DE69220870T2

DE69220870T2 - Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung

Info

Publication number: DE69220870T2
Application number: DE69220870T
Authority: DE
Inventors: Keiji Kashima; Osamu Shoji; Naoki Yoshida
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1991-08-22
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2012-08-22
Also published as: US5442523A; DE69220870D1; EP0534140A1; EP0534140B1; US5730518A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung für Flüssigkristall-Anzeigetafeln, welche lichtdurchlässige oder halbdurchlässige Anzeigetafeln rückseitig beleuchtet.
Gemäß dem Dokument GB-A-2 165 631 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung zur Verwendung mit Anzeigetafeln bekannt, wobei die Vorrichtung eine dünne, transparente, lichtdurchlässige Grundplatte aufweist, eine lichtstreuende Schicht, welche auf einer vorderen Oberfläche der Grundplatte erzeugt ist, und eine lichtreflektierende Oberfläche, welche in der Nähe der rückseitigen Oberfläche der Grundplatte erzeugt ist. Die Grundplatte und die lichtstreuende Schicht sind durch eine Zwischenschicht, welche zwischen der Grundplatte und der lichtstreuenden Schicht erzeugt ist, einstückig miteinander verbunden.
Das weitere Dokument IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 33, Nr. 9, Februar 1991, Seiten 261 - 262, "High efficiency backlight for LCD", beschreibt eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung für die Verwendung mit Anzeigetafeln, in welcher eine Mikroprismenplatte auf der oberen Oberfläche einer Lichtleiteinrichtung angeordnet ist, um die Richtung der von der Lichtleiteinrichtung ankommenden Lichtstrahlen zu verändern. Die in der Richtung veränderten Lichtstrahlen werden dann durch eine dünne Streuschicht, angeordnet auf der Mikroprismenplatte, umgewandelt, um Lichtstrahlen auszubilden, welche eine starke Intensitätsverteilung aufweisen.
Aus dem Stand der Technik ist ebenfalls eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung bekannt, welche in dem Dokument JP- A-21 76 629 beschrieben ist und eine Lichtquelle aufweist, welche an einer Kante eines Lichtleitkörpers angeordnet ist, dessen eine Seite durch eine reflektierende Schicht bedeckt ist und dessen andere Seite eine geglättete Projektionsoberfläche aufweist, welche im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der reflektierenden Schicht ist.
Dünne Flüssigkristallanzeigen, welche mit einer Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung ausgestattet sind, die das leichte Betrachten der Information auf dem Bildschirm gestatten, werden in den neuesten Versionen von Laptop- oder Buchform-Textverarbeitungssystemen und Computern verwendet.
Die herkömmlich verwendete Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung übernimmt ein "Einzellampen-Kantenbeleuchtungsverfahren", in welchem eine linienförmige Lichtquelle, wie z. B. eine Leuchtstofflampe, an einem Endabschnitt einer lichtdurchlässigen Lichtleitplatte angeordnet ist, wie Fig. 1(a) zeigt, oder ein "Doppellampen-Kantenbeleuchtungsverfahren", in welchem eine linienförmige Lichtquelle, wie z. B. eine Leuchtstoffröhre, an zwei Endabschnitten einer durchlässigen Lichtleitplatte angeordnet ist, wie Fig. 2(a) zeigt. Wie Fig. 1(b) und Fig. 2(b) zeigen, ist eine Oberfläche der Lichtleitplatte, welche mit diesen Kantenbeleuchtungsverfahren betrieben wird, oft teilweise mit einem lichtstreuenden Material bedeckt, und die somit bedeckte Fläche ist fast gänzlich mit einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Platte bedeckt.
Wie es heute häufig der Fall ist, werden die Vorrichtungen zur rückseitigen Beleuchtung außerdem aus einer Batterie gespeist, und eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrads der Elektroenergie-Leuchtdichte-Umwandlung ist erwünscht. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist vorgeschlagen worden, einen Lichtreflektor, welcher die linienförmige Lichtquelle bedeckt, mit einer reflektierenden Platte mit hohem Reflexionsgrad vorzusehen oder die Fläche der Lichtleitplatte teilweise mit dem lichtstreuenden Material zu bedecken, welches mit einer reflektierenden Platte mit hohem Reflexionsgrad angeordnet ist.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren führen zu einer gewissen Erhöhung des Wirkungsgrads bei der Elektroenergie- Leuchtdichte-Umwandlung, jedoch ist sie noch unzureichend und eine noch wesentlichere Erhöhung ist erwünscht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung zu schaffen, welche einen hohen Wirkungsgrad der Elektroenergie-Leuchtdichte- Umwandlung aufweist und daher in der Lage ist, eine hohe Leuchtdichte zu erreichen.
Diese Aufgabe wird mittels der Kombination der jeweils in den Ansprüchen 1, 2 und 3 definierten Merkmale erfüllt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die genannten Erfinder haben verschiedene Untersuchungen ausgeführt, um die vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik zu lösen und haben gefunden, daß in dem Fall, wenn eine lichtdurchlässige Platte mit einer Vielzahl von Strukturen einer speziellen Art auf der Austrittsfläche eines lichtdurchlässigen Materials (Lichtleitplatte) mit leichtem Lichtstreuvermögen angeordnet wurde, die Richtwirkung des aus der Austrittsfläche austretenden Lichts erhöht wurde, um eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung zu realisieren, welche einen höheren Wirkungsgrad der Elektroenergie-Leuchtdichte-Umwandlung in Richtungen nahe einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, aufweist.
Es wurde auch gefunden, daß eine Lichtleitplatte, welche eine spezifische Art der Lichtstreuung aufwies, eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung erzeugen kann.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt zeigt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung für die Verwendung mit einer Anzeigetafel auf, die eine Lichtleitplatte aufweist, hergestellt aus einem lichtdurchlässigen Material, wobei eine der Hauptflächen der Lichtleitplatte mit einem Lichtstreuvermögen ausgestattet ist und mit einer spiegelnden oder lichtstreuenden/lichtreflektierenden Platte bedeckt ist, und eine linienförmige Lichtquelle in der Nähe des Endabschnitts mindestens einer Seite der Lichtleitplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Platte, welche aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und die eine Vielzahl von erhabenen Strukturen aufweist, welche gerade Rückenlinien in winzigen Abständen auf derselben Seite in einer solchen Art aufweisen, daß die Rückenlinien im wesentlichen parallel zueinander sind oder mindestens eine Platte, die aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und die eine Vielzahl von pyramidenförmigen oder konischen Vorsprüngen in winzigen Abständen auf derselben Seite aufweist, wobei die Vorsprünge Abschnitte einer solchen Form aufweisen, daß die Vertikalwinkel im wesentlichen dieselben sind, auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte in einer solchen Weise angeordnet ist, daß die Seiten, welche die Rückenlinien oder die Vorsprünge schneiden, nach außen gerichtet sind.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt zeigt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung für die Verwendung mit Anzeigetafeln auf, die eine Lichtleitplatte, hergestellt aus einem lichtdurchlässigen Material, und eine linienförmige Lichtquelle aufweisen, welche in der Nähe des Endabschnitts einer oder beider Seiten der Lichtleitplatte angeordnet ist, wobei die Lichtleitplatte ein Lichtstreuvermögen aufweist, um so einen im wesentlichen konstanten Mattierungswert auf der Plattenoberfläche zu erzeugen, wobei alle Oberflächen der Lichtleitplatte mit einer lichtreflektierenden Platte oder einer lichtreflektierenden Folie bedeckt sind, ausgenommen mindestens ein Endabschnitt der Seite, welche in der Nähe der linienförmigen Lichtquelle ist, und die Austrittsfläche.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren weiter erläutert.
