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WO2003034125A1 - Anzeigevorrichtung - Google Patents

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WO2003034125A1
WO2003034125A1 PCT/DE2002/003721 DE0203721W WO03034125A1 WO 2003034125 A1 WO2003034125 A1 WO 2003034125A1 DE 0203721 W DE0203721 W DE 0203721W WO 03034125 A1 WO03034125 A1 WO 03034125A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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light
display device
light guide
convex lens
display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2002/003721
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Ludewig
Ralf Mayer
Heinrich Noll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10149836A external-priority patent/DE10149836C1/de
Priority claimed from DE10149837A external-priority patent/DE10149837A1/de
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP02774437A priority Critical patent/EP1438627A1/de
Priority to US10/492,071 priority patent/US7128431B2/en
Priority to JP2003536799A priority patent/JP2005505796A/ja
Publication of WO2003034125A1 publication Critical patent/WO2003034125A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

Definitions

  • the invention relates to a display device, in particular in a motor vehicle, with a display which can be illuminated by a light source and a light guide arranged between the light source and display, the light source having a plurality of individual light sources whose total light-emitting area is larger than the area of the display.
  • Such display devices are known and are used for example in motor vehicles for instrument lighting. In comparison to illuminable displays with bright individual light sources, such as halogen lamps or fluorescent lamps, these devices can have a lower power consumption and reduced heat dissipation.
  • a known solution to this problem is to arrange a light guide in the form of a solid truncated pyramid between the light sources and the display, the base of which is adjacent to the light sources and which tapers in the direction of the display. Due to this shape of the light guide, the light rays emerge from the light guide at a larger angle than they entered it. This runs counter to the requirement for a narrow beam angle of light, which ensures high lighting intensity. There are also disadvantageous light losses due to light emission on the side surfaces of the light guide, since the light rays strike the surface with each reflection at a larger angle, closer to the vertical, and thus the total reflection is canceled.
  • the invention is therefore based on the object of designing a display device of the type mentioned at the outset such that the light emitted by the individual light sources is available for illuminating the display with as little loss as possible.
  • the light guide has individual light guide sections assigned to the individual light sources on the light source side, which merge into a common light guide section on the display side, or that the light guide has convex lens elements on its light entry side facing the light source and on its light exit side facing the display, the individual light sources in each case having one Corresponding convex lens element on the light entry side is associated with a convex lens element on the light exit side.
  • Light losses can thus be largely avoided in a simple manner.
  • the light is between the convex lens elements on the light entry side and those on the light exit side of the light guide, the light is bundled by the first-mentioned lens elements, avoiding scattering losses.
  • the display device according to the invention also requires very little space and enables the use of any light sources. The power yield of the device is very high and an additional cooling device is not required even in the case of a cramped installation in the dashboard of a motor vehicle.
  • the radiation angle of the light emerging from the light guide being as large as or smaller than the radiation angle of the light emitted by the light source. In this way, the light is not only guided with little loss in the light guide from the light source to the display, but is also bundled to increase intensity.
  • any arrangement of the individual light sources is conceivable. In the case of approximately square displays in particular, however, it is particularly advantageous if the individual light sources are arranged in matrix form. This results in particularly short light guide paths, which are also largely free of light losses, since the light paths have no additional deflections and deflections.
  • the individual light sources are LEDs, which results in both an increased service life of the lighting unit and only a small amount of heat loss.
  • the display device according to the invention is particularly simple to manufacture and can also be produced in very large quantities, such as those which occur in particular in motor vehicle applications, if the individual light sources are preferably arranged on a circuit board and are electrically contacted with it. It also eliminates the need for complex electrical connections. It is particularly advantageous if the printed circuit board has a high thermal conductivity, so that the risk of overheating of the light sources can be excluded even at high ambient temperatures.
  • the light source has a cooling element for dissipating heat from the individual light sources.
  • the light source has convex lenses on its light exit side facing the light guide, one convex lens corresponding on the one hand with an individual light source and on the other hand with an individual light guide section. This bundles the light and thus further optimizes the light output.
  • both the production, for example in an injection molding process, and the assembly of the convex lenses are particularly simple if the convex lenses are advantageously connected to one another to form a single convex lens component.
  • a further structural simplification and reduction in the number of components results according to another advantageous development of the invention if a convex lens is connected to a single component to form a single component. This can be achieved, for example, by spraying the convex lenses onto the individual light sources in an injection molding process or by placing them in another way, e.g. B. by casting with epoxy resin.
  • any translucent image as a display.
  • a variable information display in a compact display device which can also be produced inexpensively in large series and has a high durability, it is of particular advantage, however, if the display has a translucent LCD.
  • the light guide consists of a transparent, light-conducting plastic.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • the light guide has very good optical properties.
  • a particularly low-loss light guide results in the first solution if, according to another advantageous development of the invention, the individual light guide sections are designed as fingers with an approximately constant cross-sectional area.
  • the light yield can be further improved if, according to another advantageous development of the invention, in the first embodiment the individual light guide sections have a convex lens on their light entry side facing the light source.
  • the light bundling and thus also the light yield is additionally advantageously improved if the light guide in the first solution is convexly curved on the light exit side facing the display.
  • the light guide can advantageously have convex lens elements on its light exit side facing the display, the convex lens elements elements are each assigned to a light guide section. This enables a particularly good coordination of light guide sections and convex lens elements.
