DE102006048412B4

DE102006048412B4 - Optischer Film und Beleuchtungsvorrichtung, die den optischen Film verwendet

Info

Publication number: DE102006048412B4
Application number: DE102006048412.6A
Authority: DE
Inventors: Junji Miyashita
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-10-15
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: US20070086210A1; JP5066332B2; US7547468B2; DE102006048412A1; JP2007108543A

Abstract

Optischer Film (20, 65, 69), der eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die einander gegenüberliegend sind, wobei der optische Film (20, 65, 69) aufweist: eine Mehrzahl von durchsichtigen Filmzellen (12, 62, 66), die sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstrecken und in Kontakt miteinander angeordnet sind; und eine Lichtreflexionsschicht (14, 16, 63, 64, 67, 68), die auf einer Umfangsseitenfläche einer jeden Filmzelle (12, 62, 66) vorgesehen ist und die sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstreckt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen optischen Film zur Verwendung in Anzeigeeinrichtungen geringer Größe von Zellulartelefonen, PDAs (Personal Digital Assistants), etc. Die Erfindung betrifft auch eine Beleuchtungsvorrichtung, die den optischen Film verwendet.
Beschreibung des technischen Hintergrundes
In letzter Zeit kamen Beleuchtungsvorrichtungen in Gebrauch, die Leuchtdioden (nachfolgend als ”LEDs” abgekürzt) als Lichtquellen beinhalten, da LEDs eine lange Betriebslebensdauer aufweisen und bei ihnen, im Vergleich zu Leuchtstoff anzeigeröhren, problemlos eine Farbsteuerung erfolgen kann.
8A bis 8C zeigen ein herkömmliches Beispiel, bei dem eine Leuchtdioden (LEDs) enthaltende Beleuchtungsvorrichtung vom seitlichen Beleuchtungstyp als Hintergrundbeleuchtung verwendet wird. 8A ist eine Draufsicht, und 8B ist eine Seitenansicht. 8C ist eine Querschnittansicht, die den Pfad des Lichts in der Beleuchtungsvorrichtung zeigt.
Bei dieser Beleuchtungsvorrichtung sind eine Mehrzahl von LED-Lichtquellen 44 an einer Seitenkante einer rechteckigen Lichtleiterplatte 26 so angeordnet, dass von den LED-Lichtquellen 44 abgestrahltes Licht in die Lichtleiterplatte 26 durch deren Seitenkantenfläche eintritt. Die Lichtleiterplatte 26 weist eine Mehrzahl von reflektierenden Prismen 70 auf, die auf deren Unterseite ausgebildet sind, und jedes der reflektierenden Prismen erstreckt sich parallel zu der Seitenkante, bei der die LEDs angeordnet sind.
Wie in 8B dargestellt, ist eine Reflexionsschicht 48 unter der Unterseite der Lichtleiterplatte 26 angeordnet, und eine Prismenschicht 76 ist über der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 angeordnet. Diese Bauelemente der Beleuchtungsvorrichtung sind in einer Halterung 42 untergebracht, um eine nicht-selbstleuchtende Anzeigeeinrichtung 50 (siehe 8C), z. B. eine Flüssigkristallanzeige, zu beleuchten, die direkt oberhalb der Halterung 42 angeordnet ist.
8C zeigt das Verhalten des Lichts in der die zuvor beschriebene Struktur aufweisenden Beleuchtungsvorrichtung. Licht 78, das von den LED-Lichtquellen 44 ausgesendet wird, breitet sich aus und wird dabei wiederholt zwischen der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 und den Flächen der reflektierenden Prismen 70 hin- und hergeworfen, die auf der Unterseite der Lichtleiterplatte 26 vorgesehen sind. Mit dem wiederholten Hin- und Herprallen oder Reflektieren des Lichts 78 nimmt der Einfallswinkel des Lichts 78 auf die Oberseite der Lichtleiterplatte 26 ab und wird schließlich kleiner als der kritische Winkel. Demzufolge tritt Licht aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 aus. Licht 79, das durch die Unterseite der Lichtleiterplatte 26 abgestrahlt wird, wird auf der Reflexionsschicht 48 reflektiert und zur Lichtleiterplatte 26 zurückgeworfen. Das aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 austretende Licht wird durch die Prismenschicht 76 gebrochen und zur Anzeige 50 geleitet.
