Optische Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays. Die Erfindung betrifft weiterhin eine unter Verwendung des Verfahrens hergestellte optische Einheit für die Hinter grundbeleuchtung eines Displays und ein Display mit einer solchen Hintergrundbeleuchtung .

Flüssigkristallanzeigen (englisch: liquid crystal displays, LCDs) finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung, bei spielsweise in der Unterhaltungselektronik, zur Bildwiedergabe auf Mobiltelefonen oder auch im Bereich der Fahrzeugtechnik für Kombiinstrumente, die Anzeige eines Infotainmentsystems oder als bildgebende Einheit für Head-up-Displays .

Die Anzeige beruht hierbei auf voneinander unabhängigen Seg menten mit Flüssigkristallen, die ihre Ausrichtung ändern, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, und damit die Pola risationsrichtung von einfallendem Licht beeinflussen. Auf diese Weise ändert sich an einem Polarisationsfilter die Durchläs sigkeit für polarisiertes Licht, das mit einer Hintergrund beleuchtung und einem weiteren Polarisationsfilter erzeugt wird.

Bei der heute üblichen Hintergrundbeleuchtung für LCDs werden Leuchtdioden (englisch: light-emitting diode, LED) eingesetzt. Diese können seitlich am Rand eines Lichtleiters angebracht werden und durch diesen nach vorne gestreut werden. Hierbei werden üblicherweise zwischen dem Lichtleiter und der Flüs sigkristallschicht mehrere separate, gestapelt angeordnete optische Folien vorgesehen, um durch Streuung und Ablenkung des Lichts eine möglichst homogene Ausleuchtung der Displayfläche zu gewährleisten. Auf der gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters wird häufig ein Reflektor vorgesehen, um Licht, welches sich vom Lichtleiter zunächst nicht in Richtung der Flüssigkristall schicht ausbreitet, in diese Richtung umzulenken und so die Helligkeit und den Wirkungsgrad der Anzeige zu erhöhen.

Der Folienstapel der für die homogene Ausleuchtung der Dis playfläche verwendeten optischen Folien wird zurzeit übli cherweise durch Übereinanderlegen von mehreren vorkonfektio nierten Folien in der Endmontage der Hintergrundbeleuchtung erzeugt, beispielsweise indem nacheinander die einzelnen Folien auf dem Lichtleiter positioniert, ausgerichtet und durch einen Halterahmen fixiert werden.

Hierfür werden die einzelnen optischen Folien auf Maß zuge schnitten beschafft und verarbeitet. Dies ist technisch, lo gistisch und kostentechnisch nicht die beste Lösung und sehr aufwendig. Weiterhin können die einzelnen Folien durch Reibung untereinander Flitter erzeugen die das durch das Display erzeugte Bild störend beeinflussen können. Ebenso muss jede der einzelnen Folien separat fixiert werden, um so beispielsweise eine an derenfalls potenziell erfolgende Geräuschbildung bei Vibra tionen zu verhindern.

Weiterhin beschreibt die WO 2005/ 024473 A2 einen Folienstapel aus zwei oder mehr optischen Folien vor dem Einfügen in den Dis playrahmen zusammenzuhalten, indem diese durch außerhalb des Sichtbereichs der Folien positionierten Klebstoff miteinander verklebt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein demgegenüber verbessertes Verfahren zum Herstellen einer optischen Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays, sowie eine entsprechende optische Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays und ein Display mit einer solchen Hinter grundbeleuchtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine optische Einheit gemäß Anspruch 9 und ein Display gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer op tischen Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays umfasst die optische Einheit mehrere optische Folien. Ein mindestens zwei Folien aufweisender Folienstapel wird mit einer ersten Kontur geformt und an mindestens einer Kante abgekantet, sodass ein deckelförmiger Folienstapel mit einem umgeformten, eine mindestens teilweise umlaufende Kante aufweisenden, ab gekanteten Teil erzeugt wird. Mindestens eine weitere Folie wird in den deckelförmigen Folienstapel eingebracht.

