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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rückplatte für eine Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit mit einer solchen Rückplatte und auf eine Anzeigevorrichtung mit einer solchen Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit.
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Hintergrundbeleuchtungseinheiten für Anzeigevorrichtungen basieren häufig auf Lichtleitern, in die das Licht von mehreren Leuchtdioden (LED) eingekoppelt wird. Das Licht breitet sich im Lichtleiter durch Totalreflexion aus und wird mithilfe von Mikrostrukturen am Lichtleiter wieder ausgekoppelt, sodass eine homogene Lichtverteilung entsteht. Diese Bauweise ermöglicht eine sehr kompakte und effiziente Ausleuchtung von Anzeigevorrichtungen.
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Zum Beispiel offenbart
US 2015/0185540 A1 eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die eine LED-Einheit, eine Flüssigkristalltafel (auch als Panel bezeichnet), eine Lichtleiterplatte, ein Chassis und einen Rahmen umfasst. Die LED-Einheit besteht aus einer LED und einer LED-Platine. Die Lichtleiterplatte ist so angeordnet, dass eine Lichteintrittsfläche der LED zugewandt ist. Der Rahmen wird am Fahrgestell befestigt. Der Rahmen und das Chassis halten die Flüssigkristallplatte und die Lichtleiterplatte dazwischen. Der Rahmen umfasst einen Panelhalteabschnitt und einen Seitenwandabschnitt. Der Panelhalteabschnitt hält die Flüssigkristalltafel von der Anzeigenoberflächenseite aus. Der Seitenwandabschnitt setzt sich von dem Panelhalteabschnitt fort und erstreckt sich auf der Seite der Lichteintrittsfläche. Der Rahmen verfügt über ein Durchgangsloch, das durch den Seitenwandteil verläuft. Die LED-Einheit wird von der Außenseite her in das Durchgangsloch eingepasst, sodass die LED mehr an der Innenseite als der Seitenwandabschnitt positioniert ist und mindestens ein Teil der LED-Einheit innerhalb des Durchgangslochs gehalten wird.
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Als Alternative zu Hintergrundbeleuchtungseinheiten, die auf Lichtleitern basieren, können sogenannte Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheiten verwendet werden. Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheiten verwenden eine große Anzahl von Lichtquellen, die in einer Matrix angeordnet sind, um Licht zu erzeugen. Die Lichtquellen sind auf einer Leiterplatte angeordnet, die auf einer Rückplatte montiert ist. Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheiten verwenden in der Regel eine metallische Rückplatte und einen Kunststoffreflektor. Die Rückplatte hat die Aufgabe, für Struktur zu sorgen und alle Komponenten zusammenzuhalten. Der Reflektor hat eine spezielle Geometrie und weist eine Vielzahl von Hohlräumen auf, die das von den Lichtquellen emittierte Licht zur Anzeigetafel hin. Dies erfordert einen gewissen Abstand zwischen den Lichtquellen und der Anzeigetafel des Anzeigegeräts, um das Licht zu homogenisieren. Wenn jedoch die Dicke des Anzeigegeräts reduziert werden muss, was bei Automobilanwendungen häufig der Fall ist, muss auch die Dicke der Hintergrundbeleuchtungseinheit reduziert werden.
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US 2007/0229995 A1 offenbart einen Reflektor, der ein hinteres Chassis aus Blech und eine lichtreflektierende Schicht umfasst. In dem hinteren Blechchassis sind ein Lichtquellenträgerabschnitt, ein Durchgangsloch oder eine Nut zum Herausziehen eines Lichtquellenelektrodenanschlusses, ein Rahmen zum Tragen einer Lichtstreuplatte und einer optischen Folie sowie ein Lichtstreuplattenträger durch Blechbearbeitung einstückig ausgebildet. Die lichtreflektierende Schicht besteht aus einem lichtreflektierenden thermoplastischen Harzmaterial und ist in eine Form für die Abdeckung des hinteren Chassis geformt. Der Reflektor hat eine reduzierte Dicke.