  • a particularly light light guide for which only a small amount of material is required, and at the same time very low-loss light conduction, is advantageously present when a first central connecting straight line between a first convex lens element on the light exit side and a corresponding first convex lens element on the light entry side, and a second centric one Straight lines between a second convex lens element on the light exit side and a corresponding second convex lens element on the light entry side of the light guide are arranged at an angle to one another.
  • the display device can basically have any display.
  • it is particularly advantageous if it comprises a head-up display in a motor vehicle, since the advantages of the high luminous efficacy, the small installation space and the low heat radiation are particularly evident.
  • the invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the accompanying drawing. It shows:
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a head-up display in a display device in a motor vehicle
  • FIG. 2b shows an alternative light source of the display device according to FIG. 2a
  • FIG. 3 shows a detail of the illustration according to FIG. 2a in a sectional, perspective view
  • FIG. 6a shows a detail from a display device in a sectional side view in a second embodiment
  • FIGS. 6a shows an alternative light source of the display device according to FIGS. 6a and
  • Fig. 7 shows a detail of a light source in a sectional, perspective view.
  • FIG. 1 shows a head-up display 16 in a schematic display device 40 of a motor vehicle, which is not shown here.
  • An image generated with a display 2 that can be illuminated by a light source 1 by means of a light guide 7, 57 is reflected on a deflecting mirror 3, following the drawn beam path 15, and fed via a concave mirror 4 to a windshield 5, from where the image as a virtual image eye identified by an eye position 6 of an eye provided viewer, for example the motor vehicle driver, is forwarded.
  • FIG. 2a A section of a display device in a first embodiment is shown in detail in FIG. 2a. It can be seen that a display 2 formed by an LCD can be illuminated by a light source 1 via an injection-molded light guide 7 made of transparent, light-conducting plastic.
  • the light source 1 has a printed circuit board 9, on the front side of which faces the light guide 7, a number of individual light sources 10 are arranged, fastened and electrically contacted.
  • the individual light sources 10 are formed by LEDs, and the total light-emitting area of the individual light sources 10 is larger than the area of the display 2.
  • On its rear side is the printed circuit board 9 with a cooling fin
  • cooling element 8 for dissipating the heat generated by the light sources 10.
  • the light guide 7 has individual light guide sections 12 which are designed with an approximately constant cross-sectional area 28, 28 ', each having a beginning
  • the light source 1 is also provided with a convex lens component 11 which has a plurality of convex lenses 14 which are connected to one another to form a single component.
  • the arrangement is selected such that a convex lens 14 is arranged in front of an individual light source 10, so that a defined and targeted light bundling of the light emitted by an individual light source 10 takes place through an associated convex lens 14.
  • the individual light guide sections 12 merge into a common light guide section 13 at their end 21 facing the display 2. It is thereby achieved that the light of the individual light sources 10 mixes and thus a uniformly, uniformly illuminated surface on the light output side of the light guide 7 is formed.
  • FIG. 2b shows an alternative light source 1 with a cooling element 8 having cooling fins 19.
  • individual light sources 10 designed as LEDs are arranged on a printed circuit board 9 and electrically contacted with the latter.
  • the light source 1 according to FIG. 2b does not have a convex lens component with a plurality of convex lenses, but rather a convex lens 30 is connected to a single light source 10 forming a single component.
  • the convex lenses 30 are made of plastic and are, for example, injection molded onto one of the individual light sources 10 in an injection molding process.
  • the printed circuit board 9 with individual light sources 10 arranged thereon and the associated convex lens component 11 with the convex lenses 14 is shown in FIG. 3 in a sectional perspective view.
  • the individual light sources 10 formed by LEDs are arranged in matrix form 26, and a convex lens 14 of the convex lens component 11 is assigned to each of them.
  • FIG. 4 Another light guide 7 is shown in FIG. 4. It can also be seen here that individual light guide sections 12 are designed as fingers with a cross-sectional area 28, 28 'which is approximately constant in their course. In addition, in this embodiment, the individual light guide sections 12 each have a convex lens 17, shown in a stylized manner, on their light entry side 22 facing the light source (not shown here). In addition, the light guide 7 has convex lens elements 18 on its light exit side 23 facing the display (also not shown here), which are each assigned to an individual light guide section 12 and are located on a common light guide section 13. The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG.
  • FIG. 6a A section of a display device in the second embodiment is shown in detail in FIG. 6a.
  • a display 2 formed by a transilluminatable LCD can be illuminated by a light source 1 via a light guide 57 made of transparent, light-conducting plastic.
  • the light source 1 has a printed circuit board 59, on the front of which faces the light guide 57, a number of individual light sources 60 are arranged, fastened and electrically contacted.
  • the individual light sources 60 are formed by LEDs, and the total light-emitting area of the individual light sources 60 is larger than the area of the display 2.
  • the printed circuit board 59 On its rear side, the printed circuit board 59 is provided with a cooling element 58 having cooling fins 70 for dissipating the heat generated by the light sources 60.
  • the circuit board 59 itself has a high thermal conductivity and thus contributes to the dissipation of the heat.
  • the light guide 57 has convex lens elements 61 on its light entry side 71 facing the light source 1, one of the convex lens elements 61 corresponding to one of the individual light sources 60.
  • Each individual light source 60 essentially radiates light into a convex lens element 61, which detects the light from the individual light source 60. beamed light bundles.