Hierdurch entsteht eine mechanisch stabile Anordnung, die ein Verrutschen der Folien gegeneinander oder gegenüber einem dazwischen befindlichen Lichtleiter verhindert. Des Weiteren kann das Eindringen von Verschmutzungen verhindert oder zu mindest reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Aus führungs form wird Folienmaterial für die mindestens zwei Folien des Folienstapels übereinander angeordnet. Aus dem übereinander angeordneten Folienmaterial wird ein die mindestens zwei Folien aufweisenden Folienstapel vereinzelt. Die einzelnen Folien in dem Folienstapel werden dann miteinander an den Kanten verbunden.

Hierdurch wird die Endmontage deutlich vereinfacht, da statt mehrerer Folien nur noch ein einzelnes Bauteil gehandhabt wird. Weiterhin wird die Reibung der Folien untereinander ausge schlossen, so dass die Flitterbildung und darauf basierende Bildstörungen vermieden werden. Schließlich sind auch Maßnahmen zur Geräuschreduzierung durch die Handhabung nur eines Bauteils anstatt mehrerer einzelner Folien einfacher umzusetzen.

Vorteilhafterweise werden die einzelnen Folien in dem Foli enstapel zusammengedrückt und dadurch an den Kanten thermisch miteinander verschmolzen.

Ebenso können die einzelnen Folien vorteilhafterweise auch in dem Folienstapel durch ein Klebeverfahren an den Kanten miteinander verbunden werden.

Vorzugsweise werden hierbei die einzelnen Folien in der für die Displaybeleuchtung erforderlichen Form und Größe ausgestanzt und in dem Folienstapel nach dem Stanzen durch das Klebeverfahren verbunden .

Ebenso können die einzelnen Folien aber auch in der für die Displaybeleuchtung erforderlichen Form und Größe mittels eines thermischen Schmelzschneidverfahrens ausgeschnitten werden und durch ein Anschmelzen der Randphase in dem Folienstapel durch das Schneidverfahren verbunden werden.

Vorteilhafterweise ist hierbei das thermische Schmelz

schneidverfahren ein Laserschneidverfahren oder ein Ultra schallschneidverfahren . Vorzugsweise werden eine Reflektorfolie und ein Lichtleiter in den deckelförmigen Folienstapel eingebracht Entsprechend umfasst eine erfindungsgemäße optische Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays einen mindestens zwei Folien aufweisenden Folienstapel, wobei

-ein mindestens zwei Folien aufweisender Folienstapel mit einer ersten Kontur so geformt und an mindestens einer Kante abgekantet ist, dass ein deckelförmiger Folienstapel mit einem umgeformten, eine mindestens teilweise umlaufende Kante aufweisenden, abgekanteten Teil vorliegt; und

- mindestens eine weitere Folie in den deckelförmigen Folienstapel eingebracht ist.

Ein Display gemäß der Erfindung weist eine Hintergrundbe leuchtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Einheit auf.

Vorzugsweise weist die Hintergrundbeleuchtung des Displays einen Lichtleiter und einen Reflektor, der als Reflektorfolie aus gestaltet ist, auf, wobei die Reflektorfolie in den abgekanteten Teil des Folienstapels eingebracht ist und der Lichtleiter zwischen der Reflektorfolie und dem Folienstapel angeordnet ist. Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich. Figurenübersicht

Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße

Verfahren zum Herstellen einer optischen Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays;

Fig . 2 zeigt schematisch die Herstellung einer erfin

dungsgemäßen optischen Einheit bestehend aus einem abgekanteten, aus mehreren verbundene Folien auf weisenden Folienstapel und einer in diesen einge schobenen Reflektorfolie ; und

Fig . 3 zeigt schematisch eine Hintergrundbeleuchtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Einheit.

Figurenbeschreibung

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Er findung werden nachfolgend Aus führungs formen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugs zeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Aus führungs formen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer optischen Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays. Hierbei werden keine einzelnen, bereits vorkonfektionierten Folien verwendet. Stattdessen wird Folienmaterial in einem ersten Verfahrensschritt S1 in jeweils großem Bogenformat für die verschiedenen Folien übereinandergestapelt . Das Bogenformat ist hierbei typischerweise rechteckig und wird vorzugsweise so gewählt, dass aus einem Bogen mehrere der benötigten Folien erzeugt werden können. Je nach Materialeigenschaften des je weiligen Folienmaterials kann dieses aber gegebenenfalls statt in großformatigen Bögen auch jeweils auf einer Rolle vorliegen und von dieser abgerollt werden.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird aus dem übereinander gestapelten Folienmaterial ein die Folien aufweisenden Foli enstapel vereinzelt ( S2 ) . Hierfür können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden. So können in Stanzverfahren mit der gewünschten Form entsprechenden Stanzwerkzeugen die Folien mit der gewünschten Kontur und Größe ausgestanzt werden. Ebenso können beispielsweise Laser-, Ultraschall-, Wasserstrahl- oder Plasmaschneidverfahren eingesetzt werden.

