DE19851432A1

DE19851432A1 - Back lighting device for flat display has extensions on side of light guide on side where light is coupled from light source

Info

Publication number: DE19851432A1
Application number: DE1998151432
Authority: DE
Inventors: Arndt Wagner; Matthias Gebauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2000-05-11
Also published as: KR20000035294A; JP2000149637A; NL1013538C2; NL1013538A1; TW451174B

Abstract

A planar light guide (33) is arranged on the side of the display opposite the visible side. A rod-shaped light source (30) supplies light into the narrow side (34) of the light guide. The light guide has at least one extension (35,36) on the side on which the light from the light source is coupled into it. The light source may be at least as long as the narrow side of the light guide, and may have a micro-prism structure.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Hinter leuchtung einer flächigen Anzeige nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung zur flächigen Hinterleuchtung bekannt, z. B. aus der Druckschrift EP 0 544 332 A1. Die Hinterleuchtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik verfügt über Lichtleiter, deren Kanten durch den Herstellungsprozeß nicht ideal eckig, sondern leicht abgerundet sind. Dies führt im Kantenbereich zu einer veränderten Lichteinkopplung. Darüber hinaus wird die Winkelverteilung des eingekoppelten Lichtes an den Kanten verändert. Die schwächere Lichteinkopplung an diesen Kanten kann sich im Lichtleiter ausbreiten und hat somit während des Betriebs der Hinterleuchtungsvorrichtung einen dunklen oder auch hellen Streifen zur Folge, der bei Aufsicht auf den Lichtleiter erkennbar ist. Hierdurch wird die Homogenität der Anzeigenhelligkeit gestört. Indem der Radius der Kurvenrundung vermindert wird, läßt sich dieser Effekt abschwächen. Dies erfordert aber einen höheren Aufwand für die Fertigung des Lichtleiters und macht die Lichtleiterkante empfindlicher gegenüber mechanischen Einflüssen.The invention is based on a device for the rear Illumination of a flat display according to the genus of Main claim. It is already a device for flat Backlighting known, e.g. B. from the publication EP 0 544 332 A1. The backlight device after the State of the art has light guides whose edges not ideally angular due to the manufacturing process, but are slightly rounded. This leads to the edge area a changed light coupling. In addition, the Angular distribution of the coupled light at the edges changed. The weaker light coupling on these edges can spread in the light guide and thus has during operation of the backlight device is dark or also light streaks, which when supervised the light guide is recognizable. This will make the Display brightness homogeneity disturbed. By the Radius of the curve rounding is reduced, this can be Weaken effect. But this requires a higher one Effort for the production of the light guide and does that Optical fiber edge more sensitive to mechanical Influences.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die angeformte Erweiterung eine Beeinträchtigung der Anzeigen homogenität durch die Kantenrundungen nicht mehr auftreten kann.The inventive device with the features of Main claim has the advantage that the molded extension affects the ads homogeneity no longer occur due to the rounded edges can.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung zur Hinterleuchtung möglich. Es ist vorteilhaft, die Lichtquelle mindestens so lang wie die Schmalseite des Lichtleiters, an der das Licht eingekoppelt wird, einschließlich der Erweiterungen zu gestalten. Auf diese Weise kann das Licht homogen über die gesamte Lichtleiterbreite eingekoppelt werden.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements in Main claim specified device for backlighting possible. It is advantageous to use the light source at least this way long as the narrow side of the light guide on which the light is coupled, including the extensions shape. In this way, the light can be homogeneous across the entire fiber optic width can be coupled.

Weiterhin ist es von Vorteil, die Erweiterungen keilförmig auszuführen, da diese Ausführungsform einerseits hinrei chende mechanische Stabilität bietet und andererseits platzsparend ist.It is also advantageous to make the extensions wedge-shaped to perform because this embodiment on the one hand mechanical stability and on the other hand is space-saving.