Es sei angemerkt, dass bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen Elemente, die den zuvor beschriebenen Elementen entsprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Es wurden bereits viele Verfahren vorgeschlagen, bei denen eine Lichtbrechungsschicht, wie beispielsweise eine Prismenschicht oder eine Linsenschicht, über der zuvor beschriebenen Lichtleiterplatte 26 angeordnet ist, um eine nicht-selbstleuchtende Anzeigeeinrichtung zu beleuchten (beispielsweise siehe JP 2002-42529 A ).
Im Allgemeinen lässt sich jedoch nicht behaupten, dass von den LED-Lichtquellen 44 kommendes Licht eine hohe Direktivität aufweist, wie in 8A dargestellt. Demgemäß gibt es viele Lichtanteile 72 und 74, die sich in Richtungen ausbreiten, welche nicht senkrecht zur Verlaufsrichtung der reflektierenden Prismen 70 sind. Derartiges Licht wird beim Austreten aus der Prismenschicht 76 unerwünscht gestreut, wie durch Bezugszeichen 80 in 8C angegeben. Demzufolge gibt es viele Lichtanteile, die nicht im Wesentlichen senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 sind. Aus diesem Grund kann die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung nicht groß sein.
9A ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung darstellt, die wie in 8A bis 8C dargestellt angeordnet ist. 9B ist eine Ansicht zur Erläuterung der Koordinatenachsen, die bei der Beschreibung der Erfindung verwendet werden.
Wie in 9B dargestellt, sind die Koordinatenachsen wie folgt definiert: Eine X-Achse erstreckt sich in Breitenrichtung (d. h. wie in der Figur dargestellt in vertikaler Richtung) der Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26; eine Z-Achse erstreckt sich in Längsrichtung (d. h. wie in der Figur dargestellt in horizontaler Richtung) der Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26; und eine Y-Achse ist senkrecht zur X-Z-Ebene.
9A zeigt die Direktivitätseigenschaften der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, die basierend auf den wie zuvor angegeben definierten Koordinatenachsen in einem Graphen dargestellt sind.
Wie aus dem Graph von 9A hervorgeht, weist die herkömmliche Beleuchtungsvorrichtung die folgenden Direktivitätseigenschaften auf. Beispielsweise weist in der X-Y-Ebene Licht unter einem Winkel von 30° zur Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26, d. h. der Richtung der Y-Achse, ca. 40% der Stärke des Lichts in senkrechter Richtung (Richtung der Y-Achse) auf. In der Z-Y-Ebene weist Licht unter einem Winkel von 30° zur Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26, d. h. der Richtung der Y-Achse, ca. 10% der Stärke des Lichts in senkrechter Richtung auf. Das heißt die Direktivität ist in X-Y-Richtung, d. h. in Breitenrichtung, besonders niedrig. Somit besteht bei der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung der Nachteil einer nicht ausreichenden Direktivität des Lichts und diese ist daher in ihrer Helligkeit eingeschränkt.
10A und 10B sind Referenzzeichnungen, die zur Erläuterung der optischen Eigenschaften von Beleuchtungsvorrichtungen angegeben sind, wobei die gleichen Koordinatenachsen wie in 9A verwendet werden.
10A zeigt optische Eigenschaften einer Beleuchtungsvorrichtung von idealer Direktivität. Sowohl die Kennlinie in der X-Y-Ebene als auch der Z-Y-Ebene liefern Licht lediglich in Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte, d. h. in Richtung von θ = 0, wie durch die durchgehende Linie 86 dargestellt.
10B zeigt optische Eigenschaften einer keine Direktivität aufweisenden Beleuchtungsvorrichtung. Sowohl die Kennlinie in der X-Y-Ebene als auch der Z-Y-Ebene liefern in unerwünschter Weise unter allen Winkeln eine konstante Lichtstärke (von ca. 30% der Lichtstärke, die mit der zuvor beschriebenen idealen Direktivität erzielt wird) an die Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte, wie durch die dicke durchgehende Linie 88 dargestellt.
DE 695 08 283 T2 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichterzeugungsmittel – beispielsweise einer Fluoreszenzröhre oder Leuchtdioden –, das Licht in eine Seitenfläche eines Lichtleiters einstrahlt. An einer Hauptfläche des Lichtleiters ist eine niedrigbrechende Schicht angeordnet. Mikroprismen befinden sich mit Abstand voneinander auf der niedrigbrechenden Schicht. Die niedrigbrechende Schicht dient als Haftvermittler und bewirkt, dass die Mikroprismen stark an dem Lichtleiter haften. In den Zwischenbereichen zwischen den Mikroprismen befindet sich vorzugsweise Luft, die einen Brechungsindex kleiner als der Brechungsindex der Mikroprismen aufweist.