Die einzelnen Folien im Folienstapel werden dann in einem dritten Verfahrensschritt S3 durch ein thermisches Verschmelzen oder durch ein zusätzliches Klebeverfahren, z.B. nach dem Stanzen, an den Kanten miteinander verbunden. Der so erzeugte Folienverbund kann dann im Rahmen der Endmontage der Hintergrundbeleuchtung in einem Stück montiert werden.

Die Verbindung der einzelnen Folien kann auch bereits im Rahmen des Schneidvorgangs erfolgen, wenn durch Einsatz eines ge eigneten Schneidverfahrens, beispielsweise eines Laser- oder Ultraschallschneidverfahrens, die Randphase des Folienstapels angeschmolzen wird. Schließlich ist auch denkbar, das Foli- enmaterial zunächst zu verbinden und erst anschließend zu vereinzeln .

Der erzeugte Folienstapel weist beispielsweise zwei oder drei übereinandergestapelte Folien auf. Die eingesetzten Folien können hierbei unterschiedliche optischen Eigenschaften haben.

So werden beispielsweise für die Hintergrundbeleuchtung so genannte Diffusionsfolien bzw. Diffusorfolien eingesetzt, die für eine homogene Streuung des Lichts sorgen, dass direkt von als Lichtquelle verwendeten LEDs oder einem Lichtleiter abgegeben wird. Solche Diffusionsfolien sind typischerweise zwar durchscheinend mit hohen Transmissionswerten für das einge strahlten Licht, sind aber nicht vollständig transparent und erscheinen eingetrübt. Es können beispielsweise je nach Kon figuration zwischen Null und drei Diffusionsfolien eingesetzt werden .

Ebenso können beispielsweise Prismenfolien eingesetzt werden, die hoch transparent sind und mit einer mikroprismatischen Oberfläche für eine Optimierung der Ausleuchtung eingesetzt werden können. Es kann hierbei beispielsweise eine Prismenfolie oder auch zwei Prismenfolien mit zueinander senkrecht ange ordneten Prismenstrukturen verwendet werden.

Ebenso kann auch eine Kombination verschiedener Folientypen, beispielsweise von zwei Prismenfolien mit einer Diffusionsfolie, erfolgen .

In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird der Folienstapel dann an den Kanten durch eine Warmumformung abgekantet, so dass die Rückstellkraft der Folien eliminiert wird und der Folienstapel dann permanent eine deckelartige Form aufweist. Dieses kann auch im Rahmen eines Stanzbiegeverfahren erfolgen, bei dem der Folienstapel in einer geeigneten Kontur gestanzt und im Anschluss abgekantet wird.

Weiterhin wird in einem fünften Verfahrensschritt S5, der unabhängig von den vorherigen Verfahrensschritten ist und daher nach, während oder vor diesen anderen Verfahrensschritten erfolgen kann, mindestens eine weitere Folie mit einer kleineren, an die Maße des deckelförmigen Folienstapels angepassten Kontur umgeformt. Insbesondere kann es sich bei dieser weiteren Folie um eine Reflektorfolie handeln.

Diese wird in einem sechsten Verfahrensschritt S6 in den de ckelförmigen Folienstapel eingeschoben, so dass ein Verrutschen der Folien gegeneinander verhindert wird. Hierbei kann ins besondere eine Reflektorfolie in den abgekanteten Teil des Folienstapels eingebracht werden, wobei ein zwischen der Re flektorfolie und dem Folienstapel angeordneter Lichtleiter ebenfalls Teil dieser Anordnung wird, so dass eine mechanisch stabile optische Einheit für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays entsteht. Hierbei kann durch die umlaufende Kante ein Eindringen von Verschmutzungen verhindert werden.

