DE102004019063B4

DE102004019063B4 - Flächenleuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102004019063B4
Application number: DE102004019063A
Authority: DE
Inventors: Daisaku Okuwaki; Takashi Shimura; Kiyokazu Watanabe; Junji Miyashita
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: US7072116B2; US20040246601A1; CN1603910A; JP4247035B2; CN100416374C; DE102004019063A1; JP2004327096A

Abstract

Eine Flächenleuchtvorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem lichtdurchlässigen Material, die eine Licht aufnehmende Oberfläche und eine Licht emittierende Oberfläche aufweist; eine Lichtquelle, die derart angeordnet ist, dass sie zu der Licht aufnehmenden Oberfläche weist; und eine Prismenstruktur, die auf der Licht aufnehmenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die Prismenstruktur mehrere Arten von Prismen aufweist, die unterschiedliche Spitzenwinkel (α1, α2) besitzen, wobei die mehreren Arten von Prismen in Bezug aufeinander abwechselnd und benachbart angeordnet sind, und wobei alle Prismen einer Art den gleichen Spitzenwinkel (α1, α2) besitzen, und Prismen verschiedener Arten jeweils verschiedene Spitzenwinkel (α1, α2) besitzen, und alle Prismen gleichschenklig sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Flächenleuchtvorrichtung konfiguriert, um Licht von einer Lichtquelle in eine Lichtleiterplatte einzubringen, das Licht durch die Lichtleiterplatte auszusenden und um die gesamte Oberfläche eines zu beleuchtenden Objektes, wie beispielsweise eine Flüssigkristallzelle in einer Flüssigkristallanzeige, durch das Austrittslicht aus der Lichtleiterplatte zu beleuchten.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine dünnere Flüssigkristallanzeige wird in letzter Zeit als eine Anzeige eines buchähnlichen Textverarbeitungssystems, eines Computers, eines Mobiltelefons oder anderer mobiler Datenendgeräte verwendet. Eine Flächenleuchtvorrichtung mit einer Lichtleiterplatte wir verwendet, damit eine derartige dünnere Flüssigkristallanzeige beleuchtet wird. Eine linienförmige Lichtquelle, wie eine Leuchtröhre bzw. Leuchtstoffröhre und eine punktförmige Lichtquelle, die eine Vielzahl von Leuchtdioden (im Folgenden als LEDs bezeichnet) oder ähnlichem verwendet, werden als eine Lichtquelle für die Flächenleuchtvorrichtung verwendet. Die LEDs besitzen eine niedrige angelegte Spannung und einen geringen Energieverbrauch und werden daher oft als eine Lichtquelle in einer kleinen Flüssigkristallanzeige oder ähnlichem verwendet.
In letzter Zeit wurde eine hellere Beleuchtung von der Lichtquelle verlangt, da die Entwicklung von Kolorisierung von kleinen Flüssigkristallanzeigen sowie Multibeleuchtungsstärke in herkömmlichen Flüssigkristallanzeigen in Schwarz und Weiß gewünscht wurde. Daher wird Licht mit einer hohen Direktionalität verwendet, welches von den LEDs als der Lichtquelle emittiert wird, und es wurde erforderlich, das Licht mit einer höheren Dichte in eine Lichtleiterplatte hinein zu nehmen. Demgemäß werden in der Flächenleuchtvorrichtung, die eine Vielzahl von LEDs als Lichtquelle verwendet, LEDs mit einer hohen Direktionalität des emittierten Lichts verwendet. Wenn jedoch die LEDs mit der hohen Direktionalität des emittierten Lichts verwendet werden, gibt es einen Fehler, dass ein Lichttal zum Fortbewegen innerhalb einer Lichtleiterplatte 31 in einer Seite (Seite einer Endoberfläche 31a) der Lichtleiterplatte 31 nahe den LEDs 32 erzeugt wird, wie z. B. in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2002-082625 (4) gezeigt ist, und daher wird ein Dreieck A erzeugt, in dem kein Licht zwischen den LEDs und beiden Enden der LEDs eintrifft.
13A bis 13C stellen ein Beispiel einer herkömmlichen Flächenleuchtvorrichtung dar. In 13A bis 13C bezeichnet das Bezugszeichen 102 LEDs, die eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht konstituieren, 101 eine Lichtleiterplatte, 103 ein Prismenflächenelement, angeordnet, um zu einer oberen Oberfläche 101a der Lichtleiterplatte 101 zu weisen, 104 ein reflektierendes Flächenelement, benachbart angeordnet, um zu einer unteren Oberfläche 101b der Lichtleiterplatte 101 zu weisen.
Wie in 13A gezeigt, ist die Leichtleiterplatte 101 ein Rechteck in einer planaren Form und ist aus einem lichtdurchlässigen Material eines Kunststoffmaterials oder Ähnlichem hergestellt. Die untere Oberfläche 101b der Lichtleiterplatte ist in eine Lichtstreuungsoberfläche aus uneben konkaven und konvexen Oberflächen durch Krimpen, Punkte, Prismen oder Aufdrucke ausgebildet.
Eine Vielzahl von LEDs 102 ist angeordnet, um zu einer Licht aufnehmenden Oberfläche 101c zu weisen, die eine Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte 101 ist. Vier Oberflächen der Lichtleiterplatte 101, einschließlich der oberen und der Licht aufnehmenden Oberflächen 101a und 101c sind in glatte Oberflächen von Spiegeloberflächen oder Ähnlichem, ausgebildet.
Wenn ein vorbestimmter Strom an die LEDs 102 angelegt wird, um sie zum Leuchten zu bringen, tritt von den LEDs 102 ausgesandtes Licht ein, wobei dieses durch die Licht aufnehmende Oberfläche 102 durch Brechen in die Lichtleiterplatte 101 hindurchgeht, und wird zu einem Innenlicht, welches sich innerhalb der Lichtleiterplatte ausbreitet. Das Innenlicht, während es gestreute Reflexion auf der unteren Oberfläche 101b der Lichtleiterplatte 101 und Gesamtreflexion auf der oberen Oberfläche 101a davon wiederholt, bewegt sich innerhalb der Lichtleiterplatte 101 fort und wird durch die obere Oberfläche 101a durch Brechen während der Fortbewegung übertragen und tritt nach oben aus. Das ausgetretene Licht tritt in das Prismenflächenelement 103 ein, und eine Richtung die im Wesentlichen senkrecht zur Zeichnung ist, wird durch den Brechungsvorgang des Prismenflächenelements eingestellt, um ein planares Beleuchtungslicht zu werden, und das planare Beleuchtungslicht wird von dem Prismenflächenelement auf ein beleuchtetes Objekt (nicht gezeigt) emittiert, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige.
Zusätzlich ist das reflektierende Flächenelement 104 in Betrieb, um das Licht, das nach außen durch Lichtstreuung auf der unteren Oberfläche 101b der Lichtleiterplatte 101 emittiert wird, zu reflektieren, um es wieder in die Lichtleiterplatte 101 zurückzuschicken, und um die Nutzbarkeit des Lichts zu verbessern.
Ein Bereich S, der bei diagonalen Linien in 13A gezeigt ist, ist hier ein Lichtanwesenheitsbereich, in welchem das Innenlicht vorhanden ist, wobei dieses von den LEDs 102 eintritt, durch die Licht aufnehmende Oberfläche 101c mit Brechung in die Lichtleiterplatte 101 hindurchgeht, und innerhalb der Lichtleiterplatte 101 verteilt wird. Ein Bereich S1, der keine diagonalen Linien aufweist, ist ein Lichtabwesenheitsbereich, in welchem kein Innenlicht vorhanden ist. Der Lichtabwesenheitsbereich S1, in welchem kein Licht vorhanden ist, bildet ein Dreieck mit einer Hypotenuse, die in Beziehung steht zu dem mit dem maximalen Brechungswinkel gebrochenen Licht.
