DE102006026236B4 - Hintergrundbeleuchtungseinheit - Google Patents
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Abstract
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Feld der Erfindung:
- Die vorliegende Erfindung betrifft Hintergrund-Beleuchtungseinheiten zur Verwendung in Anzeigeeinrichtungen, wie beispielsweise Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Hintergrund-Beleuchtungseinheit, die eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit kleinen Abmessungen beleuchtet, die in tragbaren Geräten, beispielsweise Mobiltelefonen und persönlichen digitalen Assistenten (personal digital assistants) verwendet wird.
- Beschreibung des Standes der Technik:
- In jüngster Zeit wurden Anzeigeeinrichtungen, bei denen Flüssigkristallzellen verwendet wurden, in verschiedensten elektronischen Einrichtungen, beispielsweise Uhren, Telefonen und personalen Computern eingebaut. Derartige elektronische Einrichtungen, Uhren, Mobiltelefone usw. können bei Nacht oder in der Dunkelheit verwendet werden. Daher sind viele dieser elektronischen Einrichtungen mit einer Hintergrund-Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung der Flüssigkristallzelle ausgestattet. Hintergrund-Beleuchtungseinheiten, die zu diesem Zwecke verwendet werden, können in einen Typus mit axial ausgerichtetem Licht (aligned-light type), bei dem ein Flüssigkristall-Anzeigepaneel und eine Lichtquelle einander zugewandt über einer Licht streuenden Platte angeordnet sind, und in einen Kantenlichttypus (edge-light type) unterteilt werden, bei dem ein Flüssigkristall-Anzeigepaneel und eine Lichtleiterplatte einander zugewandt angeordnet sind, und eine Lichtquelle nahe der Lichtleiterplatte außerhalb deren peripheren Kante angeordnet ist, so dass Licht von der Lichtquelle durch die periphere Kantenfläche der Lichtleiterplatte in diese eintritt (vgl. beispielsweise
JP 2002-42529 A - Die Hintergrund-Beleuchtungseinheit vom Kantenlichttyp ist vorteilhafter als die Hintergrund-Beleuchtungseinheit vom axial ausgerichteten Lichttyp, da es möglich ist, ein niederes Profil bzw. einen kleineren Querschnitt zu erreichen, und den Einfluss zu minimalisieren, der durch die von der Lichtquelle erzeugten Hitze auf das Flüssigkristall-Anzeigepaneel ausgeübt wird.
- Die
5(a) ,5(b) und6 zeigen eine herkömmliche Hintergrund-Beleuchtungseinheit vom Kantenlichttyp.5(a) ist eine Aufsicht, und5(b) ist eine Querschnittsdarstellung entlang der in5(a) eingezeichneten Schnittstellen 5b-5b.6 zeigt eine schematische Darstellung, die den optischen Weg des Lichts darstellt, das von einer Lichtquelle der Hintergrund-Beleuchtungseinheit abgegeben wird. - Wie in den Figuren dargestellt ist, weist die Hintergrund-Beleuchtungseinheit in einem Gehäuse
1 eine rechteckige Lichtleiterplatte2 aus einem transparenten plastischen Element sowie vier lichtemittierende Dioden (nachfolgend abgekürzt als ”LEDs”)3 auf, die als Lichtquelle nahe einer peripheren Kantenfläche2a der Lichtleiterplatte2 vorgesehen sind, wobei die periphere Kantenfläche2a als Lichteintrittsfläche dient. Das von den LEDs3 abgestrahlte Licht tritt über die periphere Kantenfläche2a der Lichtleiterplatte2 in diese ein und breitet sich in der Lichtleiterplatte2 aus, wobei es in ihr Totalreflektionen unterliegt. Die untere Fläche2b der Lichtleiterplatte2 ist so ausgebildet, dass sie eine Vielzahl von Prismen aufweist, wie in den Figuren dargestellt ist, so dass dann, wenn das in die Lichtleiterplatte eintretende Licht Totalreflektionen zwischen der oberen Fläche2c und der unteren Fläche2b der Lichtleiterplatte2 während der Ausbreitung unterliegt, der Auftreffwinkel des auf die obere Fläche2c auftreffenden Lichts, die eine Lichtaustrittsfläche ist, allmählich abnimmt, und das Licht schließlich über die Lichtaustrittsfläche nach außen austritt. Ein Teil des von den LEDs3 abgegebenen Lichts tritt über die untere Fläche2b der Lichtleiterplatte2 nach außen aus. Das Licht wird jedoch an einer reflektierenden Lage oder Schicht4 , beispielsweise einer Silber- oder Weiß-Farbenlage zur Lichtleiterplatte2 zurückreflektiert. Das über die obere Fläche2c der Lichtleiterplatte2 nach außen austretende Licht wird durch eine Prismenlage oder eine Prismenschicht5 auf ein (nicht dargestelltes) Flüssigkristall-Anzeigepaneel gerichtet. - Es ist selbstverständlich wünschenswert, dass die Hintergrund-Beleuchtungseinheit die Rückseite eines Flüssigkristall-Anzeigepaneels mit hoher Intensität beleuchten kann.