Fig. 1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung, welche nach dem "Einzellampen-Kantenbeleuchtungsverfahren" arbeitet,
Fig. 1(b) zeigt eine Querschnittansicht der in Fig. 1(a) gezeigten Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung,
Fig. 2(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung, welche nach dem "Zwei- Lampen-Kantenbeleuchtungsverfahren" arbeitet,
Fig. 2(b) zeigt eine Querschnittansicht der in Fig. 2(a) gezeigten Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung,
Fig. 3(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß einer Ausführungsform des "Kantenbeleuchtungsverfahrens", in welchem eine Lichtquelle an einem Endabschnitt einer Lichtleitplatte angeordnet ist,
Fig. 3(b) zeigt eine Querschnittansicht der Vorrichtung,
Fig. 4(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß einer anderen Ausführungsform des "Kantenbeleuchtungsverfahrens", in welchem eine Lichtquelle an beiden Endabschnitten einer Lichtleitplatte angeordnet ist,
Fig. 4(b) zeigt eine Querschnittansicht der Vorrichtung,
Fig. 5(a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Platte, welche geradlinige, prismenförmige Strukturen aufweist, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
Fig. 5(b) zeigt eine Draufsicht einer Platte, welche dreieckförmige Prismenstrukturen aufweist, die in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
Fig. 5c zeigt eine Querschnittansicht der in Fig. 5(b) gezeigten Platte,
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, wie eine Leuchtdichtemessung ausgeführt wurde, um das Leistungsvermögen der Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung der vorliegenden Erfindung zu bewerten, und
Fig. 7 - 11 zeigen Kurvenbilder der Leuchtdichteverteilungen, welche in den Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen erzielt wurden.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist die Lichtleitplatte bezeichnet, welche aus jedem Material herstellbar ist, das zum wirkungsvollen Lichtdurchgang in der Lage ist, wie z. B. Quarz, Glas, lichtdurchlässige natürliche oder synthetische Harze, wie z. B. Akrylharze. Um der Lichtleitplatte ein Lichtstreuvermögen zu verleihen, kein ein lichtstreuendes Material (mit dem Bezugszeichen 6 in Fig. 3(b) und Fig. 4(b) bezeichnet) auf einem Teil der Plattenoberfläche aufgetragen werden. Beispiele für das lichtstreuende Material weisen Anstrichfarben und Drucktinten auf, welche Titanweiß, Magnesiumkarbonat, Bariumsulfat, Magnesiumoxid und andere Pigmente enthalten, die höhere Brechungsindizees und Streureflexionsgrade als das Material aufweisen, aus welchem die Lichtleitplatte hergestellt ist.
Anstrichfarben und Drucktinten, die Kieselerde oder andere Materialien enthalten, welche Brechungsindizees aufweisen, die entweder im wesentlichen gleich oder geringer als jene des Materials sind, aus welchem die Lichtleitplatte hergestellt ist, können ebenfalls verwendet werden, solange Kieselerde oder andere Materialien eine solche Form aufweisen, um die optische Lichtstreuung zu bewirken.
Jene lichtstreuenden Materialien oder Kieselerde oder dergleichen werden durch Offsetdruck oder auf andere Weise als Punkte oder Streifen auf die Oberfläche der Lichtleitplatte aufgetragen Wahlweise kann das angestrebte Lichtstreuvermögen durch Aufrauhen der Oberfläche der Lichtleitplatte erzielt werden, und dies ist durch direktes Erzeugen von kleinen Löchern oder Rillen in Streifen in der Oberfläche der Lichtleitplatte oder durch Anordnen von kleinen Vorsprüngen auf dieser Oberfläche erreichbar.
Wenn die Lichtleitplatte nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren ein Lichtstreuvermögen erhält, ist das Profil dieser Qualität vorzugsweise so, daß die Dichte der lichtstreuenden Flächen (z. B. die Anzahl der gedruckten Punkte je Flächeneinheit) mit dem Abstand von der Lichtquelle zunimmt, und dies wird vom Standpunkt einer gleichmäßigen Leuchtdichteverteilung bevorzugt.
Mit dem Bezugszeichen 4 ist die linienförmige Lichtquelle bezeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese linienförmige Lichtquelle mit einem Reflektor 5 in einer solchen Weise bedeckt, um einen bestimmten Freiraum zwischen der Außenoberfläche der Lichtquelle und der Innenoberfläche des Reflektors zu gewährleisten. Der Reflektor weist einen Schlitz auf, welcher in der Oberfläche ausgebildet ist, durch welchen das von der linienförmigen Lichtquelle einfallende Licht in einen Endabschnitt der Lichtleitplatte eingelassen wird. Die Lichtquelle 4 ist in der Nähe mindestens eines Endflächenabschnitts der Lichtleitplatte in einer solchen Weise angeordnet, daß deren Mittelachse im wesentlichen parallel zu einer von beiden Endflächen der Lichtleitplatte ist.
Das vorstehend erwähnte "Kantenbeleuchtungsverfahren" ist im Lichtausnutzungsgrad höher als ein "Unterkanten-Beleuchtungsverfahren", in welchem eine Lichtquelle unter einer durchlässigen Lichtleitplatte angeordnet ist, aus folgendem Grund. Obgleich es möglich ist, ein reflektiertes Licht innerhalb der Lichtleitplatte mit einer reflektierenden Platte oder dergleichen in dem "Kantenbeleuchtungsverfahren" maximal auszunutzen, muß das "Unterkanten-Beleuchtungsverfahren" eine abschattende Platte aufweisen, in welcher ein Teil des Lichts absorbiert wird.
Die linienförmige Lichtquelle 4 kann aus verschiedenen Typen ausgewählt werden, einschließlich einer Leuchtstofflampe, einer Wolframglühlampe, eines optischen Stabs und einer LED- Anordnung, und eine Leuchtstofflampe wird bevorzugt. Vom Standpunkt der Energieeinsparung wird bevorzugt, daß die Länge des Abschnitts, welcher zur gleichmäßigen Lichtabstrahlung in der Lage ist, mit Ausnahme des Elektrodenabschnitts, im wesentlichen gleich der Länge des Endabschnitts der Lichtleitplatte in der Nähe dieses abstrahlenden Abschnitts ist.
Die spiegelnde oder die lichtstreuende/lichtreflektierende Platte (mit dem Bezugszeichen 3 in Fig. 3(b) und Fig. 4(b) bezeichnet) ist in einer solchen Weise angeordnet, daß sie im wesentlichen den gesamten Teil der Vorderseite der Lichtleitplatte bedeckt, welche mit einem Lichtstreuvermögen ausgestattet wurde. Wenn gewünscht, kann dieselbe Platte in einer solchen Weise angeordnet werden, daß sie zusätzlich fast den gesamten Teil des anderen Endflächenabschnitts der Lichtleitplatte bedeckt, welcher nicht in der Nähe der linienförmigen Lichtquelle ist, und dies wird vom Gesichtspunkt der wirkungsvollen Nutzung des Lichts und zum Erreichen einer gleichförmigen Lichtabstrahlfläche bevorzugt. In diesem Fall kann die Schicht aus einem Material, wie z. B. Luft, welches einen niedrigeren Brechungsindex als das Material aufweist, aus welchem die Lichtleitplatte hergestellt ist, zwischen der Lichtleitplatte und der reflektierenden Platte in einer Dicke von mindestens gleich jener einer einfachen Luftschicht, vorzugsweise nicht mehr als 2 mm, angeordnet werden, und dies wird zum Zweck der Erhöhung des Wirkungsgrads der Lichtausnutzung bevorzugt.
Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Platte bezeichnet, hergestellt aus einem lichtdurchlässigen Material (nachstehend einfach als "Platte" bezeichnet), welche als eine Einrichtung zur Steigerung der Richtwirkung des Lichts dient. Sie weist eine Vielzahl von parallelen, geraden Rückenlinien oder pyramidenförmigen oder konischen Vorsprüngen auf, die in winzigen Abständen auf derselben Seite erzeugt sind. Die Platte ist in einer solchen Weise angeordnet, daß die Seiten, welche die Rückenlinien oder die Vorsprünge schneiden, nach außen gerichtet sind (zu der Seite in Gegenüberlage der Seite, welche der Lichtleitplatte zugewendet ist). Die Platte ändert die Richtwirkung des Lichts, welches aus der Austrittsfläche der Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung austritt, in einer solchen Weise, daß die Richtwirkung in Richtungen nahe einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, gesteigert wird. Wenn eine Platte verwendet wird, welche die vorstehend beschriebenen geraden Rückenlinien aufweist, kann sie in einer solchen Weise angeordnet werden, daß sie parallel oder senkrecht zu der Mittelachse der linienförmigen Lichtquelle ist. In einer mehr bevorzugten Ausführungsform ist die Platte in einer solchen Weise angeordnet, daß in dem Fall, wenn die interessierende Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung in einer Anzeigeeinheit angeordnet ist, insbesondere einer Flüssigkristall- Anzeigeeinheit, liegen die vorstehend beschriebenen geraden Rückenlinien parallel zu der Querrichtung des Betrachtungsniveaus, und dieser Aufbau wird im Hinblick auf die beim Betrachten wirksame Kontrastwiedergabe des Systems bevorzugt.