Weiterhin ist es von Vorteil, sowohl die Lichtquelle als auch einen ersten Bereich des Lichtleiters mit einem Re flektor zu umgeben, um Abstrahlungsverluste der Lampe und Einkopplungsverluste in den Lichtleiter zu vermindern.Furthermore, it is advantageous to use both the light source also a first area of the light guide with a Re to surround the lamp to avoid radiation losses To reduce coupling losses in the light guide.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Es zeigen Fig. 1 eine Hinterleuchtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik, Fig. 2 eine herkömmliche Lichtleiterkante, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Hinter leuchtungsvorrichtung, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Erwei terung des Lichtleiters, Fig. 5 eine Ausschnittsvergrößerung dieser Erweiterung, Fig. 6 eine andere erfindungsgemäße Erweiterung des Lichtleiters, Fig. 7 eine erfindungsgemäße Hinterleuchtungsvorrichtung zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallzelle, Fig. 8 eine weitere erfindungsgemäße Hinterleuchtungsvorrichtung zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallzelle.Embodiments of the invention are shown in the drawing and he explains in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 is a backlighting device according to the prior art, Fig. 2 shows a conventional light guide edge, Fig. 3 an inventive rear leuchtungsvorrichtung, Fig. 4 is a Erwei invention esterification of the light guide, Fig. 5 shows an enlarged detail of this extension, Fig. 6 a another extension of the light guide according to the invention, FIG. 7 a backlighting device according to the invention for backlighting a liquid crystal cell, FIG. 8 another backlighting device according to the invention for backlighting a liquid crystal cell.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Hinterleuchtungsvorrich tung nach dem Stand der Technik dargestellt mit einer Lichtquelle 10, die über elektrische Anschlüsse 11, 12 ver fügt, und einen Lichtleiter 13, der über eine Schmalseite 14 verfügt, die zur Lichtquelle 10 hinweist. Die Hinter leuchtungsvorrichtung ist in Aufsicht dargestellt. Nicht eingezeichnet ist die Anzeige selbst, z. B. eine Flüssig kristallanzeige, die oberhalb einer Lichtleiteroberfläche 15 angeordnet ist. Die Endkante der Schmalseite 14 ist mit einer gestrichelten Linie 16 umrandet. Dieser Bereich ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Das Licht wird von der Lichtquelle 10 über die Schmalseite 14 in den Lichtleiter 13 eingekoppelt. Das Licht wird in Totalreflektion durch den Lichtleiter geleitet und über nicht eingezeichnete, an der Lichtleiteroberseite und/oder -unterseite angebrachte Modifikationen durch die Lichtleiteroberseite 15 zur Anzeige hin umgelenkt.In Fig. 1, a conventional Hinterleuchtungsvorrich device according to the prior art is shown with a light source 10 , which has electrical connections 11 , 12 , and a light guide 13 , which has a narrow side 14 , which points to the light source 10 . The back lighting device is shown in supervision. The display itself is not shown, e.g. B. a liquid crystal display, which is arranged above a light guide surface 15 . The end edge of the narrow side 14 is surrounded by a dashed line 16 . This area is shown enlarged in FIG. 2. The light is coupled into the light guide 13 from the light source 10 via the narrow side 14 . The light is guided through the light guide in total reflection and is deflected by the light guide top 15 to the display via modifications (not shown) attached to the top and / or bottom of the light guide.

In Fig. 2 ist der Ausschnitt 16 aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Es ist die Schmalseite 14 des Lichtleiters 13 zu erkennen. In der Vergrößerung erkennt man anstelle einer Kante eine Abrundung 20. Durch diese Abrundung 20 wird der Winkel, in dem Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, gegenüber der Schmalseite 14 verändert. In FIG. 2, the cutout 16 is shown in FIG. 1, shown enlarged. The narrow side 14 of the light guide 13 can be seen. In the enlargement, a rounding 20 can be seen instead of an edge. This rounding 20 changes the angle at which light is coupled into the light guide with respect to the narrow side 14 .