US 2005/0185416 A1 zeigt eine hintergrundbeleuchtete Flüssigkristallanzeige. In einer in US 2005/0185416 A1 als Stand der Technik bezeichneten Ausgestaltung ist ein helligkeitsverstärkender Film zwischen einer Lichtaustrittsfläche eines Lichtleiters und einem Flüssigkristallpaneel angeordnet. Der helligkeitsverstärkende Film weist Prismenstrukturen auf, die die Helligkeit in Richtung einer senkrecht zum Flüssigkristallpaneel verlaufenden Achse erhöhen, indem sie einen Teil der schräg zur Achse verlaufenden Lichtstrahlen in eine Richtung hin zur Achse brechen. Es kann jedoch auch eine unerwünschte Totalreflexion auftreten, bei der Lichtstrahlen von der Achse weg oder sogar zurück in den Lichtleiter reflektiert werden. In einer weiteren in US 2005/0185416 A1 gezeigten Ausgestaltung sind in dem helligkeitsverstärkenden Film reflektierende Aussparungen vorgesehen, wobei die Fläche einer Lichtausgangsöffnung jeder Aussparung größer als die Fläche einer Lichteingangsöffnung ist. Vorzugsweise weist jede reflektierende Aussparung eine gekrümmte Mantelfläche auf, die im Längsschnitt insgesamt eine abgerundete Parabelform hat.
INHALT DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der zuvor beschriebenen Umstände. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine alternative Ausgestaltung eines optischen Films und einer Beleuchtungsvorrichtung mit hoher Direktivität von Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung auf eine Anzeige aufgestrahlt wird, zu schaffen.
Die Erfindung stellt einen optischen Film bereit, der eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die einander gegenüberliegend sind. Der optische Film weist eine Mehrzahl von durchsichtigen Filmzellen auf, die sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstrecken und in Kontakt miteinander angeordnet sind. Eine Lichtreflexionsschicht ist auf zumindest einem Teil der Seitenflächen einer jeden Filmzelle vorgesehen, die sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstreckt.
Insbesondere kann der optische Film wie folgt angeordnet sein. Eine Querschnittskonfiguration einer jeden Filmzelle parallel zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Vieleck (Polygon), einem Kreis und einer Ellipse besteht.
Insbesondere kann der optische Film wie folgt angeordnet sein. Die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche sind parallel zueinander, und die Seitenflächen der Mehrzahl von Filmzellen sind unter einem vorbestimmten Winkel relativ zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche geneigt.
Außerdem stellt die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung bereit, die eine Lichtleiterplatte, welche eine Reflexionsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die zueinander gegenüberliegend sind, und eine Umfangskantenfläche beinhaltet, die sich zwischen den jeweiligen Umfangskanten der Reflexionsfläche und der Lichtaustrittsfläche erstreckt. Die Umfangskantenfläche beinhaltet eine Lichteintrittsfläche, durch die Licht in die Lichtleiterplatte eintritt, so dass das Licht im Inneren der Lichtleiterplatte reflektiert wird, so dass das Licht schließlich aus der Lichtaustrittsfläche austritt. Die Beleuchtungsvorrichtung beinhaltet weiter einen optischen Film, dessen Lichteintrittsfläche benachbart zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte und dessen Lichtaustrittsfläche gegenüberliegend der Lichteintrittsfläche angeordnet ist. Der optische Film weist eine Mehrzahl von durchsichtigen Filmzellen auf, die sich parallel zueinander von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstrecken. Jede Filmzelle weist eine Lichtreflexionsschicht auf, die auf zumindest einem Teil von deren Seitenflächen vorgesehen ist und sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstreckt.
Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung derart angeordnet sein, dass jede Filmzelle des optischen Films eine Konfiguration mit dem Querschnitt eines regelmäßigen Vieleckes aufweist, und eine von diagonalen Linien, die ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken des Vielecks verbinden, ist parallel zur Richtung des Lichts, das so gerichtet ist, dass es durch die Lichteintrittsfläche der Lichtleiterplatte aufgenommen wird.
