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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Flächenlichtquellen-Vorrichtung,
die in Personalcomputern, Computer-Monitoren, Videokameras, Fernsehempfängern, Auto-Navigationssystemen
und dergleichen verwendet werden soll, und eine Direktsichtanzeige,
die sie aufweist.
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Transmissionsanzeigen,
wie typischerweise Flüssigkristalltafeln,
weisen eine Hintergrundbeleuchtung auf, die Licht einer Fläche emittiert,
und eine Anzeigetafel, die eine Anordnung von Pixeln aufweist, in
der Buchstaben und Bilder durch Modulation der Lichtdurchlässigkeit
jedes Pixels der Anzeigetafel angezeigt werden. Die Hintergrundbeleuchtung
umfaßt
zum Beispiel: eine, die eine Kombination einer Halogenlampe, eines
Reflektors und einer Linse aufweist, die imstande ist, die Luminanzverteilung des
ausgehenden Lichts zu modulieren; eine, die einen Wellenleiter und
Fluoreszenzröhren
aufweist, die angrenzend an die Seitenflächen des Wellenleiters angeordnet
sind, und in der das Licht aus den Fluoreszenzröhren in den Wellenleiter eintritt
und durch die Oberfläche
des Wellenleiters senkrecht zu dessen Seitenflächen herausgeht; und eine,
die einen Wellenleiter und eine Fluoreszenzröhre aufweist, die innerhalb
des Wellenleiters angeordnet ist (direkte Hintergrundbeleuchtung).
Die Hintergrundbeleuchtung, die eine Halogenlampe einsetzt, wird
im wesentlichen in Flüssigkristallprojektoren
verwendet, die eine hohe Luminanz benötigen. Andererseits kann die
Hintergrundbeleuchtung, die einen Wellenleiter einsetzt, dünner gemacht werden,
und wird häufig
in Direktsichtanzeigen für
Flüssigkristall-Fernsehgeräte, Personalcomputer
usw. verwendet.
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Es
ist erwünscht,
daß Hintergrundbeleuchtungen
zur Verwendung in Flüssigkristall-Fernsehgeräten, Personalcomputern
in Notizbuchgröße und dergleichen
eine verminderte Leistung aufnehmen, während sie eine hohe Luminanz
erzeugen. Dafür könnte eine
Erhöhung
der Anzahl der Lichtquellen, wie Kaltkathoden- Fluoreszenzlampen,
in Hintergrundbeleuchtungen eine Zunahme der erzeugten Luminanz
verwirklichen, was jedoch nicht praktikabel ist, da es zu einer
Zunahme der Stromaufnahme durch Hintergrundbeleuchtungen führt.
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Andererseits
ist der Bereich der Betrachtungswinkel für Flüssigkristalltafeln äußerst eng.
Bei großen
Betrachtungswinkeln, oder das heißt, großen Winkeln aus der Richtung
normal zur Oberfläche
der Anzeige (das heißt
aus der Richtung genau vor der Anzeigefläche), zeigen Flüssigkristalltafeln
einen niedrigen Kontrast und sogar Änderungen der sichtbaren Farbsättigung
und erzeugen unbrauchbare Bilder. Insbesondere wird bei Flüssigkristalltafeln
das Licht, das in die schiefe Richtung relativ zur Anzeigefläche abgegeben
wird, nicht zur Betrachtung der Anzeigefläche genutzt, und der Grad der
Lichtausnutzung in Flüssigkristallanzeigen
ist nicht immer hoch.
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Um
das Problem in der Technik zu lösen,
ist eine Hintergrundbeleuchtungsstruktur entwickelt worden, die
einen Plattenwellenleiter und Lichtquellen, wie Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen
oder dergleichen aufweist, die angrenzend an die beiden Seitenflächen des
Plattenwellenleiters angeordnet sind, und in der ein Lichtdiffusor
und eine Prismenfolie über
dem Plattenwellenleiter vorgesehen sind (siehe die japanische Patentanmeldungsoffenlegung
(JP-A) Hei-63667 und Hei-6-67004).
Abgesehen davon ist eine andere Technik vorgeschlagen worden, zwei Prismenfolien
zu verwenden, die miteinander in einer solchen Weise überlappt
sind, daß ihre
Muster senkrecht zueinander sind, um das Licht zweidimensional zu
modulieren, das durch sie hindurch geht. Die Hintergrundbeleuchtungsstrukturen
dieser Typen werden effektiv darin sein, die Luminanz des Lichts
zu erhöhen,
das in die Richtung normal zu ihrer Vorderseite abgegeben wird,
sind aber immer noch darin fehlerhaft, daß das Licht, das unter Winkeln
in die schiefe Richtung abgegeben wird, die die Richtung normal zur
Lichtabgabefläche
der Hintergrundbeleuchtung überschreiten,
immer noch eine verhältnismäßig hohe
Luminanz aufweist (das Licht dieser Art wird im folgenden als eine
Seitenspitze bezeichnet). Um die Seitenspitze zu reduzieren, müssen die
Winkel, unter denen Licht abgegeben wird, verbreitert werden, was jedoch
unvermeidlich zu einer Abnahme der Luminanz des abgehenden Lichts
führt.