Wenn, wie in 13C gezeigt, z. B. der maximale Austrittswinkel des Lichts s, welches von den LEDs 102 emittiert wird, 55° ist, wird der maximale Brechungswinkel oder der maximale Austrittswinkel der Brechung in der Licht aufnehmenden Oberfläche 101c, in welche das Licht s eintritt, ungefähr 30° und ein Winkel, der zwischen der Hypotenuse und einem Boden eines Dreiecks des Lichtabwesenheitsbereich S1 ausgebildet wird, beträgt ungefähr 60°.
Auf diese Weise besteht der Lichtabwesenheitsbereich S1, in dem kein Innenlicht in der Lichtleiterplatte 101 vorhanden ist, in einem Zustand, der erheblich von der Licht aufnehmenden Oberfläche 101c abhängt. Demgemäß gibt es in der Flächenleuchtvorrichtung, die die Lichtleiterplatte 101 verwendet, wechselweise einen hellen Teil und einen dunklen Teil in dem Teil nahe der LEDs 102 oder dem Teil nahe der Licht aufnehmenden Oberfläche 101c, und wobei wenn das beleuchtete Objekt, wie beispielsweise eine Flüssigkristallzelle, beleuchtet wird, die Helligkeit ungleichmäßig ist und keine gute Beleuchtung erhalten wird. Die ungleichmäßige Helligkeit hat ein Problem, insbesondere da die Verteilung der Helligkeit in der Lichtleiterplatte fast direkt die Helligkeit des Beleuchtungslichts in einer Struktur reflektiert, in welcher das Prismenflächenelement 103 angeordnet ist, um direkt zu der Lichtleiterplatte zu weisen, ohne eine Diffusionsplatte zwischen der Lichtleiterplatte und dem Prismenflächenelement vorzusehen, aufgrund eines dünneren Typ und einer Vereinfachung für die Flächenleuchtvorrichtung, wie in den 13A bis 13C gezeigt.
Um das Problem zu verbessern bzw. zu beheben, wie zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegung 2002-196151 (1 und 2) gezeigt, ist eine Flächenleuchtvorrichtung bekannt, in welcher eine Vielzahl von Prismen auf einer Licht aufnehmenden Oberfläche 1c einer Lichtleiterplatte 1, die zu den LEDs 2 weist, ausgebildet. Da dementsprechend ein Einfallswinkel des Lichts von den LEDs in die Prismen klein sein kann, kann eine geringere Drehung des Lichts von den LEDs aufgrund der Brechung beim Eintreten des Lichts in die Lichtleiterplatte erreicht werden, die Fläche eines dunklen Teils der Beleuchtung kann reduziert und die ungleiche Helligkeit der Beleuchtung kann verbessert werden.
14A bis 14C zeigen eine herkömmliche Flächenleuchtvorrichtung mit einer Lichtleiterplatte, die mit den Prismen, wie beschrieben, versehen sind. In 14A bis 14C bezeichnet das Bezugszeichen 101p eine Vielzahl von Prismen, die auf einer Licht aufnehmenden Oberfläche 101c der Lichtleiterplatte 101 vorgesehen sind. Die andere Struktur ist die gleiche wie die Flächenleuchtvorrichtung, wie sie in den 13A bis C gezeigt ist.
In einem Beispiel ist ein Spitzenwinkel α jedes der Prismen 101p, wie in 14C gezeigt, geringer als 60°. Zu diesem Zeitpunkt tritt das Licht s, das unter dem maximalen Austrittswinkel von 55° von den LEDs 101 emittiert wird, in eine Seite oberhalb einer senkrechten Linie zu einer schrägen Oberfläche jedes der Prismen 101p ein und dreht sich durch die Brechung nach außen und infolgedessen beträgt der Austrittswinkel des an die Licht aufnehmende Oberfläche übertragenden Lichts sp mehr als 55°. Der Austrittswinkel beträgt ungefähr 60° in dem Beispiel, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist.
Wenn der Spitzenwinkel jedes Prismas 101p 70° beträgt, wird der Einfallswinkel des Lichts s auf das Prisma 0° und das Licht geht ohne Drehung weiter und der Austrittswinkel des übertragenen Lichts sp beträgt 55°, während sich das gebrochene Licht, in welchem der Spitzenwinkel α kleiner als 70° ist, nach außen dreht, und wobei der Austrittswinkel des übertragenen Lichts sp mehr als 55° beträgt, wenn der Spitzenwinkel α kleiner als 60° ist, und wobei sich der Austrittswinkel 60° annähert. Mit anderen Worten beträgt der maximale Austrittswinkel des übertragenen Lichts sp, der die Licht aufnehmende Oberfläche 102c standardisiert, ungefähr 60°, was größer ist als der maximale Austrittswinkel von ungefähr 30° bei der Abwesenheit der Prismen, wie in 13C gezeigt.
Wenn der maximale Austrittswinkel klein ist, wie in 13A gezeigt, ist eine Neigung bzw. Steigung einer schiefen Ebene eines Dreiecks eines Lichtabwesenheitsbereichs S1 scharf bzw. stark und der Lichteintritt in die Lichtleiterplatte 102 bei dem Lichtabwesenheitsbereich S1 ist tief.
Wenn im Gegenteil dazu der maximale Austrittswinkel groß ist, wie in der 14A gezeigt, ist die Neigung der schiefen Ebene des Dreiecks eines Lichtabwesenheitsbereichs S1 sanft bzw. schwach und der Lichteintritt in die Lichtleiterplatte 102 bei dem Lichtabwesenheitsbereich S1 ist flach. Der Lichteintritt in den Lichtabwesenheitsbereich S1 wird flacher, die Gleichförmigkeit der Helligkeit des Lichts in der Lichtleiterplatte wird erhöht.
Der maximale Austrittswinkel innerhalb der Lichtleiterplatte 101 ist hier weiterhin groß und der Lichteintritt in den Lichtabwesenheitsbereich S1 kann abgeflacht werden, wenn der Spitzenwinkel jedes Prismas klein wird und der Neigungswinkel der schiefen Ebene jedes Prismas groß wird. Demzufolge ist es möglich, den Lichteintritt in die Lichtleiterplatte 101 bei dem Lichtabwesenheitsbereich S1 abzuflachen, um auf diese Weise, durch geeignetes Auswählen der Spitzenwinkel der Prismen, wie oben beschrieben, die Gleichförmigkeit der Helligkeit des Innenlichts in der Lichtleiterplatte zu verbessern und somit die Gleichförmigkeit der Helligkeit des Beleuchtungslichts zu verbessern.
Zusätzlich stellt 15 Sammellichtströme dar, in welchen die übertragenen Lichter der Prismen gesammelt werden. In 15 zeigt Bezugszeichen SK die Sammellichtströme, in denen eine Vielzahl der übertragenen Lichter sp der in 14C gezeigten Prismen 101p aller LEDs 102 gesammelt werden. 16A stellt eine Verteilung der Sammelströme SK in der Lichtleiterplatte 101 dar.
In der Flächenleuchtvorrichtung, die die Lichtleiterplatte mit der Vielzahl der Prismen verwendet, besteht folgendes Problem.
Wie oben beschrieben werden Lichter, die von den LEDs emittiert werden, von der Vielzahl der Prismen 101p übertragen, um eine Vielzahl von übertragenen Lichtern sp zu bilden; die übertragenen Lichter sp werden gesammelt, um die Sammellichtströme SK zu bilden und dann werden die Sammellichtströme von jeder der LEDs 102, wie in 16A gezeigt, emittiert, und zwar getrennt nach rechts und nach links (nach oben und nach unten in den Zeichnungen) in angenäherter Bergform und bewegen sicht fort und verteilen sich in der Lichtleiterplatte 101. In den Sammellichtströmen SK, wenn die Abstände (w in 15) zwischen den übertragenen Lichtern sp der Prismen eng sind, werden die Sammellichtströme SK als ein kombiniertes Licht erkannt, und heben sich als eine helle Linie ab.
