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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flächenlichtquellenvorrichtung.
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Flüssigkristallanzeigen (LCD) oder andere Flachbildschirmvorrichtungen sind Anzeigen, die von sich aus nicht selbst leuchten, wobei Hintergrundlichtmodule zur Erzeugung von flächigem Licht eingebaut werden. Die Hintergrundlichtmodule können in zwei Typen eingeteilt werden: einen Draufsicht-Typ und einen Seitenansicht-Typ. Ein Draufsicht-Typ-Hintergrundlichtmodul einer LCD gemäß dem Stand der Technik umfasst Kaltkathodenfluoreszenzlampen (CCFL), einen Diffusor, eine Prismenfolie usw. Um Licht für die Bereitstellung einer passenden Flächenlichtquelle für die LCD gleichmäßig zu verteilen, müssen die Abstände zwischen den Lichtquellen selbst sowie zwischen den Lichtquellen, dem Diffusor und der Prismenfolie genau eingestellt werden, um das Problem einer ungleichmäßigen Beleuchtung zu vermeiden. Neben den Komponenten des oben erwähnten Draufsichthintergrundlichtmoduls umfasst ein Seitenansicht-Hintergrundlichtmodul einer LCD ferner eine Lichtleiterplatte zum Ausbreiten oder Verteilen des Lichts. Dies kann jedoch das Problem der ungleichmäßigen Beleuchtung nicht lösen. Darüber hinaus sind die Hintergrundlichtmodule der beiden Typen kompliziert und verursachen Probleme wie hohe Herstellungskosten und komplexer Zusammenbau.
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Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, umfasst eine in der
TW-Patentschrift Nr. 541726 offenbarte Seitenansicht-Leuchtdiode eine Leuchtdiodenbaugruppe und eine Linse. Die Linse leitet das von der Leuchtdiodenbaugruppe emittierte Licht, damit es zu flächigem Seitenansicht-Licht wird, bevor die Lichtleiterplatte das Licht leitet. Die Seitenansicht-Leuchtdiode ist jedoch so kompliziert, dass die Herstellungskosten nach wie vor ein Problem darstellen.
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Ein in der
TW-Patentschrift 575722 offenbartes Hintergrundlichtmodul umfasst eine Vielzahl von Linearlichtquellen (wie z. B. Röhren) oder eine Vielzahl von Punktlichtquellen (wie z. B. Leuchtdioden), eine Lichtleiterplatte und optische, mehrschichtige Filme (wie z. B. Diffusor und Prismenfolien). Der Lichtleiter umfasst an seiner Unterseite eine Vielzahl von Einkerbungen zur Aufnahme der Röhren und eine Vielzahl von Einschnitten an dessen Oberfläche entsprechend zu den Kerben, um das von den Röhren emittierte Licht durch die Lichtleiterplatte mittels innerer Totalreflexion auszubreiten. Das oben erwähnte Hintergrundlichtmodul kann jedoch nur für eine monochromatische Lichtquelle genutzt werden. Falls für die Hintergrundlichtquelle weißes Licht durch Mischung von Punktlichtquellen verschiedener Farben (z. B. rote, grüne und blaue Leuchtdioden) gebildet wird, verursacht die Hintergrundlichtquelle des Hintergrundlichtmoduls Probleme wie ungleichmäßige Farbmischung oder teilweise Konvergenz. Außerdem sind die Herstellungskosten und Schwierigkeiten beim Zusammenbau nach wie vor ein Problem.
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Die
DE 101 49 837 A1 beschreibt eine Anzeigevorrichtung. Eine LCD-Anzeige kann über einen Lichtleiter, welcher Licht von einer Lichtquelle aufnimmt, beleuchtet werden. Die Lichtquelle umfasst eine Leiterplatte mit einer Vielzahl von Einzellichtquellen, die dem Lichtleiter zugewandt sind, wobei die Gesamtfläche der Einzellichtquellen größer als die Fläche der Anzeige ist. Der Lichtleiter umfasst Einzellichtleitabschnitte, welche als sich von einem gemeinsamen Lichtleitabschnitt weg erstreckende Finger ausgebildet sind. Um das Licht der Einzellichtquellen in die Einzellichtleitabschnitte einzukoppeln, ist jede Einzellichtquelle mit einer Konvexlinse versehen. Das von den Einzellichtquellen stammende Licht wird zu dem gemeinsamen Lichtleitabschnitt geleitet und gemischt, um eine gleichmäßig beleuchtete Fläche an der Lichtauskoppelseite des Lichtleiters zu erzeugen.
