Head-up display with an arrangement for producing a bundled light flux

Description of equivalent WO 2004032235 A2

0001Beschreibung

0002Einrichtung zur Erzeugung eines gebündelten Lichtstroms

0003Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines gebündelten Lichtstroms.

0004Um Fahrzeugführern Informationen zu übermitteln, ohne dass diese ihren Blick von der zu befahrenden Straße oder dem zu befliegenden Luftraum abwenden müssen, sind sogenannte Head- up-Displays bekannt geworden, mit denen ein die Informationen darstellendes Bild in die Frontscheibe eines Fahrzeugs eingeblendet wird. Damit es auch noch bei hellem Umgebungslicht sichtbar ist, ist dazu eine hohe Leuchtdichte des Bildes er- forderlich. Auch für andere Beleuchtungszwecke werden gebündelte Lichtströme benötigt, beispielsweise als Leselampen o- der als Strahler für Schaufenster und Ausstellungen.

0005Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Lichtstrom mit Ein- richtungen zu erzeugen, welche insbesondere eine geringe Baugröße und geringes Gewicht aufweisen, möglichst wenig Verlustleistung aufnehmen bzw. als Wärme abgeben und somit auch für den Betrieb in einem Fahrzeug geeignet sind.

0006Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Lichtquelle, bestehend aus einer Leuchtdioden-Matrix, vorgesehen ist, dass zwischen der Lichtquelle und einer Lichtaustrittsöffnung eine optische Einrichtung zur Bündelung und Streuung des von den Leuchtdioden erzeugten Lichts angeordnet ist, dass die Einrichtung zur Bündelung und Streuung einen gitterförmigen Reflektor umfasst, der jeweils für einen Matrixpunkt einen Lichtkanal bildet, dessen Wände reflektierend sind, und dass das der Lichtquelle zugewandte Ende jeweils eines Lichtkanals eine Sammellinse enthält.

0007Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung hat es sich als günstig herausgestellt, wenn jeweils ein Matrixpunkt von mehreren Leuchtdioden gebildet wird, die auch verschiedenfarbig sein können. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Anwendung jeweils einer einzelnen Linse je Lichtkanal beschränkt.

0008Eine kostengünstige Fertigung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch möglich, dass die Sammellinsen aller Lichtkanäle einstückig mit einer zwischen der Lichtquelle und dem gitterförmigen Reflektor angeordneten Platte verbunden sind. Diese Platte ermöglicht allerdings eine unerwünschte Licht- leitung in Querrichtung, was dadurch verhindert werden kann, dass die Sammellinsen gruppenweise einstückig mit zwischen der Lichtquelle und dem gitterförmigen Reflektor angeordneten Stegen verbunden sind.

0009Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Krümmungsradien der Linse in unterschiedlichen Richtungen verschieden sind (astigmatische Linsen) . Dadurch kann die Lichtverteilung insbesondere in länglichen Lichtaustrittsöffnungen verbessert werden.

0010Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass an der Lichtaustrittsöffnung eine Lichtventile enthaltende Bildwiedergabevorrichtung angeordnet ist. Diese Weiterbildung ermöglicht eine kompakte Einrichtung für die Erzeugung hoch auflösender Bilder mit hoher Leuchtdichte und gleichmäßiger Leuchtdichteverteilung über die gesamte Bildfläche. Dabei sorgt die Einrichtung zur Bündelung und Streuung dafür, dass das von den Leuchtdioden erzeugte Licht auf die Fläche der Bildwiedergabevorrichtung konzentriert wird, ohne dass eine störende Abbildung der einzelnen Leuchtdioden erfolgt. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Einrichtung sind graphische Head-up-Displays für Fahrzeuganwendun- gen.

0011Mit der Bildwiedergabevorrichtung weist die erfindungsgemäße Einrichtung noch einige im folgenden aufgeführte Vorteile auf. So wird durch die Abstimmung zwischen RGB-Lichtquelle und Farbdisplay die Darstellung von graphischen Farbbildern in einem Head-up-Display bei ausreichender Leuchtdichte ermöglicht. Im Zusammenspiel mit dem Reflektor und der Linse wird eine gleichmäßige Färb- und Leuchtdichte-Verteilung der Hinterleuchtung auf der Fläche des Flüssigkristall-Displays erreicht .

0012Im Flüssigkristall-Farbdisplay können konfigurierbare Bildinhalte farbig dargestellt werden. Der Bildinhalt kann somit an die Fahrsituation angepasst werden. Der Bauraum für die gesamte Bilderzeugungseinrichtung beträgt beim praktisch ausgeführten Beispiel nur wenige Kubikzentimeter. Durch die Wahl der Farben der Leuchtdioden und des dazugehörigen Displays kann der jeweils darzustellende Farbraum beeinflusst werden. Beispielsweise kann anstelle eines RGB-Leuchtdioden-Rasters ein Rot-Grün-Leuchtdioden-Raster gewählt werden und in entsprechender Weise im Flüssigkristall-Display die blauen Filterelemente durch grüne ersetzt werden. Dann ergibt sich ein eingeschränkter Farbraum mit nochmals deutlich erhöhter Leuchtdichte.

0013Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

0014Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel,

0015Fig. 2 eine Draufsicht auf den gitterförmigen Reflektor bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,

0016Fig. 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel,

0017Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 1 zur Erläuterung verschiedener Details,

0018Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts eines anderen Ausführungsbeispiels und Fig. 6 ein Teil des Linsenrasters.

