-
Die
Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit mindestens einem
Anzeigebereich, der zumindest teilweise transmittiv ausgebildet
ist, welcher Anzeigebereich eine betrachterseitige Sichtseite und eine
von dem Betrachter abgewendete Rückseite aufweist,
mit Lichtquellen, die im Wesentlichen seitlich des Anzeigebereichs
angeordnet sind, wobei das von den Lichtquellen emittierte Licht
zumindest teilweise den Anzeigebereich durchleuchtet.
-
Derartige
Anzeigevorrichtungen finden sich insbesondere an Bildschirmen flacher
Bauweise verwirklicht. Der durchleuchtete Anzeigebereich ist hierbei
regelmäßig ein
matrixmäßig angesteuertes TFT-Display.
Erfindungsgegenständlich
sind auch Anzeigevorrichtungen mit anderen hinterleuchteten Anzeigebereichen,
beispielsweise Flüssigkristall-Displays
im Allgemeinen oder klassische Anzeigevorrichtungen für das Kraftfahrzeug
mit verschiedenen hinterleuchteten Anzeigeelementen.
-
Damit
das Licht von der seitlich des Anzeigebereichs angeordneten Lichtquelle
den Anzeigebereich bedarfgerecht hinterleuchtet, ist regelmäßig auf der
Rückseite
des Anzeigebereichs ein Lichtleiter vorgesehen, der ausgehend von
der Seite der Anordnung der Lichtquelle eine zunehmende Auskoppelcharakteristik
für das
eingestrahlte Licht in Richtung des Anzeigebereichs auf dem Betrachter
zu aufweist. Die zunehmende Auskoppelcharakteristik lässt sich
mit einer entsprechenden Rauhigkeit der dem Betrachter zugewendeten
Seite des Lichtleiters erreichen. Je rauer hierbei die Oberfläche des
Lichtleiters ist, desto mehr des von innen auf die so aufge raute
Oberfläche
des Lichtleiters auftreffenden Lichtes tritt aus dem Lichtleiter
in Richtung des Anzeigebereichs aus. Der gleiche Effekt lässt sich
mittels in den Lichtleiter an der Auskoppeloberfläche eingebetteter
Mikrolinsen mit entsprechend zunehmender Häufigkeitsverteilung mit zunehmendem
Abstand von der Lichtquelle erreichen. Bei diesen Anordnungen hat
es sich als nachteilhaft erwiesen, dass sich im Anzeigebereich regelmäßig eine
inhomogene Helligkeit der Hinterleuchtung über die Höhe und meist auch über die
Breite des Anzeigebereichs einstellt. Das Problem ist darin begründet, dass
das Licht der seitlich einstrahlenden Lichtquellen bereits schon
mit verhältnismäßig geringem
Abstand zu der Eintrittsseite in den Lichtleiter zu einem hohen
Prozentsatz in Richtung des Anzeigebereichs ausgekoppelt ist und nur
noch ein geringer Prozentsatz in den Bereichen, die von der Lichtquelle
entfernt liegen, in Richtung des Anzeigebereichs aus dem Lichtleiter
ausgekoppelt wird. Das heißt,
relativ nahe zu der Lichtquelle kommt es im Anzeigebereich zu einer
sehr hellen Hinterleuchtung und mit zunehmendem Abstand wird diese
dunkler. Mittels einer Linse wurde versucht, das aus der Lichtquelle
austretende Licht etwas zu bündeln,
so dass ein größerer Prozentsatz
des Lichtes erst mit größerem Abstand
von der Lichtquelle aus dem Lichtleiter in Richtung des Anzeigebereichs
ausgekoppelt wird. Dies hat jedoch zur Folge, dass die Lichtquellen
an dem Rand des Anzeigebereichs, wo sie angeordnet sind, punktuelle
Lichthöfe
erzeugen und auf diese Weise die Inhomogenität der Helligkeit der Hinterleuchtung
nicht nur von dem Abstand zu der Lichtquelle in dem Anzeigebereich
abhängt
sondern auch von der konkreten Position der Lichtquelle seitlich
des Anzeigebereichs.