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Die
US 6,431,716 B1 beschreibt eine Lichtverteilungsvorrichtung. Die Lichtverteilungsvorrichtung umfasst ein transparentes Substrat und eine Lichtquelle, wobei anstatt einer üblichen stangenförmigen Lichtquelle eine punktförmige Lichtquelle und ein stangenförmiges Lichtleitelement vorgesehen werden.
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Die
US 2003/0202363 A1 und die
US 2002/0024803 A1 beschreiben eine flache Beleuchtungseinheit und eine damit versehene Anzeigeapparatur. Hierbei wird eine Beleuchtungseinheit vorgesehen, welche eine Vielzahl von linearen parallel angeordneten Lichtquellen, eine Vielzahl von entlang beider Längsseiten der Lichtquellen angeordneten Lichtleiterplatten, ein Lichtdiffusreflexionsmittel, welches an einer der Seiten jeder Lichtleiterplatte vorgesehen ist, ein Lichtdiffusormittel, das dem Lichtdiffusreflexionsmittel jeder Lichtleiterplatte gegenüberliegt, und ein halbdurchlässiges Lichtreflexionsmittel umfasst, welches zwischen jeder Lichtquelle und dem Lichtdiffusormittel angeordnet ist. Hierbei können die Lichtleiterplatten aus keilartigen plattenförmigen Elementen ausgebildet sein.
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Die
EP 0 945 673 A1 beschreibt eine lineare Lichtquelleneinheit. Eine lineare Lichtquelleneinheit umfasst ein langgestrecktes Lichtleiterelement und eine auf einem Substrat angebrachte LED. Die LED ist an einer zentralen Position mit Bezug auf die Längsrichtung des Lichtleiterelements angeordnet. Das Lichtleiterelement besitzt ein zentrales Durchgangsloch unmittelbar über der LED. Das Loch weist eine im Wesentlichen invertierte dreieckige Form auf. Eine Eintrittsfläche mit einer Halbkreisform im Querschnitt ist an einer Stelle in dem Lichtleiterelement gebildet, welche die LED umgibt. Eine Vielzahl von Ausnehmungen, die jeweils eine Halbkreisform im Querschnitt aufweisen, sind im Boden eines Lichtleiterelements an beiden Seiten der LED gebildet.
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Die
EP 0 962 694 A1 beschreibt eine Flächenlichtquelleneinheit. Eine Flächenlichtquelleneinheit umfasst eine transparente Lichtleiterplatte und eine LED als Lichtquelle. Die Lichtleiterplatte weist eine Lichtaustrittsfläche, eine Lichtdiffusionsfläche und eine V-förmige Reflexionsseite auf. Die LED ist an einer zentralen Position der V-förmigen Reflektionsseite der Lichtleiterplatte angeordnet. Um das Licht von der LED gleichmäßig zu verteilen, wird ein halbkreisförmiger Lichteintrittsabschnitt im Zentrum der V-förmigen Reflexionsseite vor der LED ausgebildet. An der V-förmigen Reflexionsseite sind eine Vielzahl von Reflexionsausnehmungen gebildet. Die Lichtleiterplatte weist ein zentrales Durchgangsloch an einer der LED gegenüberliegenden Stelle auf. Die Lichtdiffusionsfläche weist eine Vielzahl von eingeprägten Rillen oder Punkten auf. Ferner ist an der Lichtdiffusionsebene eine Reflexionsplatte oder -folie angebracht, um das durch die Lichtdiffusionsfläche hindurchgehende Licht zu reflektieren. Es können drei LEDs für rot, für grün und für blau vorgesehen sein und in der Dickenrichtung der Lichtleiterplatte angeordnet werden.