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US 2019/0265551 A1 offenbart ein elektronisches Gerät mit einer Anzeigevorrichtung mit Hintergrundbeleuchtung. Die Hintergrundbeleuchtung bietet Hinterleuchtung für eine Pixelanordnung, die Bilder anzeigt. Die Hintergrundbeleuchtung umfasst eine Zellenanordnung. Jede Zelle enthält eine Lichtquelle mit einer oder mehreren Leuchtdioden und einen Hohlraumreflektor, der Licht von der Lichtquelle durch einen Diffusor nach außen reflektiert, um die Hintergrundbeleuchtung zu bilden. Die Lichtquellen sind auf einer Leiterplatte montiert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zum weiteren Verringern der Dicke einer Anzeigevorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Rückplatte nach Anspruch 1, durch eine Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 7 und durch eine Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche umfassen vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der vorliegenden Grundsätze, wie nachfolgend beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Rückplatte für eine Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung aus einem Metall gebildet, hat eine strukturelle Funktion und umfasst eine Vielzahl von Hohlräumen, wobei jeder Hohlraum mindestens eine Öffnung zur Aufnahme einer Lichtquelle umfasst. Die Wände der Hohlräume reflektieren das von den Lichtquellen emittierte Licht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung eine erfindungsgemäße Rückplatte und mindestens eine Leiterplatte, die mehrere Lichtquellen trägt. Die mindestens eine Leiterplatte ist unterhalb einer Rückseite der Rückplatte derart angeordnet, dass die Lichtquellen in jeweiligen Öffnungen der Rückplatte untergebracht sind.
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Erfindungsgemäß sind die metallische Rückplatte und der Reflektor zu einem einzigen metallischen Teil zusammengefasst , das neben seiner strukturellen Funktion auch eine optische Funktion hat. Die Verwendung von zwei separaten Komponenten mit jeweils minimalen Dickenanforderungen begrenzt die Mindestdicke einer Matrix-Hintergrundbeleuchtungsbaugruppe. Die metallische Rückplatte hat typischerweise eine Dicke von ca. 2,3 mm, während der Kunststoffreflektor eine Dicke von ca. 3,7 mm aufweist. Es gibt wenig Spielraum, um die Dicke der Rückplatte zu reduzieren, da sie sonst ihre Festigkeit verliert. Auch die Dicke des Kunststoffreflektors kann kaum reduziert werden, da die spezielle Geometrie der einzelnen Hohlräume eine Mindesthöhe der Hohlräume erfordert. Durch die Kombination der beiden Teile zu einem einzigen kann die Dicke der Matrix-Hintergrundbeleuchtung um etwa 2,3 mm verringert werden. In einem praktischen Beispiel konnte die Dicke der Baugruppe von 13,3 mm auf 11 mm reduziert werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglichte es somit, eine Verringerung der Dicke um fast 20 % zu erreichen, ohne die Stabilität der Struktur zu beeinträchtigen. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Lösung besteht darin, dass die Anzahl der Komponenten reduziert und der Montageprozess vereinfacht wird. Darüber hinaus weist die Baugruppe eine erhöhte Stabilität in Bezug auf Temperaturänderungen auf. Darüber hinaus wird das Risiko von Geräuschen während einer Vibrationsprüfung reduziert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Wände der Hohlräume gekrümmt und die Hohlräume sind so konfiguriert, dass sie das von den Lichtquellen emittierte Licht in Richtung einer Anzeigetafel der Anzeigevorrichtung reflektieren. Durch die Krümmung kann das emittierte Licht gezielter in Richtung der Anzeigetafel reflektiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Wände der Hohlräume poliert oder mit einem reflektierenden Material beschichtet. Da die metallische Rückplatte neben ihrer strukturellen Funktion auch eine optische Funktion hat, ist es vorteilhaft, die optische Qualität der metallischen Rückplatte zu verbessern. Durch Polieren der Wände der Hohlräume oder Beschichtung mit einem reflektierenden Material wird die Reflexion des von den Lichtquellen emittierten Lichts in Richtung der Anzeigetafel verbessert. Dies führt zu einer erhöhten Effizienz der Hintergrundbeleuchtungseinheit.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das reflektierende Material weiße Farbe. Die Verwendung von weißer Farbe ist eine einfache und kostengünstige Lösung, um das Reflexionsvermögen der Hohlräume zu erhöhen, da keine aufwendige Bearbeitung der Wände der Hohlräume erforderlich ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Rückplatte durch Druckguss gebildet. Die Verwendung eines Druckgussverfahrens ermöglicht es, die komplizierten Merkmale und dünnen Wände der Rückplatte mit hoher Qualität herzustellen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Rückplatte aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet. Magnesium ist besonders leicht, aber dennoch stark genug, um eine ausreichende Stabilität der Baugruppe zu gewährleisten. Aufgrund der hohen Fließfähigkeit von Magnesiumlegierungen sind diese besonders vorteilhaft für den Einsatz in einem Druckgussverfahren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Leiterplatte auf die Rückseite der Rückplatte geklebt, geschraubt oder vernietet. Beispielsweise kann die mindestens eine Leiterplatte mit doppelseitigem Klebeband auf die Rückseite der Rückplatte geklebt werden. Je nachdem, was für das konkrete Projekt besser passt, kann die mindestens eine Leiterplatte auch auf die Rückseite der Rückplatte geschraubt oder vernietet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Lichtquellen seitlich emittierende Laserdioden. Die Verwendung von seitlich emittierenden Laserdioden hat den Vorteil, dass die Bildung von Lichtflecken in der Hintergrundbeleuchtungseinheit verhindert wird. Dies sorgt für eine besonders homogene Ausleuchtung der Anzeigevorrichtung.
