätzlich bewusst klein gehalten. Durch den Reflektor wird ja verhindert, dass das Licht auf direktem Weg von der Lichtquelle zur Anzeigefläche gelangen und damit Helligkeitspunkte auf der Anzeigefläche verursachen kann. Jedoch ist wiederum eine unnötig hohe Zahl von Reflexionen aus Gründen steigender Reflexionsverluste zu vermeiden. Mit der kleinstmöglichen Ausführung des Reflektors erreicht man gerade, dass nahezu ausschließlich das direkt von der Lichtquelle abgestrahlte Licht reflektiert wird, während die von der Gehäuseinnenwand zurückgeworfenen Lichtstrahlen fast ungehindert zur Anzeigefläche gelangen können.
• In einer speziellen Ausführung besteht das Gehäuse aus weißem Kunststoff. Durch die weiße Färbung wird das Gehäuseinnere reflektierend und Kunststoff eignet sich deshalb besonders, da dieser Werkstoff leicht und preiswert ist und auf einfache Weise in beliebige Form gebracht werden kann. Führt man den Reflektor aus demselben Material aus, können damit das Gehäuse und der Reflektor gemeinsam im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Der Reflektor muss dann nicht mehr extra befestigt werden, sondern wird einfach zum Bestandteil der Gehäusekonstruktion, wodurch die Herstellung der Beleuchtungsanordnung sehr kostengünstig ausfällt.
• In einer weiteren speziellen Ausführung ist der reflektierende Teil des Gehäuses in Form einer Rinne oder Wanne ausgebildet. Die Wanne weist mit ihrer offenen Seite in Richtung der zu hinterleuchtenden Fläche. Innerhalb dieser Wanne ist der Reflektor angeordnet. Die Lichtquelle wird unterhalb des Reflektors und damit unterhalb der Wanne platziert. Da die Wanne das Licht in der Art eines Hohlspiegels reflektiert, wird das zurückgeworfene Licht auf einen Bereich eingeschränkt, der der Form der Wannenöffnung entspricht. Auf diese Art können beliebig geformte Flächenbereiche beleuchtet werden, also nicht nur Kreise und Rechtecke, sondern auch Kreisringe, Ausschnitte von Kreisringen und jede Art von Freiform. In jedem Fall wird das Licht auf den tatsächlich zu beleuchtenden Teil der Anzeigefläche fokussiert. Die nicht zu beleuchtenden Teile müssen zwar weiterhin von einer lichtundurchlässigen Schicht abgedeckt sein, da immer noch Streulicht auftreten kann, doch der Anteil des Streulichtes wird durch die Wannenform stark vermindert und die Lichtausbeute verbessert.
• Die Erfindung kann in den Fällen vorteilhaft eingesetzt werden, in denen die Anzahl verwendeter Leuchtdioden oder anderer Lichtquellen aus Kostengründen reduziert werden soll. Sie eignet sich außerdem als kosten- und aufwandsmindernder Ersatz für Lichtleiteranordnungen. Letztere findet man heute bevorzugt bei der Beleuchtung von Bedien- und Anzeigeelementen im Kraftfahrzeugbereich, wobei sowohl die Konstruktion als auch die Herstellung aufwändig sind. Bei der Herstellung der Lichtleiteranordnungen werden hohe Anforderungen an die Genauigkeit gestellt. Dies betrifft zum einen die Bearbeitung der Lichtleiter selbst und zum anderen die Positionierung der Lichtleiter über den Lichtquellen. Werden diese Genauigkeitsanforderungen nicht eingehalten, kann keine homogene Beleuchtung gewährleistet werden. Die Erfindung stellt demgegenüber eine preiswerte und einfache Alternative dar, wobei besonders die kostengünstige Herstellung von Reflektor und Gehäuse im selben Arbeitsschritt sowie die einfache Abstimmung der Ausleuchtung mittels Variation der Reflektoröffnung von Vorteil sind.