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Die
US 2004/0042194 A1 beschreibt eine Plattenlichtquellenvorrichtung und eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Hierbei umfasst eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung eine Flüssigkristalltafel und ein Hintergrundlichtmodul. Die Flüssigkristalltafel weist zwei transparente Substrate und Flüssigkristallmaterial auf, das dazwischen eingeschlossen ist. Das Hintergrundlichtmodul dient als Plattenlichtquellenvorrichtung zum gleichmäßigen Emittieren von Licht über die gesamte Anzeigefläche und zur Beleuchtung der Flüssigkristalltafel. Das Hintergrundlichtmodul umfasst eine Vielzahl von linearen Lichtquellen wie Lampen, eine Lichtleiterplatte und eine Vielzahl von optischen Folien, wie eine Diffusorfolie und eine Primenfolie. Die Lampen können Kaltkathodenfluoreszenzlampen sein. Der Lichtleiter weist eine Vielzahl von Aufnahmenuten auf, die an der Bodenfläche davon angeordnet sind, um die Lampen aufzunehmen, und weist eine Vielzahl von Kerben an der Oberseite davon auf. Der Ort der Kerbe korrespondiert mit der Aufnahmenut und die Kerbe wird dazu verwendet, um mit der Aufnahmenut zusammen zu arbeiten, so dass das von der Lampe emittierte Licht in den Lichtleiter transmittiert und danach in dem Lichtleiter durch interne Totalreflexion verteilt werden kann. Daher kann das von der Lampe emittierte Licht durch den Lichtleiter transmittiert und gleichmäßig von der Oberfläche des Lichtleiters emittiert werden, um in gleichmäßiger Weise die Flüssigkristalltafel zu beleuchten. Das Hintergrundlichtmodul oder die Plattenlichtquelle weisen einen Lichtleiter auf, welcher eine Aufnahmenut zur Aufnahme von linearen Lichtquellen oder Punktlichtquellen aufweist.
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Die
US 5,921,652 A beschreibt lichtemittierende Plattenanordnungen. Die lichtemittierenden Plattenanordnungen umfassen lichtemittierende Plattenelemente und eine oder mehrere Lichtquellen, welche in einem Lichtübergangsbereich in einem Randbereich der Plattenelemente eingebettet sind. Licht kann durch eine Randfläche der Plattenelemente reflektiert oder gebrochen werden, welche den Lichtpfad eines Teil des Lichts so ändern, dass dieses in einem akzeptableren Winkel in den Eingangsbereich des Plattenelements eintritt. Eine gleichmäßige Lichtausgangverteilung kann durch Verwendung eines Musters von Lichtaustrittsverformungen erzeugt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flächenlichtquellenvorrichtung zu schaffen, die im Hinblick auf die oben genannten Probleme verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Flächenlichtquellenvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Flächenlichtquellenvorrichtung umfasst eine Lichterzeugungsvorrichtung mit zumindest zwei lichtemittierenden Elementen zum Erzeugen verschiedener Lichtfarben; eine Lichtmischvorrichtung zum Mischen des Lichts von der Lichterzeugungsvorrichtung, um gemischtes, lineares Licht zu erzeugen; und eine Flächenlichterzeugungsvorrichtung mit einem Lichtstreuabschnitt zum Empfangen des gemischten Lichts und zum Erzeugen von Flächenlicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flächenlichtquellenvorrichtung,
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2 eine Querschnittsansicht der Lichtquellenvorrichtung und der Lichtmischvorrichtung der in 1 gezeigten Flächenlichtquelle,
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3 eine schematische Zeichnung der in 1 gezeigten Lichtmischvorrichtung,
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4 ein Beispiel einer Flächenlichtquellenvorrichtung, welches dem besseren Verständnis der Erfindung dient,
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5 eine Querschnittsansicht der Lichtquellenvorrichtung und der Lichtmischvorrichtung aus 4,
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6 ein weiteres Beispiel einer Flächenlichtquellenvorrichtung, welches dem besseren Verständnis der Erfindung dient,
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7 eine Querschnittsansicht der Lichtquellenvorrichtung und der Lichtmischvorrichtung aus 6.
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Ausführungsbeispiel
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Bezugnehmend auf 1 umfasst die Flächenlichtquellenvorrichtung 1 eine Lichterzeugungsvorrichtung 10 mit lichtemittierenden Elementen, die in der Lage sind, rotes, grünes und blaues Licht auszusenden; eine Lichtmischvorrichtung 11 zum Mischen des von der Lichterzeugungsvorrichtung 10 erzeugten Lichts, um gemischtes lineares Licht zu erzeugen; und eine Flächenlichterzeugungsvorrichtung 12, wobei die Unterseite der Flächenlichterzeugungsvorrichtung 12 eine Bogenform und zum Reflektieren des auf die Unterseite auftreffenden Lichts an dieser eine Reflexionsschicht 121 aufweist, um die Lichtmischungseffizienz zu steigern. Die Flächenlichterzeugungsvorrichtung 12 umfasst ferner an ihrer Oberseite einen Lichtstreuabschnitt 13 zum Aufnehmen des gemischten linearen Lichts zur Erzeugung von Flächenlicht. Der Lichtstreuabschnitt 13 ist eine V-fömige Furche. Trifft das Licht aus der Lichtmischvorrichtung 11 auf den Lichtstreuabschnitt 13, wird das Licht bei einem speziellen Winkel innere Totalreflexion (TIR) erfahren, da das Material auf der anderen Seite der Kerbe ein optisch relativ dünnes Medium (wie z. B. Luft) ist. Wenn beispielsweise der Einfallswinkel τ ist, und der kritische Winkel der Lichtmischvorrichtung 11 τc ist, unterliegt das Licht einer inneren Totalreflexion (TIR), wenn τ < 2 × (90-τc) ist. Zusätzlich kann eine Reflexionsschicht 131 auf der V-förmigen Furche gebildet werden, um die Lichtstreueffizienz zu erhöhen.