Währenddessen können dunkle Teile leicht in der Peripherie (Lücken bzw. Spalte zwischen den Sammellichtströmen) der Sammellichtströme SK auftreten.
Das heißt, wie in 15 gezeigt, wenn die maximalen Austrittswinkel der übertragenen Lichter sp groß sind und die minimalen geneigten Winkel der Prismen auf die Licht aufnehmende Oberfläche 101c klein sind, ist der Abstand W zwischen den benachbarten übertragenen Lichtern in Bezug auf die übertragenen Lichter sp, die durch die Vielzahl der Prismen 101p gebrochen werden, klein, wobei es Fälle gibt, dass der Abstand mit dem bloßen Auge erkannt werden kann und die Vielzahl der Lichtströme zusammen gesehen werden.
In einem solchen Fall, wie in 16A gezeigt, kann jedes der übertragenen Lichter sp (siehe 15) der Prismen in den Sammellichtströmen SK, die Bergformen besitzen, die sich nach rechts und nach links (nach oben und nach unten in der Zeichnung) ausweiten, ausgehend von jeder der LEDs 102, in der Gesamtheit der Lichtleiterplatte 101 nicht unterschieden werden, und daher werden die Sammellichtströme SK als ein Licht wahrgenommen, und heben sich als die helle Linie ab.
Als nächstes, obwohl die Sammellichtströme SK als ein Körper wahrgenommen werden, gibt es Bereiche R aus Spalten zwischen den Sammellichtströmen SK, wie in 16A gezeigt, und in jedem dieser Bereiche hat die Helligkeit des Lichts, die Tendenz abzunehmen. Demgemäß wird die Helligkeitsabnahme in jedem der Bereiche R der Spalten gesehen, während insbesondere eine signifikante Helligkeitsabnahme in einem B-B-Abschnitt gesehen wird (siehe 16B).
Auf diese Weise, ist in der herkömmlichen Flächenleuchtvorrichtung mit der Lichtleiterplatte, die mit Prismen vorgesehen ist, der Lichteintritt in die Lichtleiterplatte 101 bei dem Lichtabwesenheitsbereich S1 vermittels jeder der Prismen 101p flach, wobei ein vorteilhafter Effekt in dieser Sache liegt, es jedoch einen Fall gibt, dass die helle Linie der Sammellichtströme sich, wie oben beschrieben, in der Lichtleiterplatte 101 hervorhebt und ein Problem besteht, dass die Helligkeit in der Lichtleiterplatte verringert wird.
Indessen wird in der Flächenleuchtvorrichtung, die keine Diffusionsplatte besitzt, wie in den 14A bis 14C gezeigt, da die Verteilung der Helligkeit des Innenlichts in der Lichtleiterplatte und die Erzeugung der hellen Linie sich direkt in der Qualität des Beleuchtungslichts widerspiegeln, insbesondere ein großes Problem erzeugt. Mit anderen Worten ist in der Flächenleuchtvorrichtung, wie in 17 gezeigt, die eine Bezugszeichnung darstellt, ein Diffusionsflächenelement 105 über einer Lichtleiterplatte 101 angeordnet und Prismenflächenelemente 103 sind über dem Diffusionsflächenelement 105 angeordnet. In diesem Fall werden eine helle Linie des Innenlichts und eine Verteilung der Helligkeit in der Lichtleiterplatte 101 in einem gewissen Maße geglättet und spiegeln sich in dem Beleuchtungslicht wieder.
In der Flächenleuchtvorrichtung jedoch, wie in 14B gezeigt und bereits erläutert, in welcher das Prismenflächenelement 103 oberhalb der Lichtleiterplatte 102 angeordnet ist, ohne dass das Diffusionsflächenelement über der Lichtleiterplatte vorgesehen wird, und zwar zum Zwecke der Vereinfachung und für eine verdünnte Bauart, die Sichtbarkeit der hellen Linie und des Abnahmeteils der Helligkeit (R in Fig. A) spiegeln sich direkt in dem Beleuchtungslicht wieder und daher ist ein Beleuchtungszustand durch die Sichtbarkeit der hellen Linie und des Abnahmeteils der Helligkeit verschlechtert.
JP 2002-289023 A offenbart eine Hintergrundbeleuchtung für eine Flüssigkristallanzeige mit einer Lichtleitplatte, die an einer Schmalseite von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Zwischen der Lichtquelle und der Schmalseite der Lichtleitplatte ist eine Kondensorplatte mit Strukturen in der Art einer Fresnel-Linse angeordnet.
US 6,371,623 B1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem transparenten Substrat und einer an einer Schmalseite des Substrats angeordneten Prismenplatte. Die Prismenplatte weist Prismen einer sich kontinuierlich verändernden Breite auf. Es wird ferner offenbart, dass, statt einer separaten Prismenplatte, entsprechende Strukturen in einer Streuschicht an einer Schmalseite des Substrats ausgebildet sein können.
INHALT DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flächenleuchtvorrichtung zu liefern, bei der eine Helligkeit des Lichts in einer Lichtleiterplatte gleichmäßig ist, und bei der helle Linien des Lichtstromes, die beim Hindurchgehen durch einzelne Prismen gesammelt werden, nicht auftreten.
Um das oben erwähnte Ziel zu erreichen, weist eine Flächenleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Die abhängigen Ansprüche betreffen optionale Merkmale einiger Ausführungsformen der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Draufsicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flächenleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
1B ist eine Seitenansicht der 1A.
2 ist eine vergrößerte, Teildraufsicht, die einen Teil der LEDs in einer Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
3 ist eine Ansicht, die eine Richtung der übertragenen Lichter in Prismen der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
4 ist ein Graph, der ein Ergebnis zeigt, welches durch eine Berechnung eines Winkels der übertragenen Lichter, der in 3 gezeigten Prismen, erlangt wird.
5A ist eine Ansicht, die eine Verteilung der Sammellichtströme in einer Lichtleiterplatte in der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
5B ist eine Ansicht, die die Helligkeit des Lichts in jedem der A-A- und B-B-Abschnitte in 5A zeigt.
6 ist eine Ansicht, die eine Breite jedes der übertragenen Lichter in den Prismen der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
7 ist eine Ansicht, die einen Abstand zwischen den übertragenen Lichtern eines jeden Prismas in der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
8A ist eine Ansicht, die ein Beispiel der übertragenen Lichter der Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
8B ist eine Ansicht, die eine Anordnung und Größen der Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
9A ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der übertragenen Lichter der Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
9B ist eine Ansicht, die eine Anordnung und Größen der Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 1A zeigt.
10A ist eine Ansicht, die eine Verteilung der übertragenen Lichter der ersten Prismen in ersten und zweiten Prismen zeigt, an welche die Anordnung und die Größen der 9B angelegt werden.
10B ist eine Ansicht, die eine Verteilung der übertragenen Lichter in den zweiten Prismen zeigt.
10C ist eine Ansicht, die Verteilungen der übertragenen Lichter in ersten und zweiten Prismen zeigt.
11A ist eine Ansicht, die übertragene Lichter in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Flächenleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
11B ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung und Größen der Prismen in dem zweiten Ausführungsbeispiel der 11A zeigt.
11C ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Anordnung und Größen der Prismen in dem zweiten Ausführungsbeispiel der 11A zeigt.
12 ist eine Ansicht, die übertragene Lichter, eine Anordnung und Größen der Prismen in einem dritten Ausführungsbeispiel der Flächenleuchtvorrichtung zeigt.
13A ist eine Draufsicht, die eine herkömmliche Flächenleuchtvorrichtung zeigt.
13B ist eine Seitenansicht der Flächenleuchtvorrichtung der 13A.
13C ist eine Ansicht, die übertragene Lichter in Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 13A zeigt.