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Vorteilhafterweise umfasst ein Fahrzeug eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug, wie einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, oder alternativ um ein Flugzeug, ein Schienenfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug handeln.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren.
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Figuren
- 1 zeigt schematisch eine Freiform-Anzeigevorrichtung;
- 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung nach 1, welche eine bekannte Matrix-Hintergrundbeleuchtung aufweist;
- 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung nach 1, welche eine erfindungsgemäße Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit aufweist;
- 4 zeigt schematisch eine Detailansicht der Anzeigevorrichtung nach 3; und
- 5 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.
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Figurenbeschreibung
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Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich daher, dass der Fachmann in der Lage sein wird, verschiedene Anordnungen zu entwickeln, die, obwohl sie hierin nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt werden, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern.
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Alle Beispiele und bedingten Formulierungen, die hierin angeführt werden, sind für Bildungszwecke bestimmt, um dem Leser zu helfen, die Prinzipien der Offenbarung und die Konzepte zu verstehen, die vom Erfinder zur Förderung des Fachgebiets beigetragen wurden, und sind so auszulegen, dass sie ohne Einschränkung auf solche spezifisch angeführten Beispiele und Bedingungen sind.
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Darüber hinaus sollen alle hierin enthaltenen Aussagen zu Prinzipien, Aspekten und Ausführungsformen der Offenbarung sowie spezifische Beispiele davon, sowohl strukturelle als auch funktionale Äquivalente davon umfassen. Darüber hinaus ist beabsichtigt, dass solche Äquivalente sowohl derzeit bekannte Äquivalente als auch in der Zukunft entwickelte Äquivalente umfassen, d. h. alle entwickelten Elemente, die unabhängig von ihrer Struktur die gleiche Funktion erfüllen.
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So wird zum Beispiel der Fachmann erkennen, dass die hierin dargestellten Diagramme konzeptionelle Ansichten einer veranschaulichenden Schaltung darstellen, die die Prinzipien der Offenbarung verkörpern.
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Die Funktionen der verschiedenen Elemente, die in den Figuren gezeigt sind, können durch die Verwendung von dedizierter Hardware bereitgestellt werden sowie von Hardware, die in der Lage ist, in Verbindung mit geeigneter Software diese auszuführen. Wenn sie von einem Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen von einem einzelnen dedizierten Prozessor, von einem einzigen gemeinsam genutzten Prozessor oder von einer Vielzahl von einzelnen Prozessoren bereitgestellt werden, von denen einige gemeinsam genutzt werden können. Darüber hinaus sollte die ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor“ oder „Controller“ nicht so ausgelegt werden, dass sie sich ausschließlich auf Hardware bezieht, die in der Lage ist, Software auszuführen, und kann implizit, aber nicht beschränkt auf Hardware für digitale Signalprozessoren (DSP), Systeme auf einem Chip (SoC), Mikrocontroller (µC), Nur-Lese-Speicher (ROM) zum Speichern von Software, Arbeitsspeicher (RAM) und nichtflüchtigen Speicher umfassen.
