DE102005006586B4

DE102005006586B4 - Hintergrundbeleuchtungssystem

Info

Publication number: DE102005006586B4
Application number: DE102005006586.4A
Authority: DE
Inventors: Junji Miyashita
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2005228584A; DE102005006586A1; KR100801227B1; US20050191026A1; US7046907B2; CN1655032A; CN100406995C; JP4262113B2; KR20060041800A

Abstract

Ein Hintergrundbeleuchtungssystem, das Folgendes aufweist: – eine Lichtleitplatte (1) mit einer oberen Oberfläche (1a), einer unteren Oberfläche (1b), die eine Mehrzahl von Prismen (1p) aufweist, und einer Lichteintrittsfläche (1c); – eine Licht emittierende Quelle (2), die zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) weisend angeordnet ist; und – ein Prismenblatt (3) mit einer unteren Oberfläche (3b), die eine Mehrzahl von Prismen (3p) aufweist, die der oberen Oberfläche (1a) der Lichtleitplatte (1) zugewandt sind, wobei das Prismenblatt (3) ferner eine obere Oberfläche (3a) mit einer Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) als Endaustrittsfläche besitzt, um ein Objekt zu beleuchten, – wobei die Lichtleitplatte (1) durch ihre Lichteintrittsfläche (1c) von der Licht emittierenden Quelle (2) emittiertes Licht empfängt, und das Licht aufgrund der Mehrzahl von Prismen (1p) an der unteren Oberfläche (1b) der Lichtleitplatte (1) seinen Pfad ändert, wobei die Prismen (1p) je eine in einer Richtung von der Lichteintrittsfläche (1c) weg ansteigende Fläche aufweisen, die sich parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) erstreckt, und – wobei für jedes Prisma (3p) der Mehrzahl von Prismen (3p) auf der unteren Oberfläche (3b) des Prismenblattes (3) mehr als zwei linsenförmige Linsen (3L) auf der oberen Oberfläche (3a) des Prismenblatts (3) angeordnet sind, und – wobei die Mehrzahl von Prismen (3p) des Prismenblatts (3) und die Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) des Prismenblatts (3) und die Mehrzahl von Prismen (1p) der Lichtleitplatte (1) sich jeweils parallel zueinander und parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) erstrecken.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hintergrundbeleuchtungssystem, das als ein Beleuchtungsmittel für ein dünnes Display bzw. eine dünne Anzeige, wie beispielsweise einer Flüssigkristallanzeige (LCD = Liquid Crystal Display) oder Ähnlichem verwendet wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen umfasst ein Flachbildschirm, wie beispielsweise ein LCD-Bildschirm, der in einem Mobiltelefon, einem Notebook oder Ähnlichem verwendet wird, einen Flachbildschirm und ein Hintergrundbeleuchtungssystem, das mit dem Flachbildschirm kombiniert ist, um diesen zu beleuchten. Eine wichtige Bedingung für das Hintergrundbeleuchtungssystem ist es, eine gleichförmige Lichtverteilung mit einer ausreichenden Stärke über die gesamte Oberfläche des Flachbildschirms in dem LCD-Bildschirm hinweg usw. vorzusehen.
Herkömmlicher Weise gibt es ein Hintergrundbeleuchtungssystem, das eine Lichtleitplatte und ein Prismenblatt verwendet, wie in 8A bis 8C gezeigt (zur Bezugnahme siehe JP 2003-059321 A , 1 und 5).
X-, Y- und Z-Richtungen in orthogonalen Koordinaten, wie in 8A bis 8C gezeigt, zeigen eine Breitenrichtung, Dickenrichtung bzw. eine Längenrichtung des Hintergrundbeleuchtungssystems 110. In 8A bis 8C bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Lichtleitplatte, 102 eine Leuchtdiode (LED) als eine Licht emittierende Quelle, die bei einer zu der Lichteintrittsfläche 101c weisenden Position angeordnet ist, die einer Seitenfläche der Lichtleitplatte 101 entspricht, 103 ein Prismenblatt, das zu einer oberen Oberfläche 101a der Lichtleitplatte 101 weisend angeordnet ist, und 104 ein Reflektionsflächenelement, das zu einer unteren Oberfläche 101b der Lichtleitplatte 101 weisend angeordnet ist.
Die obere Oberfläche 101a der Lichtleitplatte 101 ist als eine glatte Oberfläche gebildet, und die untere Oberfläche 101b der Lichtleitplatte 101 ist mit einer Vielzahl von Prismen 101p mit Prismenoberflächen vorgesehen, die schräg zu der Z-Richtung mit einem relativ kleinen Neigungswinkel (siehe α in 9) stehen. Andererseits ist eine untere Oberfläche 103b des Prismenblatts 103, die zu der Lichtleitplatte 101 weist, mit einer Vielzahl von Prismen 103p vorgesehen, die mit spitzen Winkeln, beispielsweise 60 bis 75 Grad hervorragen.
In dem Hintergrundbeleuchtungssystem 110 wird, wie in 9 gezeigt, ein Strahl S1 von der LED 102, der in die Lichteintrittsfläche 101c der Lichtleitplatte 101 bei einem Winkel θ eintritt, durch die Lichteintrittsfläche 101c gebrochen und tritt in die Prismenoberflächen 101p auf der unteren Oberfläche der Lichtleitplatte 101 bei einem Winkel von weniger als dem Winkel θ durch die Refraktion bzw. Brechung der Lichtleitplatte 101 ein.