Der optische Film oder die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen es, die Direktivität der Beleuchtungsvorrichtung zu vergrößern. Als Ergebnis wird es möglich, die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung zu vergrößern.
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsformen klarer hervor, die in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen zu verstehen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Ansicht, die einen Verlauf von Licht in einer einzigen Zelle eines oberhalb einer Lichtleiterplatte angeordneten optischen Films darstellt.
1B ist eine Ansicht, die den Verlauf von Licht in einem Abschnitt einer Beleuchtungsvorrichtung darstellt.
2A ist eine Darstellung, die eine Zelle eines optischen Films gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
2B ist eine Darstellung, die den optischen Film erläutert, wie er bei einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
3 ist eine Ansicht, die den optischen Film gemäß der Erfindung zeigt.
4A ist eine Draufsicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
4B ist eine Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
4C ist ein Querschnitt, der den Verlauf von Licht in der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung erläutert.
5 ist ein Graph, der die optischen Eigenschaften der Beleuchtungsvorrichtung der Erfindung darstellt.
6A ist eine Darstellung, die eine Zelle eines optischen Films gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
6B ist eine Darstellung, die den optischen Film erläutert, wie er in einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
7A ist eine Darstellung, die eine Zelle eines optischen Films gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
7B ist eine Darstellung, die den optischen Film erläutert, wie er in einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
8A ist eine Draufsicht einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung.
8B ist eine Seitenansicht der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung.
8C ist ein Querschnitt zur Erläuterung des Verlaufs von Licht in der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung.
9A ist ein Graph, der optische Eigenschaften der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung darstellt.
9B ist eine Ansicht zur Erläuterung der Koordinatenachsen, die bei der Beschreibung der Erfindung verwendet werden.
10A ist eine Ansicht zur Erläuterung optischer Eigenschaften.
10B ist eine Ansicht zur Erläuterung optischer Eigenschaften.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A bis 3 sind Darstellungen, die einen optischen Film gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und eine Beleuchtungsvorrichtung mit dem optischen Film erläutern.
Wie in 1B dargestellt, weist die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung LED-Lichtquellen 44, eine Lichtleiterplatte 26 und einen optischen Film 20 auf, der (nicht dargestelltes) aus der Lichtleiterplatte 26 austretendes Licht auf eine Anzeige lenkt, wie im Fall der zuvor beschriebenen herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung.
Der optische Film 20 weist eine Mehrzahl von Zellen 12 auf, wie teilweise in 2B dargestellt. Jede Zelle 12 ist, wie in 2A dargestellt, in der Form eines schiefen Prismas, das eine parallellogramm- oder rautenförmige Ober- und Unterseite 13 und 15 und vier Seitenflächen aufweist. Die Zelle 12 ist so positioniert, dass eine diagonale Linie 22, die ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken der Oberseite 13 oder der Unterseite 15 in 2A verbindet, mit der Richtung 24 von Licht übereinstimmt, das von den Lichtquellen 44 zur Lichtleiterplatte 26 gelenkt wird.
Jede Zelle 12 weist Lichtreflexionsschichten 14 und 16 auf, die auf zwei Seitenflächen von dieser vorgesehen sind, die benachbart zueinander sind und zu beiden Seiten der diagonalen Linie 22 positioniert sind. Es ist zu bevorzugen, dass die Innenflächen der Lichtreflexionsschichten 14 und 16 im Wesentlichen in Richtung zur Lichtquelle hin orientiert sind. Eine beliebige Substanz von großem optischen Reflexionsvermögen kann als die Lichtreflexionsschichten 14 und 16 bildendes Material verwendet werden. Es ist jedoch zu bevorzugen, eine Substanz zu verwenden, die im Wesentlichen alle Lichtwellenlängen reflektiert, wie beispielsweise Silber, und zwar vom Standpunkt der Farbe des reflektierten Lichts her. Jede Zelle 12 ist unter einem Winkel β geneigt, wie in 2B dargestellt, und zwar in Richtung der Linie 22, die ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken von jeder der Ober- und Unterseiten 13 und 15 verbindet. Der Wert des Winkels β ist unter Berücksichtigung des Brechungsindex, der Höhe und der Lichtaustrittsrichtung der Filmzellen 12 festgelegt. Für gewöhnlich ist die Lichtaustrittsrichtung senkrecht zur Ebene der Lichtleiterplatte 26. Bei Kraftfahrzeug-Navigationssystemen, etc. kann jedoch die Lichtaustrittsrichtung unter einem Winkel festgelegt sein, der zur Ebene der Lichtleiterplatte 26 nicht senkrecht ist.