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Hinterleuchtungsvor richtung dargestellt. Eine Lichtquelle 30 ist mit elektri schen Anschlüssen 31, 32 versehen. Ein Lichtleiter 33 verfügt über eine zur Lichtquelle 30 gewandte Schmalseite 34. An den Lichtleiter 33 sind an beiden Enden der Schmalseite 34 Erweiterungen 35 und 36 angeformt. Der Bereich der Erweiterung 35 ist mit einer gestrichelten Linie 37 umrandet und in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Das Licht wird hier - vergleichbar mit der Vorrichtung in Fig. 1 - von der Lichtquelle 30 über die Schmalseite 34 in den Lichtleiter 33 eingekoppelt und durch Modifikationen an der Lichtleiterober- und/oder -unterseite zu der Anzeige umgelenkt, die nicht eingezeichnet ist, deren Anzeigebereich jedoch durch eine gestrichelte Linie 38 mar kiert ist. Die nicht eingezeichneten Modifikationen können z. B. ein auf die Lichtleiterunterseite aufgebrachter Rasterdruck oder eine auf die Lichtleiterunterseite und/oder -oberseite aufgebrachte Mikrostruktur sein, insbesondere Mikroprismen. Der Lichtleiter 33 ist entweder als Platte oder als Keil ausgebildet, dessen Dicke mit zunehmender Entfernung von der Schmalseite 34 abnimmt. Die Erweiterungen 35 und 36 entsprechen sich vorzugsweise spiegelbildlich. Deshalb ist für die Vergrößerung des Ausschnitts 37 lediglich die Erweiterung 35 ausgewählt.In Fig. 3 an inventive Hinterleuchtungsvor direction is shown. A light source 30 is provided with electrical connections 31 , 32 . A light guide 33 has a narrow side 34 facing the light source 30 . To the light guide 33 are integrally formed extensions 34 35 and 36 at both ends of the narrow side. The area of the extension 35 is surrounded by a dashed line 37 and is shown enlarged in FIG. 4. The light is here - comparable to the device in Fig. 1 - from the light source 30 via the narrow side 34 into the light guide 33 and deflected by modifications to the top and / or bottom of the light guide to the display, which is not shown, the However, the display area is marked by a dashed line 38 . The modifications not shown can e.g. B. a raster print applied to the underside of the light guide or a microstructure applied to the underside and / or top of the light guide, in particular microprisms. The light guide 33 is designed either as a plate or as a wedge, the thickness of which decreases with increasing distance from the narrow side 34 . The extensions 35 and 36 preferably correspond in mirror image. Therefore, only the extension 35 is selected for the enlargement of the section 37 .