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In den Ansprüchen soll jedes Element, das als Mittel zum Ausführen einer spezifizierten Funktion ausgedrückt wird, jede Art und Weise zum Ausführen dieser Funktion umfassen, einschließlich beispielsweise einer Kombination von Schaltungselementen, die diese Funktion oder Software in irgendeiner Form ausführen, einschließlich Firmware, Mikrocode oder dergleichen, kombiniert mit einer geeigneten Schaltung zum Ausführen dieser Software zur Ausführung der Funktion. Die Offenbarung, wie sie durch solche Ansprüche definiert ist, beruht auf der Tatsache, dass die Funktionalitäten, die durch die verschiedenen angeführten Mittel bereitgestellt werden, in der von den Ansprüchen geforderten Weise kombiniert und zusammengeführt werden. Es wird daher davon ausgegangen, dass jedes Mittel, das diese Funktionalitäten bereitstellen kann, den hier gezeigten gleichwertig ist.
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1 stellt schematisch eine Freiform-Anzeigevorrichtung 1 dar. Die Anzeigevorrichtung 1 hat keine klassische rechteckige Form, sondern hat abgeschrägte Seiten und abgerundete Ecken. Wie in dem Ausschnitt in der Mitte der Anzeigevorrichtung 1 angedeutet, umfasst die Anzeigevorrichtung 1 eine Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 mit einer Vielzahl von Hohlräumen 21. Jeder der Hohlräume 21 nimmt mindestens eine Lichtquelle 30 auf.
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2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 aus 1. In dem Beispiel von 2 verwendet die Anzeigevorrichtung 1 eine bekannte Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2. Die Anzeigevorrichtung 1 weist eine Anzeigetafel 8 (englisch: Display Panel) auf, die mit einem Frontglas 5 (auch als Deckglas bezeichnet) verklebt ist. Das Frontglas 5 schließt ein Gehäuse 9 der Anzeigevorrichtung 1 von der Umgebung ab. Die Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 für die Anzeigetafel 8 umfasst eine Rückplatte 20, die als Trägerelement für eine Leiterplatte 3 (englisch: Printed Circuit Board, PCB) dient, auf der mehrere Lichtquellen 30, typischerweise Leuchtdioden, angeordnet sind. Auf der Leiterplatte 3 ist ein Reflektor 4 mit einer großen Anzahl von Hohlräumen 21 angeordnet. Jeder der Hohlräume 21 nimmt mindestens eine Lichtquelle 30 auf. In dem dargestellten Beispiel befindet sich eine Distanzplatte 6, die einen optischen Folienstapel 7 trägt, zwischen der Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 und der Anzeigetafel 8. Die Folien des optischen Folienstapels 7 haben die Aufgabe, das Licht des Reflektors 4 so zu streuen, zu sammeln oder zu lenken, dass die Anforderungen an die Lichtverteilung der Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 erfüllt sind. Typische Folien für die Lichtmanipulation sind Brightness Enhancement Films (BEF) und Light Control Films (LCF). Die Distanzplatte 6 ist eine transparente Platte, die den notwendigen optischen Abstand zwischen dem optischen Folienstapel 7 und den Lichtquellen 30 gewährleistet. Das Frontglas 5, die Distanzplatte 6 und die Rückplatte 20 der Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 sind durch geeignete Verbindungselemente 10, z.B. Verklebung, verbunden. Die Dicke der gesamten Baugruppe beträgt ca. 13,3 mm.