- Weiterhin ist es für ein Flüssigkristall-Anzeigepaneel beispielsweise eines Mobiltelefons auch wünschenswert, dass die Hintergrund-Beleuchtungseinheit das Flüssigkristall-Anzeigepaneel so beleuchtet, dass das Flüssigkristall-Anzeigepaneel eine hohe Helligkeit insbesondere dann aufweist, wenn rechtwinklig von vorn auf es geschaut wird.
-
JP 2000-113707 A -
US 2003/0184690 A1 -
US 2003/0184691 A1 - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Hintergrund-Beleuchtungseinheit vom Kantenlichttyp geschaffen. Die Hintergrund-Beleuchtungseinheit umfasst die Merkmalskombination des Anspruchs 1.
- Vorzugsweise ist die Stapelrichtung der reflektierenden Schichten und der Licht durchlässigen Schichten im Licht ablenkenden Film koinzident mit einer Lichtausbreitungsrichtung, in der das Licht von der Lichtquelle über die Lichteintrittsfläche in die Lichtleiterplatte eintritt.
- Erfindungsgemäß liegt der Neigungswinkel der reflektierenden und durchlässigen Schichten in einem Bereich von 60 bis 80 Grad. Vorzugsweise liegt der Neigungswinkel in einem Bereich von 65 bis 75 Grad.
- Vorzugsweise ist die Gesamtabmessung in Stapel- bzw. Schichtrichtung der einander benachbarten reflektierenden Schicht und der Licht durchlässigen Schicht kleiner als oder gleich 0,2 mm, und die Abmessung in Stapel- oder Schichtrichtung der reflektierenden Schicht ist kleiner als oder gleich 1 Mikron.
- Vorzugsweise ist die Abmessung des Licht ablenkenden Films in einer Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche kleiner als oder gleich 0,3 mm.
- In der Hintergrund-Beleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildeter Lichtablenkfilm benachbart und parallel der Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte angeordnet, um die Gerichtetheit des aus der Lichtaustrittsfläche austretenden Lichts höher bzw. besser zu machen, so dass es dadurch möglich ist, die Helligkeit der Lichtaustrittsfläche zu erhöhen.
- Die zuvor beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch klarer aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1(a) ist eine Aufsicht auf eine Hintergrund-Beleuchtungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
1(b) ist eine Querschnittsdarstellung entlang der in1(a) eingezeichneten Schnittlinie 1b-1b; -
2 ist eine schematische Darstellung, die den optischen Weg des Lichts zeigt, der von einer Lichtquelle abgestrahlt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Licht ablenkenden Films gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
4 ist eine graphische Darstellung, die die Gerichtetheiten bzw. Ausrichtungen eines Lichts zeigt, das die Hintergrund-Beleuchtungseinheit zu einem Flüssigkristall-Anzeigepaneel hin verlässt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5(a) ist eine Aufsicht auf eine herkömmliche Hintergrund-Beleuchtungseinheit; -
5(b) ist eine Querschnittsdarstellung entlang der in5(a) eingezeichneten Schnittlinie 5b-5b; -
6 ist eine schematische Darstellung, die den optischen Weg des von einer Lichtquelle abgegebenen Lichts in einer herkömmlichen Hintergrund-Beleuchtungseinheit zeigt; und -
7 ist eine graphische Darstellung, die die Gerichtetheiten bzw. Ausrichtungen eines Lichts zeigt, das die Hintergrund-Beleuchtungseinheit zu einem Flüssigkristall-Anzeigepaneel in einer herkömmlichen Hintergrund-Beleuchtungseinheit zeigt. - BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Eine Ausführungsform der Hintergrund-Beleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
1(a) bis4 im Einzelnen beschrieben. - Wie in den Figuren dargestellt ist, weist eine Hintergrund-Beleuchtungseinheit