-
Ausgehend
von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hat es
sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Anzeigevorrichtung
zu schaffen, welche eine gleichmäßige Hinterleuchtung des
Anzeigebereichs gewährleistet.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei
welcher zumindest einige der Lichtquellen im Wesentlichen entlang
einer Längsachse
angeordnet sind, diesen Lichtquellen eine gemeinsame Linse zugeordnet
ist, wobei die Linse den Lichtquellen im Strahlengang des emittierten
Lichts nachgeordnet ist und länglich
ausgebildet ist, so dass das emittierte Licht jeder einzelnen Lichtquelle
quer zur Längsachse
der Linse gebündelt
wird. Die erfindungsgemäße Anordnung
einer länglichen
Linse vor mehreren Lichtquellen ermöglicht die Beeinflussung der
Abstrahlcharakteristik hauptsächlich
in nur einer Raumrichtung, nämlich
quer zur Längsachse
der Linse. Der Raumwinkel der Abstrahlung nach der Linse verliert damit
seine räumliche
Gleichmäßigkeit
und Symmetrie, weil der Raumwinkel der Abstrahlung in der Querschnittsebene
der länglichen
Linse verringert wird und in der Längsschnittsebene weitestgehend
unbeeinflusst bleibt. Auf diese Weise lässt sich eine homogene Helligkeitsverteilung
im Anzeigebereich weitestgehend unabhängig von der Entfernung zu
der Lichtquelle erreichen, ohne dass die Position der Lichtquelle
am Rand des Anzeigebereichs als punktuelle Helligkeitsspitze in
Erscheinung tritt.
-
Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lichtquelle
Leuchtdioden aufweist. Vorzugsweise umfasst die Lichtquelle ausschließlich Leuchtdioden
in SMD-Technik. Derartige Bauelemente haben eine besonders gute
Eignung für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen, da sie eine äußerst hohe Lebensdauer aufweisen
und unempfindlich sind gegen die dort auftretenden rauen Betriebsbedingungen.
Zweckmäßig sind
die Leuchtdioden mit einem Reflektor versehen, der die Lichtemis sion
in einem räumlichen
Abstrahlwinkel der Abstrahlung von ±40° bis ±80°, vorzugsweise ±60° erfolgen
lässt.
Eine derartige Abstrahlcharakteristik hat sich zur Vermeidung von
punktuellen Lichthöfen
auf dem Anzeigebereich im erfindungsgemäßen Einsatz bewährt. Die
erfindungsgemäße Linse
lässt sich
preisgünstig
herstellen, wenn sie aus einem transmissiven Polymer besteht. Eine
konvexe Austrittsfläche
der Linse gewährleistet
die gewünschte
Bündelung
des austretenden Lichtes und die Annäherung an einen parallelen Strahlengang
nach der Linse. Einkoppelverluste lassen sich weitestgehend, insbesondere
bei einem räumlichen
Abstrahlwinkel von ±60° der Abstrahlung der
Lichtquellen, vermeiden, wenn die Linse eine im Wesentlichen ebene
Eintrittsfläche
aufweist. Aufgrund des Abstandes der Linse von der Lichtquelle ist die
Einkoppelfläche
quer zur Längsrichtung
ein wenig breiter zu wählen
als die Auskoppelfläche
aus der Lichtquelle. Mit Vorteil weist der Querschnitt der Linse
im Wesentlichen eine Rechtecksform auf, wobei eine Lichteintrittsfläche im Wesentlichen
eben ausgebildet ist und eine der Lichteintrittsfläche gegenüberliegende
Lichtauntrittsfläche
konvex nach außen
gewölbt
ist. Eine derartige Linsenform weist auch unter den harten Betriebsbedingungen
im Kraftfahrzeug die erforderliche strukturelle Stabilität und die
gewünschten
optischen Eigenschaften auf.