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3 stellt schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Anzeigevorrichtung 1 aus 1 dar. In dem Beispiel der 3 verwendet die Anzeigevorrichtung 1 eine erfindungsgemäße Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2. Die Anzeigevorrichtung 1 ähnelt der Anzeigevorrichtung 1 aus 2. Die Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 enthält jedoch keinen separaten Reflektor. Stattdessen umfasst die Rückplatte 20 selbst eine Vielzahl von Hohlräumen 21. Jeder Hohlraum 21 weist mindestens eine Öffnung 22 zur Aufnahme einer Lichtquelle 30 auf. Die Wände 23 der Hohlräume 21 sind reflektierend für Licht, das von den Lichtquellen 30 emittiert wird. Zu diesem Zweck können die Wände 23 der Hohlräume 21 poliert oder mit einem reflektierenden Material, z. B. weißer Farbe, beschichtet sein. Die Lichtquellen 30 sind auf mindestens einer Leiterplatte 3 angeordnet, die sich unterhalb einer Rückseite 25 der Rückplatte 20 befindet, sodass die Lichtquellen 30 in den jeweiligen Öffnungen 22 der Rückplatte 20 untergebracht sind. Die mindestens eine Leiterplatte 3 kann auf die Rückseite 25 der Rückplatte 20 geklebt, geschraubt oder vernietet sein. Vorteilhafterweise ist die Rückplatte 20 durch Druckguss ausgebildet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Rückplatte 20 aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet ist. Durch die Kombination der strukturellen Funktion und der optischen Funktion in der Rückplatte 20 wird die Dicke der gesamten Baugruppe auf etwa 11 mm reduziert.
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4 zeigt eine Detailansicht der Anzeigevorrichtung 1 aus 3. Dargestellt sind das Frontglas 5 mit der Anzeigetafel 8, die Distanzplatte 6 mit dem optischen Folienstapel 7 und die Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit 2 mit der Rückplatte 20 und die Leiterplatte 3 mit den Lichtquellen 30, die unterhalb der Rückseite 25 der Rückplatte 20 angeordnet ist. Bei den Lichtquellen 30 handelt es sich hierbei um seitlich emittierende Laserdioden, die vorzugsweise an allen Seitenflächen Licht L emittieren. Die Wände 23 der Hohlräume 20 sind gekrümmt und orientieren das Licht L, das aus den Lichtquellen 30 austritt, in Richtung der Anzeigetafel 8. In diesem Beispiel sind die Wände 23 mit einem reflektierenden Material 24, z.B. weißer Farbe, beschichtet. Alternativ können die Wände 23 einfach poliert werden.
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5 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 100, das eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung 1 verwendet. Zum Beispiel kann die Anzeigevorrichtung 1 in einer Instrumententafel (englisch: Dashboard) angeordnet sein. Das Kraftfahrzeug 100 in diesem Beispiel ist ein Personenkraftwagen. Mit einem Sensorsystem 101 können Daten über die Fahrzeugumgebung aufgezeichnet werden. Das Sensorsystem 101 kann insbesondere Sensoren zur Erfassung der Umgebung umfassen, z.B. Ultraschallsensoren, Laserscanner, Radarsensoren, Lidar-Sensoren oder Kameras. Die von dem Sensorsystem 101 aufgezeichneten Informationen können verwendet werden, um Inhalte für die anzuzeigende Anzeigevorrichtung 1 zu erzeugen. Die Anzeigevorrichtung 1 kann Teil eines Infotainmentsystems 102 sein. Weitere Bestandteile des Kraftfahrzeugs 100 sind in diesem Beispiel ein Navigationssystem 103, über das Positionsinformationen bereitgestellt werden können, und eine Datenübertragungseinheit 104. Über die Datenübertragungseinheit 104 kann eine Verbindung zu einem Backend hergestellt werden, um z.B. Software-Updates für die Komponenten des Kraftfahrzeugs 100 zu erhalten. Ein Speicher 105 steht zum Speichern von Daten zur Verfügung. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 100 erfolgt über ein Netzwerk 106.
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Bezugszeichen
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- 1
- Anzeigevorrichtung
- 2
- Matrix-Hintergrundbeleuchtungseinheit
- 20
- Rückplatte
- 21
- Hohlraum
- 22
- Öffnung
- 23
- Wand
- 24
- Reflektierendes Material
- 25
- Rückseite
- 3
- Leiterplatte
- 30
- Lichtquelle
- 4
- Reflektor
- 5
- Frontglas
- 6
- Distanzplatte
- 7
- Folienstapel
- 8
- Anzeigetafel
- 9
- Gehäuse
- 10
- Verbindungselement
- 100
- Kraftfahrzeug
- 101
- Sensorsystem
- 102
- Infotainmentsystem
- 103
- Navigationssystem
- 104
- Datenübertragungseinheit
- 105
- Speicher
- 106
- Netzwerk
- L
- Licht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0185540 A1 [0003]
- US 2007/0229995 A1 [0005]
- US 2019/0265551 A1 [0006]