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JP-A
Hei-8-221013 offenbart eine Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung,
die einen ersten Wellenleiter 23 und einen zweiten Wellenleiter 24 aufweist,
der angrenzend an die Oberfläche
des ersten Wellenleiters 23 angeordnet ist, wie in 16,
in der das Licht aus den Lichtquellen 21, das durch den
Reflektor 22 reflektiert worden ist und in den ersten Wellenleiter 23 durch
seine Seitenflächen
eintritt, zur Vorderseite der Anzeigetafel durchgelassen wird. In
dieser Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung geht jedoch das Licht,
das in den ersten Wellenleiter 23 in die Richtung senkrecht
zu einer Seitenfläche
des ersten Wellenleiters 23 eingetreten ist, direkt innerhalb
des ersten Wellenleiters 23 zur anderen Seitenfläche, ohne
zum zweiten Wellenleiter 24 zu gehen. Daher ist die Lichtverfügbarkeit
durch die Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung nicht hoch. Zusätzlich ist
das Licht, das durch die Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung abgegeben
wird, nicht polarisiert. Daher wird in der Kombination der Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung
und der Transmissionsflüssigkristalltafel 25, wie
in 16, die Komponente des Lichts, die durch den Polarisator 26 polarisiert
worden ist, der auf der Lichteingangsfläche der Tafel 25 angeordnet
ist, in die Richtung, die dieselbe Richtung der Absorptionsachse
des Polarisators 26 ist, durch den Polarisator 26 absorbiert,
was dadurch dazu führt,
daß die
Luminanz der Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung um 50% gesenkt wird.
Aus diesen Gründen
konnte die Hintergrundbeleuchtungsvorrichtung keine ausreichende
Lichtverfügbarkeit
verwirklichen.
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In
US-A-5 712 694 wird eine Anzeigevorrichtung offenbart, die eine
Lichtleitungsplatte mit einem Halbwellenfilm auf der Ausgangsfläche und
eine Fluoreszenzröhre
aufweist. Eine Prismenfolie mit Prismenflächen einer rillenförmigen Form
ist zwischen dem Halbwellenfilm und der Lichtleitungsplatte angeordnet,
wobei die Prismenflächen
dem Halbwellenfilm gegenüberliegen.
Ferner ist ein Viertelwellenlängenfilm
angrenzend an die Fluoreszenzröhre
angeordnet, und ein Lichtleitungssteuerglied ist zwischen dem Viertelwellenlängenfilm
und der Lichtleitungsplatte angeordnet. Das Lichtleitungssteuerglied
weist einen Spiegel und eine Interferenzfläche auf, die aus einem Mehrschichtfilm
besteht und imstande ist, einen polarisierten Lichtstrahl aufzuteilen.
Der Mehrschichtfilm ist auf einer lichtemittierenden Oberfläche angeordnet.
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Die
vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung der oben angegebenen
Probleme der Technik gemacht worden, und es ist ihre Aufgabe, eine
Flächenlichtquellen-Vorrichtung bereitzustellen, die
so gestaltet ist, daß die
Luminanz des Lichts, das in die schiefe Richtung abgegeben werden
soll, die die Frontrichtung der Vorrichtung überschreitet, reduziert wird,
um dadurch die Lichtverfügbarkeit
durch die Vorrichtung zu erhöhen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeige bereitzustellen,
die die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
aufweist und eine hohe Luminanz aufweist.
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Die
Flächenlichtquellen-Vorrichtungen
der Erfindung, die in den Ansprüchen
1, 5, 6, 7 und 9 definiert werden, die die erste Aufgabe lösen, weisen auf:
eine Lichtquelle, einen Reflektor, einen Wellenleiter, der durch
seine Seitenflächen
das Licht empfängt,
das durch die Lichtquelle abgegeben und durch den Reflektor reflektiert
worden ist, ein Ausgangslichtsteuerungselement, das im folgenden auch
als Modulator bezeichnet wird, das an der Lichtabgabefläche des
Wellenleiters vorgesehen ist, um das Ausgangslicht aus der Lichtabgabefläche des
Wellenleiters zur Frontrichtung der Lichtabgabefläche hin
zu modulieren, und einen Eingangslichtmodulator, der zwischen der
Lichtquelle und der Seitenfläche
des Wellenleiters vorgesehen ist, um das Ausgangslicht aus der Lichtquelle
zur Lichtabgabefläche
des Wellenleiters hin oder zur Rückseite
des Wellenleiters hin, die dessen Lichtabgabefläche gegenüberliegt, zu modulieren.
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In
einer Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der Erfindung können
zwei Eingangslichtmodulatoren, die jeweils eine periodisch gezahnte
Oberfläche
aufweisen, so kombiniert und zwischen der Lichtquelle und der Seitenfläche des
Wellenleiters angeordnet werden, daß das Gittermuster der periodisch
gezahnten Oberfläche
eines Eingangslichtmodulators senkrecht zu dem der periodisch gezahnten
Oberfläche
der anderen verläuft.
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Außerdem kann
in der Vorrichtung der Eingangslichtmodulator, der eine periodisch
gezahnte Oberfläche
aufweist, und eine Polarisationseinrichtung zwischen der Lichtquelle
und der Seitenfläche des
Wellenleiters angeordnet sein.
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Die
Anzeige der Erfindung, die die oben angegebene zweite Aufgabe löst, weist
eine Flächenlichtquellen-Vorrichtung, wie
beansprucht, und eine Anzeigevorrichtung auf. Darin kann die Anzeigevorrichtung
eine Flüssigkristalltafel
sein.
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In
der Anzeige der Erfindung, die die oben angegebene Struktur aufweist,
kann eine Polarisationseinrichtung zwischen der Lichtquelle und
der Seitenfläche
des Wellenleiters vorgesehen sein. In dem Typ, wo die Polarisationseinrichtung
dazu bestimmt ist, zirkular polarisiertes Licht in einer spezifischen Richtung
hindurch gehen zu lassen, kann ein Viertelwellenlängenplättchen zwischen
dem Wellenleiter und der Anzeigevorrichtung vorgesehen sein.
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Es
werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.
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1(a) bis 1(c) sind
graphische Ansichten, die den Umriß unterschiedlicher Ausführungsformen
der Flächenlichtquelle
der Erfindung zeigen.
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2(a) bis 2(c) sind
graphische Ansichten, die die Luminanzwinkelverteilung beim Fehlen
oder Vorhandensein des/der Eingangslichtmodulator(en) angeben.