14A ist eine Draufsicht, die eine andere herkömmliche Flächenleuchtvorrichtung zeigt.
14B ist eine Seitenansicht der Flächenleuchtvorrichtung der 14A.
14C ist eine Ansicht, die übertragene Lichter in Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 14A zeigt.
15 ist eine Ansicht, die übertragene Lichter der Prismen in der Flächenleuchtvorrichtung der 14A zeigt.
16A ist eine Ansicht, die eine Verteilung der Sammellichtströme in einer Lichtleiterplatte in der Flächenleuchtvorrichtung der 14 zeigt.
16B ist eine Ansicht, die die Helligkeit des Lichts in jedem der A-A- und B-B-Abschnitte der 16A zeigt.
17 ist eine Seitenansicht, die eine weitere andere herkömmliche Flächenleuchtvorrichtung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flächenleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 1A bis 10C gezeigt. Die Flächenleuchtvorrichtung weist eine Licht emittierende Platte 1 auf. Die Leichtleiterplatte 1 ist aus einem plattenförmigen Kunststoffmaterial oder ähnlichem gebildet, welches Lichtdurchlässigkeit und eine im Allgemeinen rechteckige Form besitzt. Die Lichtleiterplatte 1 besitzt eine Licht emittierende Oberfläche 1a, die auf einer oberen Oberfläche dieser gebildet ist, eine untere Oberfläche 1b und eine Licht aufnehmende Oberfläche 1c, die auf einer Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte gebildet ist. Die Licht emittierende Oberfläche 1a ist zu einer glatten Oberfläche durch eine Spiegeloberflächenendbehandlung oder ähnlichem geformt. Eine Lichtquelle 2, welche sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus den LEDs (Leuchtdioden) zusammensetzt, ist angeordnet, um zu der Licht aufnehmenden Oberfläche 1c zu weisen. Ein Prismenflächenelement 3 ist angeordnet, um zu der Licht emittierenden Oberfläche 1a der Lichtleiterplatte 1 zu weisen und ein reflektierendes Flächenelement 4 ist angeordnet, um zu der unteren Oberfläche 1b der Lichtleiterplatte 1 zu weisen (siehe 2).
Die untere Oberfläche 1b der Lichtleiterplatte 1 ist mit einer Streuungsoberfläche mit Krimpen, Punkten, unebenen Prismen oder unebenen konkaven und konvexen Teilen durch Drucken vorgesehen, und zwar als Mittel zum Reflektieren von Licht, welches in die Lichtleiterplatte 1 von den LEDs 2 zur Licht emittierenden Oberfläche 1a eintritt.
Indessen werden vier Oberflächen der Lichtleiterplatte 1, einschließlich der Licht emittierenden Oberfläche 1c aus glatten Oberflächen wie beispielsweise Spiegeloberflächen gebildet.
Wie in 2 gezeigt, wird eine Prismenstruktur auf der Licht aufnehmenden Oberfläche 1c der Lichtleiterplatte 1 vorgesehen. Die Prismenstruktur umfasst erste Prismen 1p1, die beispielsweise jeweils einen Spitzenwinkel von α1 und zweite Prismen 1p2, die jeweils einen Spitzenwinkel von α2 besitzen. Die ersten und zweiten Prismen sind in Bezug aufeinander abwechselnd und benachbart angeordnet. Hier ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, der Spitzenwinkel α1 jeder der ersten Prismen 1p1 kleiner als der Spitzenwinkel α2 jeder der zweiten Prismen 1p2.
Wenn ein vorbestimmter Strom von einer nicht gezeigten Antriebsschaltung in der obigen Struktur an die Lichtquelle, und zwar die LEDs 2 angelegt wird, senden die LEDs 2 Licht aus, welches eine vorbestimmte Farbe, beispielsweise annähernd weiße Farbe, umfasst. Das Licht von den LEDs 2 tritt durch die Licht aufnehmende Oberfläche 1c in die Lichtleiterplatte 1 ein, wird dann gänzlich an der oberen Oberfläche, und zwar der in 1(B) gezeigten Licht emittierenden Oberfläche 1a reflektiert, breit innerhalb der Lichtleiterplatte 1 fortbewegt, während gestreute Reflektion auf der unteren Oberfläche 1b wiederholt wird, und währenddessen werden Lichter, die durch die Licht emittierende Oberfläche 1a durch Brechung dieser hindurchgehen, von der Licht emittierenden Oberfläche 1a zu dem Prismenflächenelement 3 emittiert.
Eine Richtung des Lichts von der Lichtleiterplatte 1 in das Prismenflächenelement 3 wird im Wesentlichen senkrecht angeordnet bzw. ausgerichtet, und das ausgerichtete Licht wird von dem Prismenflächenelement emittiert, um zu einer äußeren Flüssigkristallanzeige usw. zu führen, und um diese als ein Beleuchtungslicht zu beleuchten. Hier dient das reflektierende Flächenelement 4 dem Reflektieren von Licht, welches in einer niedrigeren Richtung durch Streuung des Lichts auf der unteren Oberfläche 1b der Lichtleiterplatte 1 emittiert wird, und dem wieder Zurückführen in die Lichtleiterplatte 1, um die Nutzbarkeit des Lichts zu verbessern.
Beim Erzeugen des Beleuchtungslichts, werden Einfallslichter s, die von den LEDs 2 mit einem vorbestimmten Austrittswinkel von beispielsweise 55° emittiert werden und an den ersten und zweiten Prismen 1p1 und 1p2 der Licht aufnehmenden Oberfläche 1c ankommen, an den entsprechenden Prismenoberflächen gebrochen und werden zu durchscheinenden oder übertragenden Lichtern sp1 und sp2, die sich innerhalb der Lichtleiterplatte 1 fortbewegen, wie in 2 gezeigt. Wenn ein Austrittswinkel der durchscheinenden oder übertragenen Lichter sp1 der ersten Prismen 1p1 an der horizontalen Licht aufnehmenden Oberfläche 1c Φ1 ist und ein Austrittswinkel der durchscheinenden oder übertragenen Lichter sp2 der zweiten Prismen 1p2 Φ2 ist, ist hier eine Beziehung von Φ1 > Φ2 erfüllt. Wie im Folgenden im Detail beschrieben, gilt dies aufgrund einer Beziehung, dass wenn ein Austrittswinkel (Φ) des Lichts größer ist, ein Spitzenwinkel jedes Prismas kleiner ist. In 1A stellt Bezugszeichen S einen Lichtanwesenheitsbereich dar, in welchem Innenlichter in der Lichtleiterplatte 1 vorhanden sind, und Bezugszeichen S1 stellt einen Lichtabwesenheitsbereich dar, in dem keine Innenlichter vorhanden sind. Ein Hypotenusenwinkel des dreieckigen Lichtabwesenheitsbereichs S1 entspricht dem Maximalwert des Austrittswinkels Φ1 der durchscheinenden oder übertragenen Lichter sp1 oder der Innenlichter, die durch die ersten Prismen 1p1 hindurchgegangen sind.
Wenn der Maximalwert von Φ1 größer wird, hat ein Grad des Lichteintritts in die Lichtleiterplatte 1 im Lichtabwesenheitsbereich S1 die Tendenz, kleiner zu werden.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen einem Winkel eines Prismas und einem Austrittswinkel der übertragenen Lichter in die Lichtleiterplatte 1 besprochen werden.