  • the arrangement is chosen such that a convex lens 61 is arranged in front of an individual light source 60 in such a way that a defined and targeted light bundling of the light emitted by an individual light source 60 takes place through an associated convex lens 61.
  • Further convex lens elements 62 are arranged on the light exit side 72 of the light guide 57 facing the display 2.
  • One convex lens element 72 on the light exit side 72 of the light guide 57 is assigned to one of the convex lens elements 61 on the light entry side 71 of the light guide 57.
  • the basic shape of the light guide 57 is approximately wedge-shaped, which is expressed by the fact that a first connecting straight line 68 runs through a first convex lens element 62 'on the light exit side 72 and through a corresponding first convex lens element 61' on the light entry side 71 , and a second connecting straight line 69, which runs through a second convex lens element 62 ′′ on the light exit side 72 and through a corresponding second convex lens element 61 ′′ on the light entry side 71, at an acute angle ⁇ . are arranged to each other. Both the first connecting line 88 and the second connecting line 69 are arranged centrally to the convex lens elements 61 ', 62', 61 '', 62 '' cut by them.
  • FIG. 6b shows an alternative light source 1 with a cooling element 58 having cooling fins 70 and a section of a light guide 57.
  • individual light sources 60 designed as LEDs are arranged on a printed circuit board 59 and electrically contacted with the latter.
  • FIG. 6b shows an alternative light source 1 with a cooling element 58 having cooling fins 70 and a section of a light guide 57.
  • individual light sources 60 designed as LEDs are arranged on a printed circuit board 59 and electrically contacted with the latter.
  • the individual light sources 60 of the light source 1 according to FIG. 6b each have a convex lens 74, each individual light source 60 being connected to the convex lens 74 assigned to it, forming a single component.
  • the convex lenses 74 are made of plastic and are injection-molded onto the individual light sources 60 in an injection molding process.
  • the convex lenses 24 each serve a defined and targeted light bundling of the light emitted by an individual light source 60.
  • a convex lens 74 corresponds to a convex lens element 61 on the light entry side 71 of the light guide 57, the convex lenses 74 and the convex lens elements 61 being arranged opposite each other.
  • the circuit board 59 with individual light sources 60 arranged thereon and an associated convex lens component 64 with convex lenses 63 is shown in a sectional perspective view in FIG.
  • the individual light sources 60 formed by LEDs are arranged in a matrix form 73, and a convex lens 63 of the convex lens component 64 is assigned to each of them.
  • the arrangement is chosen such that a convex lens 63 is arranged in front of an individual light source 60, so that a defined and targeted light bundling of the light emitted by an individual light source 60 takes place through an associated convex lens 63.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer von einer Lichtquelle (1) beleuchtbaren Anzeige (2) und einem zwischen Lichtquelle (1) und Anzeige (2) angeordneten Lichtleiter (7), wobei die Lichtquelle (1) mehrere Einzellichtquellen (10) aufweist, deren lichtabstrahlende Gesamtfläche grösser ist als die Fläche der Anzeige (2). Zur Erhöhung der Lichtausbeute schlägt die Erfindung vor, dass der Lichtleiter (7) lichtquellenseitig den Einzellichtquellen (10) zugeordnete Einzellichtleitabschnitte (12) aufweist, die anzeigenseitig in einen gemeinsamen Lichtleitabschnitt (13) übergehen.

Description

Beschreibung
Anzeigevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer von einer Lichtquelle beleuchtbaren Anzeige und einem zwischen Lichtquelle und Anzeige angeordneten Lichtleiter, wobei die Lichtquelle mehrere Einzellichtquellen aufweist, deren lichtabstrahlende Gesamtfläche größer ist als die Fläche der Anzeige.
Derartige Anzeigevorrichtungen sind bekannt und werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zur Instrumentenbeleuchtung eingesetzt. Gegenüber mit lichtstarken Einzellichtquellen, wie zum Beispiel Halogenlampen oder Leuchtstofflampen, beleuchtbaren Anzeigen können diese Vorrichtungen eine geringere Leistungsaufnahme und verminderte Verlustwärmeabgabe aufweisen.
Aus Gründen der Verkehrssicherheit ist es in Kraftfahrzeugen zwingend erforderlich, dass die einzelnen Anzeigeinstrumente eine Helligkeit aufweisen, die eine Ablesung auch bei großer Umgebungshelligkeit ermöglicht. Von großer Bedeutung ist dieses insbesondere auch bei sogenannten Head-Up-Displays, bei denen - wie beispielsweise in DE 198 52 842 Cl beschrieben - eine Abbildung in eine Frontscheibe des Kraftfahrzeuges eingespiegelt wird. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse, die im Bereich der Armaturentafel des Kraftfahrzeugs, in welcher die Anzeigevorrichtung angebracht ist, regelmäßig vorliegen, und einer daher problematischen Verwendung von lichtstarken Lichtquellen, die zum einen einen großen Einbauraum erfordern und zum anderen eine erhebliche Verlustwärme abstrahlen, wird angestrebt, die einzelne Lichtquelle durch eine Mehrzahl von Lichtquellen zu ersetzen, die jede für sich zwar eine geringere Lichtintensität, aber auch eine geringere Verlustwärme- abstrahlung aufweisen. Dabei tritt das Problem auf, dass auf- grund geometrischer Randbedingungen - die Miniaturisierung dieser Lichtquellen ist begrenzt - die Lichtquellenanordnung eine größere Fläche beansprucht als zu beleuchten ist.
Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht darin, zwischen Lichtquellen und Anzeige einen Lichtleiter in Form eines massiven Pyramidenstumpfes anzuordnen, dessen Grundfläche den Lichtquellen benachbart ist und der sich in Richtung der Anzeige verjüngt. Durch diese Form des Lichtleiters treten die Lichtstrahlen unter einem größeren Winkel aus dem Lichtleiter aus als sie in ihn eingetreten sind. Dieses steht der Forderung nach einem engen, eine hohe Beleuchtungsintensität gewährleistenden Abstrahlwinkel des Lichts entgegen. Auch gibt es nachteilig Lichtverluste durch Lichtaustritt an den Seitenflächen des Lichtleiters, da die Lichtstrahlen mit jeder Reflexion unter einem größeren, der Senkrechten näheren Winkel auf die Oberfläche auftreffen und somit die Totalreflexion aufgehoben wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass das von den Einzellichtquellen abgestrahlte Licht möglichst verlustfrei zur Beleuchtung der Anzeige zur Verfügung steht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entweder der Lichtleiter lichtquellenseitig den Einzellichtquellen zugeordnete Einzellichtleitabschnitte aufweist, die anzeigenseitig in einen gemeinsamen Lichtleitabschnitt übergehen oder dass der Lichtleiter an seiner der Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsseite und an seiner der Anzeige zugewandten Lichtaustrittsseite Konvexlinsenelemente aufweist, wobei den Einzellichtquellen jeweils ein mit einem Konvexlin- senelement an der Lichtaustrittsseite korrespondierendes Kon- vexlinsenelement an der Lichteintrittsseite zugeordnet ist. Damit können in einfacher Weise Lichtverluste weitestgehend vermieden werden. Bei der zweiten Lösung wird das Licht zwischen den Konvexlinsenelementen an der Lichteintrittsseite und denjenigen an der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters wird das Licht durch die erstgenannten Linsenelemente gebündelt, Streuverluste vermeidend geleitet. Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung weist darüber hinaus einen sehr geringen Platzbedarf auf und ermöglicht die Verwendung beliebiger Lichtquellen. Die Leistungsausbeute der Vorrichtung ist sehr hoch und eine zusätzliche Kühlvorrichtung auch bei einem beengten Einbau in die Armaturentafel eines Kraftfahrzeugs nicht erforderlich.
Eine weitere Erhöhung der Lichtausbeute wird mit einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung erzielt, wobei der Abstrahlwinkel des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts genauso groß wie oder kleiner als der Abstrahlwinkel des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts ist. Auf diese Weise wird das Licht nicht nur verlustarm in dem Lichtleiter von der Lichtquelle zur Anzeige geleitet, sondern gleichzeitig zudem intensitätserhöhend gebündelt.
Durch die freie Gestalt- und Anordenbarkeit der Einzellichtleitabschnitte ist jede beliebige Anordnung der Einzellichtquellen vorstellbar. Insbesondere bei in etwa viereckigen Anzeigen ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn die Einzellichtquellen in Matrixform angeordnet sind. Damit ergeben sich besonders kurze Lichtleitwege, die zudem weitgehend frei von Lichtverlusten sind, da die Lichtwege keine zusätzlichen Um- und Ablenkungen aufweisen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Einzellichtquellen LEDs, was sowohl eine erhöhte Lebensdauer der Beleuchtungseinheit als auch einen nur geringen Anfall von Verlustwärme zur Folge hat.
Besonders einfach und auch in sehr großen Stückzahlen, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeug-Anwendungen anfallen, herstellbar ist die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung, wenn die Einzellichtquellen vorzugsweise auf einer Leiterplatte angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert sind. Zudem werden damit aufwendig anzubringende elektrische Einzelverbindungen überflüssig. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Leiterplatte eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, so dass die Gefahr einer Überhitzung der Lichtquellen auch bei hohen Umgebungstemperaturen ausgeschlossen werden kann.
Besonders bei sehr beengtem Einbau der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung in einem zudem warmen Umfeld ist es gemäß einer anderen Weiterbildung vorteilhaft, wenn die Lichtquelle ein Kühlelement zur Wärmeabfuhr von den Einzellichtquellen aufweist .
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Lichtquelle an ihrer dem Lichtleiter zugewandten Lichtaustrittsseite Konvexlinsen auf, wobei jeweils eine Konvexlinse einerseits mit einer Einzellichtquelle und andererseits mit einem Einzellichtleitabschnitt korrespondiert. Dadurch wird eine Bündelung des Lichts und somit eine noch weitergehende Optimierung der Lichtausbeute erreicht.