-
Eine
besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass
dem Strahlengang der Linse nachgeordnet eine transluzente Scheibe
angeordnet ist, welche aus der Linse ausgetretenes und auf die transluzente
Scheibe einstrahlendes Licht zumindest teilweise in Richtung des
Anzeigebereichs reflektiert. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß der regelmäßig sehr
schwere und kostspielige Lichtleiter vollständig eingespart werden, was
der Anzeigevorrichtung, insbesondere bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug,
den großen
Vorteil geringeren Gewichts bringt. Darüber hinaus macht die transluzente Scheibe
rückwärtig auf
die Anzeigevorrichtung einfallendes Licht zur Hinterleuchtung des
Anzeigebereichs nutzbar und die Darstellung der Anzeige gewinnt
an Brillanz. Durch die Nutzung von Fremdlicht (Sonnenlicht) benötigt man
eine geringere Leuchtdichte der Hinterleuchtung und hat bei allen
Lichtverhältnissen
eine gute Ablesbarkeit. Gegebenenfalls kann bei ausreichendem Fremdlichteinfall
die Lichtquelle zur Hinterleuchtung des Anzeigebereichs vollständig abgeschaltet
werden. Damit die Bautiefe der Anzeigevorrichtung nicht ungebührlich viel
Bauraum beansprucht, ist es zweckmäßig, wenn die transluzente
Scheibe diffus reflektierend ausgebildet ist und das von der Linse
einfallende und in Richtung des Anzeigebereichs reflektierte Licht
in einem räumlichen
Abstrahlwinkel von etwa ±40° bis ±80° abstrahlt.
Auf diese Weise ist es ausreichend, den weitestgehend parallelen
Strahlengang des aus der Linse austretenden Lichts mit einer transluzenten
Scheibe in Richtung des Anzeigebereichs zu reflektieren, die im
Wesentlichen die Höhe
des Anzeigebereichs aufweist und eine Schrägstellung hat, die kaum mehr an
Tiefe der Anzeigevorrichtung ausmacht als die Breite der erfindungsgemäßen Linse.
Auf diese Weise ist die Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur von
verhältnismäßig geringem
Gewicht sondern auch von vorteilhaft kleinem Bauvolumen. Um den
störenden
Einfluss inhomogenen rückwärtigen Fremdlichteinfalls
auf die transluzente Scheibe in der Darstellung des Anzeigebereichs
zu eliminieren, ist es sinnvoll, wenn die Transmission der transluzenten Scheibe
diffus ist. Mit Vorteil weist die Anzeigevorrichtung ein schützendes
Gehäuse
auf und die transluzente Scheibe ist hierbei zweckmäßig ein
Teil des Gehäuses.
-
Unter
Verzicht auf die Ausnutzung einfallenden Fremdlichts kann es von
Vorteil sein, dem Strahlengang der Linse nachge ordnet statt der
transluzenten Scheibe einen Reflektor anzuordnen, der aus der Linse
ausgetretenes und auf den Reflektor einstrahlendes Licht nahezu
vollständig
in Richtung des Anzeigebereichs reflektiert, einen Reflektionsgrad
von mindestens 80% aufweist und im Wesentlichen lichtdicht ausgebildet
ist. Diese Anordnung ist besonders für die Einbausituation interessant,
welche von vornherein den Einfall von Fremdlicht weitestgehend ausschließen.
-
Im
Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher verdeutlicht. Die Erfindung lässt zahlreiche
Ausführungsformen
neben der speziellen dargestellten zu. Es zeigen:
-
1:
eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung,
-
2:
eine schematische, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
zur Verdeutlichung geometrischer Zusammenhänge.
-
1 zeigt
den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung 1 unter
Einstrahlung von Umgebungslicht 2 und Betrachtung eines Betrachters 3. 2 zeigt
geometrische Zusammenhängung
der gleichen Anzeigevorrichtung 1.
-
Die
dargestellte Anzeigevorrichtung 1 besteht im Wesentlichen
aus einem Gehäuse 4,
mehreren Lichtquellen 5, einer erfindungsgemäßen Linse 6 und
einem Anzeigebereich 7. Der Anzeigebereich erzeugt gattungsgemäß das eigentliche
Bild und steht in nicht dargestellter Weise mit einer entsprechenden Ansteuerung
in Verbindung. Zur Sichtbarmachung eines Bildes wird der Anzeigebereich 7 mittels
des Lichts 9 aus den Lichtquel len 5 von einer
Rückseite 7a zu
einer Sichtseite 7b durchleuchtet. Das von den Lichtquellen 5 emittierte
Licht 9 trifft auf eine Eintrittsfläche 10 der Linse 6 und
wird beim Austritt aus einer Austrittsfläche 11, die der Eintrittsfläche 10 gegenüberliegt,
zu einem nahezu parallelen Strahlengang in der dargestellten Querschnittsebene
zum Lot der Austrittsfläche 11 hin
gebrochen. Das aus der Linse 6 ausgetretene Licht 9 trifft
auf eine in das Gehäuse 4 als
Wand integrierte transluzente Scheibe 12, die das Licht 9 zum
größten Teil
in Richtung des Anzeigebereichs 7 diffus reflektiert.