In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Er weiterung 35 des Lichtleiters 33 dargestellt. Fig. 4 ist eine Vergrößerung des Ausschnitts 37 aus Fig. 3. Die Schmalseite 34 des Lichtleiters führt bis zu einem Ende 41 der Schmalseite 34, in dem die Schmalseite in eine Abrundung 42 übergeht, und stellt eine erste Seitenfläche der Erweiterung 35 dar. Eine zweite Seitenfläche 43 begrenzt die Erweiterung 35, so daß die Erweiterung 35 in Aufsicht keilförmig erscheint. Ferner sind zwei gestrichelte Linien 44, 45 eingetragen, wobei die erste Linie 44 mit der Seitenfläche 34 einen Winkel von 50° einschließt und die zweite Linie 45 mit der Seitenfläche 34 einen Winkel von 90° einschließt. Die Erweiterung 35 ist so geformt, daß die Seitenfläche 43 jeden Strahl schneidet, der im Punkt 41 beginnt und zwischen den beiden Linien 44 und 45 liegt. Durch die Wahl dieses Winkels verbleiben alle Störungen, die durch die Abrundung 42 verursacht werden und sich im Lichtleiter fortsetzen innerhalb des Bereichs der Erweiterung 35. Sie sind damit für einen Betrachter der Anzeige unsichtbar, der nur den in Fig. 3 dargestellten Anzeigebereich 38 sehen kann. Eine gestrichelte Linie 46 bezeichnet einen Bereich, der in Fig. 5 vergrößert dargestellt ist.In FIG. 4, an embodiment of the present invention It furtherance 35 of the light guide 33 shown. FIG. 4 is an enlargement of the detail 37 from FIG. 3. The narrow side 34 of the light guide leads to an end 41 of the narrow side 34 , in which the narrow side merges into a rounding 42 , and represents a first side face of the extension 35 second side surface 43 delimits the extension 35 , so that the extension 35 appears wedge-shaped when viewed from above. Further, two broken lines 44, registered 45, wherein the first line 44 with the side surface 34 forms an angle of 50 ° and the second line 45 includes an angle of 90 ° with the side face 34th The extension 35 is shaped so that the side surface 43 intersects any beam that begins at point 41 and lies between the two lines 44 and 45 . By selecting this angle, all disturbances that are caused by the rounding 42 and continue in the light guide remain within the area of the extension 35 . They are therefore invisible to a viewer of the display who can only see the display area 38 shown in FIG. 3. A broken line 46 denotes a region which is shown enlarged in FIG. 5.

In Fig. 5 ist der in Fig. 4 mit 46 bezeichnete Bereich, die Kante der Erweiterung 35, vergrößert dargestellt. Die Seitenfläche 34 der Erweiterung 35 ist durch Striche 52 verlängert dargestellt. Ebenso ist die Seitenfläche 43 durch Striche 51 verlängert dargestellt. Die verlängerten Striche 51 und 52 schließen einen Winkel α 53 ein. Ferner ist ein Mittelpunkt 54 der Abrundung 42 mit einem Radius 55 dargestellt. Der Winkel α hat einen Wert zwischen 1° Grad und 50% vorzugsweise einen Wert zwischen 10° und 50°. Dieser Wert ist von dem Berechnungsindex des verwendeten Materials abhängig. Je höher der Berechnungsindex des Materials ist, desto größer kann der Winkel α gewählt werden, ohne daß Störungen, die durch die Rundung 42 verur sacht werden, die Anzeige stören können. Der Radius 55 für den Kreisbogen der Abrundung 42 ist nicht größer als 1/5 der Länge der Seitenfläche 43.In FIG. 5, the area designated by 46 in FIG. 4, the edge of the extension 35 , is shown enlarged. The side surface 34 of the extension 35 is shown extended by lines 52 . The side surface 43 is also shown extended by lines 51 . The elongated lines 51 and 52 form an angle α 53 . Furthermore, a center point 54 of the rounding 42 with a radius 55 is shown. The angle α has a value between 1 ° and 50%, preferably a value between 10 ° and 50 °. This value depends on the calculation index of the material used. The higher the calculation index of the material, the greater the angle .alpha. Can be chosen without disturbances which are caused by the rounding 42 which can disrupt the display. The radius 55 for the circular arc of the rounding 42 is not greater than 1/5 the length of the side surface 43 .