In der vorliegenden Erfindung werden eine oder mehrere der beschriebenen Platten verwendet. Wenn erwünscht, kann die lichtstreuende Platte (mit dem Bezugszeichen 2 in Fig. 3(b) und Fig. 4(b) bezeichnet) angeordnet werden, um die Punktmuster mit lichtstreuender Funktion nicht wahrnehmbar zu machen, d. h. das lichtstreuende Material (mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet und weist Lichtstreuvermögen auf), welches auf der Oberfläche der Lichtleitplatte angeordnet ist. An diesem Aufbau wird die relative Steigerung der Leuchtdichte, gemessen in der Richtung einer Senkrechten zur Oberfläche der Lichtleitplatte, nahezu gleich sein. Ist die lichtstreuende Platte außerhalb der Platte angeordnet, wird die relative Erhöhung der Leuchtdichte, gemessen in der senkrechten Richtung, ein wenig zurückgehen, um die Richtwirkung des Lichts zu vermindern. Dieser Aufbau bietet jedoch den Vorteil, daß in dem Fall, wenn die interessierende Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung mit einer Flüssigkristall- Anzeigeeinheit verwendet wird, wobei die Entwicklung einer Moiré-Struktur unterbunden wird.
Wenn die Platte unmittelbar auf der Oberfläche der Lichtleitplatte anzuordnen ist, sind die zwei Elemente vorzugsweise in einem solchen Zustand, daß sie miteinander nicht im optischen Kontakt sind. Um diese Anforderung zu erfüllen, kann ein Element, welches als ein Abstandselement dient, zwischen der Platte und der Lichtleitplatte angeordnet werden, und ein Ausführungsbeispiel eines solchen Abstandselements ist die Schicht aus einem Material, wie z. B. Luft, welches einen niedrigeren Brechungsindex als das Material aufweist, aus welchem die Lichtleitplatte hergestellt ist. Wenn diese Schicht mit einer Dicke von mindestens gleich jener einer einfachen Schicht aus diesem Material mit niedrigem Brechungsindex ausgebildet ist, vorzugsweise nicht mehr als 2 mm, wird das Entstehen von hellen Flecken auf der lichtabstrahlenden Oberfläche ausreichend unterbunden, um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung zu erzeugen.
Wie bereits erwähnt, ist der erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte, welche aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und einen Aufbau aufweist, daß sie die bestimmte spezifizierte Bedingung erfüllt, auf der Austrittsfläche der Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung angeordnet ist.
Die durch die vorliegende Erfindung zu erfüllende spezifizierte Bedingung wird nachstehend weiter beschrieben. Die vorstehend beschriebene Platte (mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet) ist in keiner Weise begrenzt, solange sie aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist, und Beispiele dafür sind Polyester, wie z. B. Polymethakrylatester, Polykarbonate, Polyvinylharze, Polyamide und Polyethylenterephthalat (PET), Poly-α-Olefine, Celluloseharze und Glas. Die Platte kann aus demselben Material wie die erhabenen Strukturen oder pyramidenförmigen oder konischen Vorsprünge hergestellt sein. Wahlweise können die erhabenen Strukturen oder die pyramidenförmigen oder konischen Vorsprünge auf einer Grundschicht aus verschiedenartigen Materialien, wie z. B. einem UV-härtbaren Harz, erzeugt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Platte, welches gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist eines, welches erhabene Strukturen aufweist, die auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet sind und welche parallele, gerade Rückenlinien aufweisen. Wie in Fig. 5(a) gezeigt, sind die erhabenen Strukturen wie "Prismen" mit optischen Ebenen ausgebildet. Die Rückenlinien (mit dem Bezugszeichen 8 in Fig. 5(a) bezeichnet), auf welchen sich zwei optische Ebenen einander schneiden, sind gerade, und eine Vielzahl von geradlinigen Prismen, welche parallel zueinander sind, liegen in derselben Ebene in winzigen Abständen (mit P in Fig. 5(a) bezeichnet) vor. Jene Rückenlinien, welche auf der Platte ausgebildet sind, weisen Abschnitte einer solchen Form auf, wobei die Vertikalwinkel im wesentlichen dieselben sind, und dies bedeutet, daß in dem Fall, wenn die Prismen durch den Scheitelpunkt unter denselben Bedingungen geschnitten werden, ihre Vertikalwinkel im wesentlichen dieselben sind.
Zum Zweck der vorliegenden Erfindung ist jeder der Vertikalwinkel der Rückenlinien auf der Platte (wie durch das Bezugszeichen 9 in Fig. 5(a) bezeichnet) vorzugsweise in dem Bereich von 70 bis 150 Grad. Der mehr bevorzugte Bereich der Vertikalwinkel ist vom Brechungsindex des Materials der verwendeten Platte und von der Lichtstärkeverteilungskennlinie der verwendeten flachen Lichtabstrahleinrichtung abhängig. Es ist zu berücksichtigen, daß z. B. in dem Fall, wenn ein Material mit hohem Brechungsindex (d. h. Polykarbonat, n = 1,59) verwendet wird, in diesem Fall der interessierende Vertikalwinkel vorzugsweise in dem Bereich von 90 bis 110 Grad ist, und wenn er 150 Grad übersteigt, die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung vermindert ist. Wenn die Lichtstärkeverteilungskennlinie so ist, daß das aus der flachen Lichtabstrahleinrichtung austretende Licht im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 45 Grad von der Richtung einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, konzentriert ist, wobei der interessierende Vertikalwinkel vorzugsweise in dem Bereich von 90 bis 140 Grad ist.
Ein Querschnitt der erhabenen Strukturen auf der Platte in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse ist dreieckförmig und dient zur maximalen Erhöhung der Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung. Es ist besonders zu bevorzugen, erhabene Strukturen zu verwenden, welche einen Querschnitt aufweisen, der im wesentlichen ein gleichschenkliges Dreieck darstellt, welches in der Länge von zwei Seiten gleich ist, die sich im Scheitel jeder Rückenlinie schneiden. Um zu sichern, daß der Abstand zwischen benachbarten geradlinigen, erhabenen Strukturen, welche auf der Platte erzeugt sind, unter dem von ihrer Oberfläche abgestrahlten Licht schwierig zu unterscheiden sind, beträgt der Abstand zwischen den Rückenlinien der benachbarten parallelen Strukturen vorzugsweise 10 bis 100 µm. Die Dicke dieses Teils der Platte, welcher von den erhabenen Strukturen eingenommen wird (wie durch t2 in Fig. 5(a) bezeichnet), ist durch den Vertikalwinkel der Rückenlinien und durch den Abstand zwischen benachbarten Rückenlinien bestimmt. Es ist zumindest notwendig, eine bestimmte Dicke zum Erhalten einer Anzahl von erhabenen Strukturen bei winzigen Abständen und parallel zueinander vorzusehen. Diese Dicke ist durch t1 bezeichnet und vorzugsweise so gering als möglich, um eine hohe Durchlässigkeit für Lichtstrahlen zu gewährleisten und eine dünne Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung zu realisieren. Vom Standpunkt der Fertigungstechnologie der Platten und um eine angemessene Festigkeit zu sichern, beträgt die Gesamtdicke (T) der Platte typisch 10 bis 3000 µm, vorzugsweise 50 bis 1000 µm. Um in der vorliegenden Erfindung bessere Ergebnisse zu erreichen, werden die auf derselben Seite zu erzeugenden erhabenen Strukturen vorzugsweise übereinstimmend ausgebildet.