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3(a) und 3(b) sind
graphische Ansichten, die die Anordnung eines Eingangslichtmodulators
zeigen, dessen Gitteroberfläche
der Seitenfläche
des Wellenleiters gegenüberliegt.
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4(a) bis 4(c) sind
graphische Ansichten, die unterschiedliche Anordnungen des/der Eingangslichtmodulator(en)
zeigen.
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5(a) und 5(b) sind
graphische Ansichten, die andere unterschiedliche Anordnungen der
Eingangslichtmodulatoren zeigen.
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6(a) bis 6(d) sind
graphische Ansichten, die unterschiedliche Modifikationen des Querschnittsprofils
eines Eingangslichtmodulators zeigen.
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7(a) und 7(b) sind
graphische Ansichten, die Ausführungsformen
der Anzeige zeigen, die die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der Erfindung aufweist.
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8(a) und 8(b) sind
graphische Ansichten, die andere Ausführungsformen der Anzeige zeigen,
die die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der Erfindung aufweist.
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9(a) bis 9(c) sind
graphische Ansichten, die unterschiedliche Zustände des Lichts zeigen, das
beim Vorhandensein einer Polarisationseinrichtung oder einer Polarisationseinrichtung, die
mit einem Eingangslichtmodulator(en) kombiniert ist, in einem Wellenleiter
eintritt.
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10(a) bis 10(c) sind
graphische Ansichten, die unterschiedliche Modifikationen der Kombination
eines Eingangslichtmodulators und einer Polarisationseinrichtung
zeigen.
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11(a) bis 11(c) sind
graphische Ansichten, die andere unterschiedliche Modifikationen der
Kombination eines Eingangslichtmodulator(en) und einer Polarisationseinrichtung
zeigen.
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12(a) bis 12(c) sind
graphische Ansichten, die noch andere unterschiedliche Modifikationen
der Kombination von Eingangslichtmodulatoren und einer Polarisationseinrichtung
zeigen.
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13(a) und 13(b) sind
graphische Ansichten, die unterschiedliche Zustände polarisierten Lichts zeigen,
das durch eine Polarisationseinrichtung reflektiert wird oder durch
sie hindurch geht.
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14 ist
eine graphische Ansicht, die eine Ausführungsform des Querschnittsprofils
von schräg verlaufenden
Hügeln
eines Ausgangslichtmodulators zeigt.
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15(a) und 15(b) sind
graphische Ansichten, die Vergleichsbeispiele der Anzeige zeigen,
die eine Flächenlichtquellen-Vorrichtung
aufweist.
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16 ist
eine graphische Ansicht, die den Umriß einer Anzeige zeigt, die
eine herkömmliche Flächenlichtquellen-Vorrichtung
zeigt.
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1(a) ist eine graphische Ansicht, die den Umriß einer
Ausführungsform
der Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die dargestellte Flächenlichtquellen-Vorrichtung
weist einen Wellenleiter 3, Lichtquellen 2, die über einen
Eisgangslichtmodulator 9 dazwischen angrenzend an die beiden
Seitenflächen 1 des
Wellenleiters 3 angeordnet sind, und einen Ausgangslichtmodulator 4 zur Modulation
der Verteilung der Ausgangswinkel des Lichts auf, das durch den
Wellenleiter 3 abgegeben wird. Der Ausgangslichtmodulator 4 ist über dem Wellenleiter 3 angeordnet,
und das Licht, das in die Lichteingangsfläche 5 des Modulators 4 eingetreten ist,
geht dort hindurch aus der Lichtabgabefläche 6 heraus. Der
Modulator 4 weist viele Hügel 7 auf seiner Lichteingangsfläche 5 auf,
und die Spitze jedes Hügels 7 wird
in engem Kontakt mit der Lichtabgabefläche des Wellenleiters 3 gehalten.
Um die Lichtquellen 2 herum ist ein Reflektor 8 vorgesehen,
durch den Licht, das in die Richtung geht, die zur Richtung zu den
Seitenflächen
des Wellenleiters hin entgegengesetzt ist, so reflektiert wird,
daß es
zu jeder Seitenfläche
des Wellenleiters geht. Der Eingangslichtmodulator 9 ist
zwischen dem Wellenleiter 3 und jeder Lichtquelle 2 angeordnet,
der die Verteilung der Lichtwinkel von jeder Lichtquelle 2 zum
Wellenleiter 3 hin moduliert. Insbesondere moduliert der
Modulator 9 die Verteilung der Lichtwinkel in die Richtung
senkrecht zur Lichtabgabefläche
des Wellenleiters 3 (in 1(a) in
die vertikale Richtung).
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Die
Funktion des oben angegenen Eingangslichtmodulators wird unter Bezugnahme
auf 2(a) bis 2(c) beschrieben,
in denen die Größe des Kreises
für die
Luminanzwinkelverteilung den Grad der Luminanz angibt. Beim Fehlen
des Eingangslichtmodulators befindet sich die Luminanzverteilung
des Lichts, das in die Seitenfläche
des Wellenleiters eintritt, in einem diffusen Zustand, wie in 2(a). In diesem Fall sollte Licht unter einem
Winkel θ =
0°, oder
das heißt,
Licht, das in die Seitenfläche
des Wellenleiters in die Richtung senkrecht dazu eintritt, direkt
die andere Seitenfläche
des Wellenleiters erreichen. Folglich könnte in diesem Fall Licht, das
in den Wellenleiter in die Richtung senkrecht zur Seitenfläche des
Wellenleiters eintritt, nicht aus dem Wellenleiter heraus gehen,
und erzeugt einen Lichtverlust. Eine Anordnung des Eingangslichtmodulators
angrenzend an die Seitenfläche
des Wellenleiters in einer solchen Weise, daß die Gitteroberfläche des
Modulators der Seitenfläche
des Wellenleiters gegenüberliegt
und daß die
Gitterrippen am Modulator in die Längsrichtung der Lichtquelle
verlaufen, wodurch die Luminanz des Lichts, das durch den Eingangslichtmodulator
in die Richtung zur Vorderseite des Modulators abgegeben wird, gesenkt
wird, während
das Licht, das dort hindurch in die schiefe Richtung relativ zur Vorderseite
des Modulators abgegeben wird, erhöht wird, ändert die Luminanzverteilung des
Lichts, das in die Seitenfläche
des Wellenleiters eintritt, zu jener, die in 2(b) gezeigt
wird. Auf diese Weise wird der Lichtverlust reduziert. Der zu diesem
Zweck zu verwendende Eingangslichtmodulator kann ein Beugungsgitter
mit einer periodisch gezahnten Oberfläche sein.