20 gemäß dieser Ausführungsform eine im Wesentlichen rechteckige Lichtleiterplatte12 aus einem transparenten Element in einem Gehäuse1 auf. Mehrere (z. B. vier wie in dieser Ausführungsform) Licht emittierende Dioden (nachfolgend als ”LEDs” bezeichnet)3 sind als Lichtquelle angrenzend an eine periphere Kantenfläche12a der Lichtleiterplatte12 vorgesehen, die als eine Lichteintrittsfläche dient. Das von den LEDs3 abgegebene Licht tritt über die periphere Kantenfläche12a in die Lichtleiterplatte12 ein, und breitet sich in der Lichtleiterplatte12 aus, wobei es darin wiederholt total reflektiert wird. Die untere Oberfläche12b der Lichtleiterplatte12 ist so ausgebildet, dass eine Vielzahl von Prismen17 parallel und nebeneinander angeordnet ist. Die Prismen17 erstrecken sich senkrecht zur Emissionsrichtung des Lichts von den LEDs3 zur Lichtleiterplatte12 . Wenn das Licht durch die Lichtleiterplatte12 während wiederholter Totalreflektion zwischen der oberen Oberfläche12c und der unteren Oberfläche12b der Lichtleiterplatte12 gelangt, wird der Auftreffwinkel des Lichts, der auf die obere Oberfläche12c gelangt, die eine Lichtaustrittsfläche ist, von den Prismen17 graduell verringert, so dass das Licht nach außen über die obere Oberfläche12c austreten kann. Eine reflektierende Lage oder Schicht4 , beispielsweise eine Silberfarben-Lage oder -Schicht ist nahe der unteren Oberfläche12b der Lichtleiterplatte12 vorgesehen. Die reflektierende Lage4 reflektiert das Licht, das aus der Lichtleiterplatte12 austritt, zurück in die Lichtleiterplatte12 . Ein Licht ablenkender Film15 ist nahe und parallel der oberen Oberfläche oder Lichtaustrittsfläche12c der Lichtleiterplatte12 angeordnet. Licht, das aus der Lichtleiterplatte12 über die Lichtaustrittsfläche12c austritt, gelangt durch den Licht ablenkenden Film15 , um die Rückseite eines Flüssigkristall-Anzeigepaneels (nicht dargestellt) zu beleuchten, wie dies im Weiteren noch beschrieben wird. - Jedes der Prismen
17 der Lichtleiterplatte12 hat eine Prismenschrägfläche, die den LEDs3 zugewandt ist, und die einen ersten Neigungswinkel P aufweist, sowie eine weitere Schrägfläche mit einem zweiten Neigungswinkel Q. Die ersten Neigungswinkel P der jeweiligen Prismen17 sind so gewählt, dass sie größer werden, wenn die Abstände von den LEDs3 zu den jeweiligen Prismen sich vergrößern. Die Konfiguration der Prismen kann entsprechend der Abmessungen der Hintergrund-Beleuchtungseinheit variieren. Der erste Neigungswinkel P ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 50 Grad eingestellt oder gewählt. Dessen Abstand bzw. Spitzenhöhe (pitch) ist vorzugsweise 0,05 bis 0,3 mm. - Der Licht ablenkende Film
15 ist ein filmförmiges Element, das durch alternatives Aufeinanderbringen einer Licht reflektierenden Schicht13 und einer Licht durchlässigen Schicht11 gebildet ist. Die Stapelrichtung der Licht reflektierenden Schicht13 und der Licht durchlässigen Schicht11 ist im Wesentlichen koinzident mit der Lichtausbreitungsrichtung von der Lichteintrittsfläche12a der Lichtleiterplatte12 zur peripheren Kantenfläche12d , die der Lichteintrittsfläche12a gegenüber liegt. Wie3 zeigt, ist die Stapelebene13a der reflektierenden Schicht13 um einen vorgegebenen Neigungswinkel S zu einer Ebene15a des Licht ablenkenden Films15 geneigt. Die Größe des Neigungswinkels S liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von 60 bis 80 Grad. Bei dieser Ausführungsform ist der Neigungswinkel S 65 Grad. Die Licht reflektierenden Schichten13 und die Licht durchlässigen Schichten11 sind abwechselnd mit einem konstanten Abstand a bzw. einer konstanten Teilung a gestapelt. Die Größe des Abstands bzw. der Teilung a (d. h. die Gesamtdicke der Licht reflektierenden und Licht durchlässigen Schichten13 und11 , die nebeneinander benachbart in Stapelrichtung angeordnet sind) ist vorzugsweise kleiner oder gleich 0,2 mm. Bei dieser Ausführungsform ist die Gesamtdicke a zu 0,1 mm gewählt. - Die reflektierende Schicht
13 kann aus irgendeinem Material mit hohem Lichtreflektionsvermögen, beispielsweise einem Metallfilm aus Silber, Aluminium, usw., oder einem dielektrischen Mehrschicht-Film hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform wird ein Metallfilm aus Silber als reflektierende Schicht13 verwendet. Die Dicke b der reflektierenden Schicht13 ist vorzugsweise kleiner oder gleich 1 μm. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke b zu 0,7 μm gewählt. Die Licht durchlässige Schicht11 kann aus einem durchlässigen Material, beispielsweise einem transparenten Glasmaterial, einem transparenten Kunststoff, beispielsweise einem Acrylkunststoff, oder einem Polykarbonat-Kunststoff hergestellt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Acrylkunststoff verwendet. Die Dicke c des Lichts reflektierenden Films15 ist vorzugsweise kleiner oder gleich 0,3 mm. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke c zu 0,2 mm gewählt. - Der Licht ablenkende Film