Im Allgemeinen wenn hier ein geneigter Winkel jedes Prismas β ist, und ein Spitzenwinkel des Prismas α ist, ist eine Formel β = 90° – (α/2) erfüllt. Wenn der Austrittswinkel des Lichts s von den LEDs 2, in anderen Worten, ein Einfallswinkel zu der horizontalen Licht aufnehmenden Oberfläche 1c θ₀ ist, und ein Einfallswinkel zu einer Oberfläche des Prismas θ₁ ist, ist die folgende Gleichung erfüllt. θ₁ = θ₀ – 90° – (α/2) = θ₀ – β ∵ α/2 = 90° – θ₀ + θ₁ (1)
Wenn ein Austrittswinkel des gebrochenen Lichts an der Oberfläche des Prismas θ2 ist und ein Brechungsindex der Lichtleiterplatte 1 n ist, ist die folgende Formel durch Snell's Gesetz erfüllt. θ2 = sin^–1[(sinθ₁)/n] = sin^–1[{sin(θ₀ – 90° + (α/2))}/n] = sin^–1[(sin(θ₀ – β)/n) (2)
Obwohl θ2 ein Winkel zu einer senkrechten Linie der Oberfläche des Prismas des übertragenen Lichts sp ist, wenn ein Austrittswinkel des übertragenen Lichts sp, welches die horizontale Licht aufnehmende Oberfläche 1c normiert, Φ ist, ist die folgende Formel erfüllt. Φ = θ2 + β = θ2 + 90° – (α/2) (3)
Wenn jetzt der Austrittswinkel θ° des Lichts s, welches von den LEDs 2 emittiert wird, 55° ist, und der Brechungsindex n der Lichtleiterplatte 1 1,585 ist, wird ein arithmetisches Ergebnis des Austrittswinkels Φ durch Verändern des Neigungswinkels β oder des Spitzenwinkels α des Prismas und durch Verwendung der obigen Formeln (1), (2) und (3) in 4 dargestellt. Wie in 4 gezeigt, steigt, wenn der Neigungswinkel β erhöht und der Spitzenwinkel α verringert wird, der Austrittswinkel Φ des übertragenen Lichts oder des Innenlichts sp jedes Prismas monoton von ungefähr 30° auf ungefähr 70° an. In dem ersten Ausführungsbeispiel werden die beiden Arten der ersten und zweiten Prismen 1p1 und 1p2 verwendet, wie in 2 gezeigt, wobei die ersten Prismen 1p1, die jeweils einen kleinen Spitzenwinkel α besitzen, gewählt werden, um den Austrittswinkel Φ des übertragenen Lichts sp1 zu vergrößern, und wobei die zweiten Prismen 1p2 einen vergrößerten Spitzenwinkel α haben, um den Austrittswinkel Φ des übertragenen Lichts sp2 zu verkleinern (jedoch ist dieser ausreichend kleiner als 180°).
Das Auswählen des Spitzenwinkels α, durch welchen der Austrittswinkel Φ für das erste Prisma 1p1 groß wird, verringert der Lichteintritt in die Lichtleiterplatte 1 bei dem Lichtabwesenheitsbereich S1, wie in 1A gezeigt ist; das Auswählen des Spitzenwinkels α, durch welchen der Austrittswinkel Φ für die zweiten Prismen 1p2 klein wird, dient dem Ergänzen eines Teils, in dem das übertragene Licht in den ersten Prismen 1p1 nicht vorhanden ist, und zwar durch das übertragene Licht sp2 in den zweiten Prismen 1p2 mit schmalem Austrittswinkel Φ.
5A und 5B stellen ein Beispiel von einem Ergänzungszustand der übertragenen Lichter sp1 und sp2 in dem ersten Ausführungsbeispiel dar. In 5A bezeichnet das Bezugszeichen SK1 einen Sammellichtstrom, in dem eine Vielzahl von übertragenen Strömen sp1 gesammelt werden und alle durch die ersten Prismen 1p1, wie in 2 gezeigt, konfiguriert werden und Bezugszeichen SK2 bezeichnet einen Sammellichtstrom, in dem eine Vielzahl von übertragenen Strömen sp2 gesammelt werden und die alle durch die zweiten Prismen 1p2, wie in 2 gezeigt, konfiguriert werden. Wie in 5A gezeigt, erstrecken sich die Sammellichtströme SK1 und SK2, um sich nach rechts und links (nach oben und nach unten in der Zeichnung der 5A) ausgehend von den LEDs in annähernder Bergform zu vergrößern. Ein Austrittswinkel von jedem der Sammellichtströme SK1 ist größer als der von jedem der Sammellichtströme SK2. Dadurch tritt der Sammellichtstrom SK2 in Bereiche R (siehe 16A) ein, die herkömmlicher Weise dunkle Teile in Abständen zwischen den Sammellichtströmen SK1 sind, um die Abstände zu ergänzen. Infolgedessen ist die Gleichförmigkeit der Helligkeit des Lichts in der Lichtleiterplatte 1 in dem Ausführungsbeispiel höher als die in dem Stand der Technik (siehe 5B). Bezüglich dieses Punktes wird eine weitere Erklärung erfolgen.
Nachfolgend werden eine Größe der Prismen und Abstände der Prismen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel berücksichtigt werden, beschrieben werden.
Die Berücksichtigung wird ausgeführt zur Beseitigung der Unbequemlickeit, dass Abstände zwischen Lichtern, die durch Brechung durch die einzelnen Prismen auftreten, schmal sind, und daher deren Lichter als ein gesamtes, gesammeltes Licht wahrgenommen werden können, wie bereits im Stand der Technik beschrieben (siehe 15).
Eine Beschreibung aufgrund welches Kriteriums die Höhe und Neigung der Prismen bestimmt werden soll, wird unten vorgenommen werden.
6 stellt eine Breite des Lichts nach der Brechung des Lichts, das in ein Prisma p eingetreten ist, dar. In 6 ist h eine Höhe des Prismas und α ist ein Spitzenwinkel davon. Licht, welches von den LEDs 2 in einer Richtung von θ₀ emittiert wird, tritt bei einem Winkel θ₁ in eine schräge Oberfläche des Prismas ein, wird danach in einer Richtung von θ₂ gebrochen gemäß Snell's Gesetz und bewegt sich durch eine Lichtleiterplatte (nicht gezeigt) hindurch.
Um das Licht, welches von der schrägen Oberfläche des Prismas bei θ₂ emittiert wird, zu veranlassen, direkt zu einem faktisch Licht emittierenden Bereich der Lichtleiterplatte gelenkt zu werden, muss das Licht durch einen Boden des Prismas hindurch übermittelt werden. Wenn daher das Licht aus Richtung des Fußes des Prismas zurückverfolgt wird, kann gesehen werden, dass das Licht bei einer Höhe h' der Einfallsebene eingetreten ist.
In diesem Zusammenhang wird h' durch die folgende Formel erlangt: h' = 2h × tan(α/2)/{tan(α/2) + tan(α/2 + θ₂)} (∵ a = h' × tan(α/2 + θ12), b = h' × tan(α/2) a + b = 2h × tan(α/2) wobei, wenn eine Breite des Bodens des Prismas p Wp ist, Wp = 2h × tan(α/2) (4)
Als nächstes ist eine Breite W des Lichts, welches in die Lichtleiterplatte eintritt und durch das Prisma hindurchgeht, wie folgt: W = Wp × sin(90° – Φ) = Wp × cosΦ
Wenn die Formel (4) dieser Formel zugewiesen wird, wird die folgende Formel erfüllt: W = 2h × tan(α/2) × cosΦ
Wenn die Prismen p in einem bestimmten Bereich angeordnet sind, wenn ein Abstand der Prismen P ist, ist eine Breite Wf von jeder der flachen Teile ohne die Prismen unter Berücksichtigung der Formel (4) wie folgt: Wf = P – Wp = P – 2h × tan(α/2) (5)
Da das Licht, welches durch die Prismen gebrochen wird, hier in den flachen Teilen abwesend ist, sind die Lichter, die durch die Prismen hindurchgehen, mit einem Wn beabstandet, wie in 7 gezeigt.