In Fig. 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung der Erweiterung des Lichtleiters dargestellt. Diese Erweiterung kann den umrandeten Bereich 37 in Fig. 3 ersetzen; die Erweiterung 36 in Fig. 3 ist dann spiegelbildlich anzupassen. Es ist der Lichtleiter 33, eine Erweiterung 60, eine verlängerte Schmalseite 61 des Lichtleiters, die eine erste Seitenfläche der Erweiterung ist, ein Ende 62 der Schmalseite 61 und eine zweite Seitenfläche 63 dargestellt. Eine gestrichelte Linie 64 schließt einen Winkel von 50° mit der verlängerten Schmalseite 61 ein und eine gestrichelte Linie 64 schließt einen Winkel von 90° mit der verlängerten Schmalseite 63 ein. Die Funktionsweise ist äquivalent zu der Darstellung in Fig. 4. Die gestrichelten Linien 64 und 65 begrenzen den Bereich, innerhalb dem Strahlen, die im Endpunkt 62 beginnen und durch den Lichtleiter verlaufen, von der zweiten Seitenfläche 63 begrenzt werden, so daß sie nicht bis zu dem Anzeigebereich 38 aus Fig. 3 verlaufen.In FIG. 6, a further embodiment of the invention the expansion of the light guide is shown. This extension can replace the bordered area 37 in FIG. 3; the extension 36 in FIG. 3 is then to be adapted in mirror image. The light guide 33 , an extension 60 , an elongated narrow side 61 of the light guide, which is a first side surface of the extension, an end 62 of the narrow side 61 and a second side surface 63 are shown. A dashed line 64 forms an angle of 50 ° with the elongated narrow side 61 and a dashed line 64 encloses an angle of 90 ° with the elongated narrow side 63 . The mode of operation is equivalent to the illustration in FIG. 4. The dashed lines 64 and 65 delimit the area within which rays that begin at the end point 62 and pass through the light guide are limited by the second side surface 63 , so that they do not extend to to the display area 38 from FIG. 3.

In Fig. 7 ist eine erfindungsgemäße Hinterleuchtungsvor richtung in eine Flüssigkristallanzeige integriert. Die An zeige ist in einem Querschnitt dargestellt. Es ist eine stabförmige Lichtquelle 71, ein Lichtleiter 72 und ein Reflektor 73 dargestellt, der sich hinter dem Lichtleiter und der Lichtquelle befindet. Der Lichtleiter 72 hat eine Oberseite 79 und eine Schmalseite 78, in die das Licht eingekoppelt wird. Über dem Lichtleiter befindet sich ein Prismenfilm 74, ein Diffusor 75 und die Flüssigkristallzelle 76. Ferner ist eine gestrichelte Linie 77 eingezeichnet. Der Reflektor 73 dient dazu, Lichtverluste zu vermindern und das Licht der Lichtquelle durch die Schmalseite 78 in den Lichtleiter 72 zu lenken. Der Prismenfilm 74, der vorzugsweise aus einer dünnen Folie mit einer aufgebrachten Mikroprismenstruktur besteht, kollimiert das Licht in Richtung Flüssigkristallanzeige 76. Der Diffusor 75 ist optional und dient dazu, verbliebene Inhomogenitäten der Hinterleuchtung zu eliminieren. Die Flüssigkristallzelle 76 besteht aus nicht eingezeichneten, einzelnen Bildelementen, deren Absorption durch äußere Steuerung schaltbar ist, so daß ein Bildeindruck entsteht. Weitere, an die Flüssigkristallzelle angebrachte Treiberelektronik ist nicht dargestellt. An Stelle der Flüssigkristallzelle kann auch ein Film oder eine Tafel aufgebracht sein, die bei Hinterleuchtung eine Bilddarstel lung ermöglichen. Die gestrichelte Linie 77 begrenzt den Bereich zwischen der Linie 77 und der Schmalseite 78, in dem seitlich die erfindungsgemäßen Erweiterungen angeformt werden, wie es aus Fig. 3 deutlich wird.In Fig. 7, a backlighting device according to the invention is integrated in a liquid crystal display. The display is shown in a cross section. A rod-shaped light source 71 , a light guide 72 and a reflector 73 are shown, which is located behind the light guide and the light source. The light guide 72 has an upper side 79 and a narrow side 78 , into which the light is coupled. A prism film 74 , a diffuser 75 and the liquid crystal cell 76 are located above the light guide. A dashed line 77 is also shown. The reflector 73 serves to reduce light losses and to direct the light from the light source through the narrow side 78 into the light guide 72 . The prism film 74 , which preferably consists of a thin film with an applied microprism structure, collimates the light in the direction of the liquid crystal display 76 . The diffuser 75 is optional and serves to eliminate remaining inhomogeneities in the backlighting. The liquid crystal cell 76 consists of individual picture elements (not shown), the absorption of which can be switched by external control, so that an image impression is created. Further driver electronics attached to the liquid crystal cell are not shown. Instead of the liquid crystal cell, a film or a panel can also be applied, which enables image display when backlit. The dashed line 77 delimits the area between the line 77 and the narrow side 78 , in which the extensions according to the invention are formed on the side, as is clear from FIG. 3.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hinterleuchtungsvorrichtung für die Verwendung in einer Flüssigkristallanzeige dargestellt. Es sind Lichtquelle 71, Prismenfilm 74, Diffusor 75, Flüssigkristallanzeige 76 und Schmalseite 78 unverändert gegenüber Abb. 7. Ein Lichtleiter 80 ist nun in Keilform mit an einer Oberseite 83 und/oder einer Unterseite 84 des Lichtleiters 80 angebrachten, nicht eingezeichneten Mikroprismen ausgeführt. Ein Reflektor 81 ist an die Keilform angepaßt. Eine gestrichelte Linie 82 bezeichnet den Bereich zwischen der Linie 82 und der Schmalseite 78, in dem seitlich die erfindungsgemäßen Erweiterungen angeformt werden, wie es aus Fig. 3 deutlich wird.In FIG. 8, another embodiment of the backlighting device according to the invention for use in a liquid crystal display. There are light source 71 , prism film 74 , diffuser 75 , liquid crystal display 76 and narrow side 78 unchanged from FIG. 7. A light guide 80 is now designed in a wedge shape with microprisms (not shown) attached to a top 83 and / or a bottom 84 of the light guide 80 . A reflector 81 is adapted to the wedge shape. A dashed line 82 denotes the area between the line 82 and the narrow side 78 , in which the extensions according to the invention are formed on the side, as is clear from FIG. 3.