Hier weist der Strahl S1 einen Parallellichtfluss auf. Wenn ein Einfallswinkel auf die Prismenoberflächen 101p größer als ein Grenzwinkel (z. B. ist dieser 40 Grad, wenn ein Brechungsindex der Lichtleitplatte 1 1,55 beträgt) ist, wird zu diesem Zeitpunkt der Strahl S1 auf die Prismenoberflächen reflektiert und tritt in die obere Oberfläche 101a der Lichtleitplatte 101 ein. Wenn ein Einfallswinkel auf die obere Oberfläche 101a niedriger als ein Grenzwinkel ist, geht der Strahl hier durch die obere Oberfläche 101a durch Brechung der Lichtleitplatte 101 hindurch und emittiert nach draußen. Wenn jedoch der Einfallswinkel gleich dem Grenzwinkel ist oder mehr, wird der Strahl auf de obere Oberfläche reflektiert und tritt in die Prismenoberflächen 101p auf der unteren Oberfläche 101b ein, wie in 9 gezeigt. Da die Prismen 101p Neigungswinkel α besitzen, nimmt der Einfallswinkel des als das reflektierte Licht in die obere Oberfläche 101p eingetretenen Strahls S1 jedes Mal um 2α ab, wenn der Strahl auf die Prismen 101p reflektiert wird.
Daher ist, nachdem der Strahl auf die Prismenoberflächen 101p einmal oder mehrere Male reflektiert wurde, der Einfallswinkel auf die obere Oberfläche 101a niedriger als der Grenzwinkel, der Strahl geht durch die obere Oberfläche 101a durch Brechung davon hindurch und emittiert als ein Strahl S12 mit einem Austrittswinkel ϕ nach draußen.
Hier wird der Neigungswinkel α oft auf einen kleinen Winkel eingestellt, um die Übertragung des Innenlichts in der Lichtleitplatte 101 zu verbessern. In diesem Fall wird, obwohl der Neigungswinkel zu der oberen Oberfläche 101a geringer als der Grenzwinkel ist, der Neigungswinkel ein Winkel nahe dem Grenzwinkel. Demgemäß ist der Austrittswinkel ϕ leicht ein großer Winkel, beispielsweise ein Winkel der 60° übersteigt.
10A und 10B stellen die Richtfähigkeit des von der oberen Oberfläche 101a der Lichtleitplatte 101 emittierten Lichts dar, wie in 9 gezeigt.
10A stellt die Richtfähigkeit in einer ZY-Ebene dar, und 10B stellt die Richtfähigkeit in einer XY-Ebene dar.
Im Allgemeinen auf 10A Bezug nehmend, verschiebt sich das von der oberen Oberfläche emittierte Licht zu einer Z-Richtung und das emittierte Licht besitzt weniger Komponenten in der Y-Richtung oder einer senkrechten Richtung. In einem derartigen Zustand ist es nicht möglich, eine ausreichende Komponente an Beleuchtungslicht in der senkrechten Richtung vorzusehen, die effektiv ist, um ein Objekt, wie beispielsweise einen LCD-Bildschirm oder Ähnliches zu beleuchten, und auf diese Weise ist es schwierig, Helligkeit für die Beleuchtung zu erlangen, die für das Hintergrundbeleuchtungssystem erforderlich ist. Daher wird das Prismenblatt 103 angeordnet, um das emittierte Licht von der Lichtleitplatte 101 in die Y-Richtung zu leiten.
Unterdessen gibt es den Fall, dass der Neigungswinkel des Innenlichts S1, das in die Prismenoberflächen 101p auf der unteren Oberfläche der Lichtleitplatte 101 eintritt, direkt oder durch Reflektion auf die obere Oberfläche 101a niedriger als der Grenzwinkel ist. In diesem Fall geht das in die Lichtleitplatte eingetretene Licht durch die Prismenoberflächen 101p durch Brechung daran hindurch, kommt bei dem Reflektionsflächenelement 104 an (siehe 8A), wird darauf reflektiert, geht durch die Prismenoberflächen 101p wieder hindurch und tritt in die Lichtleitplatte 101 ein. Auf diese Weise ist es möglich, die Verwendbarkeit des Innenlichts in der Lichtleitplatte zu erhöhen.
