Mikrolinsen als Präzisionsstrahler

Eine anwendungsspezifisch modifizierbare Mikrolinsentechnologie verringert bei seitlicher LED-Hinterleuchtung nicht nur die Streuverluste, sondern verteilt das Licht auch äußerst homogen.

Herkömmliche LCDs werden mit Hilfe von Kaltkathodenröhren hinterleuchtet. Für mittlere und große Displays benötigt man aber oft schon eine ansehnliche Zahl solcher CCFTs, die zudem mit Nachteilen behaftet sind. Sie sind mit umweltschädlichem Gas gefüllt, benötigen Hochspannung und ihr Farbspektrum bietet nur eine eingeschränkte Farbpalette, so dass eine natürliche Farbwiedergabe nicht möglich ist.

Lösungen mit High-Brightness-LEDs (HB-LEDs) sind inzwischen bei gleichem Lichtstrom kaum noch teurer als CCFT, benötigen aber weniger elektrische Leistung und keine Hochspannungsversorgung. Sie bieten außerdem eine weitaus bessere Farbpalette und erzeugen einen so hohen Lichtstrom, dass für die Hinterleuchtung mittlerer oder größerer Displays bereits eine geringe Zahl von HB-LED genügen würde.

Seitliche Einkoppelung ermöglicht außerdem eine sehr flache Bauweise LED-hinterleuchteter Displays. Das ist aber nur möglich, wenn der Lichtstrom sich mit ausreichender Homogenität über die gesamte Fläche verteilt. Herkömmliche Lichtleiterkonzepte reichen dazu aber nicht mehr aus. Der Optikspezialist Global Lighting Technologies (GLT), der in Deutschland von dem Unternehmen Able Design vertreten wird, stellt ein neuartiges Konzept vor: Es basiert auf kundenspezifischen Designs, die eine Vielzahl flexibel angeordneter Mikrolinsen nutzen, deren Aufgabe darin besteht, das eingekoppelte Licht präzise zu verteilen.

»Herkömmliche Designs mit LED-Hinterleuchtung nutzen einfach eine Matrix, die aus einer großen Zahl weiß leuchtender LEDs besteht«, sagt Able Design Geschäftsführer Gert von Steinaecker. »Sofern diese LEDs alle gleich hell leuchten und den gleichen Farbort haben, ist das ein brauchbares Design. Und als die LEDs noch nicht so lichtstark waren wie heute, gab es nicht einmal eine andere Möglichkeit«.

Streuverluste vermeiden

»Der Nachteil herkömmlicher Lichtleiterdesigns ist, dass erhebliche Streuverluste auftreten, die viel Licht verschwenden«, erklärt von Steinaecker die Herausforderung. In gewisser Weise funktionieren solche Lichtleiter ähnlich wie diffuse Strahler: Das aufwändig erzeugte und großzügig verteilte Licht kommt schon an, aber nicht unbedingt dort, wo es gebraucht wird. »Mit Mikrolinsen hingegen lässt sich der Öffnungswinkel so gestalten, dass keine nennenswerten Verluste mehr zu beklagen sind.« Die Mikrolinsentechnologie dient also gewissermaßen als Präzisionsstrahler mit genauer Fokussierung des Lichtes.

Der Vorteil der Mikrolinsentechnologie ist außerdem, dass sich anwendungsspezifische Arrays aufbauen lassen, deren Geometrie und Topografie sich genau auf die jeweiligen Erfordernisse zuschneiden lassen. »In der Praxis gehen wir dabei so vor, dass wir die Lichtverteilung der vorgesehenen LED ohne Linsenarray ausmessen und dann eine erste Näherung für das Array entwerfen. Mittels mehrerer Iterationen nähern wir uns dann einem Optimum, das eine sehr homogene Lichtverteilung über die gesamte zu hinterleuchtende Fläche gewährleistet«, sagt von Steinaecker.

Die Mikrolinsentechnologie ist übrigens so flexibel, dass sie nicht nur für die Hinterleuchtung von Displays in Frage kommt. »GLT hat uns berichtet, dass man mit einem nicht optimierten Muster zu einem bekannten Tastaturenhersteller ging, um die Technologie zu demonstrieren. Das mitgebrachte Muster überzeugte gleich beim ersten Versuch, da es mit weniger Leuchtdioden zu einer besseren Ausleuchtung kam.«

Wer mehr über die Mikrolinsentechnik erfahren möchte, kann das am 4. März um 15:20 Uhr auf der Konferenz zur embedded world in Nürnberg: Gert von Steinaecker hält dort einen Vortrag zum Thema. Nähere Infos unter www.electronic-displays.de.