0019Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ist als Lichtquelle ein Raster von 4 8 Gruppen von jeweils vier Leuchtdioden 1 vorgesehen, die auf einem Träger 2 montiert sind. Zwischen den Gruppen befinden sich Stege 3, deren schräg stehende Oberfläche als Reflektor dient.

0020Über der Lichtquelle 1, 2, 3 liegt ein Linsenraster 4, an das sich ein gitterförmiger Reflektor 5 anschließt.

0021Die Stege 3, das Linsenraster 4 sowie die schräg verlaufenden Oberflächen 6 des gitterförmigen Reflektors 5 bewirken eine gleichförmige Lichtverteilung. Um Abschattungen durch die

0022Stege 7 des Reflektors 5 zu vermeiden, ist ein Rahmen 8 vorgesehen, der einen Abstand zwischen dem Reflektor 5 und dem Flüssigkristall-Display 9 bewirkt. Unterhalb des Flüssigkristall-Displays 9 befindet sich eine Streuscheibe 10, um die Gleichförmigkeit der Hinterleuchtung des Flüssigkristall- Displays 9 weiter zu verbessern.

0023Der Rahmen 8 bewirkt eine Schrägstellung des Flüssigkristall- Displays, so dass von oben einfallendes Licht nicht in der gleichen Richtung reflektiert wird, in der auch das Licht das Flüssigkristall-Display verlässt, um zum Betrachter zu gelangen.

0024Fig. 2 zeigt die Einrichtung nach Fig. 1 bei abgenommenen Flüssigkristall-Display 9 und bei abgenommener Streuscheibe 10. Die Leuchtdioden 1 sind bei der Darstellung nach Fig. 2 an sich durch das Linsenraster 4 sichtbar. Der Einfachheit halber wurde jedoch eine entsprechende Verzerrung der Leucht- dioden 1 nicht dargestellt.

0025Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 stellt eine Beleuchtungs- einrichtung dar, bei welcher die Lichtaustrittsöffnung aus einer Glasplatte 18 besteht, die auf einem Rahmen 17 ruht. Ansonsten ist dieses Ausführungsbeispiel wie dasjenige nach Fig. 1 aufgebaut.

0026Fig. 4 stellt im Wesentlichen eine AusSchnittsvergrößerung aus Fig. 1 dar und dient zur Erläuterung von Einzelheiten des Flüssigkristall-Displays und der Lichtquelle. Das Flüssigkristall-Display 9 weist zwischen zwei Glasplatten 11, 12 einen Flüssigkristall 13 sowie ein Farbfilter 14 auf. Letzteres besteht aus einem Raster von drei verschiedenfarbigen Farbpunkten, was in Fig. 4 durch unterschiedliche Schraffur gekennzeichnet ist. Korrelierend mit dem Raster des Farbfilters sind nicht dargestellte Steuerelektroden vorgesehen, welche jeweils mit dem Flüssigkristall ein Lichtventil bilden. Au- ßerhalb der Glasplatten 11, 12 befinden sich Polarisatoren 15, 16 mit zueinander senkrecht stehenden Polarisationsebenen.

0027Die im Zusammenhang mit Fig. 1 kurz beschriebene Lichtquelle ist in Fig. 4 ebenfalls detaillierter dargestellt.

0028Vier Leuchtdioden 1 sind erhöht in der Mitte eines von Stegen 3 gebildeten Loches auf einem Submount 20 angeordnet. Die Leuchtdioden sind über Bonddrähte 21 mit Leitungen 25 verbun- den, die lediglich schematisch durch Schraffur der von ihnen eingenommenen Fläche dargestellt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine der Leuchtdioden rot leuchtend, zwei sind grün leuchtend und die vierte leuchtet blau. Bei dieser Anordnung mischt sich das Licht zu weiß. Der Raum zwischen dem Submount 20 und den Stegen 3 ist mit einer weißen Vergussmasse 22 aufgefüllt, deren Oberfläche 24 als Reflektor für das seitlich von den Leuchtdioden 1 ausgestrahlte Licht dient. Eine transparente Vergussmasse 23 verhindert die Bildung eines Hohlraumes .

0029Die Verbindung zwischen der Lichtquelle 1, 2, 3 und dem Linsenraster 4 erfolgt bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel über eine Schicht 26 aus Silikongel, eine PCF- Schicht 27 und einen geeigneten Kleber 28.

0030Die PCF-Schicht 27 bewirkt, dass von dem mit Hilfe der Leuchtdioden erzeugte Licht nur dasjenige hindurch gelassen wird, das in Richtung des unteren Polarisators 15 polarisiert ist, so dass durch die Polarisation in der PCF-Schicht 27 kein Licht verloren geht. Das anders polarisierte Licht wird von der PCF-Schicht 27 reflektiert und anschließend von der Oberfläche 24 remittiert. Davon gelangt wiederum der Anteil mit der entsprechenden Polarisation zusätzlich durch die PCF- Schicht 27, so dass die PCF-Schicht insgesamt zu einer Erhöhung der Helligkeit beiträgt.

0031Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel ohne eine PCF-Schicht. Außerdem befindet sich in Fig. 5 der dargestellte Ausschnitt am Rand der Einrichtung.

0032Fig. 6 zeigt ein Linsenraster 31 mit acht Linsen, die durch Stege 32 zusammengehalten werden. Vier der in Fig. 6 dargestellten Linsenraster sind bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 nebeneinander angeordnet .