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Insoweit
er die Luminanzverteilung ergibt, wie sie oben definiert wird, kann
der Eingangslichtmodulator auf jede Weise so angeordnet werden, daß seine
Gitteroberfläche
entweder der Lichtquelle oder der Seitenfläche des Wellenleiters gegenüberliegt.
Insoweit er ferner die beabsichtigte Luminanzverteilung wie oben
ergibt, kann der Eingangslichtmodulator auf jede Weise so angeordnet
werden, daß der
Winkel des Lichts, das durch den Modulator gegangen ist und in den
Wellenleiter eingetreten ist, zur Lichtabgabefläche des Wellenleiters oder
zu dessen Rückseite
(die der Lichteingangsfläche
gegenüberliegt),
entweder eng oder weit sein kann. Wo eine Prismenanordnung, bei
der der vertikale Winkel jedes Gitters 90° beträgt, in einer solchen Weise
angeordnet ist, daß ihre
Gitteroberfläche
der Seitenfläche des
Wellenleiters gegenüberliegt,
und wo Licht auf die Prismenanordnung (Eingangslichtmodulator) an seiner
Oberfläche
(Rückseite)
angewendet wird, die der Gitteroberfläche gegenüberliegt, ergibt die Prismenanordnung
die Luminanzverteilung, wie in 3(a).
Folglich kann, wie in 3(b),
wo der Eingangslichtmodulator 9 so angrenzend an eine Seitenfläche des
Wellenleiters angeordnet ist, während er
relativ zur Seitenfläche
geneigt ist, daß die
Gitteroberfläche
des Modulators 9 zur Lichtabgabefläche des Wellenleiters hin weist,
der Anteil des Lichts, das die andere Seitenfläche des Wellenleiters vertikal dazu
erreichen kann, reduziert werden, wodurch die Lichtverfügbarkeit
durch den Wellenleiter erhöht
wird.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Flächenlichtquellen-Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung wird in 1(b) gezeigt, in der die Teile,
die dieselben wie jene in 1(a) sind,
durch dieselben Bezugsziffern repräsentiert werden und ihre Beschreibung
weggelassen wird. In dieser Ausführungsform sind
zwei Eingangslichtmodulatoren 9 und 10 zwischen
der Lichtquelle und der Seitenfläche
des Wellenleiters angeordnet. Darin hat der Eingangslichtmodulator 9 die
Funktion, die in 2(b) dargestellt wird. Der zweite
Eingangslichtmodulator 10 ist zum Beispiel eine Prismenanordnung,
bei der der vertikale Winkel jedes Gitters 90° beträgt. In der dargestellten Ausführungsform
ist die Prismenanordnung des zweiten Eingangslichtmodulators so
angeordnet, daß seine
Gitteroberfläche
der Seitenfläche
des Wellenleiters gegenüberliegt
und daß die
Rippe jedes Gitters senkrecht zur Längsrichtung der Lichtquelle
verläuft.
Mit anderen Worten sind in dieser Ausführungsform der Eingangslichtmodulator 9 und
der zweite Eingangslichtmodulator 10 so angeordnet, daß die Gitterrippen
des erstgenannten senkrecht zu jenen des letztgenannten sind. Die
beiden Eingangslichtmodulatoren so anzuordnen, daß ihre Gitterrippen senkrecht
zueinander sind, erhöht
die Lichtluminanz in die schiefe Richtung relativ zu den beiden
Eingangslichtmodulatoren, wodurch die Luminanzverteilung des Lichts,
das in den Wellenleiter durch seine Seitenfläche eintritt, moduliert werden
kann, wie in 2(c).
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Wie
oben erwähnt,
kann der Eingangslichtmodulator zwischen der Seitenfläche des
Wellenleiters und der Lichtquelle angeordnet sein. In der Vorrichtung
der Erfindung können
ein oder mehrere solche Eingangslichtmodulatoren entweder einzeln
oder kombiniert eingesetzt werden. Daher können unter Berücksichtigung
der Herstellungskosten und anderer Parameter alle gewünschten
Eingangslichtmodulatoren ausgewählt
und bei der Gestaltung der Vorrichtung verwendet werden, so daß die entworfene Vorrichtung
die notwendigen Effekte zeigen kann. 4(a) bis 4(c), und 5(a) und 5(b) zeigen einige Anordnungsausführungsformen
einer oder zweier Eingangslichtmodulatoren. In 4(a) und 4(b) wird
ein Eingangslichtmodulator verwendet. In 4(a) liegt
die Gitteroberfläche
des Eingangslichtmodulators der Lichtquelle gegenüber, und
die Gitterrippen verlaufen parallel zur Längsrichtung der Lichtquelle.