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Platte, das gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist eines, welches Vorsprünge aufweist, die auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet sind, welche wie "Prismen" geformt sind und mindestens zwei optische Ebenen aufweisen. Die Vorsprünge sind entweder in der Form von Pyramiden, wie z. B. eines dreieckförmigen Prismas oder eines quadratischen Prismas oder in einer konischen Form, wie in Fig. 5(b) und Fig. 5(c) gezeigt. Die auf der Platte erzeugten Vorsprünge weisen Abschnitte einer solchen Form auf, daß ihre Vertikalwinkel im wesentlichen dieselben sind, und dies bedeutet, daß die Vertikalwinkel der den Scheitelpunkt einschließenden Querschnitte, welche unter denselben Bedingungen erhalten werden, im wesentlichen dieselben sind. Der Ausdruck "weisen Abschnitte einer solchen Form auf, daß die Vertikalwinkel im wesentlichen dieselben sind", wie er vorstehend verwendet ist, sollte im weiten Sinne verstanden werden und gilt für den Fall, wenn Pyramiden unterschiedlicher Arten (n ≥ 3, n ist die Anzahl der Seiten, welche eine vieleckige Grundfläche ausbilden) oder Kegel in Kombination vorliegen. Selbst in diesem Fall werden die Bedingungen der vorliegenden Erfindung erfüllt, wenn die Art und die Anzahl der Pyramiden (n ≥ 3) oder Kegel, welche in jeder Fläche (z. B. ein Kreis von 30 mm Durchmesser) der vorstehenden Seite der Platte vorliegen, nahezu gleich der Art und der Anzahl der Pyramiden (n ≥ 3) oder Kegel ist, welche in einer anderen Fläche vorliegen. Zum Erreichen eines höheren Wirkungsgrads wird bevorzugt, Vorsprünge übereinstimmender Form und mit übereinstimmendem Vertikalwinkel zu verwenden. Um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung weiter zu erhöhen, wird besonders bevorzugt, die Oberflächen der Vorsprünge innerhalb der Grenzen der Fertigungstoleranzen zu halten, der optischen Ebenen (wenn die Vorsprünge pyramidenförmig sind) und der optisch gekrümmten Oberflächen (wenn die Vorsprünge kegelförmig sind). Dies bedeutet, die Unebenheiten auf den Oberflächen der Vorsprünge sollten kleiner als die Betriebswellenlänge des Lichts innerhalb der Toleranzgrenzen sein.
Hinsichtlich des Vertikalwinkels der Vorsprünge auf der Platte, des Abstands zwischen den Scheiteln der benachbarten Vorsprünge, der Dicke des vorstehenden Teils der Platte und anderer Gestaltungsparameter ist die vorstehende Beschreibung zu den geradlinigen, erhabenen Strukturen heranzuziehen.
Das Verfahren zum Erzeugen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Platten ist in keiner Weise begrenzt, und verschiedene Verfahren können übernommen werden, einschließlich der Formgebung mit einer Heißpresse, das Prägen, das Gießen, das UV-Härten und die chemische Behandlung. Aufgrund der Prozeßgrenzen bei der Fertigung der Platten tritt ein gewisser Grad der Senkung in den Rückenlinien auf, doch ist dieser annehmbar, solange er innerhalb des Bereichs ist, in welchem die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung gewährleistet ist.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung weist einen niedrigeren Kontrast auf, wenn sich der Winkel, den die Sehlinie mit einer Linie bildet, welche senkrecht auf den Schirm trifft, vergrößert. Daher wird die Leuchtdichte, gemessen in Richtungen nahe der vorstehend definierten Normallinie bei praktischen Anwendungen als wichtig angesehen. Dies ist besonders wichtig für einen Bildsucher, welcher nur in Richtungen parallel zur Normallinie zu der Bildebene betrachtet wird.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Platte mit einer Anzahl von parallelen Strukturen, welche in winzigen Abständen angeordnet sind, auf der Seite vorgesehen, wo die Austrittslichtstrahlen austreten, auf der Austrittsfläche der Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung angeordnet, wie bereits vorstehend beschrieben, und dies erzeugt die Richtwirkung des Lichts. Die verbesserte Richtwirkung des Lichts wird aus der folgenden typischen Erscheinung deutlich:
1. Die Leuchtdichte des aus der Austrittsfläche austretenden Lichts, gemessen in einer Richtung, welche im wesentlichen parallel zu einer Linie ist, die senkrecht auf diese Austrittsfläche trifft, ist höher als in dem Fall, in dem keine der vorstehend beschriebenen Platten angeordnet ist.
2. Die Leuchtdichte, gemessen in einer Richtung unter einem Winkel von z. B. 40 Grad mit einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, ist bedeutend niedriger als der Wert, gemessen in eine Richtung, welche im wesentlichen parallel zu dieser Normallinie ist (in einem typischen Fall beträgt der Rückgang fast 50% des Bezugswerts).
Gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung angeordnet, welche eine Lichtleitplatte verwendet, die ein solches Lichtstreuvermögen aufweist, um einen im wesentlichen konstanten Mattierungswert über die Plattenoberfläche zu erzeugen, welche mit einer reflektierenden Platte oder einer Folie bedeckt ist.
Der Ausdruck "mit einem im wesentlichen konstanten Mattierungswert" bedeutet, daß die Lichtleitplatte einen im wesentlichen konstanten Mattierungswert über fast die gesamte Oberfläche der Platte aufweist und nicht eine Ausführungsform in Betracht kommt, in welcher ein Mattierungswert absichtlich geändert wird, z. B. durch Verändern des Lichtstreuvermögens der Plattenoberfläche mit dem Abstand von der Lichtquelle (siehe Beschreibung des ersten Gesichtspunkts der Erfindung). Daher sind unbeabsichtigte Veränderungen des Mattierungswerts, welche auftreten, wenn das Lichtstreuvermögen zum Zweck der vorliegenden Erfindung integriert wird, als im Bereich des Zustands "im wesentlichen konstant" anzusehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der von der Lichtleitplatte erbrachte Mattierungswert im Bereich von 0,5 bis 50%. Die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung nimmt ab, wenn der Mattierungswert außerhalb dieses Bereichs ist. Der Ausdruck "Mattierungswert", wie er hier verwendet wird, ist der durch Messen an einer Hauptoberfläche der Lichtleitplatte gemäß JIS K 7105 gemessene Wert.
Wenn eine Hauptoberfläche der Lichtleitplatte ausgebildet wird, um der vorstehend beschriebenen Mattierungsbedingung zu entsprechen, wird das an einem Endabschnitt der Platte eintretende Licht nicht unmittelbar aus der Austrittsfläche austreten, sondern wird statt dessen wiederholte innere Reflexionen innerhalb der Platte erfahren. Außerdem wird das Licht, welches aus der Lichtleitplatte an den Oberflächen anders als der Austrittsfläche austritt, mittels der reflektierenden Platte, welche jene Oberfläche, anders als die Austrittsfläche der Lichtleitplatte, bedeckt, zum Inneren der Platte zurückgeführt. Demzufolge wird das an einem Endabschnitt der Lichtleitplatte eintretende Licht innerhalb der Platte für eine ausreichende Zeitdauer aufgehalten, um sich auszugleichen, wodurch zur Herstellung einer Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung beigetragen wird, welche einer gleichmäßigen Leuchtdichteverteilung den Vorrang gibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung ist ziemlich kompakt, bietet ausreichende Leuchtdichte und kann mit hohem Wirkungsgrad der Umwandlung von Elektroenergie in Leuchtdichte betrieben werden, in eine Richtung parallel zu einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft.