Die Mehrzahl von Zellen 12 sind in der Draufsicht in einem Gittermuster untereinander verbunden, so dass die jeweiligen Zellen 12 von den Reflexionschichten umgeben sind. Die Oberseiten 13 und die Unterseiten 15 der Zellen 12 liegen jeweils in einem Paar von parallelen Ebenen, um die Ober- und Unterseite des optischen Films 20 zu bilden. Der optische Film 20 ist in unmittelbarer Nähe zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 angeordnet. Es sei angemerkt, dass in 2B der optische Film 20 aus Gründen der Einfachheit so dargestellt ist, dass er die Lichtleiterplatte 26 teilweise verdeckt. In Wirklichkeit ist der optische Film 20 so angeordnet, dass er im Wesentlichen die gesamte Lichtleiterplatte 26 verdeckt.
Bei der Herstellung des optischen Films 20, wie beispielsweise in 3 dargestellt, wird eine große Schicht oder Bahn ausgebildet, die wie zuvor beschrieben eine Mehrzahl von untereinander verbundenen Zellen aufweist. Dann wird die Bahn auf die Größe der Lichtleiterplatte zugeschnitten, die tatsächlich in Kombination mit dem optischen Film 20 verwendet wird.
1A zeigt den Verlauf von Licht, wobei der Einfachheit halber lediglich eine einzige Zelle 12 über der Lichtleiterplatte 26 platziert ist, um die Funktionsweise des optischen Films 20 zu erläutern.
In 1A tritt Licht 39 von den Lichtquellen 44, die LEDs oder dergleichen beinhalten, in die Lichtleiterplatte 26 ein und tritt aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 aus. Danach tritt das Licht in die Zelle 12 ein. Das Licht 39 von den Lichtquellen 44 weicht von der geradlinigen Ausbreitungsrichtung ab. Wie zuvor beschrieben, besteht bei Licht, das in seitlicher Richtung divergiert, insbesondere die Tendenz, dass es von der Richtung senkrecht zur Anzeige divergiert (d. h. dass es von der Aufwärtsrichtung abweicht, die im Wesentlichen senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 ist). Beim Eintreten in die Zelle 12 des optischen Films 20 wird sogar derartiges in seitlicher Richtung divergierendes Licht durch die Lichtreflexionsschichten 14 und 16 reflektiert und wird in Aufwärtsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 gelenkt.
Mit anderen Worten kann die Direktivität des Beleuchtungslichts in der Y-Z-Ebene dadurch gesteuert werden, dass der Neigungswinkel β (2A) der Zellen 12 angepasst wird, und die Direktivität des Lichts in der X-Y-Ebene kann mit den Winkeln α₁ und a₂ (2A) zwischen den Lichtreflexionsschichten 14 und 16 einerseits, und andererseits der Linie gesteuert werden, die ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken des die Ober- und Unterseiten 13 und 15 einer jeden Zelle bildenden Vielecks verbindet und die parallel zum Licht 39 ist, das von den Lichtquellen 44 her in die Lichtleiterplatte 26 eintritt.
Die Beleuchtungsvorrichtung der Erfindung hat die Direktivität verbessert, insbesondere in der X-Y-Ebene. Bei der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, wie dargestellt in 8A, treffen viele Lichtanteile 72 und 74 von den LED-Lichtquellen 44 schräg auf die reflektierenden Prismen 70 auf. Demzufolge wird Beleuchtungslicht von der Beleuchtungsvorrichtung unerwünscht gestreut, wie durch Bezugszeichen 80 in 8C bezeichnet. Im Hinblick darauf ermöglicht die Erfindung, dass sich derartiges schräg einfallendes Licht in Richtung nach oben im Wesentlichen senkrecht zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 ausbreitet, und zwar durch die Wirkung der die Winkel α₁ und α₂ aufweisenden Lichtreflexionsschichten 16 und 14. Demgemäß kann die Direktivität in der X-Y-Ebene verbessert werden.