Dabei ist sowohl die Fertigung, zum Beispiel in einem Spritzgießverfahren, als auch die Montage der Konvexlinsen besonders einfach, wenn vorteilhaft die Konvexlinsen ein einziges Konvexlinsenbauteil bildend miteinander verbunden sind. Eine noch weitergehende bauliche Vereinfachung und Verringerung der Bauteilanzahl ergibt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wenn jeweils eine Konvexlinse ein einziges Bauteil bildend mit einer Einzellichtquelle verbunden ist. Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Konvexlinsen jeweils auf die Einzellichtquellen in einem Spritzgießverfahren aufgespritzt sind oder dass sie in anderer Weise aufgesetzt werden, z. B. durch Vergießen mit Epoxiharz . Man könnte sich als Anzeige beliebige durchleuchtbare Bilder vorstellen. Insbesondere für eine variable Informationsdarstellung in einer kompakten Anzeigevorrichtung, die auch in großen Serien kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Haltbarkeit aufweist, ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn die Anzeige ein durchleuchtbares LCD aufweist.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein besonders leichter, kostengünstiger und einen hohen Wirkungsgrad aufweisender Lichtleiter erzielt, wenn der Lichtleiter aus einem transparenten, lichtleitenden Kunststoff besteht. Als ausgezeichnet geeigneter Werkstoff für diesen Zweck hat sich PMMA (Polymethylmetacrylat) erwiesen. Mit diesem Werkstoff weist der Lichtleiter sehr gute optische Eigenschaften auf .
Eine besonders verlustarme Lichtleitung ergibt sich bei der ersten Lösung, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Einzellichtleitabschnitte als Finger mit in etwa gleichbleibender Querschnittsfläche ausgebildet sind.
Außerdem kann die Lichtausbeute weiter verbessert werden, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in der ersten Ausführungsform die Einzellichtleitabschnitte an ihrer der Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsseite eine Konvexlinse aufweisen.
An der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters wird die Lichtbündelung und damit auch die Lichtausbeute zusätzlich vorteilhaft verbessert, wenn der Lichtleiter bei der ersten Lösung an seiner der Anzeige zugewandten Lichtaustrittsseite insgesamt konvexartig gewölbt ist .
Anstelle der einen konvexartigen Wölbung kann vorteilhaft der Lichtleiter an seiner der Anzeige zugewandten Lichtaustrittsseite Konvexlinsenelemente aufweisen, wobei die Konvexlinsen- elemente jeweils einem Lichtleitabschnitt zugeordnet sind. Damit kann eine besonders gute Abstimmung von Lichtleitabschnitten und Konvexlinsenelementen erzielt werden.
Bei der zweiten Lösung ist es beispielsweise vorstellbar, in dem Lichtleiter Rieht- und/oder Umlenkelemente vorzusehen, mit deren Hilfe das Licht von der Eintrittsseite des Lichtleiters zu dessen Austrittsseite geleitet wird. Ein besonders leichter Lichtleiter, für den nur wenig Werkstoff benötigt wird, mit gleichzeitig sehr verlustarmer Lichtleitung liegt hingegen vorteilhaft dann vor, wenn eine erste zentrische Verbindungsgerade zwischen einem ersten Konvexlinsenelement an der Lichtaustrittsseite und einem mit diesem korrespondierenden ersten Konvexlinsenelement an der Lichteintrittsseite sowie eine zweite zentrische Verbindungsgerade zwischen einem zweiten Konvexlinsenelement an der Lichtaustrittsseite und einem mit diesem korrespondierenden zweiten Konvexlinsenelement an der Lichteintrittsseite des Lichtleiters unter einem Winkel zueinander angeordnet sind.
Dabei kann der Werkstoffaufwand für den Lichtleiter weiter reduziert werden, und es werden Materialanhäufungen, die zu Inhomogenitäten führen können, vermieden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsgerade angeordneter Raumbereich des Lichtleiters einen Zwischenraum bildend von Werkstoff freigestellt ist.
Die Anzeigevorrichtung kann grundsätzlich beliebige Anzeigen aufweisen. Jedoch ist es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung von besonderem Vorteil, wenn sie ein Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug umfasst, da hierbei die Vorteile der hohen Lichtausbeute, des geringen Einbauraums und der geringen Wärmeabstrahlung besonders zum Tragen kommen. Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Head-Up-Displays in einer Anzeigevorrichtung in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 2a einen Ausschnitt aus einer Anzeigevorrichtung in geschnittener Seitenansicht,
Fig. 2b eine alternative Lichtquelle der Anzeigevorrichtung nach Figur 2a,
Fig. 3 ein Detail der Darstellung nach Figur 2a in geschnittener, perspektivischer Ansicht,
Fig. 4 einen Lichtleiter einer anderen Anzeigevorrichtung,
Fig. 5 einen Lichtleiter einer weiteren Anzeigevorrichtung,
Fig. 6a einen Ausschnitt aus einer Anzeigevorrichtung in geschnittener Seitenansicht in einer zweiten Aus- führungsform,
Fig. 6b eine alternative Lichtquelle der Anzeigevorrichtung nach Figur 6a und
Fig. 7 ein Detail einer Lichtquelle in geschnittener, perspektivischer Ansicht.
In den Figuren sind sich jeweils entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein Head-Up-Display 16 in einer schematisierten Anzeigevorrichtung 40 eines hier nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs gezeigt. Ein mit einer von einer Lichtquelle 1 mittels eines Lichtleiters 7, 57 beleuchtbaren Anzeige 2 erzeugtes Bild wird, dem eingezeichneten Strahlverlauf 15 folgend, an einem Umlenkspiegel 3 reflektiert und über einen Hohlspiegel 4 einer Windschutzscheibe 5 zugeleitet, von wo das Bild als virtuelles Bild in ein durch eine Augenposition 6 gekennzeichnetes Auge eines nicht weiter dar- gestellten Betrachters, zum Beispiel des Kraftfahrzeugführers, weitergeleitet wird.