Vergleichsbeispiele und Arbeitsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben, um die Erfindung weiter zu erläutern. Eine rechteckförmige Lichtleitplatte (225 mm x 127 mm, hergestellt aus Polymethylmethakrylat PMMA) mit einer Dicke von 2 mm (siehe Fig. 3), wurde bereitgestellt. Eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (eine normale Lampe von Harrison Denki K.K.) mit einem Durchmesser von 4,8 mm wurde in der Nähe einer der kürzeren Seiten angeordnet. Die Leuchtstofflampe wurde mit einem zylinderförmigen Aluminiumreflektor umschlossen, auf welchen eine lichtstreuende Schicht aufgetragen war, welcher einen Schlitz, 2 mm breit, im Kontakt mit der Lichtleitplatte in einer solchen Weise hatte, daß das durch den Schlitz austretende Licht von einer kürzeren Seite in die Platte eintreten konnte. Ein lichtstreuendes Material (eine Titanweiß enthaltende Anstrichfarbe) war durch Siebdruck einer Struktur aus kreisförmigen Punkten mit einem Abstand von 1,2 mm auf die Oberfläche der Lichtleitplatte aufgetragen, in einer solchen Weise, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material 6% an dem Punkt für einen Minimalwert sein würde (auf der Seite in Gegenüberlage der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe) und 80% an dem Punkt für einen Maximalwert, wobei sich die Bedeckung in der Zwischenfläche allmählich erhöhte.
Eine lichtstreuende Folie (0,1 mm dick, D-204 von Tsujimoto Denki Seisakusho) wurde in der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet. Die gesamte Oberfläche der Lichtleitplatte, mit Ausnahme der Eintritts- und der Austrittsfläche wurde mit einer anderen lichtstreuenden Folie (125 µm dick, Streureflexionsgrad = 83%, Erzeugnis von ICI Limited) bedeckt.
Die beim Betrieb der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer von einem Inverter angelegten Wechselspannung (30 kHz) bei konstantem Strom erzeugte Flächenleuchtdichte wurde mit einem Leuchtdichte-Meßgerät (Topcon BM-7) bei einem Sichtwinkel von 2 Grad in eine Richtung parallel zu einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, gemessen, bei einem Abstand von der Austrittsfläche zum&sub2; Leuchtdichte- Meßgerät von 40 cm. Das Ergebnis war 192 cd/m (Vergleichsbeispiel 1).
Eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine handelsübliche Polykarbonatplatte, 360 µm dick, mit einer Vielzahl von parallelen, linienförmigen Prismen mit einem Vertikalwinkel von 90 Grad verwendet wurde, und welche bearbeitet wurde, um einen Abstand von 360 µm zwischen benachbarten Rückenlinien auf linienförmigen Prismen auszubilden, und auf der Austrittsfläche der lichtstreuenden Folie in einer solchen Weise angeordnet, daß die Prismen nach außen gerichtet waren. Die Leuchtdichte wurde an dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Vergleichsbeispiel 1 bestimmt und betrug 307 cd/m² (Ausführungsbeispiel 1).
Eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß die Polykarbonatplatte in der Austrittsfläche der lichtstreuenden Folie in einer solchen Weise angeordnet wurde, daß die Prismen nach innen gerichtet waren. Die Leuchtdichte dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 gemessen und betrug 15 cd/m² (Vergleichsbeispiel 2). Eine andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß der Vertikalwinkel der linienförmigen Prismen auf 70 Grad geändert wurde. Die Leuchtdichte wurde an dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Ausführungsbeispiel 1 gemessen und betrug 245 cd/m² (Ausführungsbeispiel 2). Eine noch andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß der Vertikalwinkel der linienförmigen Prismen auf 100 Grad geändert wurde. Die Leuchtdichte dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde wie im Ausführungsbeispiel 1 gemessen und betrug 330 cd/m² (Ausführungsbeispiel 3).
Eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine Platte mit einer 50 µm dicken Grundschicht aus PET, die eine Vielzahl von linienförmigen Vorsprüngen aufwies, welche auf dieser aus einem UV-härtbaren Harz (Akrylharz) durch Drucken auf der Austrittsfläche der lichtstreuenden Folie in einer solchen Weise erzeugt waren, daß die geradlinigen Vorsprünge nach außen gerichtet waren. Der Fuß jedes Vorsprungs hatte einen Durchmesser von 50 µm, und die Höhe jedes Vorsprungs, gemessen von dessen Fuß bis zum Scheitel, betrug 25 µm, bei Abständen zwischen benachbarten Vorsprüngen von 50 µm. Die Leuchtdichte dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde wie im Vergleichsbeispiel 1 gemessen und betrug 235 cd/m² (Ausführungsbeispiel 4).
Eine andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine Platte mit einer Gesamtdicke von 400 µm verwendet wurde, welche bearbeitet wurde, um eine Vielzahl von Vorsprüngen in der Form von quadratischen Prismen mit einem Vertikalwinkel von 90 Grad in einer solchen Weise auszubilden, daß der Abstand zwischen benachbarten Scheiteln der Vorsprünge 400 µm war, angeordnet auf der Austrittsfläche der flachen Lichtabstrahleinrichtung in einer solchen Weise, daß die Vorsprünge nach außen gerichtet waren. Die Leuchtdichte wurde bei dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Vergleichsbeispiel 1 gemessen und betrug 322 cd/m² (Ausführungsbeispiel 5). Noch eine andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 5 betrieben, mit der Ausnahme, daß die Platte auf der Austrittsfläche der flachen Lichtemittereinrichtung in einer solchen Weise angeordnet war, daß die Vorsprünge nach innen gerichtet waren. Die Leuchtdichte wurde bei dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Ausführungsbeispiel 5 gemessen und betrug 23 cd/m² (Vergleichsbeispiel 3). Wie aus diesen Ergebnissen deutlich wird, ist der erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte, welche aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und auf welcher eine Vielzahl von Strukturen angeordnet ist, welche Abschnitte einer solchen Form aufweisen, daß die Vertikalwinkel im wesentlichen dieselben sind, die auf derselben Seite in winzigen Abständen auf der Austrittsfläche einer flachen Lichtabstrahleinrichtung in einer solchen Weise angeordnet sind, daß die vorstehende Seite nach außen weist, und die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung wird nicht bewiesen, wenn die Platte auf der Austrittsfläche der flachen Lichtabstrahleinrichtung in einer solchen Weise angeordnet ist, daß die vorstehende Seite nach innen weist.
Zwei zusätzliche Vorrichtungen zur rückseitigen Beleuchtung wurden aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 5 betrieben, mit der Ausnahme, daß der Vertikalwinkel jedes Vorsprungs auf 70 Grad geändert wurde (Ausführungsbeispiel 6) und auf 120 Grad geändert wurde (Ausführungsbeispiel 7). Die Ergebnisse der Leuchtdichtemessung, die an diesen Vorrichtungen wie im Ausführungsbeispiel 5 gemessen wurden, waren jeweils 263 cd/m² und 359 cd/m². Andere Vorrichtungen zur rückseitigen Beleuchtung wurden aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 5 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine Vielzahl von Konvexlinsen aus UV-härtbarem Harz durch Drucken auf einer 50 µm dicken Grundfolie aus PET in einer solchen Weise erzeugt wurde, daß die Basis jeder Konvexlinse einen Durchmesser von 50 µm aufwies und die Höhe jedes Vorsprungs, gemessen von der Basis bis zum Scheitelpunkt 25 µm betrug, wobei der Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen 50 µm war. Die Leuchtdichte dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde wie im Ausführungsbeispiel 5 gemessen und betrug 258 cd/m² (Ausführungsbeispiel 8).
Zur Untersuchung der Lichtstärkeverteilungskennlinie verschiedener Muster von Vorrichtungen zur rückseitigen Beleuchtung, der Flächenleuchtdichte, welche erzeugt wurde, wenn die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer Wechselspannung (30 kHz), angelegt von einem Inverter, bei einem konstanten Strom betrieben wurde, erfolgte eine Messung an einer in Fig. 6 gezeigten Versuchsausführungsform unter Verwendung eines Leuchtdichte-Meßgeräts (bezeichnet mit dem Bezugszeichen 10, Topcon BM-7) bei einem Sichtwinkel von 2 Grad, bei dem Abstand von der Austrittsfläche zur Leuchtdichte-Meßeinrichtung von 40 cm, während der Winkel (mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet), welchen das Leuchtdichte- Meßgerät mit einer Linie (mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet), die senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, ausbildet, von 0 bis 70 Grad in eine Richtung senkrecht zu den Rückenlinien der geradlinigen Vorsprünge, welche auf der Platte ausgebildet waren, verändert wurde. Die Ergebnisse der Messungen sind in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt, aus welchen deutlich wird, daß in dem Fall, wenn die Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, die Leuchtdichte erhöht wurde, um eine bemerkenswerte Verbesserung der Richtwirkung des Lichts zu erreichen.