• Eine genauere Beschreibung möglicher Ausführungsformen der Erfindung erfolgt nachfolgend anhand der Zeichnung. Es zeigen:
• 1: eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Beleuchtungsanordnung.
• 2: eine Explosionsdarstellung eines Drehschalters mit einer Beleuchtungsanordnung unterhalb eines Symbolrings.
• 3: eine Gehäusewanne mit Reflektor.
• 4: eine Explosionsdarstellung eines LC-Displays mit dahinterliegender Beleuchtungsanordnung.
• In 1 ist eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Beleuchtungsanordnung zu sehen. Es ist ein Schnitt durch ein halbkugelförmiges Gehäuse 4 dargestellt, wobei das Gehäuse 4 durch die zu hinterleuchtende Fläche 1 abgedeckt ist. Die Innenfläche 5 des Gehäuses 4 ist reflektierend ausgeführt. Am Scheitelpunkt des halbkugelförmigen Gehäuses 4 befindet sich eine LED als Lichtquelle 2. Zwischen der Lichtaustrittsfläche 3 der LED und der zu hinterleuchtenden Fläche 1 ist ein aus lichtundurchlässigem Material bestehender Reflektor 6 angeordnet, in den eine Öffnung 8 eingebracht wurde. Die Öffnung 8 ist kreisförmig und kleiner als die Lichtaustrittsfläche 3. Aufgrund der Öffnung 8 tritt ein Teil des abgestrahlten Lichtes durch den Reflektor 6 hindurch und trifft hinter dem Reflektor 6 verbreitert auf der Fläche 1 auf. Der Reflektor 6 ist in Richtung der Lichtaustrittsfläche 3 angewinkelt ausgeführt, um das übrige abgestrahlte Licht seitlich in Richtung der Gehäuseinnenwand 5 umzulenken. Dort wird es reflektiert und trifft danach, da die Gehäuseinnenwand in der Art eines Hohlspiegels wirkt, ebenfalls auf die Fläche 1. Die durch das hindurchgelassene und das reflektierte Licht beleuchteten Bereiche überlappen sich so, dass eine homogene Helligkeitsverteilung auf der Fläche 1 entsteht. Dies wird über die Größe der Öffnung 8 eingestellt. Die Größe des Reflektors 6 ist so gewählt, dass die Lichtaustrittsfläche 3 gerade überdeckt wird. Damit stört der Reflektor 6 den Verlauf des von der Gehäuseinnenwand 5 zurückgeworfenen Lichtes so wenig wie möglich.
• Aus 2 geht der Aufbau eines hinterleuchteten Drehschalters einer Fahrzeugklimaanlage hervor. In der Explosionsdarstellung sind das dreiteilige Gehäuse 4, der Symbolring 10 mit der zu hinterleuchtenden, die Symbole tragenden Fläche 1 und das Bedienteil 11 zu erkennen. Die reflektierende Innenfläche 5 des Gehäuses 4 befindet sich in einer zu dem Gehäuse 4 gehörenden Wanne 9. Im Inneren dieser Wanne ist der Reflektor 6 angeordnet, in den ein – nicht zu sehender – Spalt als Öffnung 8 eingebracht wurde. Auf einer ebenfalls zum Gehäuse gehörenden Platte 12 sitzt eine LED als Lichtquelle 2 mit der in Richtung des Reflektors 6 zeigenden Lichtaustrittsfläche 3. Im zusammengebauten Zustand befinden sich die Platte 12 und die Wanne 9 in einem zum Gehäuse 4 gehörenden, einseitig offenen Hohlzylinder 13. Dabei wird die Lichtquelle 2 direkt unterhalb des Reflektors 6 platziert. Die zu hinterleuchtende Fläche 1 wird von dem von Symbolen bedeckten Bereich des Symbolrings 10 gebildet und stellt einen halben Kreisring dar. Die Wanne 9 ist in Richtung der zu hinterleuchtenden Fläche 1 offen und so ausgebildet, dass sie der Größe der Fläche 1 entspricht. Durch die Wannenform wird das Licht auf den zu hinterleuchtenden Bereich des Symbolrings 10 fokussiert und damit die Lichtausbeute maximiert, während das Streulicht im übrigen Bereich verringert wird. Die Form der Wanne 9 kann an jede beliebige Form der zu hinterleuchtenden Fläche 1 angepasst werden. So ist es für Drehschalter mit im Vollkreis angeordneten Symbolen problemlos möglich, die Wanne 9 als geschlossenen Ring auszuführen.