11 stellt einen Betrieb des Prismenblatts 103 dar. Wie aus der ZY-Ebene gesehen, tritt, wie in 11 gezeigt, der emittierte Strahl S12 von der oberen Oberfläche 101a der Lichtleitplatte 101 in eine geneigte Oberfläche 103pa jedes Prismas 103p, die auf der unteren Oberfläche des zu der Lichtleitplatte 101 weisenden Prismenblatts 103 vorgesehen sind, bei einem fast senkrechten Winkel ein, mit anderen Worten einem Winkel nahe 0 Grad, geht nahezu ohne Brechung in das Prismenblatt 103, tritt in eine geneigte Oberfläche 103pb gegenüber den Grat- oder Scheitellinien eines jeden Prismas ein, wird darauf vollkommen reflektiert, geht ungefähr senkrecht nach oben oder in die Y-Richtung, und emittiert von der oberen Oberfläche 103a des Prismenblatts 103 nahezu ohne Brechung als ein Beleuchtungsstrahl 13. Hier ist die obere Oberfläche 103a des Prismenblatts 103, die einer Endaustrittsfläche entspricht, als eine glatte Oberfläche oder eine einfache, raue Oberfläche geformt. Da der Strahl S12 des von der Lichtleitplatte emittierten Lichts auf das Prismenblatt 103 nahezu direkt als ein Fluss parallelen Lichts reflektiert wird und nur die Richtung ändert, ist der Beleuchtungsstrahl S13 als das Hintergrundbeleuchtungssystem, das ein Endaustrittslicht ist, auf diese Weise im Wesentlichen ein paralleler Strahl, und die Richtfähigkeit des Beleuchtungslichts, das den parallelen Strahl sammelt oder bündelt, ist in der Längsrichtung des Hintergrundbeleuchtungssystems oder in der Z-Richtung eng. Selbst wenn die Endaustrittsfläche die leicht raue Oberfläche ist, besitzt die Richtfähigkeit in der Z-Richtung eine leichte Verbreiterung.
12A stellt die Richtfähigkeit des Lichts in der ZY-Ebene dar, und 12B stellt die Richtfähigkeit des Lichts in der XY-Ebene dar. Wie aus den Zeichnungen deutlich wird, besitzt die Richtfähigkeit des Hintergrundbeleuchtungssystems eine große Komponente in Bezug auf die Y-Richtung, wobei eine Lichtmenge, die in einen Flachbildschirm (nicht gezeigt) eintritt, effizient vergrößert wird, wodurch die Verstärkung der gesamten Helligkeit für die Beleuchtung wirksam ist. Jedoch ist die Breite der Richtfähigkeit in der Z-Richtung, wie in 12A gezeigt, weniger beträchtlich im Vergleich mit der der X-Richtung, wie in 12B gezeigt, wodurch eine gleichförmige Beleuchtung verhindert wird. Daher besteht die Möglichkeit der Erzeugung eines Streifenmusters von Hell-Dunkel-Gegensätzen. Infolgedessen besteht das Problem, das die Beleuchtungsqualität geringer ist.
US 5 914 760 A offenbart eine Hintergrundbeleuchtung für eine LCD-Anzeige. In einer Ausgestaltung weist die Hintergrundbeleuchtung eine Lichtleitplatte mit einer seitlichen Lichteintrittsfläche und einer ebenen Lichtaustrittsfläche auf. In einem Übergangsbereich zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche ist die Lichtleitplatte prismenförmig verdickt. Über der Lichtaustrittsfläche der Lichtleitplatte ist ein Bauteil mit mehreren Prismen und mehreren konvexen Linsen angeordnet. Die Prismen sind der Lichtleitplatte zugewandt, während die Linsen der Lichtleitplatte abgewandt sind und eine Endaustrittsfläche bilden. Je eine der Linsen ist je einem der Prismen zugeordnet.
JP 2003 059 321 A zeigt eine flache Lichtquelle zur Beleuchtung eines Objekts. Die Lichtquelle weist eine seitlich beleuchtete Lichtleitplatte und ein Prismenblatt auf. An einer Unterseite der Lichtleitplatte sind geneigte Prismen zur Reflexion des Lichts innerhalb der Lichtleitplatte ausgebildet. Das Prismenblatt weist zur Lichtleitplatte hin gerichtete Prismen und eine glatte Oberseite als Endaustrittsfläche auf.
JP 2001 143 515 A offenbart ein Hintergrundbeleuchtungssystem mit einer Lichtleitplatte und einem über der Lichtleitplatte angeordneten Prismenblatt. Eine Licht quelle ist seitlich neben der Lichtleitplatte angeordnet und strahlt Licht über eine seitliche Lichteintrittsfläche in die Lichtleitplatte ein. Die Lichtleitplatte weist an ihrer Unterseite Prismen auf, die in eine Richtung senkrecht zur Lichteintrittsfläche verlaufen. Sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite des Prismenblatts sind Prismen ausgebildet, die parallel zur Lichteintrittsfläche – also senkrecht zur Richtung der Prismen der Lichtleitplatte – verlaufen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme im Stand der Technik gemacht und es ist ein Ziel von ihr, ein Hintergrundbeleuchtungssystem vorzusehen, in dem die Richtfähigkeit des Beleuchtungslichts verbessert wird.
Um das obige Ziel zu erreichen, weist ein Hintergrundbeleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung die in Anspruch 1 genannte Merkmalskombination auf.
Die abhängigen Ansprüche definieren optionale Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von linsenförmigen Linsen kontinuierlich angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel besitzt jede Linse der Mehrzahl von linsenförmigen Linsen eine Oberfläche, die zu dem zu beleuchtenden Objekt weist und in einer konvexen Form gebildet ist.
In einem Ausführungsbespiel besitzt jede Linse der Mehrzahl von linsenförmigen Linsen eine Oberfläche, die zu dem zu beleuchtenden Objekt weist und in einer konkaven Form gebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Hintergrundbeleuchtungssystem in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
1B ist eine Draufsicht des in 1A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystems.