In 4(b) liegt die Gitteroberfläche des
Eingangslichtmodulators der Seitenfläche des Wellenleiters gegenüber, und
die Gitterrippen sind zur Längsrichtung
der Lichtquelle senkrecht. In 4(c), 5(a) und 5(b) sind
zwei Eingangslichtmodulatoren kombiniert. Die Anordnung der Eingangslichtmodulatoren
in 4(c) ist zu jener der Eingangslichtmodulatoren
in 5(a) entgegengesetzt. Die Integration
der beiden Eingangslichtmodulatoren in 5(a) mit
den beiden nach außen
weisenden Gitterflächen
ergibt die Anordnung der 5(b),
wo die beiden Eingangslichtmodulatoren integriert sind. Da die beiden
Grenzflächen
zwischen der Luft und dem Eingangslichtmodulator verkleinert werden,
ist der Aufbau der 5(b) darin vorteilhaft, daß der Lichtverlust,
der durch Reflexion an den Grenzflächen verursacht wird, reduziert
wird, wodurch die Lichtverfügbarkeit
durch das integrierte Eingangslichtmodulatorsystem erhöht wird.
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In
den oben dargestellten Ausführungsformen
ist das Querschnittsprofil jedes Gitters des Eingangslichtmodulators
ein Dreieck mit einem vertikalen Winkel von 90°, was jedoch nicht einschränkend ist.
Wo die Gitteroberfläche
des Eingangslichtmodulators der Lichtquelle gegenüberliegt,
kann der vertikale Winkel θ jedes
Gitters (siehe 6(a)) zwischen 70° und 95° fallen,
um gute Ergebnisse zu erzeugen. Wo andererseits die Gitteroberfläche des
Eingangslichtmodulators der Seitenfläche des Wellenleiters gegenüberliegt,
kann der vertikale Winkel θ jedes
Gitters zwischen 70° und
110° fallen,
um gute Ergebnisse zu erzeugen. Das Querschnittsprofil jedes Gitters ist
nicht nur auf ein dreieckiges beschränkt, sondern kann in einem
Bogen vorliegen, wie in 6(b) oder 6(c). Für
die Bogengitter liegt das Verhältnis
der Gitterperiode P zur Gitterhöhe
H H/P vorzugsweise zwischen 0,1/1 und 0,7/1, jedoch bevorzugter
zwischen 0,2/1 und 0,4/1. Abgesehen davon kann das Querschnittsprofil
der Gitter in einer Sinuswelle vorliegen, wie in 6(d). Für
die Wellengitter liegt das Verhältnis
der Gitterperiode P zur Gitterhöhe
H H/P vorzugsweise zwischen 0,1/1 und 0,9/1, jedoch bevorzugter
zwischen 0,2/1 und 0,6/1.
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7(a) und 7(b) sind
graphische Ansichten, die den Umriß von Ausführungsformen der Anzeige der
Erfindung zeigen, die die obenerwähnte Flächenlichtquellen-Vorrichtung und eine
Flüssigkristallanzeige
aufweist. In der Ausführungsform
der 7(a) weist die Flächenlichtquellen-Vorrichtung die
Lichtquellen 2 und den Wellenleiter 3 auf, in
dem sich ein Eingangslichtmodulator 9 zwischen der Lichtquelle 2 und
der Seitenfläche
des Wellenleiters befindet, und die Vorrichtung ist mit einer Flüssigkristalltafel 12 kombiniert.
Es ist ein Polarisator 13 auf beiden Flächen der Flüssigkristalltafel 12 vorgesehen.
In der Ausführungsform
der 7(b) weist die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
die Lichtquellen 2 und den Wellenleiter 3 auf,
in dem sich zwei Eingangslichtmodulatoren 9 und 10 zwischen
der Lichtquelle 2 und der Seitenfläche des Wellenleiters befinden,
und die Vorrichtung ist mit einer Flüssigkristalltafel 12 kombiniert.
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1(c) zeigt eine dritte Ausführungsform der Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der Erfindung, in der die Teile, die dieselben wie jene in 1(a) sind, durch dieselben Bezugsziffern repräsentiert
werden und ihre Beschreibung weggelassen wird. In dieser Ausführungsform
sind zwei Eingangslichtmodulatoren 9 und 10 und
eine Polarisationseinrichtung 11 zwischen der Lichtquelle 2 und
der Seitenfläche
des Wellenleiters 3 angeordnet.
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In
der vorliegenden Erfindung kann (a) die Polarisationseinrichtung,
die die Funktion hat, zirkular polarisiertes Licht durchzulassen
und zu reflektieren und über
ein Viertelwellenlängenplättchen,
das angrenzend an die Lichtabgabefläche der Polarisationseinrichtung
oder an die Lichteingangsfläche
der Flüssigkristalltafel
vorgesehen ist, das Ausgangslicht in linear polarisiertes Licht
umzuwandeln, oder (b) die Polarisationseinrichtung, die die Funktion
hat, linear polarisiertes Licht durchzulassen und zu reflektieren, verwendet
werden. Zum Beispiel kann eine Polarisationsfolie von MERCK (Handelsname:
Trans Max) als der Typ der Polarisationseinrichtung (a) verwendet werden.
Und es kann zum Beispiel eine dünne
Reflexionspolarisationsfolie von 3M (Handelsname: DBEF) als der
Typ der Polarisationseinrichtung (b) verwendet werden. Das Licht,
das durch die Lichtquelle 2 abgegeben worden ist, befindet
sich in einem Nicht-Polarisationszustand, jedoch befindet sich das
Licht, das durch die Polarisationseinrichtung 11 gegangen
ist, in einem Polarisationszustand einer spezifischen polarisierten
Komponente. Das Licht, das durch die Polarisationseinrichtung 11 reflektiert worden
ist, wird durch den Reflektor 8 reflektiert und tritt wieder
in die Polarisationseinrichtung 11 ein. Folglich ist der Energieverlust
im Aufbau dieser Ausführungsform
klein. Die Anordnung der Polarisationseinrichtung 11 darin
macht es möglich,
ein spezifisches polarisiertes Licht in den Wellenleiter 3 einzuleiten.