Ein Ausschnitt einer Anzeigevorrichtung in einer ersten Ausführungsform ist im einzelnen in Figur 2a gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass eine von einem LCD gebildete Anzeige 2 über einen spritzgegossenen Lichtleiter 7 aus transparentem, lichtleitendem Kunststoff von einer Lichtquelle 1 beleuchtbar ist. Die Lichtquelle 1 weist eine Leiterplatte 9 auf, an deren dem Lichtleiter 7 zugewandten Vorderseite eine Anzahl von Einzellichtquellen 10 angeordnet, befestigt und elektrisch kontaktiert ist. Die Einzellichtquellen 10 werden von LEDs gebildet, und die lichtabstrahlende Gesamtfläche der Einzellichtquellen 10 ist größer als die Fläche der Anzeige 2. An ihrer Rückseite ist die Leiterplatte 9 mit einem Kühlrippen
19 aufweisenden Kühlelement 8 zur Ableitung der von den Lichtquellen 10 erzeugten Wärme versehen.
Der Lichtleiter 7 weist als Finger mit in ihrem Verlauf in etwa gleichbleibender Querschnittsfläche 28, 28' ausgebildete Einzellichtleitabschnitte 12 auf, wobei jeweils einem Anfang
20 eines Einzellichtleitabschnitts 12 eine der Einzellichtquellen 10 zugeordnet ist. Zur Bündelung des jeweils von den Einzellichtquellen 10 abgestrahlten Lichts ist darüber hinaus die Lichtquelle 1 mit einem Konvexlinsenbauteil 11 versehen, das eine Mehrzahl von Konvexlinsen 14 aufweist, die miteinander, ein einziges Bauteil bildend verbunden sind. Die Anordnung ist dabei derart gewählt, dass jeweils eine Konvexlinse 14 vor einer Einzellichtquelle 10 angeordnet ist, so dass eine definierte und zielgerichtete Lichtbündelung des von jeweils einer Einzellichtquelle 10 ausgesandten Lichts durch jeweils eine zugeordnete Konvexlinse 14 erfolgt. Außerdem ist zu erkennen, dass die Einzellichtleitabschnitte 12 an ihrem der Anzeige 2 zugewandten Ende 21 in einen gemeinsamen Licht- leitabschnitt 13 übergehen. Dadurch wird erreicht, dass das Licht der Einzellichtquellen 10 sich mischt und so eine ein- heitlich, gleichmäßig beleuchtete Fläche an der Lichtauskoppelseite des Lichtleiters 7 entsteht.
Eine alternative Lichtquelle 1 mit einem Kühlrippen 19 aufweisenden Kühlelement 8 zeigt Figur 2b. Auch bei dieser Lichtquelle 1 sind als LEDs ausgebildete Einzellichtquellen 10 auf einer Leiterplatte 9 angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert. Im Gegensatz zu der Lichtquelle nach Figur 2a weist die Lichtquelle 1 nach Figur 2b aber kein Konvexlin- senbauteil mit einer Mehrzahl von Konvexlinsen auf, sondern es ist jeweils eine Konvexlinse 30 ein einziges Bauteil bildend mit einer Einzellichtquelle 10 verbunden. Dazu bestehen die Konvexlinsen 30 aus Kunststoff und sind beispielsweise jeweils an eine der Einzellichtquellen 10 in einem Spritzgießverfahren angespritzt.
Zur Verdeutlichung des räumlichen Aufbaus der Lichtquelle ist in Figur 3 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht die Leiterplatte 9 mit darauf angeordneten Einzellichtquellen 10 sowie dem zugeordneten Konvexlinsenbauteil 11 mit den Konvexlinsen 14 dargestellt. Die von LEDs gebildeten Einzellichtquellen 10 sind in Matrixform 26 angeordnet, und ihnen ist jeweils eine Konvexlinse 14 des Konvexlinsenbauteils 11 zugeordnet .
Einen anderen Lichtleiter 7 zeigt Figur 4. Auch hier ist zu erkennen, dass Einzellichtleitabschnitte 12 als Finger mit in ihrem Verlauf in etwa gleichbleibender Querschnittsfläche 28, 28' ausgebildet sind. Außerdem weisen bei dieser Ausführungsform die Einzellichtleitabschnitte 12 an ihrer der hier nicht dargestellten Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsseite 22 jeweils eine - stilisiert dargestellte - Konvexlinse 17 auf. Außerdem weist der Lichtleiter 7 an seiner der - hier ebenfalls nicht dargestellten - Anzeige zugewandten Lichtaustrittsseite 23 Konvexlinsenelemente 18 auf, die jeweils einem Einzellichtleitabschnitt 12 zugeordnet sind und sich an einem gemeinsamen Lichtleitabschnitt 13 befinden. Von der Ausführungsform nach Figur 4 unterscheidet sich diejenige nach Figur 5 dadurch, dass an der der Anzeige zugewandten Lichtaustrittsseite 25 eines Lichtleiters 7 nicht einzelne Konvexlinsenelemente angeordnet sind, sondern dass der Lichtleiter 7 selbst, nämlich in einem Einzellichtleitabschnitte 12 zusammenfassenden gemeinsamen Lichtleitabschnitt 29, insgesamt konvexartig gewölbt ist. Die an dem gemeinsamen Lichtleitabschnitt 29 angeordnete Lichtaustrittsseite 25 des Lichtleiters 7 ist dementsprechend tonnenförmig gewölbt. Die Einzellichtleitabschnitte 12 des Lichtleiters 7 sind an ihrer Lichteintrittsseite 24 mit - stilisiert dargestellten - Kon- vexlinsenelementen 18 versehen.