1C ist eine Seitenansicht, die das Hintergrundbeleuchtungssystem in 1A von dessen Querrichtung oder X-Richtung in den orthogonalen Koordinaten X, Y und Z zeigt.
1D ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in 1C.
2 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs der Lichtleitplatte, die in dem Hintergrundbeleuchtungssystem, wie in 1A gezeigt, verwendet wird.
3 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs der Lichtleitplatte, die in dem Hintergrundbeleuchtungssystem, wie in 1A gezeigt, verwendet wird, und zwar detaillierter.
4 ist eine Ansicht, die einen Betrieb eines Prismenblatts, das in dem in 1A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystem verwendet wird, zeigt.
5A und 5B sind Ansichten, die die Richtfähigkeit des Beleuchtungslichts des in 1A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystems zeigen.
6A ist eine Draufsicht, die ein Hintergrundbeleuchtungssystem in einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
6B ist eine Seitenansicht des Hintergrundbeleuchtungssystems, und zwar wie aus einer X-Richtung in den orthogonalen Koordinaten X, Y und Z gesehen.
6C ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils B in der 6B.
7 ist eine Ansicht, die einen Betrieb eines Prismenblatts zeigt, das in dem in 6A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystem verwendet wird.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Hintergrundbeleuchtungssystems.
8B ist eine Draufsicht des in 8A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystems.
8C ist eine Seitenansicht des in 8A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystems, und zwar aus einer Querrichtung davon oder Y-Richtung in den orthogonalen Koordinaten X, Y und Z gesehen.
9 ist eine Ansicht, die einen Betrieb der Lichtleitplatte zeigt, die in dem in 8A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystem verwendet wird.
10A ist eine Ansicht, die die Richtfähigkeit des von der Lichtleitplatte in einer Z-Y-Ebene emittierten Lichts zeigt.
10B ist eine Ansicht, die die Richtfähigkeit des von der Lichtleitplatte in einer X-Y-Ebene emittierten Lichts zeigt.
11 ist eine Ansicht, die einen Betrieb eines Prismenblatts zeigt, das in dem in 8A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystem verwendet wird.
12A und 12B sind Ansichten, die die Richtfähigkeit des Beleuchtungslichts des in 8A gezeigten Hintergrundbeleuchtungssystems zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen unten beschrieben werden.
1A bis 1D stellen eine Struktur eines Hintergrundbeleuchtungssystems 10 in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die in 1A bis 1D gezeigten X-, Y- und Z-Richtungen in den orthogonalen Koordinaten zeigen eine Querrichtung, eine Dickenrichtung bzw. eine Längsrichtung des Hintergrundbeleuchtungssystems 10. In 1A bis 1D bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Lichtleitplatte, 2 eine LED als eine Licht emittierende Quelle, die bei einer Position angeordnet ist, die zu einer Lichteintrittsfläche 1c weist, die eine Seitenfläche der Lichtleitplatte 1 ist, 3 ein Prismenblatt, das zu einer oberen Oberfläche 1a der Lichtleitplatte 1 weisend angeordnet ist, und 4 ein Reflektionsflächenelement, das zu einer unteren Oberfläche 1b der Lichtleitplatte 1 weisend angeordnet ist. Das Prismenblatt 3 ist zu einem Objekt weisend, das beleuchtet werden soll, beispielsweise einem Bildschirm (nicht gezeigt), angeordnet.
Die Lichtleitplatte 1 ist aus einem transparenten Kunststoff hergestellt, deren obere Oberfläche 1a eine glatte Oberfläche bildet und deren untere Oberfläche 1b mit einer Vielzahl von Prismen 1p vorgesehen ist, die Prismenoberflächen besitzen, wobei diese geneigt sind, um mit einem relativ geringen Neigungswinkel (siehe α in 2) zur Z-Richtung zu stehen. Andererseits ist das Prismenblatt 3 ebenfalls aus einem transparenten Kunststoff hergestellt und besitzt eine untere Oberfläche 3b, die zu der oberen Oberfläche 1a der Lichtleitplatte 1 weisend angeordnet ist, und die mit einer Vielzahl von Prismen 3p, die mit spitzen Winkeln, z. B. 60 bis 75 Grad, hervorragen, vorgesehen ist.
Ein Linsenmechanismus ist auf einer oberen Oberfläche 3a des Prismenblatts 3 vorgesehen, die der unteren Oberfläche 3b gegenüber liegt, auf der die Prismen 3p geformt sind. Der Linsenmechanismus dient dem Brechen des Lichts in dem Prismenblatt und dem Leiten des gebrochenen Lichts zu dem Objekt. Der Linsenmechanismus besitzt eine Vielzahl von linsenförmigen Linsenteilen 3L, die kontinuierlich angeordnet sind. In dem ersten Ausführungsbeispiel besitzt jeder der Vielzahl der linsenförmigen Linsenteile 3L eine Oberfläche, die zu dem zu bestrahlenden Objekt weist und eine konvexartige Form (siehe 1D) bildet, und die Vielzahl der linsenförmigen Linsenteile 3L ist sich parallel zu der Lichteintrittsfläche 1c (siehe 1B) erstreckend angeordnet.