Der Abstand wird wie folgt erhalten: Wn = Wf × sin(90° – Φ) = Wf × cosΦ
Wenn die Formeln (3) und (5) auf diese Formel angewendet werden, wird die folgende Formel erfüllt: Wn = {P – 2h × tan(α/2)) × cos(θ2 + 90° – (α/2)) (6)
Der Wert θ2 ist jedoch in der Formel (2) dargestellt. Das heißt, θ2 = sin^–1[{sin(θ₀ – 90 + (α/2))}/n]
Beispielsweise wird der Abstand Wn zwischen den übertragenen Lichtern ihrer Prismen berechnet, durch Heranziehen der Größen und Abstände herkömmlicher Prismen und durch Verwendung der Formel (6). Wenn der Spitzenwinkel α des Prismas 90°, die Höhe h = 0,33 mm, und der Abstand P = 0,18 mm ist, während θ₀ = 55°, n = 1,585 ist, wird durch Berechnung unter Verwenden der Formel (6), die folgende Gleichung erfüllt. Wn = (0.18 – 2 × 0.03 × tan45°) × cos(45° + 6.3°) = 0.12 mm × 0.62 mm = 0.074 mm
Im Übrigen wird unten besprochen werden, wieviel Größe des Abstandes Wn zwischen den übertragenen Lichtern der Prismen, wie in 7 gezeigt, erforderlich ist.
Im Allgemeinen wird gesagt, dass das Auflösungsvermögen einer Person, die eine optische Leistung von 1,0 besitzt, 1' ist (= 1/60°). Ein Abstand zwischen einer Anzeige und der Person, wenn diese eine kleine Anzeige, wie beispielsweise ein Mobiltelefon oder einen PDA betrachtet, ist ungefähr 300 mm, wobei gegenwärtig ein Abstand, den die Augen der Person wahrnehmen können, wie folgt ist:
300 mm × tan(1/60) = 0,087 mm
Folglich wird der Abstand zwischen den übertragenen Lichtern von jedem der Prismen, die die zuvor erwähnten Größen besitzen, 0,074 mm sein, was weniger ist als eine Unterscheidungsgrenze, und daher ist es nicht möglich, die übertragenen Lichter der Prismen einzeln und getrennt wahrzunehmen bzw. zu unterscheiden, und als Folge dessen, sieht der Sammellichtstrom wie eine dicke, kombinierte Lite Linie aus. Im Falle der Rückbeleuchtung ist es wichtig, dass das Licht, welches von jedem Prisma gebrochen wird, sich nicht in dem kombinierten Zustand zeigt, wie oben beschrieben, damit sich die helle Linie nicht von dem gesammelten Lichtstrom abhebt, der nach rechts und links von einer Position nahe der LEDs getrennt wird. Daher ist es notwendig, dass der obige Abstand Wn größer als 0,087 mm festgesetzt wird, was die Unterscheidungsgrenze ist. Jedoch wird die Berechnung, wie oben beschrieben, durch Bestimmen einer Richtung θ1 des Austrittslichts gemacht, wobei die Austrittslichter tatsächlich in verschiedenen Richtungen gebrochen werden, um die Innenlichter zu bilden. Aus diesem Grund ist die Berechnung ein beständiger Hinweis und die tatsächlichen numerischen Werte werden letztendlich durch ein Experiment erlangt. Da die Größe der Prismenanordnung ohne Berücksichtigung der Unterscheidungsgrenze mit Bezug auf den Abstand Wn der Lichter in dem Stand der Technik festgesetzt wird, ist der Abstand Wn kleiner als die Unterscheidungsgrenze, so dass eine Vielzahl der Lichter eng zusammengeführt wird, um sie als die helle Linie deutlich sichtbar zu machen.
Anschließend wird ein konkretes Beispiel einer Größe und einer Anordnung der Prismen, die die in dem ersten Ausführungsbeispiel angenommenen Bedingungen erfüllen, in welcher der Abstand Wn zwischen den Lichtern kleiner ist als die Unterscheidungsgrenze und der einzelne Lichtstrom wahrnehmbar ist, beschrieben werden.
8A und 8B stellen ein konkretes Beispiel dar. Wie in 8A gezeigt sind die ersten und zweiten Prismen 1p1 und 1p2 mit Bezug aufeinander abwechselnd angeordnet.
Wie in 8B gezeigt, wird angenommen, dass der Spitzenwinkel α von jedem der ersten Prismen 1p1 60° ist, die Höhe h derselben 0,03 mm und der Spitzenwinkel α von jedem der zweiten Prismen 1p2 130° ist. Um bei den Bedingungen einen Abstand zu bekommen, um den Abstand Wn zwischen den Lichtern auf einen Wert zu setzen, der 0,1 mm größer als die Unterscheidungsgrenze von 0,087 mm ist, wird die folgende Formel aus der Formel (6) erhalten. P = Wn/cos(θ2 + 90° – (α/2)) + 2h × tan(α/2) (7)
Eine Berechnung wird vorgenommen durch Festsetzen der zuvor erwähnten Werte, wobei der Spitzenwinkel α des ersten Prismas 1p1 60° ist, die Höhe h 0,03 mm ist und eine angestrebter Abstand Wn zwischen den Lichtern 0,1 mm ist. Gegenwärtig, wenn das n 1,585 ist und das θ₀ 55° ist, wird das θ2 durch die Formel (2) erhalten. Infolgedessen ist das P 0,217 mm. Zu diesem Zeitpunkt wird die Breite Wp des Bodens eines jeden Prismas durch die folgende Formel (4) erhalten. Wp = 2h × tan(α/2)
Der Abstand zwischen den ersten Prismen 1p1 ist unter Berücksichtigung der Formel (7) wie folgt. P – Wp = Wn/cos(θ2 + 90° – (α/2))
Der Wert des Abstands beträgt 0,183 mm.
Als nächstes wird die Höhe h jedes zweiten Prismas 1p2, gänzlich in dem Abstand vorgesehen, berechnet.
In der Formel (4), nämlich Wp = 2h × tan(α/2), wenn Wp 0,183 mm ist, ist das α 130° und das h 0,042 mm.
8A stellt einen Zustand der übertragenen Lichter sp1 und sp2 in den ersten und zweiten Prismen 1p1 und 1p2 mit den in 8B gezeigten Größen dar, die wie oben beschrieben bestimmt werden. Hier sind die Austrittswinkel 57° und 44° der übertragenen Lichter sp1 und sp2 Werte von Φ, die durch Festsetzen von α = 60° bzw. α = 130° in der Formel (3) erhalten werden. Der Abstand zwischen den übertragenen Lichtern s1p der ersten Prismen 1p1 ist 0,1 mm größer als die Unterscheidungsgrenze, während der Abstand Wn2 der übertragenen Lichter s2p der zweiten Prismen 1p2 nicht notwendigerweise größer ist als die Unterscheidungsgrenze. Jedoch selbst in einem solchen Fall beträgt jeder der Austrittswinkel der übertragenen Lichter 44°, was relativ weniger ist und daher gibt es keinen besonderen Schaden aufgrund der schwer zu unterscheidenden hellen Linie.
Wenn der Abstand zwischen den ersten Prismen 1p1 auf den zuvor erwähnten 0,183 mm fixiert bleibt und die Hohe jedes ersten Prismas erhöht wird, ist es möglich, die Lichtmenge des übertragenen Lichts zu erhöhen. Das Beispiel ist in den 9A und 9B gezeigt. Wenn, wie in 9B gezeigt, der Spitzenwinkel α der ersten Prismen bei bestehenden 60° gehalten wird, jede Höhe h 0,08 mm ist, in einem Zustand in dem der Abstand Wn von 0,1 mm zwischen den übertragenen Lichtern sichergestellt wird, wie in 9A beschrieben, kann die Breite jeder der übertragenen Lichter s1p in den ersten Prismen 1p1 gegenüber denen in 8A und 8B ausgeweitet werden. In diesem Fall ist die Breite jeder der übertragenen Lichter in den zweiten Prismen kleiner als in 8A und 8B. Dies gilt, da, indem die Höhen der ersten Prismen 1p1 vergrößert werden, die Austrittswinkel θ0 (55°) der Einfalllichter s, welche durch die ersten Prismen 1p1 abgeschirmt werden, erhöht werden, und ein Eintrittsbereich in den zweiten Prismen 1p2 verringert wird. Auf diese Weise kann eine weitere Verbesserung einer gleichförmigen Helligkeit der Lichtleiterplatte 1 durch geeignetes Auswählen der Höhen der ersten Prismen, durch Anpassen der Breiten der übertragenen Lichter s1p und s2p der ersten und zweiten Prismen und durch Ausgleichen der Helligkeit der übertragenen Lichter, erreicht werden.