Das spezifische polarisierte Licht geht durch den Wellenleiter 3 und
geht durch den Ausgangslichtmodulator 4 aus der Vorrichtung
heraus. Da das Licht nur in der Vorrichtung einer Totalreflexion
und Brechung unterworfen ist, bevor es abgegeben wird, verändert sich
sein Polarisationszustand nicht. Die Kombination der Flächenlichtquellen-Vorrichtung
dieses Typs mit einer Flüssigkristalltafel,
um eine Anzeige aufzubauen, in einer solchen Weise, daß die Durchlaßachsenrichtung
des Polarisators auf der Lichteingangsfläche der Flüssigkristalltafel parallel
zur linearen Polarisationsrichtung des Ausgangslichts aus der Flächenlichtquellen-Vorrichtung
sein kann, erhöht
die Luminanz der so aufgebauten Anzeige. Ferner braucht beim Vorhandensein
der Typen der Polarisationseinrichtung (a) oder (b) der Eingangslichtmodulator
nicht zwischen der Lichtquelle und der Seitenfläche des Wellenleiters vorgesehen
sein. Jedoch sind solche Anordnungen als Vergleichsbeispiele zu
betrachten, die nicht in den Rahmen des Schutzes fallen. Das heißt, daß (a) eine
Flächenlichtquellen-Vorrichtung
bestehen kann aus: einer Lichtquelle, einem Reflektor, einem Wellenleiter,
der durch seine Seitenflächen
das Licht empfängt,
das durch die Lichtquelle abgegeben und durch den Reflektor reflektiert
worden ist, einem Ausgangslichtmodulator, der an der Lichtabgabefläche des
Wellenleiters vorgesehen ist, um das Ausgangslicht aus der Lichtabgabefläche des
Wellenleiters zur Frontrichtung der Lichtabgabefläche hin
zu modulieren, und einer Polarisationseinrichtung, die eine Funktion
hat, ein spezifisches zirkular polarisiertes Licht durchzulassen
und zu reflektieren und über
ein Viertelwellenlängenplättchen,
das angrenzend an die Lichtabgabefläche der Polarisationseinrichtung
vorgesehen ist (wie in 15(a) gezeigt),
das Ausgangslicht in linear polarisiertes Licht umzuwandeln. Oder
es kann (b) eine Flächenlichtquellen-Vorrichtung
bestehen aus: einer Lichtquelle, einem Reflektor, einem Wellenleiter,
der durch seine Seitenflächen
das Licht empfängt,
das durch die Lichtquelle abgegeben und durch den Reflektor reflektiert
worden ist, einem Ausgangslichtmodulator, der an der Lichtabgabefläche des
Wellenleiters vorgesehen ist, um das Ausgangslicht aus der Lichtabgabefläche des
Wellenleiters zur Frontrichtung der Lichtabgabefläche hin
zu modulieren, und einer Polarisationseinrichtung, die eine Funktion
hat, ein spezifisches linear polarisiertes Licht durchzulassen und ein
restliches linear polarisiertes Licht zu reflektieren (wie in 15(b) gezeigt).
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8(a) zeigt den Umriß einer Ausführungsform
der Anzeige der Erfindung, die eine Kombination der Flächenlichtquellen-
Vorrichtung der 1(c) und einer Flüssigkristalltafel
aufweist. In dieser Ausführungsform
ist auf beiden Flächen
der Flüssigkristalltafel 12 ein
Polarisator 13 vorgesehen. Darin kann die Flüssigkristalltafel
mit der Flächenlichtquellen-Vorrichtung
in einer solchen Weise kombiniert werden, daß die Durchlaßachse des
Polarisators 13 auf der Lichteingangsfläche der Flüssigkristalltafel so ausgerichtet
ist, daß nur
das polarisierte Licht, das durch die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
abgegeben worden ist, durch die Flüssigkristalltafel geht, wodurch
die Lichtabsorption durch den Polarisator 13 reduziert
wird und die Lichtverfügbarkeit
durch die Flüssigkristalltafel
erhöht
wird.
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Als
die Polarisationseinrichtung ist auch eine einsetzbar, die die Funktion
aufweist, zirkular polarisiertes Licht durchzulassen und zu reflektieren.
Beim Fehlen des Viertelwellenlängenplättchens
auf der Lichtabgabefläche
der Polarisationseinrichtung wird zirkular polarisiertes Licht durch
die Flächenlichtquellen-Vorrichtung abgegeben. 8(b) ist eine graphische Ansicht, die den Umriß einer
Ausführungsform der
Anzeige der Erfindung zeigt, die die Flächenlichtquellen-Vorrichtung, die
die Funktion hat, zirkular polarisiertes Licht durchzulassen und
zu reflektieren, und eine Flüssigkristalltafel
und ein Viertelwellenlängenplättchen aufweist,
das dazwischen gelegt ist. In dieser Ausführungsform ist das Viertelwellenlängenplättchen 14 auf
der Lichtabgabefläche
der Flächenlichtquellen-
Vorrichtung angeordnet, und das Ausgangslicht, das zirkular polarisiertes
Licht ist, wird durch das Viertelwellenlängenplättchen 14 in linear polarisiertes
Licht umgewandelt. Dabei kann die Polarisationsrichtung des linear
polarisierten Lichts abhängig
von der Position des Viertelwellenlängenplättchens 14 gesteuert
werden. Daher kann darin, wenn Licht aus der Flächenlichtquellen-Vorrichtung in die Flüssigkristalltafel 12 eingegeben
wird, die den Polarisator 13 aufweist, der die Funktion
hat, linear polarisiertes Licht dort hindurch zur Lichteingangsfläche der
Tafel 12 zu lassen, die Polarisationsrichtung des Viertelwellenlängenplättchen 14 so
ausgerichtet werden, daß die
Menge des Eingangslichts erhöht
wird.
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Der
Eingangslichtmodulator kann mit einer Polarisationseinrichtung kombiniert
werden. Der Effekt, der durch die Kombination der Polarisationseinrichtung
mit dem Eingangslichtmodulator erzeugt werden soll, wird unter Bezugnahme
auf 9(a) bis 9(c) beschrieben,
in denen die Größe des Kreises
für die
Luminanzwinkelverteilung den Grad der Luminanz angibt.