15 ist beispielsweise in folgender Weise hergestellt. Auf eine Seite eines planaren Films aus transparentem Acrylkunststoff mit einer Dicke von 0,1 mm ist Silber in einer Dicke von 0,7 μm aufgedampft, um eine reflektierende Schicht zu bilden. Solche planare Filme mit jeweils auf ihnen aufgebrachten reflektierenden Schichten sind miteinander laminiert, um ein Laminat mit einer vorgegebenen Dicke zu bilden. Das Laminat ist in einer Richtung mit einem Winkel von 25 Grad zur Normalen des laminierten planaren Films geschnitten. In diesem Falle ist der Winkel zwischen der reflektierenden Schicht13 und der Ebene des Lichts ablenkenden Films15 65 Grad. Die Dicke des Licht ablenkenden Films15 ist, wie zuvor genannt, vorzugsweise 0,2 mm in dieser Ausführungsform. - Bei der Hintergrund-Beleuchtungseinheit
20 dieses Ausführungsbeispiels tritt also das aus der Lichtleiterplatte12 austretende Licht in den Licht ablenkenden Film15 ein, in der das Licht von der reflektierenden Schicht13 reflektiert wird. Wie in den Figuren dargestellt ist, ist die Fläche13a der reflektierenden Schicht13 , die das in den Licht ablenkenden Film15 eintretende Licht reflektiert, nach oben gerichtet (d. h. zum Flüssigkristall-Anzeigepaneel hin, das nicht dargestellt ist), so dass die Licht reflektierende Schicht13 das Licht nach oben ablenkt. Infolgedessen hat das Licht, das durch den Licht ablenkenden Film15 austritt, eine erhöhte Richtwirkung in Richtung der Normalen der Lichtaustrittsfläche der Hintergrund-Beleuchtungseinheit20 (d. h. in der Richtung, von der Lichtaustrittsfläche zum Flüssigkristall-Anzeigepaneel). -
4 zeigt die Richtwirkung bzw. Gerichtetheit (directivity) des Lichts, das die Hintergrund-Beleuchtungseinheit in diesem Ausführungsbeispiel verlässt. Eine Kurve16 zeigt die Gerichtetheit in einer Ebene, die durch die Achsen Z und Y in den1a und1b definiert ist, wobei die Achse Z parallel zur Richtung liegt, in der das Licht von der Lichtquelle kommend in die Lichtleiterplatte durch die Lichteintrittsfläche eintritt, und die Achse Y ist senkrecht zur Lichteintrittsfläche oder der oberen Oberfläche12c der Lichtleiterplatte. Eine Kurve18 zeigt die Gerichtetheit in einer durch die Achsen X und Y definierten Ebene, wobei die Achse X senkrecht auf den Achsen Y und Z steht. Auf der Abszisse ist der Strahlungswinkel des austretenden Lichts relativ zum Normalen der Lichtaustrittsfläche der Hintergrund-Beleuchtungseinheit aufgetragen. Auf der Ordinate ist das Helligkeitsverhältnis an der Lichtaustrittsfläche (12c ) der Hintergrund-Beleuchtungseinheit aufgetragen.7 zeigt die Gerichtetheit des Lichts, das aus der zuvor beschriebenen, herkömmlichen Hintergrund-Beleuchtungseinheit austritt. Bei Vergleich der Gerichtetheiten der herkömmlichen, in7 dargestellten Hintergrund-Beleuchtungseinheit ist festzustellen, dass das Licht, das aus der Hintergrund-Beleuchtungseinheit gemäß dieser Ausführungsform austritt, vergrößerte bzw. breitere Gerichtetheiten sowohl in der ZY-Ebene als auch in der XY-Ebene aufweist. Daher ist es möglich, die Helligkeit des aus der Hintergrund-Beleuchtungseinheit austretenden Lichts in einer Richtung senkrecht zur Austrittsfläche der Hintergrund-Beleuchtungseinheit zum Flüssigkristall-Anzeigepaneel hin zu vergrößern. - Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann auf vielfältige Weise abgewandelt werden, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
- Beispielsweise sei darauf hingewiesen, dass eine einzige LED als Lichtquelle verwendet werden kann, obgleich im vorausgegangenen Ausführungsbeispiel mehrere LEDs als Lichtquelle verwendet werden. Im Falle, dass nur eine LED als Lichtquelle verwendet wird, können ebenfalls dieselben vorteilhaften Wirkungen wie zuvor beschrieben erreicht werden. Darüber hinaus ist die Hintergrund-Beleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in weiten Bereichen anwendbar bei verschiedensten Beleuchtungseinrichtungen, Anzeigeeinrichtungen usw., einschließlich von Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen.