-
Die
Lichtquellen 5 sind als SMD-Leuchtdioden 15 ausgebildet,
wobei jede Leuchtdiode 15 mit einem Reflektor 16 versehen
ist. Die Lichtquellen 5 weisen eine Abstrahlcharakteristik
mit einem räumlichen
Abstrahlwinkel von etwa ±60° (β) auf. Die
Lichtquellen 5 sind entlang einer Längsachse 20 im Wesentlichen äquidistant
zueinander angeordnet. Der Abstand der Leuchtdiode 15 der
Lichtquelle 5 zu dem Krümmungsmittelpunkt
M ist in 2 mit d bezeichnet und die Linse 6 weist
eine konvexe Austrittsfläche 11 mit
konstantem Radius r auf. Die Linse 6 erstreckt sich ebenso
wie die Anordnung der Lichtquellen 5 entlang der Längsachse 20 und
ist von im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform, wobei die
Austrittsfläche 11 nach
außen
gewölbt
ist und eine Tangentialfläche
an den Längskanten
der Austrittsfläche 11 mit
den angrenzenden Seitenflächen 21 der
Linse 6 einen Winkel γ einschließt. Der
Winkel γ ist
kleiner als 90° und
kann je nach Krümmung
der Austrittsfläche 11 verschwinden.
Die transluzente Scheibe 12 bildet in Verlängerung
mit einer virtuellen Verlängerung
des ebenen Anzeigenbereichs 7 den Einschlusswinkel α. Der Radius
der Linse 6 kann in der Praxis nicht kleiner als 2 mm dimensioniert
werden. Er muss umso kleiner sein, je größer die Summe aus der Höhe H des
Anzeigebereichs 7 und dem Abstand A des Anzeigebereichs 7 von
der Lichtquelle 5 ist. Typische Werte für den Radius R der Linse 6 sind
2 bis 6 mm bei einem Abstand d der Lichtquelle 5 zu dem Krümmungsmittelpunkt
M von 2 bis 4 mm sinnvoll. Der Winkel α zwischen der transluzenten
Scheibe 12 und dem Anzeigebereich 7 bestimmt im
Wesentlichen die Gleichmäßigkeit
der Ausleuchtung. Bei großen
Winkeln α wird
der Anzeigebereich 7 im oberen Bereich etwas heller und bei kleinen
Winkeln α erhellt sich
der der Lichtquelle 5 nähere
Bereich des Anzeigebereichs 7. Bei einer typischen Höhe H des
Anzeigebereichs 7 von 40 mm bis 100 mm liegt ein zweckmäßiger Abstand
a zwischen der Lichtquelle 5 und dem Anzeigebereich 7 bei
etwa 5 bis 15 mm.
-
- 1
- Anzeigevorrichtung
- 4
- Gehäuse
- 5
- Lichtquellen
- 6
- Linse
- 7
- Anzeigebereich
- 7a
- Rückseite
- 7b
- Sichtseite
- 9
- Licht
- 10
- Lichteintrittsfläche
- 11
- Austrittsfläche
- 12
- transluzente
Scheibe
- 15
- Leuchtdioden
- 16
- Reflektor
- 20
- Längsachse
- 21
- Seitenfläche
- α
- Einschlusswinkel
- β
- Raumwinkel
- γ
- Winkel
- a
- Abstand
der Leuchtdiode
-
- zur
Lichtquelle
- d
- Abstand
des
-
- Anzeigebereichs
zur
-
- Lichtquelle
- H
- Höhe
- M
- Krümmungsmittelpunkt
- r
- Radius