Andere Versuche wurden in der folgenden Weise ausgeführt.
Eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (eine normale Leuchtstofflampe von Harrison Denki K.K.) mit einem Durchmesser von 4,1 mm wurde in der Nähe zu beiden der längeren Seiten einer rechteckförmigen Lichtleitplatte (hergestellt aus PMMA, mit den Abmessungen 255 mm x 157 mm) angeordnet, welche eine Dicke von 8,0 mm aufwies. Die Leuchtstofflampe war mit einer Silber-(Ag)-Schicht umschlossen, welche einen Schlitz von 8 mm Breite aufwies, im Kontakt mit der Lichtleitplatte in einer solchen Weise, daß das durch den Schlitz austretende Licht von beiden längeren Seiten in die Platte eintreten konnte. Ein lichtstreuendes Material (eine Titanweiß enthaltende Anstrichfarbe) wurde auf die Oberfläche der Lichtleitplatte durch Siebdruck einer Struktur von kreisförmigen Punkten in einem Abstand von 1,0 mm in einer solchen Weise aufgetragen, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material an dem Punkt für einen Minimalwert (auf jeder Seite in Gegenüberlage der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe) 40% betrug und 98% an dem Punkt für einen Maximalwert, wobei sich die Bedeckung in der Zwischenfläche allmählich erhöhte. Die Oberflächen der Lichtleitplatte, andere als die Austrittsfläche, waren mit einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Platte bedeckt.
Eine lichtstreuende Folie (0,1 mm dick, D-204 von Tsujimoto Denki Seisakusho) wurde auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet. Wenn die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer Wechselspannung (30 kHz), angelegt von einem Inverter, bei einem konstanten Strom betrieben wurde, erfolgte die Messung der Flächenleuchtdichte mit einem Leuchtdichte-Meßgerät (Topcon BM-7) bei einem Sichtwinkel von 2 Grad in einer Richtung parallel zu einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, wobei der Abstand von der Austrittsfläche zu der Leuchtdichte-Meßeinrichtung 40 cm betrug. Das Ergebnis war 1700 cd/m² (Vergleichsbeispiel 4).
Eine zusätzliche Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 4 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine handelsübliche Polykarbonatplatte von 360 µm Dicke verwendet wurde, die eine Vielzahl von parallelen, geradlinigen Prismen aufwies, mit einem Vertikalwinkel von 90 Grad, und welche bearbeitet wurde, daß ein Abstand von 360 µm zwischen benachbarten Rückenlinien auf geradlinigen Prismen auf der Austrittsfläche der lichtstreuenden Folie vorlag, welche in einer solchen Weise angeordnet wurde, daß die Prismen nach außen wiesen. Die Leuchtdichte wurde an dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Vergleichsbeispiel 4 gemessen und betrug 2970 cd/m² (Ausführungsbeispiel 9).
Ein noch anderes Experiment wurde in der folgenden Weise ausgeführt. Eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (eine normale Leuchtstofflampe, von Harrison Denki K.K.) mit einem Durchmesser von 4,1 mm wurde in der Nähe zu beiden der längeren Seiten einer rechteckförmigen Lichtleitplatte (87 mm x 75 mm) mit eine Dicke von 3,0 mm angeordnet. Die Leuchtstofflampe war mit einer Silber-(Ag)-Schicht umschlossen, welche einen Schlitz von 3 mm Breite aufwies, im Kontakt mit der Lichtleitplatte in einer solchen Weise, daß das durch den Schlitz austretende Licht von beiden längeren Seiten in die Platte eintreten konnte. Ein lichtstreuendes Material (eine Titanweiß enthaltende Anstrichfarbe) war auf die Oberfläche der Lichtleitplatte durch Siebdruck einer Struktur von kreisförmigen Punkten in einem Abstand von 1,0 mm in einer solchen Weise aufgetragen, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material 20% am Punkt für einen Minimalwert war (auf einer von beiden Seiten in Gegenüberlage der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe) und 98% an dem Punkt für einen Maximalwert, wobei die Bedeckung in der Zwischenfläche allmählich zunahm. Die Oberflächen der Lichtleitplatte, anders als die Austrittsfläche, waren mit einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Platte bedeckt.
Eine lichtstreuende Folie (0,1 mm dick, D-204 von Tsujimoto Denki Seisakusho) wurde auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet. Wenn die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer Wechselspannung (30 kHz), angelegt von einem Inverter, bei einem konstanten Strom betrieben wurde, erfolgte das Messen der erzeugten Flächenleuchtdichte mit einem Leuchtdichte-Meßgerät (Topcon BM-7) bei einem Sichtwinkel von 2 Grad in eine Richtung parallel zu einer Linie, welche senkrecht auf die Austrittsfläche trifft, wobei der Abstand von der Austrittsfläche zu der Leuchtdichte-Meßeinrichtung 40 cm betrug. Das Ergebnis war 3840 cd/m² (Vergleichsbeispiel 5).
Eine zusätzliche Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 5 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine herkömmliche Polykarbonatplatte von 360 µm Dicke verwendet wurde, welche eine Vielzahl von parallelen, geradlinigen Prismen mit einem Vertikalwinkel von 90 Grad aufwies und welche bearbeitet wurde, daß sie einen Abstand von 360 µm zwischen benachbarten Rückenlinien auf geradlinigen Prismen aufwies, welche auf der Austrittsfläche der lichtstreuenden Folie in einer solchen Weise angeordnet wurde, daß die Prismen nach außen gerichtet waren. Die Leuchtdichte wurde an dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Vergleichsbeispiel 5 gemessen und betrug 5830 cd/m² (Ausführungsbeispiel 10). Eine andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 10 betrieben, mit der Ausnahme, daß der Vertikalwinkel der geradlinigen Prismen auf 70 Grad verändert wurde. Die Leuchtdichte wurde bei dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Ausführungsbeispiel gemessen und betrug 5236 cd/m² (Ausführungsbeispiel 11).
Wenn ein Teil des aus der flachen Lichtabstrahleinrichtung austretenden Lichts innerhalb der Prismen auf der Platte der Totalreflexion unterliegt, bevor es zu der flachen Lichtabstrahleinrichtung zurückkehrt, wird der Wirkungsgrad der Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung erhöht, da der größere Teil der Oberflächen der flachen Lichtabstrahleinrichtung, anders als die Austrittsfläche, mit einer reflektierenden Platte mit hohem Reflexionsgrad bedeckt ist. Um diese Wirkung zu bestätigen, wurden die folgenden Experimente ausgeführt. Zuerst wurde eine Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 5 betrieben, mit der Ausnahme, daß die reflektierenden Platten, welche die drei nicht dem Austritt dienenden Flächen der Lichtleitplatte bedecken, mit einer schwarzen Farbe beschichtet waren. Die Leuchtdichte wurde bei dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Vergleichsbeispiel 5 gemessen und betrug 1690 cd/m² (Vergleichsbeispiel 6). Eine andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Vergleichsbeispiel 6 betrieben, mit der Ausnahme, daß eine handelsübliche Polykarbonatplatte von 360 µm Dicke, welche eine Vielzahl von parallelen, geradlinigen Prismen mit einem Vertikalwinkel von 90 Grad aufwies, welche bearbeitet waren, daß ein Abstand von 360 µm zwischen benachbarten Rückenlinien auf den geradlinigen Prismen vorlag, auf der Austrittsfläche der lichtstreuenden Folie in einer solchen Weise angeordnet war, daß die Prismen nach auswärts gerichtet waren. Die Leuchtdichte wurde an dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Vergleichsbeispiel 6 gemessen, und sie betrug 2156 cd/m (Ausführungsbeispiel 12). Eine noch andere Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wurde aufgebaut und wie im Ausführungsbeispiel 12 betrieben, mit der Ausnahme, daß der Vertikalwinkel der linienförmigen Prismen auf Grad verändert wurde. Die Leuchtdichte wurde an dieser Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung wie im Ausführungsbeispiel 12 gemessen, und sie betrug 2035 cd/m² (Ausführungsbeispiel 13).