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Darin
kann die verwendete Polarisationseinrichtung eine spezifische linear
polarisierte Lichtkomponente durchlassen, während die restliche polarisierte
Lichtkomponente reflektiert wird. Beim Fehlen des Eingangslichtmodulators
zwischen der Lichtquelle 2 und der Seitenfläche des
Wellenleiters 3, wie in 9(a),
wird die Winkelverteilung erzeugt, die dargestellt wird. Im Unterschied
dazu befindet sich die erzeugte Luminanzverteilung, wenn der Eingangslichtmodulator 9 zwischen
der Lichtquelle 2 und der Seitenfläche des Wellenleiters 3 angeordnet
ist, wie in 9(b), in dem Polarisationszustand,
der dargestellt wird. In noch einer anderen Ausführungsform, wo zwei Eingangslichtmodulatoren 9 und 10 zwischen
der Lichtquelle 2 und der Seitenfläche des Wellenleiters 3 in
einer solchen Weise angeordnet sind, daß die Gitterrippen der beiden
Modulatoren senkrecht zueinander sind, kann die Luminanz des Lichts,
das relativ zu den Modulatoren in die schiefe Richtung abgegeben
wird, stark erhöht
werden. Dabei wird, wie in 9(c),
die Luminanzverteilung so moduliert, daß sie sich in dem dargestellten
Polarisationszustand befindet. Die Kombination der Polarisationseinrichtung
mit einem oder mehreren Eingangslichtmodulatoren in der oben dargestellten
Weise ist zur weiteren Verbesserung der Lichtverfügbarkeit durch
die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der Erfindung effektiv.
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10(a) bis 10(c), 11(a) bis 11(c),
und 12(a) bis 12(c) zeigen verschiedene Ausführungsformen der Kombination
der Polarisationseinrichtung und eines oder zweier Eingangslichtmodulatoren.
Wie in 10(a) bis 10(c) und 11(a) bis 11(c), kann die Gitteroberfläche des Eingangslichtmodulators
entweder der Lichtquelle oder der Seitenfläche des Wellenleiters gegenüberliegen.
In 10(a) liegt die Gitteroberfläche des Eingangslichtmodulators
der Lichtquelle gegenüber,
während
deren Gitterrippen parallel zur Längsrichtung der Lichtquelle
verlaufen, und der Eingangslichtmodulator ist von der Polarisationseinrichtung
getrennt. In 10(b) ist der Eingangslichtmodulator
mit der Polarisationseinrichtung integriert, wodurch der Lichtverlust
reduziert wird, der durch die Reflexion an der Grenzfläche zwischen
den beiden verursacht wird. In einer anderen Modifikation des Aufbaus
der 10(b), kann die Polarisationseinrichtung
zwischen der Lichtquelle und dem Eingangslichtmodulator angeordnet
sein. In den Ausführungsformen
der 10(c) und 11(a) ist der Eingangslichtmodulator so mit der
Polarisationseinrichtung kombiniert, daß die Gitteroberfläche des
Eingangslichtmodulators der Seitenfläche des Wellenleiters gegenüberliegt,
während
dessen Gitterrippen senkrecht zur Längsrichtung der Lichtquelle
verlaufen. In 10(c) sind die Lichtquelle,
der Eingangslichtmodulator und die Polarisationseinrichtung in dieser
Reihenfolge getrennt angeordnet. In 11(a) sind
die Lichtquelle, die Polarisationseinrichtung und der Eingangslichtmodulator
in dieser Reihenfolge angeordnet, während die Polarisationseinrichtung
mit dem Eingangslichtmodulator integriert ist. In den Ausführungsformen
der 11(b), 11(c) und 12(a) bis 12(c) sind
zwei Eingangslichtmodulatoren mit einer Polarisationseinrichtung
kombiniert. In 11(b) und 12(a) sind sie getrennt angeordnet. In 11(c), 12(b) und 12(c) sind sie vollständig oder teilweise integriert.
Für die
Kombination der Polarisationseinrichtung und des Eingangslichtmodulators
sind irgendwelche anderen Anordnungen als die hierin dargestellten
einsetzbar, die den notwendigen Eigenschaften der Vorrichtung der
Erfindung entsprechen, wie sie in den Ansprüchen definiert werden, einschließlich der
Lichtverteilung und des Polarisationszustands, der darin erzeugt
werden soll.
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Licht,
das durch die Polarisationseinrichtung reflektiert worden ist, wird
durch den Reflektor reflektiert und tritt erneut in die Polarisationseinrichtung ein.
Es ist erwünscht,
daß das
Licht, das erneut in die Polarisationseinrichtung eintritt, sich
in einem unpolarisierten Zustand befindet oder eine polarisierte Komponente
aufweist, die imstande ist, durch die Polarisationseinrichtung durchgelassen
zu werden. 13(a) und 13(b) zeigen Modifikationen des Lichts, das durch
die Polarisationseinrichtung polarisiert oder reflektiert wird.
In diesen läßt die verwendete
Polarisationseinrichtung ein spezifisches linear polarisiertes Licht
dort hindurch, während
das restliche linear polarisierte Licht an seiner Oberfläche reflektiert
wird. Das Licht, das durch die Polarisationseinrichtung reflektiert
worden ist und den Reflektor erreicht hat, befindet sich in einem
Polarisationszustand. Wenn sich die lichtreflektierende Oberfläche des
Reflektors in einem gerauhten Zustand befindet, wie in 13(a), verliert das Licht, das durch den Reflektor
reflektiert worden ist, seine Polarisation, so daß es sich
in einem Nicht-Polarisationszustand
befindet. Wenn der Reflektor eine Spiegeloberfläche aufweist, und ein Viertelwellenlängenplättchen angrenzend
an die Lichteingangsfläche
der Polarisationseinrichtung angeordnet ist, wie in 13(b), kann das Licht, das den Reflektor erreicht,
in ein zirkular polarisiertes Licht umgewandelt werden, während es
durch das Viertelwellenlängenplättchen geht. In
diesem Fall kann, bevor das so umgewandelte, zirkular polarisierte
Licht erneut in die Polarisationseinrichtung eintritt, sein Polarisationszustand
erneut so umgewandelt werden, daß es eine polarisierte Komponente
aufweist, die imstande ist, durch die Polarisationseinrichtung durchgelassen
zu werden.