• In 3 ist ein Drittel eines solchen Kreisrings zu sehen, mit dem Reflektor 6 und der als Spalt ausgeführten Öffnung 8. Die Innenfläche 5 ist reflektierend, was bereits dadurch erreicht werden kann, dass die Wanne 9 aus weißem Kunststoff hergestellt wird. Die die Wanne begrenzenden Stirnflächen 13 sind angeschrägt ausgeführt, um an den Stirnflächen 13 auftreffendes Licht ebenfalls in Richtung einer zu hinterleuchtenden Fläche 1 umzulenken.
• In 4 ist eine linear ausgeführte Wanne 9 in einem Gehäuse 4 zur Hinterleuchtung eines LC-Displays 14 in einer Fahrzeugklimaanlage zu sehen. Das LC-Display 14 stellt gleichzeitig die zu hinterleuchtende Fläche 1 dar. In der Wanne 9 sind fünf Reflektoren 6 angeordnet mit jeweils einer als Spalt ausgeführten, vom Reflektor 6 verdeckten Öffnung 8. Dementsprechend befinden sich fünf Lichtquellen 2 hinter den Reflektoren 6. Eine Abdeckung 15 dient gleichzeitig zur Befestigung des LC-Displays 14 auf dem Gehäuse 4 als auch zur Befestigung der gesamten Anordnung innerhalb ihrer Umgebung, z.B. einem Armaturenbrett.

Claims (9)

1. Beleuchtungsanordnung zum Hinterleuchten einer Fläche (1) in Bedien- und/oder Anzeigeinstrumenten mit einer Lichtquelle (2), die eine Lichtaustrittsfläche (3) aufweist und in einem Gehäuse (4) mit einer reflektierenden Innenfläche (5) angeordnet ist, und einem Reflektor (6), der sich zwischen der Lichtquelle (2) und der zu hinterleuchtenden Fläche (1) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) die Lichtaustrittsfläche (3) gegen die zu hinterleuchtende Fläche (1) geometrisch abdeckt und dass in den Reflektor (6) eine Öffnung (8) eingebracht ist, die direkt gegenüber der Lichtaustrittsfläche (3) der Lichtquelle (2) angeordnet ist und kleiner als die Lichtaustrittsfläche (3) ist.
2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) im Reflektor (6) ein Spalt ist.
3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) im Reflektor (6) kreisförmig ist.
4. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) und/oder das Gehäuse (4) mit der reflektierenden Innenfläche (5) aus weißem Kunststoff bestehen.
5. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) und das Gehäuse (4) einstückig ausgeführt sind.
6. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (6) gerade so groß ist, dass er die Lichtaustrittsfläche (3) der Lichtquelle (2) überdeckt.
7. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Innenfläche (5) des Gehäuses (4) in einer zu dem Gehäuse (4) gehörenden Wanne (9) ausgebildet ist, welche in Richtung der zu hinterleuchtenden Fläche (1) offen ist und in welcher der Reflektor (6) angeordnet ist.
8. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (9) einen in Richtung der zu hinterleuchtenden Fläche (1) offenen Ring bildet.
9. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung zum Hinterleuchten einer Fläche (1) in Bedien- und/oder Anzeigeinstrumenten in einem Kraftfahrzeug dient.