Claims (6)
- Hintergrund-Beleuchtungseinheit mit: einer Lichtleiterplatte (
12 ), die einander gegenüber liegende Seitenflächen und eine periphere Kantenfläche (12a ) aufweist, wobei ein Teil der peripheren Kantenfläche (12a ) eine Lichteintrittsfläche ist, eine der einander gegenüber liegenden Seitenflächen eine Lichtaustrittsfläche ist und die andere der einander gegenüber liegenden Seitenflächen eine untere Fläche (12b ) mit mehreren Prismen (17 ) ist; einer Lichtquelle (3 ), die der Lichteintrittsfläche der Lichtleiterplatte (12 ) benachbart angeordnet ist, um Licht zur Lichteintrittsfläche der Lichtleiterplatte (12 ) hin auszustrahlen; und einem Licht ablenkenden Film (15 ), der benachbart und parallel zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte (12 ) angeordnet ist, und eine Mehrschichtstruktur aufweist, bei der planare Licht reflektierende Schichten (13 ) und planare Licht durchlässige Schichten (11 ) abwechselnd aufeinander gestapelt sind, wobei die reflektierenden Schichten (13 ) und die Licht durchlässigen Schichten (11 ) mit einem vorgegebenen Neigungswinkel (S) relativ zur Lichtaustrittsfläche geneigt sind, wobei die mehreren Prismen (17 ) an der unteren Fläche (12b ) der Lichtleiterplatte (12 ) parallel und nebeneinander angeordnet sind, um von der Lichtquelle (3 ) stammendes Licht hin zu dem Licht ablenkenden Film (15 ) zu lenken, und wobei die Licht reflektierenden Schichten (13 ) des Licht ablenkenden Films (15 ) mit dem Neigungswinkel (S) in einem Bereich von 60 bis 80 Grad angeordnet sind, so dass sie aus der Lichtleiterplatte (12 ) austretendes Licht nach oben ablenken. - Hintergrund-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stapelrichtung der reflektierenden Schichten (
13 ) und der Licht durchlässigen Schichten (11 ) in dem Licht ablenkenden Film (15 ) koinzident mit einer Lichtausbreitungsrichtung ist, in der Licht von der Lichtquelle (3 ) gerichtet ist, wenn es in die Lichtleiterplatte (12 ) durch die Lichteintrittsfläche eintritt. - Hintergrund-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (S) in einem Bereich von 65 bis 75 Grad liegt.
- Hintergrund-Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtabmessung (a) einer der reflektierenden Schichten (
13 ) und einer Licht durchlässigen Schicht (11 ), die zueinander benachbart angeordnet sind, in der Stapelrichtung kleiner oder gleich 0,2 mm ist, und dass die Abmessung (b) der reflektierenden Schicht (13 ) in der Stapelrichtung kleiner oder gleich 1 Mikron ist. - Hintergrund-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung (c) des Licht ablenkenden Films (
15 ) in einer Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche kleiner oder gleich 0,3 mm ist. - Hintergrund-Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Prismen (
17 ) an der unteren Fläche (12b ) der Lichtleiterplatte (12 ) je eine erste geneigte Fläche in Richtung zur Lichtquelle (3 ) hin mit einem ersten Neigungswinkel (P) und eine zweite geneigte Fläche mit einem zweiten Neigungswinkel (Q) aufweisen, und dass der erste Neigungswinkel (P) in einem Bereich von 0,5 bis 50 Grad liegt.
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