Claims

1. Device for backlighting a flat display with a light guide ( 33 , 72 , 80 ) which is flat and which is arranged on the side opposite the visible part of the display ( 38 ), a rod-shaped light source ( 30 , 71 ) being provided whose light is coupled in on a narrow side ( 34 , 78 ) of the light guide, characterized in that the light guide has at least one integrally formed extension ( 35 , 36 , 60 ) on the side on which the light is coupled in.

2. Device for backlighting according to claim 1, characterized characterized in that the light source is at least as long as is the narrow side of the light guide on which the light is coupled.

3. Device for backlighting according to one of the preceding claims, characterized in that the Light guide is provided with a micro prism structure.

4. Device for backlighting according to one of the preceding claims, characterized in that the extension has at least a first ( 34 , 61 ) and a second side surface ( 43 , 63 ), with a narrow side of the light guide into the light through the first side surface of the light source is extended to one end ( 41 , 62 ) of the narrow side, and the second side surface is cut by each beam which, viewed from the top of the light guide, begins in the end of the narrow side and has at least one with the first side surface Includes acute angle facing away from the light source, the value of which is in the range of 50 degrees to 90 degrees.

5. Device for backlighting according to one of the preceding claims, characterized in that the Extension is wedge-shaped.

6. Device for backlighting according to claim 5, characterized in that the side of the light guide facing the light source is just extended by the wedge-shaped extension, the side of the wedge-shaped extension facing away from the light source with the side facing the light source has a constant, acute angle ( 53 ) in the range of 1 degree to 50 degrees.

7. Backlighting device according to one of claims 5-6, characterized in that the wedge ends in a ridge whose tip radius ( 55 ) is at most one fifth of the length of the side facing away from the light source ( 43 , 63 ) of the extension.

8. Backlighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 30 , 71 ) and an area of the light guide including the extensions are partially surrounded by a reflector ( 73 , 81 ).