Das Abkanten des Folienstapels kann, je nach Gesamtaufbau, auch an nur einer, zwei oder drei Seiten erfolgen. So kann bei einer seitlichen Einkopplung des von den LEDs stammenden Lichtes in den Lichtleiter der Bereich der Einkoppelstelle von der Abkantung ausgespart werden.

Figur 2 zeigt schematisch die Herstellung einer erfindungs gemäßen optischen Einheit bestehend aus einem abgekanteten, aus drei verbundenen Folien aufweisenden Folienstapel und einer in diesen eingeschobenen Reflektorfolie . Folienbögen mit Folienmaterial FM für die drei Folien ist hierbei übereinander angeordnet, wobei das Folienmaterial zunächst noch separat vorhanden ist . Nach der Vereinzelung aus dem übereinander gestapelten Folienmaterial liegen dann drei Folien F mit dem für die Hintergrundbeleuchtung des Displays erforderlichen Maßen vor, die dann der weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Aus dem überschüssigen Rest FR des Folienmaterials können weitere Folien erzeugt werden, solange die Größe des Restes dieses zulässt. Nach dem Verschmelzen bzw. Verkleben liegt dann ein aus den drei Folien bestehender Folienverbund FB vor, wobei dieser in dem darge stellten Beispiel zunächst noch planparallel ist. Durch eine Abkantung der Kanten des Folienstapels wird dann ein deckel förmiger Folienverbund FD erzeugt. Nach Einbringen der Re flektorfolie R in diesen deckelförmigen Folienstapel FD liegt dann eine mechanisch stabile optische Einheit OE vor, wobei zwischen der Reflektorfolie und dem abgekanteten Folienstapel noch weitere, hier nicht dargestellte optische Elemente an geordnet sein können.

Figur 3 zeigt schematisch eine Hintergrundbeleuchtung mit einer solchen erfindungsgemäßen optischen Einheit, die für ein elektronisches Anzeigeelement, insbesondere in Form einer Flüssigkristallanzeige, eingesetzt werden kann. Die Flüssig kristalle sind typischerweise zwischen zwei Glasschichten angeordnet, wobei Polarisatoren oberhalb und unterhalb der Glasschichten angeordnet sind. Dieser Aufbau ist dem Fachmann geläufig und daher nicht in der Figur dargestellt.

Die Hintergrundbeleuchtung weist in der dargestellten Aus führungsform eine Lichtquelle L, einen plattenförmigen

Lichtleiter LL einen deckelförmiger Folienverbund FD mit zwei optischen Folien F zur Optimierung der Ausleuchtung und eine Reflektorfolie R auf. Dieses ist aber nur eine exemplarische Aus führungs form, ebenso können beispielsweise auch mehr als zwei Folien und mehrere Reflektorfolie vorhanden sein.

Die Lichtquelle L erzeugt vorzugsweise weißes Licht und kann insbesondere eine Anordnung mit einer Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) aufweisen, es sind aber auch andere Bauformen bei spielsweise mit einer oder mehreren Leuchtstoffröhren möglich. Insbesondere bei Anzeigesystemen, bei denen eine geringe Ge samtdicke gewünscht ist, wird die Lichtquelle hierbei wie dargestellt seitlich positioniert und das Licht der Lichtquelle durch den Lichtleiter LL auf das eigentliche Anzeigeelement umgelenkt. Um ein Einkopplung des von den LEDs stammenden Lichtes in den Lichtleiter zu ermöglichen, ist der deckelförmiger Folienverbund FD auf der LEDs hierbei nicht abgekantet.

Der Folienverbund FD enthält optischen Folien F zur Optimierung der Ausleuchtung, wobei verschiedene optische Eigenschaften des Hintergrundlichts beeinflusst werden können. So können eine oder mehrere Diffusorfolien, zusätzliche Polarisatorfolien oder Prismenfolien, die jeweils eine Reihe von prismenförmigen Rippen an ihrer Oberfläche aufweisen, vorgesehen sein. Auf der dem Folienverbund FD gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters LL ist eine Reflektorfolie R vorgesehen, die Licht, welches sich vom Lichtleiter zunächst nicht in Richtung der Flüssigkristall- Schicht ausbreitet, in diese Richtung umzulenken und so die Helligkeit der Anzeige zu erhöhen.