Als nächstes stellen 10A bis 10C verteilte Zustände der Innenlichter in der Lichtleiterplatte (beschränkt auf einen Teil in der Nähe der LEDs 2) dar, wobei die Prismen mit den in 9A und 9B gezeigten Größen verwendet werden. 10A stellt hier den verteilten Zustand der übertragenen Lichter sp1 der ersten Prismen 1p1 dar, 10B stellt hier den verteilten Zustand der übertragenen Lichter sp2 der zweiten Prismen 1p2 dar, und 10C stellt einen tatsächlichen Zustand dar, in welchem die übertragenen Lichter sp1 und sp2 vermischt sind. Wie in 10A gezeigt, wird das übertragene Licht sp1 nach rechts und nach links (nach oben und nach unten in der Zeichnung) in annähernder Bergform von jeder der ersten Prismen 1p1 getrennt und die getrennten übertragenen Lichter schreiten innerhalb der Lichtleiterplatte 1 voran. Infolgedessen werden Sammellichtströme SK1, die eine Vielzahl (hierin vier) von übertragenen Lichtern sp1, die dem Einfalllicht von einer LED 2 entsprechen, aufweisen, nach rechts und nach links in Bergform getrennt und schreiten in der Lichtleiterplatte voran. Die Sammellichtströme SK1 entsprechen den in 5A gezeigten SK1. Hier beträgt jeder der Abstände zwischen den Lichtflüssen, die die Sammellichtströme SK1 konstituieren, 0,1 mm, was, wie oben beschrieben, größer ist als die Unterscheidungsgrenze, und jeder Lichtstrom kann wahrgenommen werden. Infolgedessen werden alle Sammellichtströme SK1 nicht als eine dicke, kombinierte, helle Linie unterschieden, so dass die helle Linie nicht gesehen wird. Zudem beträgt jeder der Austrittswinkel der übertragenen Lichter sp1 und Innenflüsse SK1 zu einem Innenteil der Lichtleiterplatte 1 57° (siehe 9A).
Wie in 10B gezeigt, wird das übertragene Licht sp2 nach rechts und nach links (nach oben und nach unten in der Zeichnung) in annähernder Bergform von jeder der zweiten Prismen 1p2 getrennt und die getrennten übertragenen Lichter schreiten innerhalb der Lichtleiterplatte 1 voran. Infolgedessen werden Sammellichtströme SK2, die eine Vielzahl (hierin vier) von übertragenen Lichtern sp2, die dem Einfalllicht von einer LED 2 entsprechen, aufweisen, nach rechts und nach links in Bergform getrennt und schreiten in der Lichtleiterplatte voran. In dieser Beziehung sind die Abstände zwischen den übertragenen Lichtern sp2 größer als 0,1 mm, wie Wn2, wie in 9A gezeigt. Die Sammellichtströme SK2 entsprechen den in 5A gezeigten SK2.
Zudem beträgt jeder der Austrittswinkel der übertragenen Lichter sp2 und Innenflüsse SK2 zu einem Innenteil der Lichtleiterplatte 1 44° (siehe 9A).
Als nächstes sind in 10C die verteilten Zustände der übertragenen Lichter sp1 der ersten Prismen 1p1 und die übertragenen Lichter sp2 der zweiten Prismen 1p2 gemeinsam gezeigt. Dementsprechend treten die übertragenen Lichter sp2 der zweiten Prismen 1p2 in Bereiche (entsprechend R in 5A) ein, in welchen Bündel der übertragenen Lichter nicht vorhanden sind (entsprechend SK1) und die Bereiche werden ergänzt.
5B stellt Verteilungen der Helligkeit in A-A- und B-B-Abschnitten in 5A dar, für den Fall, dass die in 9A und 9B gezeigten Prismen verwendet werden.
Dementsprechend wird eine Verringerung der Helligkeit im Teil R vermieden und daher wird eine gleichförmigere Helligkeit erlangt als in dem Stand der Technik (siehe 16A).
Auf diese Weise, gemäß der Flächenleuchtvorrichtung in dem ersten Ausführungsbeispiel, werden durch Vorsehen der ersten Prismen 1p1, die alle einen kleinen Spitzenwinkel besitzen und der zweiten Prismen 1p2, die einen großen Spitzenwinkel besitzen, und durch Festsetzen der Größen und Abstände P usw. der ersten Prismen, um die vorbestimmten Bedingungen zu erfüllen, erstens die Abstände zwischen den übertragenen Lichtern sp1, in welchen die Einfallslichter von den LEDs 2 in den ersten Prismen 1p1 gebrochen werden, festgesetzt, um größer zu sein als der vorbestimmte Wahrnehmungswert, um imstande zu sein, die Sichtbarkeit der hellen Linien der Sammellichtströme SK1 zu beseitigen.
Zweitens ergänzen die übertragenen Lichter sp2, in welchen die Einfallslichter von den LEDs 2 in den zweiten Prismen 1p2 gebrochen werden, die Lücken der Sammellichtströme SK1 der übertragenen Lichter sp1 der ersten Prismen 1p1 in dem Inneren der Lichtleiterplatte 1. Die Gleichförmigkeit der Helligkeit kann erhöht werden. In diesem Fall, in dem ersten Ausführungsbeispiel, da die hellen Linien daran gehindert werden, in der Lichtleiterplatte 1 erzeugt zu werden, und daher die Gleichförmigkeit der Helligkeit erreicht werden kann, kann die ausreichende Qualität des Beleuchtungslichts gesichert werden, selbst in der in den 1A und B gezeigten Flächenleuchtvorrichtung, in welcher das Diffusionsflächenelement 105, wie in 17 gezeigt, nicht vorgesehen ist, um die Vorrichtung zu vereinfachen und in der die Qualität der Helligkeit in der Lichtleiterplatte sich in der des Beleuchtungslichts widerspiegelt.
Obwohl die zwei Arten von Prismen, deren Spitzenwinkel sich unterscheiden, auf der Lichtleiterplatte in dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Der ähnliche Effekt kann erreicht werden durch Vorsehen von mehr als drei Arten von Prismen auf der Lichtleiterplatte, deren Spitzenwinkel unterschiedlich sind.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Flächenleuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Anordnung von Prismen unterschiedlich zu der in 9A und B gezeigten Anordnung der Prismen besitzt, wird unter Bezugnahme auf die 11A bis C erklärt werden. Die weitere Struktur in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels, wie in 1A und 1B gezeigt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind zwei Paare der ersten Prismen 1p1 kontinuierlich angeordnet und ein oder mehr zweite Prismen 1p2 sind angeordnet (siehe 11A bis C). In einem Beispiel, wie in 11B gezeigt, ist ein Spitzenwinkel jedes der ersten Prismen 1p1 60°, eine Höhe h derselben ist 0,08 mm, und zwei erste Prismen 1p1 sind beabstandet durch einen flachen Teil 1f, dessen Breite 0,183 mm beträgt.
Wie in 11B gezeigt, ist ein zweites Prisma 1p2 außerhalb jedes der zwei ersten Prismen 1p1 in einer solchen Weise angeordnet, dass das zweite Prisma mit jedem ersten Prisma verbunden ist. Eine Höhe h jeder der zweiten Prismen 1p2 beträgt 0,06 mm, ein Spitzenwinkel derselben ist 130° und eine Breite derselben ist 0,257 mm. Mit anderen Worten sind die Abstände zwischen den ersten Prismen 0,183 mm und 0,257 mm, wie in 11B gezeigt.