Ein Ausschnitt einer Anzeigevorrichtung in der zweiten Ausführungsform ist im einzelnen in Figur 6a gezeigt. Dabei ist eine von einem durchleuchtbaren LCD gebildete Anzeige 2 über einen Lichtleiter 57 aus transparentem, lichtleitendem Kunststoff von einer Lichtquelle 1 beleuchtbar. Die Lichtquelle 1 weist eine Leiterplatte 59 auf, an deren, dem Lichtleiter 57 zugewandten Vorderseite eine Anzahl von Einzellichtquellen 60 angeordnet, befestigt und elektrisch kontaktiert ist. Die Einzellichtquellen 60 werden von LEDs gebildet, und die lichtabstrahlende Gesamtfläche der Einzellichtquellen 60 ist größer als die Fläche der Anzeige 2. An ihrer Rückseite ist die Leiterplatte 59 mit einem Kühlrippen 70 aufweisenden Kühlelement 58 zur Ableitung der von den Lichtquellen 60 erzeugten Wärme versehen. Außerdem weist die Leiterplatte 59 selbst eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und trägt so zur Ableitung der Wärme mit bei.
Der Lichtleiter 57 weist an seiner der Lichtquelle 1 zugewandten Lichteintrittsseite 71 Konvexlinsenelemente 61 auf, wobei jeweils eines der Konvexlinsenelemente 61 mit einer der Einzellichtquellen 60 korrespondiert. Jede Einzellichtquelle 60 strahlt Licht im Wesentlichen in jeweils ein Konvexlinsenelement 61 ein, die das von der Einzellichtquelle 60 abge- strahlte Licht bündelt. Die Anordnung ist dabei derart gewählt, dass jeweils eine Konvexlinse 61 in der Weise vor einer Einzellichtquelle 60 angeordnet ist, dass eine definierte und zielgerichtete Lichtbündelung des von jeweils einer Einzellichtquelle 60 ausgesandten Lichts durch jeweils eine zugeordnete Konvexlinse 61 erfolgt. An der der Anzeige 2 zugewandten Lichtaustrittsseite 72 des Lichtleiters 57 sind weitere Konvexlinsenelemente 62 angeordnet. Jeweils einem der Konvexlinsenelemente 61 an der Lichteintrittsseite 71 des Lichtleiters 57 ist ein Konvexlinsenelement 72 an der Lichtaustrittsseite 72 des Lichtleiters 57 zugeordnet.
Der Lichtleiter 57 ist in seiner Grundform in etwa keilförmig ausgebildet, was dadurch zum Ausdruck kommt, dass eine erste Verbindungsgerade 68, die durch ein erstes Konvexlinsenelement 62 ' an der Lichtaustrittsseite 72 und durch ein mit diesem korrespondierendes erstes Konvexlinsenelement 61' an der Lichteintrittsseite 71 verläuft, sowie eine zweite Verbindungsgerade 69, die durch ein zweites Konvexlinsenelement 62 ' ' an der Lichtaustrittsseite 72 und durch ein mit diesem korrespondierendes zweites Konvexlinsenelement 61' ' an der Lichteintrittsseite 71 verläuft, unter einem spitzen Winkel α. zueinander angeordnet sind. Sowohl die erste Verbindungsgerade 88 als auch die zweite Verbindungsgerade 69 sind zentrisch zu den von ihnen geschnittenen Konvexlinsenelementen 61', 62', 61'', 62 ' ' angeordnet.
Ferner ist ein zwischen der ersten Verbindungsgeraden 68 und der zweiten Verbindungsgeraden 69 angeordneter Raumbereich 67 des Lichtleiters 57 einen Zwischenraum bildend von Werkstoff freigestellt. Der Raumbereich 67 trägt im wesentlichen nichts zur Leitung des Lichts von der Lichtquelle 1 zu der Anzeige 2 bei; durch seine Freistellung von Werkstoff wird zum einen das Gewicht des Lichtleiters 57 vermindert und zum anderen eine möglicherweise zu Inhomogenitäten führende Werkstoffanhäufung vermieden. Eine alternative Lichtquelle 1 mit einem Kühlrippen 70 aufweisenden Kühlelement 58 und einen Ausschnitt eines Lichtleiters 57 zeigt Figur 6b. Auch bei dieser Lichtquelle 1 sind als LEDs ausgebildete Einzellichtquellen 60 auf einer Leiterplatte 59 angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert. Im Gegensatz zu der Lichtquelle nach Figur 6a weisen die Einzellichtquellen 60 der Lichtquelle 1 nach Figur 6b jeweils eine Konvexlinse 74 auf, wobei jede Einzellichtquelle 60 ein einziges Bauteil bildend mit der ihr zugeordneten Konvexlinse 74 verbunden ist . Dazu bestehen die Konvexlinsen 74 aus Kunststoff und sind an den Einzellichtquellen 60 jeweils in einem Spritzgießverfahren angespritzt. Die Konvexlinsen 24 dienen jeweils einer definierten und zielgerichteten Lichtbündelung des von einer Einzellichtquelle 60 ausgesandten Lichts. Ferner korrespondiert jeweils eine Konvexlinse 74 mit einem Konvexlinsenelement 61 an der Lichteintrittsseite 71 des Lichtleiters 57, wobei die Konvexlinsen 74 und die Konvexlinsenelemente 61 jeweils gegenüberliegend angeordnet sind.