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Mit Bezug auf 2 umfasst die Lichterzeugungsvorrichtung 10 lichtemittierende Elemente 101, 102 und 103. Die Lichtmischvorrichtung 11 umfasst Lichtstreuabschnitte 111, 112 und 113, wobei die Menge der Lichtstreuabschnitte gleich der Menge der lichtemittierenden Elemente ist. Mit Bezug auf 3 sind die Lichtstreuabschnitte 111, 112 und 113 V-förmige Rinnen. Ähnlich wie beim oben genannten Lichtstreuabschnitt 13 kann das Licht, wenn es aus der Lichterzeugungsvorrichtung 10 auf die Lichtstreuabschnitte 111, 112 und 113 auftrifft, bei der Durchdringung der Lichtstreuabschnitte sich zu beiden Seiten der Lichtmischvorrichtung 11 ausbreiten. Somit kann das Licht jeder Lichterzeugungsvorrichtung gemischt werden, um eine Lichtmischung zu erreichen. Die V-förmigen Rinnen der Lichtstreuabschnitte 111, 112, 113 und die V-förmige Furche des Lichtstreuabschnitts 13 werden so angeordnet, dass sie zueinander nicht parallel sind, wobei die bevorzugte Anordnung darin besteht, dass die V-förmigen Rinnen der Lichtstreuabschnitte 111, 112 und 113 senkrecht zu der V-förmigen Furche des Lichtstreuabschnitts 13 sind, um gleichmäßiges, flächiges Licht der Flächenlichterzeugungsvorrichtung 12 zu erzeugen.
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Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung
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Das Beispiel gemäß den 4 und 5 gehört nicht zum Gegenstand des Patents, dient aber dem besseren Verständnis der Erfindung. Mit Bezug auf 4 umfasst die Flächenlichtquellenvorrichtung 2 eine Lichterzeugungsvorrichtung 10; eine Lichtmischvorrichtung 21 zum Mischen des Lichts aus der Lichterzeugungsvorrichtung 10, um gemischtes lineares Licht zu erzeugen; und eine Flächenlichterzeugungsvorrichtung 22. Der obere Abschnitt der Flächenlichterzeugungsvorrichtung 22 ist aus zwei schrägen Ebenen (die von der Außenseite nach Innen geneigt sind) und einem Lichtstreuabschnitt 23 zum Empfangen des gemischten, linearen Lichts zur Erzeugung von Flächenlicht zusammengesetzt. Dazu umfasst die Flächenlichterzeugungsvorrichtung 22 in ihrem unterem Abschnitt zum Reflektieren des Licht zurück in die Flächenlichterzeugungsvorrichtung 22 eine Reflexionsschicht 221, um die Lichtmischungseffizienz zu verbessern. Der Lichtstreuabschnitt 23 kann kerbenförmig sein. Die Form der Kerbe kann aus einer Gruppe bestehend aus V-Form, U-Form, Wellenform und anderen in Frage kommenden Formen ausgewählt werden. In 4 ist die Form des Lichtstreuabschnitts 23 eine V-förmige Kerbe. Zusätzlich kann eine Reflexionsschicht 231 auf der V-förmigen Kerbe gebildet werden, um die Lichtstreueffizienz zu steigern.
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Bezugnehmend auf 5 umfasst die Lichtmischvorrichtung 21 Lichtstreuabschnitte 211, 212 und 213, wobei jeder dieser Lichtstreuabschnitte kegel- oder konusförmig ist. Die Anzahl der Lichtstreuabschnitte ist gleich der Anzahl der Lichterzeugungsvorrichtungen. Das Licht kann, wenn es von der Lichterzeugungsvorrichtung 10 auf die Lichtstreuabschnitte trifft, die Lichtstreuabschnitte durchdringen, um sich zu den beiden Seiten der Lichtmischvorrichtung 21 auszubreiten. Somit kann das Licht jeder Lichterzeugungsvorrichtung gemischt werden, um den Zweck der Lichtmischung zu erfüllen.