Die Prismen 3p besitzen eine Vielzahl von konkaven und konvexen Formen, die kontinuierlich angeordnet sind, wobei die Gratlinien der konkaven und konvexen Formen gebildet sind, um sich parallel zu der Lichteintrittsfläche 1c der Lichtleitplatte 1 zu erstrecken. Die Prismen 1p sind auf der unteren Oberfläche 1b der Lichtleitplatte 1 vorgesehen. Die Prismen 1p besitzen eine Vielzahl von konkaven und konvexen Formen, die kontinuierlich angeordnet sind, wobei die Gratlinien der konkaven und konvexen Formen gebildet sind, um sich parallel zu der Lichteintrittsfläche 1c der Lichtleitplatte 1 zu erstrecken.
Zusätzlich sind die Oberflächen der konvexen linsenförmigen Linsenteile 3L in den Endaustrittsflächen zum Emittieren des von dem Hintergrundbeleuchtungssystem 10 ausgestrahlten Lichts geformt, wie im Folgenden beschrieben.
Sowohl die Grat- bzw. Scheitellinien oder Buslinien der Prismen 3p als auch die linsenförmigen Linsenteile 3L sind in die X-Richtung gerichtet und sind parallel in Bezug aufeinander, wie in 1A und 1B gezeigt. Zusätzlich sind die Gratlinien der Prismen 1p auf der unteren Oberfläche 1b der Lichtleitplatte 1 ebenfalls in die X-Richtung gerichtet.
2 und 3 stellen einen Betrieb der Lichtleitplatte 1 dar. Wie in 2 gezeigt, wird ein Strahl S von der LED 2, der in die Lichteintrittsfläche 1c der Lichtleitplatte 1 bei einem Winkel θ eintritt, durch die Lichteintrittsfläche 1c gebrochen und tritt in die Lichtleitplatte 1 mit einem Winkel ein, der geringer als der Winkel θ ist, und tritt dann in die Prismenoberflächen 1p auf der unteren Oberfläche 1b ein.
In diesem Fall weist der Strahl S einen Fluss parallelen Lichts auf. Nachdem der Strahl S in die Lichtleitplatte 1 in einer derartigen Art und Weise eintritt, nimmt der Einfallswinkel des Strahls bei jedem Mal, wo der Strahl auf die Prismen 1p auf der unteren Oberfläche reflektiert wird, ab, und zwar durch das gleiche Prinzip wie bei der Beschreibung, die in der 9 gemacht wurde, wenn ein Einfallswinkel an die obere Oberfläche 1a geringer wird als ein Grenzwinkel (z. B. ist dieser 40 Grad, wenn ein Brechungsindex der Lichtleitplatte 1 1,55 ist), geht der Strahl beim ersten Mal durch die obere Oberfläche durch Brechung hindurch, um nach draußen als ein Strahl S2 mit einem Austrittswinkel ϕ von beträchtlicher Größe, und zwar beispielsweise 60 Grad oder mehr, zu emittieren.
3 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Betriebs der Lichtleitplatte mit Bezug auf einen Lichtstrahl (s), der in dem Strahl S enthalten ist, und zwar in detaillierterer Form. Wie in 3 gezeigt, wird der Lichtstrahl (s) von der LED 2 zu der Lichteintrittsfläche 1c der Lichtleitplatte 1 bei einem Winkel θ geleitet und bei der Lichteintrittsfläche gebrochen.
Wenn der Brechungsindex (n) der Lichtleitplatte 1,55 ist, wird ein Winkel θ1 durch die folgende Formel (1) gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz erhalten. θ1 = sin^–1[(sinθ)/1,55] (1)
Der Lichtstrahl (s) tritt in die Lichtleitplatte 1 bei einem beträchtlich kleineren Winkel θ1 als dem Einfallswinkel θ ein, und das eingetretene Licht tritt in eine Oberfläche der Prismen 1p ein, von denen jedes den Neigungswinkel α bei einem Einfallswinkel ϕ1p = 90° – θ1 – α besitzt. Wenn hier der Einfallswinkel ϕ1p ein Grenzwinkel oder mehr ist, wird der Lichtstrahl vollständig reflektiert und tritt in die obere Oberfläche 1a der Lichtleitplatte 1 bei einem Einfallswinkel ϕ1a = 90° – θ1 – 2α ein. In diesem Fall, wenn der Einfallswinkel ϕ1a ein Grenzwinkel oder mehr ist, wird der Lichtstrahl (s) auf die obere Oberfläche weiter reflektiert und wird zu den Prismen 1p auf der unteren Oberfläche 1b geleitet und der Lichtstrahl (s) tritt in die Prismen 1p bei einem Einfallswinkel ϕ2p = 90° – θ1 – 3α ein. Auf diese Weise nimmt der Einfallswinkel zu der oberen Oberfläche um 2α ab, und zwar jedes Mal, wenn die Reflektion einmal auf den Prismen 1p auf der unteren Oberfläche der Lichtleitplatte empfangen wird. Anders ausgedrückt ist die folgende Formel erfüllt, wenn ein Einfallswinkel auf die obere Oberfläche 1a ϕna beträgt und wenn der Lichtstrahl einer Reflektion auf die Prismen 1p n-mal unterworfen wird. ϕna = 90° – β – 2nα (2)
D. h. der Einfallswinkel auf die obere Oberfläche 1a nimmt jedes Mal ab, wo der Lichtstrahl wiederholt auf die obere Oberfläche 1a reflektiert wird, und daher wird der Einfallswinkel geringer als der Grenzwinkel. Zu diesem Zeitpunkt geht der Lichtstrahl durch die obere Oberfläche 1a hindurch und emittiert mit einem Austrittswinkel ϕ nach draußen, wie beispielhaft in 2 dargestellt.