Zur Verdeutlichung des räumlichen Aufbaus einer weiteren Lichtquelle ist in Figur 7 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht die Leiterplatte 59 mit darauf angeordneten Einzellichtquellen 60 sowie einem zugeordneten Konvexlinsen- bauteil 64 mit Konvexlinsen 63 dargestellt. Die von LEDs gebildeten Einzellichtquellen 60 sind in Matrixform 73 angeordnet, und ihnen ist jeweils eine Konvexlinse 63 des Konvexlin- senbauteils 64 zugeordnet. Die Anordnung ist dabei derart gewählt, dass jeweils eine Konvexlinse 63 vor einer Einzel- lichtquelle 60 angeordnet ist, so dass eine definierte und zielgerichtete Lichtbündelung des von jeweils einer Einzellichtquelle 60 ausgesandten Lichts durch jeweils eine zugeordnete Konvexlinse 63 erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Anzeigevorrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer von einer Lichtquelle (1) beleuchtbaren Anzeige
(2) und einem zwischen Lichtquelle (1) und Anzeige (2) angeordneten Lichtleiter (7, 57), wobei die Lichtquelle (1) mehrere Einzellichtquellen (10, 60) aufweist, deren lichtabstrahlende Gesamtfläche größer ist als die Fläche der Anzeige (2) , dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Lichtleiter (7) lichtquellenseitig den Einzellichtquellen (10) zugeordnete Einzellichtleitabschnitte (12) aufweist, die anzeigenseitig in einen gemeinsamen Lichtleitabschnitt (13) übergehen oder dass der Lichtleiter (57) an seiner der Lichtquelle (1) zugewandten Lichteintrittsseite (71) und an seiner der Anzeige (2) zugewandten Lichtaustrittsseite (72) Konvexlinsenelemente (61, 62) aufweist, wobei den Einzellichtquellen (60) jeweils ein mit einem Konvexlinsenelement (62) an der Lichtaustrittsseite korrespondierendes Konvexlinsenelement (61) an der Lichteintrittsseite zugeordnet ist.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrahlwinkel des aus dem Lichtleiter (7, 57) austretenden Lichts genauso groß wie oder kleiner als der Abstrahlwinkel des von der Lichtquelle (1.) ausgesandten Lichts ist.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (10, 60) in Matrixform (26, 73) angeordnet sind.
4. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (10, 60) LEDs sind.
5. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtquellen (10, 60) auf einer Leiterplatte (9, 59) angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert sind.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (9, 59) eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
7. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) ein Kühlelement (8, 58) zur Wärmeabfuhr von den Einzellichtquellen (10) aufweist.
8. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) an ihrer dem Lichtleiter (7, 57) zugewandten Lichtaustrittsseite (27) Konvexlinsen (14, 63, 74) aufweist, wobei jeweils eine Konvexlinse (14, 63, 74) einerseits mit einer Einzellichtquelle (10,60) und andererseits mit einem Einzellichtleitabschnitt (12) oder einem Konvexlinsenelement (61) an der Lichteintrittsseite (71) des Lichtleiters
(57) korrespondiert .
9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvexlinsen (14, 63) ein einziges Konvex- linsenbauteil (11,64) bildend miteinander verbunden sind.
10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Konvexlinse (30, 74) ein einziges Bauteil bildend mit einer Einzellichtquelle (10, 60) verbunden ist.
11. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (2) ein durchleuchtbares LCD aufweist.
12. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (7, 57) aus einem transparenten, lichtleitenden Kunststoff besteht .
13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff PMMA ist.
14. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtleitabschnitte (12) als Finger mit in etwa gleichbleibender Querschnittsfläche (28, 28') ausgebildet sind.
15. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtleitabschnitte (12) an ihrer der Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsseite (22) eine Konvexlinse (17) aufweisen.
16. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (7) an seiner der Anzeige (2) zugewandten Lichtaustrittsseite (25) insgesamt konvexartig gewölbt ist.
17. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (7) an seiner der Anzeige zugewandten Lichtaustrittsseite Konvexlinsenelemente (18) aufweist, wobei die Konvexlinsenelemente (18) jeweils einem Einzellichtleitabschnitt (12) zugeordnet sind.
18. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste zentrische Verbindungsgerade (68) zwischen einem ersten Konvexlinsenelement (62') an der Lichtaustrittsseite (72) und einem mit diesem korrespondierenden ersten Konvexlinsenelement
(611) an der Lichteintrittsseite (71) sowie eine zweite zentrische Verbindungsgerade (69) zwischen einem zweiten Konvexlinsenelement (62') an der Lichtaustrittsseite (72) und einem mit diesem korrespondierenden zweiten Konvexlinsenelement (611 1) an der Lichteintrittsseite (71) des Lichtleiters (57) unter einem Winkel (α) zueinander angeordnet sind.
19. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsgeraden (68, 69) angeordneter Raumbereich (67) des Lichtleiters (57) einen Zwischenraum bildend von Werkstoff freigestellt ist.
20. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Head-Up-Display (16) in einem Kraftfahrzeug umfasst .
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