Eine andere Reihe von Experimenten wurde wie im Vergleichsbeispiel 1 ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Bedeckung der Lichtleitplatte mit der kreisförmigen Punktstruktur gleichbleibend bei 6% über die gesamte Oberfläche der Platte gehalten wurde. Der Ausdruck "Bedeckung", wie er hier verwendet wird, stellt das Verhältnis der lichtstreuenden Elemente dar, die je Flächeneinheit der Lichtleitplatte ausgebildet wurden. Das Lichtstreuvermögen jenes Elements auf der Lichtleitplatte wurde als "Mattierungswert" gemäß JIS K 7105 zu 1,4% gemessen.
Eine lichtstreuende Folie (0,1 mm dick, D-204 von Tsujimoto Denki Seisakusho) wurde auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet. Alle Oberflächen der Lichtleitplatte, mit Ausnahme der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche, wurden mit einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Folienplatte (125 µm dick, Erzeugnis von ICI Limited) bedeckt.
Beim Betreiben der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer Wechselspannung (30 kHz), angelegt von einem Inverter, bei einem konstanten Strom, wurde die erzeugte Flächenleuchtdichte mit einem Leuchtdichte-Meßgerät (Topcon BM-8) gemessen, und das Ergebnis ist durch die Kurve a in Fig. 9 (Ausführungsbeispiel 14) gezeigt. Eine Leuchtdichtemessung wurde unter denselben Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material konstant bei 7% gehalten wurde, und das Ergebnis ist durch die Kurve b in Fig. 9 (Ausführungsbeispiel 15) gezeigt. Das Lichtstreuvermögen der lichtstreuenden Elemente auf der Lichtleitplatte, gemessen als Mattierungswert gemäß JIS K 7105 betrug 1,5%. Eine Leuchtdichtemessung wurde unter denselben Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material gleichbleibend bei 9% gehalten wurde, und das Ergebnis ist durch die Kurve c in Fig. 9 (Ausführungsbeispiel 16) gezeigt. Der Mattierungswert war 1,9%.
Eine Leuchtdichtemessung wurde unter denselben Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material gleichbleibend bei 11% gehalten wurde, und das Ergebnis ist durch die Kurve d in Fig. 9 (Ausführungsbeispiel 17) gezeigt. Der Mattierungswert war 2,4%. Die Kurven a bis d zeigen, daß die erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtungen zur rückseitigen Beleuchtung eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung erreichten.
Eine Leuchtdichtemessung wurde unter denselben Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material gleichbleibend bei 100% gehalten wurde, und das Ergebnis ist durch die Kurve e in Fig. 9 (Vergleichsbeispiel 7) gezeigt. Der Mattierungswert war 91%. Die Kurve e zeigt, daß die Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung des Vergleichsbeispiels 7 eine sehr ungleichmäßige Leuchtdichteverteilung erzeugte.
Eine Leuchtdichtemessung wurde auch unter denselben Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß kein Auftrag des lichtstreuenden Materials erfolgte (0% Bedeckung), und das Ergebnis ist durch die Kurve f in Fig. 9 (Vergleichsbeispiel 8) gezeigt. Der Mattierungswert war 0,3%. Die Kurve f zeigt, daß die Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung des Vergleichsbeispiels 8 sehr niedrige Leuchtdichtewerte erzeugte.
Eine rechteckförmige Lichtleitplatte (hergestellt aus PMMA, mit den Abmessungen 235 mm x 160 mm) mit einer Dicke von 3 mm wurde bereitgestellt. Eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (eine normale ∅4,8 mm-Leuchtstofflampe von Harrison Denki K.K.) mit einem Durchmesser von 4,8 mm, welche 7 mm länger als die kürzere Seite der Platte war, wurde in der Nähe beider kürzeren Seiten angeordnet. Die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe war mit einem rohrförmigen Lichtreflektor umschlossen, der mit einem Auftrag der lichtstreuenden Folie laminiert war und einen Schlitz von 3 mm Breite in einer solchen Weise aufwies, daß das durch den Schlitz austretende Licht von beiden kürzeren Seiten in die Platte eintreten konnte.
Ein lichtstreuendes Material wurde auf die Oberfläche der Lichtleitplatte durch Siebdruck einer Struktur von kreisrunden Punkten in einem Abstand von 1,2 mm aufgetragen. Eine Schirmbild-Trageinrichtung wurde durch CAD in einer solchen Weise erzeugt, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material bei gleichbleibend 16% gehalten wurde (der Mattierungswert betrug 3,4%).
Eine lichtstreuende Folie (0,1 mm Dicke, D-204 von Tsujimoto Denki Seisakusho) wurde auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet. Alle Oberflächen der Lichtleitplatte, mit Ausnahme der Eintritts- und der Austrittsfläche, wurden mit einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Folienplatte (125 µm Dicke, erzeugt von ICI Limited) bedeckt.
Wenn die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer Wechselspannung (30 kHz), angelegt von einem Inverter, bei einem konstanten Strom betrieben wurde, erfolgte das Messen der Flächenleuchtdichte mit einem Leuchtdichte-Meßgerät (Topcon BM-8), und das Ergebnis ist durch die Kurve a in Fig. 10 (Ausführungsbeispiel 18) gezeigt.
Eine rechteckförmige Lichtleitplatte (86 mm x 65 mm) mit einer Dicke von 3 mm wurde bereitgestellt. Eine Kaltkathoden- Leuchtstofflampe (eine normale 04,8 mm-Leuchtstofflampe von Harrison Denki K.K.) mit einem Durchmesser von 4,1 mm, welche 12 mm länger als die längere Seite der Platte war, wurde in der Nähe beider der längeren Seiten angeordnet. Die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe war mit einem röhrenförmigen Lichtreflektor umschlossen, auf welchen eine aufgedampfte Silberschicht aufgetragen war, welcher einen Schlitz von 3 mm Breite in einer solchen Weise aufwies, daß das durch den Schlitz austretende Licht von beiden längeren Seiten in die Platte eingeleitet werden konnte.
Ein lichtstreuendes Material war auf der Oberfläche der Lichtleitplatte durch Offsetdruck einer Struktur aus kreisförmigen Punkten mit einem Abstand von 1,0 mm aufgetragen. Eine Schirmbild-Trageinrichtung wurde durch CAD in einer solchen Weise hergestellt, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material gleichbleibend bei 32% gehalten wurde (der Mattierungswert betrug 45%).
Eine lichtstreuende Folie (0,1 mm dick, D-204 von Tsujimoto Denki Seisakusho) war auf der Austrittsfläche der Lichtleitplatte angeordnet. Alle Oberflächen der Lichtleitplatte, mit Ausnahme der Eintritts- und der Austrittsfläche, waren mit einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Folienplatte (125 µm dick, Erzeugnis von ICI Limited) von Tsujimoto Denki Seisakusho) bedeckt.
Wenn die Kaltkathoden-Leuchtstofflampe mit einer Wechselspannung (30 kHz), angelegt von einem Inverter, bei einem gleichbleibenden Strom betrieben wurde, erfolgte das Messen der Flächenleuchtdichte mit einem Leuchtdichte-Meßgerät (Topcon BM-8), und das Ergebnis ist durch die Kurve a in Fig. 11 (Ausführungsbeispiel 19) gezeigt.
Eine Leuchtdichtemessung wurde unter denselben Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme, daß die Bedeckung mit dem lichtstreuenden Material gleichbleibend bei 40% gehalten wurde, und das Ergebnis ist durch die Kurve b in Fig. 11 (Vergleichsbeispiel 9) gezeigt. Der Mattierungswert betrug 56%. Aus Kurve b wird deutlich, daß die Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung des Vergleichsbeispiels 9 eine sehr ungleichmäßige Leuchtdichteverteilung erzeugte.
Wenngleich die Erfindung vorstehend mit Bezug auf eine einzelne bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, so sollte klar sein, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Ausführungsform begrenzt ist, sondern verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung zur Verwendung mit Anzeigetafeln, welche aufweist:

- eine Lichtleitplatte (1), hergestellt aus einem lichtdurchlässigen Material, wobei eine der Hauptflächen der Lichtleitplatte (1) mit einem Lichtstreuvermögen (6) ausgestattet ist und mit einer spiegelnden oder einer lichtstreuenden/lichtreflektierenden Platte (3) bedeckt ist, und

- eine linienformige Lichtquelle (4) welche in der Nähe eines Endabschnitts mindestens einer Seite der Lichtleitplatte (1) angeordnet ist,

gekennzeichnet durch:

- eine Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7), welche auf der Seite einer Lichtaustrittsfläche der Lichtleitplatte (1) angeordnet ist, um eine Richtwirkung des gestreuten Lichts in eine Richtung senkrecht zu der Lichtaustrittsfläche oder in eine Richtung nahe dazu zu erhöhen, wobei die Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7) aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und mindestens eine Platte mit geraden Rückenlinien (8) aufweist, welche rückenartige Vorsprünge in winzigen Abständen auf derselben Seite in einer solchen Weise ausbilden, daß die Rückenlinien (8) im wesentlichen parallel zueinander sind und die Vorsprünge nach außen gerichtet sind.

2. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung für die Verwendung mit Anzeigetafeln, welche aufweist:

- eine Lichtleitplatte (1), hergestellt aus einem lichtdurchlässigen Material, wobei eine der Hauptflächen der Lichtleitplatte (1) mit einem Lichtstreuvermögen (6) ausgestattet ist und mit einer spiegelnden oder lichtstreuenden/lichtreflektierenden Platte (3) bedeckt ist, und

- eine linienförmige Lichtquelle (4), angeordnet in der Nähe eines Endabschnitts mindestens einer Seite der Lichtleitplatte (1),

gekennzeichnet durch:

- eine Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7), welche auf der Seite einer Lichtaustrittsfläche der Lichtleitplatte (1) angeordnet ist, um eine Richtwirkung des gestreuten Lichts in eine Richtung senkrecht zu der Lichtaustrittsfläche oder in eine Richtung nahe dazu zu steigern, wobei die Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7) aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist und mindestens eine Platte aufweist, welche eine Vielzahl von pyramidenförmigen oder kegelförmigen Vorsprüngen in winzigen Abständen auf derselben Seite aufweist, wobei die Vorsprünge nach außen gerichtet sind und im wesentlichen denselben Vertikalwinkel aufweisen.

3. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung für die Verwendung mit Anzeigetafeln, welche aufweist:

- eine Lichtleitplatte (1), hergestellt aus einem lichtdurchlässigen Material, und

- eine linienförmige Lichtquelle (4), angeordnet in der Nähe eines Endabschnitts mindestens einer Seite der Lichtleitplatte,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitplatte (1) ein Lichtstreuvermögen aufweist, welches einen im wesentlichen gleichbleibenden Mattierungswert auf der Plattenoberfläche erzeugt, wobei der Mattierungswert in einem Bereich von 0,5 bis 50% ist, gemessen gemäß JIS K 7105, und alle Oberflächen der Lichtleitplatte, mit Ausnahme einer Lichtaustrittsfläche und des Endabschnitts mindestens einer Seite, mit einer lichtreflektierenden Folienplatte bedeckt sind.

4. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7) auf einer lichtstreuenden Platte (2) angeordnet ist, welche die Lichtaustrittsfläche der Lichtleitplatte (1) bedeckt.

5. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 2, wobei die Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7) auf einer lichtstreuenden Platte (2) angeordnet ist, welche die Lichtaustrittsfläche der Lichtleitplatte (1) bedeckt.

6. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei jeder der rückenförmigen Vorsprünge eine solche Form aufweist, daß ein Senkrechtschnitt zu dessen Längsachse eine Dreieckform zeigt.

7. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, wobei die Vorsprünge Vertikalwinkel von 70 bis 150 Grad aufweisen.

8. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, wobei der Abstand zwischen den Scheiteln der benachbarten Vorsprünge 10 bis 1000 µm beträgt.

9. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, wobei die Platte und die Vorsprünge aus unterschiedlichen Materialien erzeugt sind.

10. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 9, wobei die unterschiedlichen Materialien bei Einwirkung von Energie härtbar sind.

11. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 10, wobei die unterschiedlichen Materialien durch UV- Strahlung härtbare Harze sind.

12. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Luftschicht zwischen der Oberfläche der Lichtleitplatte (1) und der Lichtausrichtungs-Steigerungseinrichtung (7) angeordnet ist.

13. Vorrichtung zur rückseitigen Beleuchtung gemäß Anspruch 1, 2, 4 und 5, wobei alle Oberflächen der Lichtleitplatte (1) mit einer lichtreflektierenden Platte oder Folie (3) bedeckt sind, mit Ausnahme mindestens des Endabschnitts der Seite, welche in der Nähe der linienförmigen Lichtquelle (4) und der Lichtaustrittsfläche angeordnet ist.