Wenn θ1 30°, α 6° und der Grenzwinkel 40° beträgt, wenn der Lichtstrahl auf die Prismen 1p auf die untere Oberfläche einmal reflektiert wird, beträgt der Einfallswinkel ϕ1a auf die obere Oberfläche 1a gemäß der Formel (2) 60° – 12° = 48°. Infolgedessen wird der Lichtstrahl auf die obere Oberfläche mit einem Winkel reflektiert, der größer oder gleich dem Grenzwinkel ist. Wenn jedoch der Lichtstrahl zweimal auf die Prismen 1p reflektiert wird, beträgt der Einfallswinkel ϕ2a auf die obere Oberfläche 1a 60° – 24° = 36°, was weniger als der Grenzwinkel von 40° ist, wodurch das in die Lichtleitplatte eingetretene Licht durch die obere Oberfläche 1a bei einem Austrittswinkel ϕ durch Brechung von diesem hindurchgeht und von dort emittiert wird, wie in 2 gezeigt. In diesem Fall, da der Einfallswinkel ϕ2a nahe an dem Grenzwinkel ist, beträgt der Austrittswinkel ϕ des in 2 gezeigten emittierten Lichts S2 mehr als z. B. 60°.
Demzufolge ist die Richtfähigkeit des von der Lichtleitoberfläche 1 emittierten Lichts S2 derart, dass ein Teil der Y-Richtung geringer ist, und dazu neigt, in die Z-Richtung verschoben zu werden, ähnlich der herkömmlichen Technik, wie in 10A gezeigt.
Wenn als nächstes der Einfallswinkel des Lichts, das in die Prismenoberflächen 1p auf der unteren Oberfläche 1b der Lichtleitplatte 1 eintritt, innerhalb des Grenzwinkels liegt, wird Licht von der unteren Oberfläche der Lichtleitplatte 1 emittiert und das Licht wird zu dem Reflektionsflächenelement 4 geleitet, das zu der unteren Oberfläche der Lichtleitplatte weisend angeordnet ist. Das Reflektionsflächenelement (siehe 1) ist angepasst, um das von der Lichtleitplatte emittierte Licht zu reflektieren und das Licht zu der Lichtleitplatte zurückzuführen. Infolgedessen dient das Reflektionsflächenelement dazu, um die Verwendbarkeit des Lichts zu verbessern.
Ein Bedienungsprinzip der Lichtleitplatte 1 und des Reflektionsflächenelements 4 ist das Gleiche wie in dem herkömmlichen Hintergrundbeleuchtungssystem 110, wie bereits in 8 und 9 beschrieben und daher bekannt, aber es wird hierin als Sequenz oder Abfolge zur Erklärung des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
4 stellt einen Betrieb des Prismenblatts 3 in dem Hintergrundbeleuchtungssystem 10 in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 4 gezeigt, tritt der von der oberen Oberfläche 1a mit einem Austrittswinkel ϕ (siehe 2) emittierte Strahl S2 in eine linke geneigte Oberfläche 3pa von jedem der Prismen 3p ein, die auf der unteren Oberfläche 3b des Prismenblatts 3 vorgesehen sind, das zu der Lichtleitplatte 1 weist. Wenn ein Spitzenwinkel von jedem der Prismen 3p innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs liegt, der dem Austrittswinkel ϕ entspricht, tritt in diesem Fall der Strahl in die linke geneigte Oberfläche 3pa bei einem Winkel nahe von 90 Grad ein, wird nahezu nicht gebrochen, geht in die Prismen 3p, tritt in eine rechte geneigte Oberfläche 3pb ein, wird darauf vollständig reflektiert, geht ungefähr senkrecht nach oben oder in die Y-Richtung, kommt bei den konvexen linsenförmigen Linsenteilen 3L an, die auf der oberen Oberfläche 3a des Prismenblatts 3 gebildet sind, und geht dann durch die Oberflächen der konvexen linsenförmigen Linsenteile 3L durch Brechung von diesem hindurch und wird von da nach draußen emittiert. Jedes der linsenförmigen Linsenteile 3L krümmt sich in einer konvexen Form auf einer Ebene, gezeigt in 4, oder einer Z-Ebene nach oben, und erstreckt sich gerade in einem Zustand des Haltens der gekrümmten Form in einer senkrechten Richtung zu der Papieroberfläche der 4, oder der X-Richtung. Der von den linsenförmigen Linsenteilen 3L emittierte Strahl, der einer Endaustrittsfläche entspricht, wird bei einer Position, die um eine Brennweite f entfernt ist, einmal durch Brechung des Lichts gesammelt, und danach zerstreut sich der Stahl in der Z-Richtung in einer Z-Y-Ebene mit einem Winkel ω, der ungefähr einem Winkel beim Sammeln entspricht, um dadurch der Endbeleuchtungsstrahl S3 zu werden. Auf diese Art und Weise wird mit dem zerstreuten Beleuchtungsstrahl S3 die Richtfähigkeit des Beleuchtungslichts in dem Hintergrundbeleuchtungssystem verbessert.