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Der
Eingangslichtmodulator und die Polarisationseinrichtung können häufig reflektiertes
Licht erzeugen. Um die Lichtverfügbarkeit
durch die Vorrichtung der Erfindung zu erhöhen, ist es notwendig, daß das reflektierte
Licht effizient wieder in den Eingangslichtmodulator oder die Polarisationseinrichtung
eintritt. Damit folglich viel reflektiertes Licht vom Eingangslichtmodulator
und der Polarisationseinrichtung den Reflektor erreicht und damit
viel reflektiertes Licht vom Reflektor in den Eingangslichtmodulator und
die Polarisationseinrichtung eintritt, ist es notwendig, daß das Licht,
das durch den Eingangslichtmodulator absorbiert wird, so weit wie
möglich
vermindert wird. Wenn das Verhältnis
der Dicke der Lichtquelle zur Dicke des Wellenleiters zwischen 0,1/1
und 0,9/1 fällt,
kann der Lichtverlust reduziert werden, und das Licht aus der Lichtquelle
wird effizient wiederverwendet.
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In
der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel eine Acrylplatte mit
einer Dicke von 2 bis 20 mm oder so als der Wellenleiter verwendet
werden. Der Abstand zwischen den Seitenflächen des Wellenleiters, an
denen die Lichtquelle angeordnet ist, kann zum Beispiel von 150
bis 500 mm betragen. Wenn die Dicke des Wellenleiters klein ist,
nimmt die Anzahl der Totalreflexionen im Wellenleiter zu, während das
Licht durch den Wellenleiter geht, wodurch eine Luminanzungleichmäßigkeit
innerhalb der Ebene verursacht wird. Wenn im Gegensatz dazu die
Dicke des Wellenleiters groß ist,
wird die Luminanzgleichmäßigkeit
innerhalb der Ebene zunehmen, jedoch wird die Luminanz gesenkt.
Um gute Ergebnisse zu erhalten, sollte das Verhältnis der Dicke des Wellenleiters
zu dessen Länge,
die parallel zur Längsrich tung
der Lichtquelle ist, zwischen 0,01/1 und 0,08/1 fallen.
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Wie
in 14, ist es erwünscht,
daß der Grad
der geneigten Wand jedes Hügels
des Ausgangslichtmodulators relativ zur Lichtabgabefläche des
Wellenleiters zwischen 20° und
89°, jedoch
erwünschter
zwischen 30° und
89° fällt.
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Als
das Harz für
den Wellenleiter wird eines mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit
eingesetzt, das zum Beispiel Acrylharz, Polycarbonatharz, Polystyrolharz
und dergleichen einschließt.
Das Oberflächenprofil
des Eingangslichtmodulators und des Ausgangslichtmodulators kann
zum Beispiel in einem thermischen Preßverfahren, einen 2P Verfahren
zur UV-Härtung,
einem 2P-Verfahren zur Wärmehärtung, einem
Spritzgußverfahren,
das eine Matrize verwendet usw. gebildet werden. Der Eingangslichtmodulator
ist nicht nur auf eine Platte beschränkt, sondern kann eine Folie
sein. Die Massenherstellbarkeit von Platten- und Folienmodulatoren
ist gut, und es ist leicht, eine große Menge von Platten- und Folienmodulatoren
zur Verwendung in der Erfindung mit niedrigen Herstellungskosten
herzustellen. Hinsichtlich ihrer Neigung brauchen die Hügel des
Eingangslichtmodulators nicht immer in die horizontale Richtung und
in die vertikale Richtung symmetrisch sein, und ihre Neigung kann
sowohl in die horizontale Richtung als auch in die vertikale Richtung
variiert werden. Die Verwendung des Eingangslichtmodulators, der asymmetrische
Hügel aufweist,
wird es ermöglichen, die
Luminanzspitze nicht in die Frontrichtung, sondern in irgendeine
andere spezifische Richtung zu verschieben. Wenn die Spitzenrichtung
gemäß den Eigenschaften
der Anzeigetafel ausgewählt
wird, die mit der Lichtquellenvorrichtung kombiniert wird, können Bilder
mit höherer
Qualität
erhalten werden.
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Als
die Transmissionsanzeigevorrichtung, die angrenzend an die Lichtabgabefläche der
Flächenlichtquellen-Vorrichtung der Erfindung
angeordnet werden kann, um eine Anzeige aufzubauen, in der die Flächenlichtquellen-Vorrichtung als eine
Hintergrundbeleuchtung dient, ist eine Flüssigkristalltafel einer STN,
TFT, MINI oder dergleichen einsetzbar.
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In
der Flächenlichtquellen-Vorrichtung
der Erfindung wird die Luminanz des Lichts, das in die schiefe Richtung
abgegeben werden soll, die die Frontrichtung der Vorrichtung überschreitet,
reduziert, um dadurch die Lichtverfügbarkeit durch die Vorrichtung
zu erhöhen.
Die Anzeige, die die Flächenlichtquellen-Vorrichtung
aufweist, weist eine hohe Luminanz auf.
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Während die
Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf deren spezifische Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird es einem Fachmann klar sein, daß verschiedene Änderungen
und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne deren Rahmen zu
verlassen.