Wie in 11A gezeigt, werden übertragene Lichter s1f (Austrittswinkel dieser sind 31° gemäß Formel (3), wenn die Spitzenwinkel 180° sind) der flachen Teile 1f zwischen den ersten Prismen 1p1 erzeugt, die sich von den übertragenen Lichter s1p und s2p in den ersten und zweiten Prismen 1p1 und 1p2 unterscheiden; wenn diese drei übertragenen Lichter ausgeglichen werden, sind sie komplementär, um die Gleichförmigkeit der Helligkeit der gesamten Lichtleiterplatte 1 zu erhöhen. Obwohl es zwei Fälle von langen und kurzen Abständen zwischen den übertragenen Lichtern sp1 in den ersten Prismen 1p1 gibt, beträgt jeder Abstand, entsprechend den Abständen zwischen den Prismen 1p1, 0,1 mm in dem kurzen Fall, wobei jedes der übertragenen Lichter erkannt wird und daher die Sichtbarkeit heller Linien der übertragenen Lichter vermieden wird.
Obwohl das eine zweite Prisma zwischen den beiden kontinuierlichen ersten Prismen 1p1 angeordnet ist, können in dem in 11B gezeigten Beispiel stattdessen zwei kontinuierliche zweite Prismen 1p2 zwischen zwei kontinuierlichen ersten Prismen 1p1 angeordnet werden, wie in 11C gezeigt. In diesem Fall ist es auch möglich eine Vielzahl von ersten Prismen und eine Vielzahl von zweiten Prismen abwechselnd anzuordnen.
In den zuvor erwähnten ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ist, obwohl der Fall, dass der Spitzenwinkel jedes ersten Prismas 1p1 60° ist und der Spitzenwinkel jedes zweiten Prismas 1p2 130° ist, beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung nicht auf diese numerischen Werte beschränkt, und es ist möglich die selben vorteilhaften Effekte zu erreichen, in welchen die hellen Linien sich nicht abheben und die Gleichförmigkeit der Helligkeit des Lichts verbessert werden kann, und zwar durch Verwenden der ersten Prismen mit relativ großen Spitzenwinkeln und den zweiten Prismen mit relativ kleinen Spitzenwinkeln und durch Auswählen der Höhe h und eines Abstandes P von jedem ersten Prisma, so dass Lücken Wn (siehe Formel (6)) zwischen den übertragenen Lichtern der ersten Prismen größer sind als die Unterscheidungsgrenze von 0,087 mm.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 12 unten erläutert werden. Wie in 12 gezeigt, ist nur eine Art von Prismen 1p auf einer Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte 1 in dem dritten Ausführungsbeispiel angeordnet. Ein Spitzenwinkel α, eine Höhe h und ein Abstand P von jedem der Prismen sind die gleichen wie die Anordnung der ersten Prismen 1p1, wie in 9A und 9B gezeigt, wobei α = 60°, h = 0,08 mm und P = 0,257 mm und Bereiche bei Abständen (0,183 mm) zwischen den Prismen 1p flache Teile 1f sind.
Die Einfallslichter s von den LEDs 2 werde durch Brechung durch die Prismen 1p übertragen, um übertragene Lichter sp zu erzeugen, und die flachen Teile 1f werden durch Brechung übertragen, um übertragenes Licht sf zu erzeugen. Hier betragen die Austrittswinkel der übertragenen Lichter sp und sf gemäß der bereits beschriebenen Prinzipien 57° bzw. 31°. Jeder der Abstände zwischen den übertragenen Lichtern sp ist gemäß der bereits beschriebenen Prinzipien 0,1 mm.
In dem dritten Ausführungsbeispiel umfassen die Prismen nur eine Art, so dass das Komplement zu den in 5A gezeigten R Teilen nicht ausgeführt werden kann, und die Helligkeit in der Lichtleiterplatte nicht ausreichend ausgeglichen werden kann. Da die Prismenanordnung in einer solchen Weise konfiguriert ist, dass der Abstand zwischen den übertragenen Lichtern sp von jedem Prisma 1p 0,1 mm ist, und dies als größer als die Unterscheidungsgrenze betrachtet wird, können die hellen Linie der Sammellichtströme, die in Bergformen erweitert sind und im Stand der Technik erzeugt werden, nicht unterschieden werden und verbessern daher die Qualität der Beleuchtung. Zusätzlich wird, ohne auf die numerischen Werte dieses Beispiels begrenzt zu sein, der Effekt erzielt, dass die Sichtbarkeit der hellen Linien beseitigt wird, und zwar durch die Verwendung von Prismen einer Art und dem Auswählen des Spitzenwinkels α, der Höhe h und des Abstands P jedes Prismas, so dass die Lücken Wn (siehe Formel (6)) zwischen den übertragenen Lichtern der Prismen ausreichend größer sind als die Unterscheidungsgrenze von 0,087 mm.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, in der Flächenleuchtvorrichtung mit Lichtleiterplatte, den LEDs als Lichtquelle und den Prismen, die auf der Licht aufnehmenden Oberfläche der Lichtleiterplatte, die zu den LEDs weist, gebildet sind, die Sichtbarkeit der hellen Linien zu beseitigen, die in der Lichtleiterplatte erzeugt werden und zwar durch Festsetzen des Abstands zwischen den übertragenen Lichtern jedes Prismas auf mehr als einen vorbestimmten Wert und durch Ergänzen der Bereiche, in denen die übertragenen Lichter in den Prismen nicht vorhanden sind, und zwar durch Verwenden von unterschiedlichen Arten von Prismen, und durch Erhöhen der Gleichförmigkeit der Helligkeit in der Lichtleiterplatte, wodurch ein guter Lichtbeleuchtungszustand erreicht wird.

Claims

Eine Flächenleuchtvorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem lichtdurchlässigen Material, die eine Licht aufnehmende Oberfläche und eine Licht emittierende Oberfläche aufweist; eine Lichtquelle, die derart angeordnet ist, dass sie zu der Licht aufnehmenden Oberfläche weist; und eine Prismenstruktur, die auf der Licht aufnehmenden Oberfläche vorgesehen ist, wobei die Prismenstruktur mehrere Arten von Prismen aufweist, die unterschiedliche Spitzenwinkel (α1, α2) besitzen, wobei die mehreren Arten von Prismen in Bezug aufeinander abwechselnd und benachbart angeordnet sind, und wobei alle Prismen einer Art den gleichen Spitzenwinkel (α1, α2) besitzen, und Prismen verschiedener Arten jeweils verschiedene Spitzenwinkel (α1, α2) besitzen, und alle Prismen gleichschenklig sind.
Die Flächenleuchtvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Prismenflächenelement aufweist, welches derart angeordnet ist, dass es zu der Licht emittierenden Oberfläche weist.
Die Flächenleuchtvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterplatte eine gegenüberliegende Oberfläche besitzt, die der Licht emittierenden Oberfläche gegenüber liegt, und ferner mit einem reflektierenden Flächenelement, welches derart angeordnet ist, dass es zu der gegenüberliegenden Oberfläche der Lichtleiterplatte weist.
Die Flächenleuchtvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen aus der zumindest einen Art der mehreren Arten von Prismen folgende Beziehung aufweisen: {P – 2h × tan(α/2)} × cos{θ2 + 90° – (α/2)} > 0,087 mm, wobei θ2 = sin^–1[{sin(θ₀ – 90° + (α/2))}/n), wenn ein Spitzenwinkel des Prismas α ist, ein Prismenabstand P ist, eine Höhe des Prismas h ist, ein maximaler Austrittswinkel des Lichts, das von der Lichtquelle emittiert wird, θ₀ ist, und ein Brechungsindex der Lichtleiterplatte n ist.