Die Art und Weise ist mit Bezug auf 5 beschrieben, welche eine Charakteristik der Richtfähigkeit darstellt.
Gemäß dem Hintergrundbeleuchtungssystem 10 in dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 5A gezeigt, ist es möglich, eine Breite der Richtfähigkeit in der Z-Richtung in der ZY-Ebene des Beleuchtungslichts des Hintergrundbeleuchtungssystems 10 im Vergleich mit der herkömmlichen Technik weiter zu verbreitern (siehe 12A).
Andererseits wird das von den linsenförmigen Linsenteilen 3L emittierte Licht durch einen Betrieb der linsenförmigen Linsenteile in einer senkrechten Richtung zu der Oberfläche der 4, oder der X-Richtung, weder gesammelt noch zerstreut, da die Oberflächen der linsenförmigen Linsenteile nicht gekrümmt sind. Demgemäß ist die Breite der Richtfähigkeit in der X-Richtung in einer XY-Ebene in dem Hintergrundbeleuchtungssystem 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 5B gezeigt, die gleiche, wie die des herkömmlichen Hintergrundbeleuchtungssystems, wie in 12 gezeigt. Infolgedessen ist es möglich, die Größen der Richtfähigkeiten des Hintergrundbeleuchtungssystems 10 in der Z-Richtung, oder der Längsrichtung, und der X-Richtung, oder der Querrichtung, in dem ersten Ausführungsbeispiel anzugleichen, wodurch ein Hintergrundbeleuchtungssystem mit einer höheren Beleuchtungsqualität gebildet wird. Da zusätzlich die Richtfähigkeit des Hintergrundbeleuchtungssystems 10 in der Z-Richtung durch Verändern der Krümmung jeder der linsenförmigen Linsenteile 3L angepasst werden kann, können dessen Brennweite und der Streuungswinkel ω, die Größen der Richtfähigkeiten des Hintergrundbeleuchtungssystems 10 in der Z-Richtung und der X-Richtung vollständig angeglichen werden oder für irgendeinen Zweck auf ein erwünschtes Verhältnis eingestellt werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel des Hintergrundbeleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine Struktur eines Hintergrundbeleuchtungssystems 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in 6A bis 6C gezeigt. In 6A bis 6C bezeichnet das Bezugszeichen 13 ein Prismenblatt. Das Prismenblatt 13 ist aus einem transparenten Kunststoff hergestellt und eine untere Oberfläche 13b ist zu der Lichtleitplatte 1 weisend mit einer Vielzahl von Prismen 13p, ähnlich den Prismen 3p, wie in 1A bis 1D gezeigt, vorgesehen.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Linsenmechanismus ähnlich dem Linsenmechanismus in dem ersten Ausführungsbeispiel auf einer oberen Oberfläche 13a des Prismenblatts 13 gegenüber der unteren Oberfläche 13b, auf der die Prismen 13b geformt sind, vorgesehen. Der Linsenmechanismus besitzt eine Vielzahl von linsenförmigen Linsenteilen 13L, die kontinuierlich angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Linsenteilen besitzt eine Oberfläche, die zu dem Objekt weist und ist in einer konkaven Form gebildet und sich parallel zu der Lichteintrittsfläche 1c der Lichtleitplatte 1 erstreckend angeordnet.
Hier erstrecken sich die Gratlinien der Prismen 13p und die linsenförmigen Linsenteile 13L gemeinsam in die X-Richtung und parallel zueinander.
Währenddessen sind die anderen Teile als das Prismenblatt 13 des Hintergrundbeleuchtungssystems 20 und deren Bezugszeichen die Gleichen wie die des Hintergrundbeleuchtungssystems 10 in den ersten Ausführungsbeispielen, wie in 1 gezeigt. Mit anderen Worten ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Betrieb sowohl der Lichtleitplatte 1 als auch des Reflektionsflächenelements 4 der Gleiche wie der in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Daher wird insbesondere ein Betrieb des Prismenblatts 13 wie folgt beschrieben werden.