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Weiteres Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung
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Das Beispiel gemäß den 6 und 7 gehört nicht zum Gegenstand des Patents, dient aber dem besseren Verständnis der Erfindung. Mit Bezug auf 6 umfasst die Flächenlichtquellenvorrichtung 3 eine Lichterzeugungsvorrichtung 10; eine Lichtmischvorrichtung 31 zum Mischen des Lichts von der Lichterzeugungsvorrichtung 10, um gemischtes, lineares Licht zu erzeugen; und eine Flächenlichterzeugungsvorrichtung 32. Der obere Teil der Flächenlichterzeugungsvorrichtung 32 ist aus zwei geneigten Ebenen (gekippt von der Außen- zur Innenseite) und einem Lichtstreuabschnitt 33 zum Empfangen des gemischten Lichts für die Erzeugung von Flächenlicht zusammengesetzt. Die Form des Bodenabschnitts der Flächenlichterzeugungsvorrichtung 32 entspricht einer gebogenen Fläche. Außerdem weist die Flächenlichterzeugungsvorrichtung 32 an ihrer Unterseite eine Reflexionsschicht 321 zum Reflektieren des Lichts in Richtung der Flächenlichterzeugungsvorrichtung 32, um die Lichtmischungseffizienz zu erhöhen. Darüber hinaus kann eine Reflexionsschicht 331 auf dem Lichtstreuabschnitt 33 gebildet werden, um die Lichtstreueffizienz zu erhöhen.
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Bezugnehmend auf 7 kann die Lichterzeugungsvorrichtung 10 in der Lichtmischvorrichtung 31 eingebettet sein, um die Lichtabschwächung zu reduzieren, wenn das Licht durch die Luft zu der Lichtmischvorrichtung 31 hindurchgeht.
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Um die Lichtmischungseffizienz zu steigern, kann eine Reflexionsschicht um die Lichtmischvorrichtung der oben genannten Ausführungsbeispiele angeordnet werden, um das Licht von der Flächenlichterzeugungsvorrichtung zurück zu der Lichtmischvorrichtung zu reflektieren, wodurch das Licht effektiver gemischt wird. In ähnlicher Weise kann eine Reflexionsschicht auch am Boden der Lichterzeugungsvorrichtung gebildet werden, um das Licht zu der Lichtmischvorrichtung zu leiten. Die Form der Reflexionsschicht kann eine U-förmige Höhlung sein und kann die Effizienz der Reflexionsschicht weiter erhöhen.
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In den vorstehenden Ausführungsbeispielen kann die Lichterzeugungsvorrichtung 10 jede Art von Lichtquelle sein, wie z. B. Leuchtdioden, Fluoreszenzlampen, Glühlampen oder Halogenröhren. Die Lichtquellenvorrichtung umfasst zumindest zwei lichtemittierende Elemente oder zwei lichtemittierende Elemente, die in der Lage sind, Licht unterschiedlicher Farben zu erzeugen. Die Lichterzeugungsvorrichtungen können periodisch oder in Gruppen zum Erzeugen von gleichmäßigem Licht angeordnet sein.
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Die Reflexionsschicht kann eine Metallschicht, eine Spiegeloberfläche oder eine andere Vorrichtung sein, oder kann durch eine Oberflächenbehandlung hergestellt werden, um dadurch Licht reflektieren zu können. Die Lichtmischvorrichtung kann aus einem Material bestehen, das aus einer Gruppe bestehend aus Acrylharz, zyklischem Olefin-Copolymer (COC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyetherimid, Fluorocarbon-Polymer, Silikon oder anderen geeigneten Materialien ausgewählt wird. Die Flächenlichterzeugungsvorrichtung und die Lichtmischplatte kann ein ähnliches Material wie die Lichtmischvorrichtung verwenden. Eine Wärmeabfuhrvorrichtung kann an der Außenseite der Lichterzeugungsvorrichtung angebracht werden. Die Flächenlichtquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung besitzt den Vorteil, dass sie auf Flüssigkristallanzeigen großer Größe anwendbar ist, da eine Vielzahl von Flächenlichtquellenvorrichtungen kombiniert werden können, um ein Array zur Verwendung in der großen LCD zu bilden.