7 stellt den Betrieb des Prismenblatts 13 des Hintergrundbeleuchtungssystems 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Wie in 7 gezeigt, tritt der von der oberen Oberfläche 1a der Lichtleitplatte 1 bei einem Austrittswinkel ϕ (siehe 2) emittierte Strahl S2 in die linke geneigte Oberfläche 13pa von jedem der Prismen 13p ein, die auf der unteren Oberfläche 13b des Prismenblatts 13, die zu der Lichtleitplatte 1 weist, vorgesehen sind, und ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Strahl auf die rechte geneigte Oberfläche 13pb bei einem Winkel nahe 90 Grad reflektiert, geht nahezu senkrecht nach oben oder in die Y-Richtung, kommt bei den konkaven linsenförmigen Linsenteilen 13L an, die auf der oberen Oberfläche 13a des Prismenblatts 13 geformt sind, und geht dann durch die Oberflächen der konkaven linsenförmigen Linsenteile 13L durch Brechung von diesem hindurch und wird von da nach draußen emittiert. Jeder der linsenförmigen Linsenteile 13L krümmt sich in einer konkaven Form in der ZY-Ebene in 7 nach unten und erstreckt sich gerade in einem Zustand des Haltens der gekrümmten Form in einer senkrechten Richtung zu der Papieroberfläche der 7, oder in der X-Richtung. Der von den linsenförmigen Linsenteilen 3L emittierte Strahl wird durch Brechung durch die konkaven Linsen der linsenförmigen Linsenteile in der Z-Richtung mit einem Winkel ω in einer derartigen Art und Weise gestreut, dass eine Innenposition, durch eine Brennweite f von den Oberflächen der Linsenteile entfernt, eine virtuelle Lichtquelle in der ZY-Ebene wird, wodurch ein Endbeleuchtungsstrahl S4 geformt wird. Infolgedessen wird die Breite der Richtfähigkeit des Endbeleuchtungslichts von dem Hintergrundbeleuchtungssystem 20 in der Z-Richtung mehr als in der herkömmlichen Technik vergrößert, um ein Gleichgewicht mit der Breite der Richtfähigkeit in der X-Richtung zu bilden, so dass die Beleuchtungsqualität verbessert wird, ähnlich der Richtfähigkeit des Hintergrundbeleuchtungssystems 10, wie in 5 gezeigt.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Hintergrundbeleuchtungssystem mit einer hervorragenden Richtfähigkeit des Lichts auf ein Objekt, das bestrahlt werden soll, vorzusehen.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch die Ansprüche definiert.

Claims

Ein Hintergrundbeleuchtungssystem, das Folgendes aufweist: – eine Lichtleitplatte (1) mit einer oberen Oberfläche (1a), einer unteren Oberfläche (1b), die eine Mehrzahl von Prismen (1p) aufweist, und einer Lichteintrittsfläche (1c); – eine Licht emittierende Quelle (2), die zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) weisend angeordnet ist; und – ein Prismenblatt (3) mit einer unteren Oberfläche (3b), die eine Mehrzahl von Prismen (3p) aufweist, die der oberen Oberfläche (1a) der Lichtleitplatte (1) zugewandt sind, wobei das Prismenblatt (3) ferner eine obere Oberfläche (3a) mit einer Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) als Endaustrittsfläche besitzt, um ein Objekt zu beleuchten, – wobei die Lichtleitplatte (1) durch ihre Lichteintrittsfläche (1c) von der Licht emittierenden Quelle (2) emittiertes Licht empfängt, und das Licht aufgrund der Mehrzahl von Prismen (1p) an der unteren Oberfläche (1b) der Lichtleitplatte (1) seinen Pfad ändert, wobei die Prismen (1p) je eine in einer Richtung von der Lichteintrittsfläche (1c) weg ansteigende Fläche aufweisen, die sich parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) erstreckt, und – wobei für jedes Prisma (3p) der Mehrzahl von Prismen (3p) auf der unteren Oberfläche (3b) des Prismenblattes (3) mehr als zwei linsenförmige Linsen (3L) auf der oberen Oberfläche (3a) des Prismenblatts (3) angeordnet sind, und – wobei die Mehrzahl von Prismen (3p) des Prismenblatts (3) und die Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) des Prismenblatts (3) und die Mehrzahl von Prismen (1p) der Lichtleitplatte (1) sich jeweils parallel zueinander und parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) erstrecken.
Das Hintergrundbeleuchtungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) kontinuierlich angeordnet sind.
Das Hintergrundbeleuchtungssystem gemäß Anspruch 2, wobei jede Linse (3L) der Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) an der oberen Oberfläche (3a) des Prismenblattes (3) eine konvexe Form aufweist, und wobei jede der konvexen Formen so angeordnet ist, dass sie sich parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) erstreckt.
Das Hintergrundbeleuchtungssystem gemäß Anspruch 2, wobei jede der Mehrzahl von linsenförmigen Linsen (3L) an der oberen Oberfläche (3a) des Prismenblattes (3) eine konkave Form aufweist, und wobei jede der konkaven Formen so angeordnet ist, dass sie sich parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) erstreckt.
Das Hintergrundbeleuchtungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Prismen (3p) an der unteren Oberfläche (3b) des Prismenblattes (3) eine Mehrzahl von konkaven und konvexen Formen aufweisen, die kontinuierlich angeordnet sind, und die Gratlinien der konkaven und konvexen Formen derart geformt sind, dass sie sich parallel zu der Lichteintrittsfläche (1c) der Lichtleitplatte (1) erstrecken.
Das Hintergrundbeleuchtungssystem gemäß Anspruch 1, – das ferner ein Reflektionsflächenelement (4) aufweist, das bei einer Position angeordnet ist, die zu der unteren Oberfläche (1b) der Lichtleitplatte (1) weist, – wobei das Reflektionsflächenelement (4) ausgebildet ist, um Licht, das durch die Lichtleitplatte (1) hindurch geht, zu reflektieren, und um das Licht zu der Lichtleitplatte (1) zurückzuführen.