1B zeigt den Verlauf von Beleuchtungslicht, und zwar betrachtet in einem Querschnitt der Beleuchtungsvorrichtung. Von den LED-Lichtquellen 44 ausgesendetes Licht tritt in die Lichtleiterplatte 26 ein und tritt von der Oberseite (Lichtaustrittsfläche) der Lichtleiterplatte 26 schräg nach oben aus. Das austretende Licht tritt in eine jeweilige Zelle des optischen Films 20 ein und wird durch die Lichtreflexionsschichten 14 und 16 reflektiert, so dass es zu Licht 40 in einer im Wesentlichen senkrechten Richtung zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 wird, um eine nicht-selbstleuchtende Anzeige zu beleuchten, z. B. eine Flüssigkristallanzeige, die direkt oberhalb des optischen Films 20 angeordnet ist.
Es sei angemerkt, dass die Lichtquellen 44, die Lichtleiterplatte 26 und der optische Film grundlegende Bestandteile der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind. Bei dieser Anordnung der Erfindung kann eine Streuschicht oder ein anderer ähnlicher Film zwischen der Lichtleiterplatte 26 und dem optischen Film 20, oder direkt oberhalb des optischen Films 20 vorgesehen sein, d. h. außerhalb der Kombination aus Lichtleiterplatte 26 und optischem Film 20, um die optischen Eigenschaften der Beleuchtungsvorrichtung zu steuern. Die Struktur der Erfindung kann modifiziert werden, um zu ermöglichen, dass Beleuchtungslicht auch nach unten aus der Lichtleiterplatte 26 austritt, wodurch eine Beleuchtungsvorrichtung mit doppelseitiger Anzeige aufgebaut wird.
4A bis 4C zeigen ein Beispiel des Aufbaus einer Beleuchtungsvorrichtung vom seitlichen Lichttyp gemäß der Erfindung. 4A ist eine Draufsicht, und 4B ist eine Seitenansicht. 4C ist eine Querschnittansicht, die den Strahlengang des Beleuchtungslichts darstellt.
Bei dieser Beleuchtungsvorrichtung, wie dargestellt in 4A, sind eine Mehrzahl von LED-Lichtquellen 44 an einer Seitenkante einer rechteckigen Lichtleiterplatte 26 so angeordnet, dass von den LED-Lichtquellen 44 ausgesendetes Licht in die Lichtleiterplatte 26 eintritt. Die Lichtleiterplatte 26 weist Mikroprismen, d. h. reflektierende Prismen auf, die auf deren Unterseite ausgebildet sind, um eine Lichtreflexionsfläche bereitzustellen. Wie in 4B dargestellt, ist eine reflektierende Schicht 48 unter der Unterseite der rechteckigen Lichtleiterplatte 26 angeordnet, und ein optischer Film 20 ist über der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 angeordnet. Die Lichtleiterplatte 26, die reflektierende Schicht oder Bahn 48 und der optische Film 20 sind in einer Halterung 42 untergebracht, um eine nicht-selbstleuchtende Anzeige 50 zu beleuchten, z. B. eine Flüssigkristallanzeige, die direkt oberhalb der Halterung 42 angeordnet ist.
4C zeigt den Weg des Lichts, das sich in der die zuvor beschriebene Struktur aufweisenden Beleuchtungsvorrichtung ausbreitet. Licht 52, das von den LED-Lichtquellen 44 ausgesendet wird, tritt in die Lichtleiterplatte 26 ein, in der es sich ausbreitet, wobei es dabei wiederholt zwischen der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 und der auf der Unterseite der Lichtleiterplatte 26 vorgesehenen Mikroprismenfläche hin- und hergeworfen wird. Mit dem wiederholten Hin- und Herwerfen des Lichts 52 nimmt der Einfallswinkel des Lichts auf der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 ab und wird schließlich kleiner als der kritische Winkel. Demzufolge tritt Licht aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 aus. Licht 53, das unerwünscht aus der Unterseite der Lichtleiterplatte 26 austritt, wird durch die Reflexionsschicht 48 zur Lichtleiterplatte 26 zurückreflektiert. Das aus der Lichtleiterplatte 26 austretende Licht wird durch den optischen Film 20 gebrochen und zur Anzeige 50 geleitet.
Das in 4A dargestellte Gittermuster 21 bezeichnet die Lichtreflexionsschichten 14 und 16 des optischen Films 20. Wie zuvor beschrieben treten von den LED-Lichtquellen 44 ausgesendete Lichtanteile 28 und 34 in die Zelle 12 des optischen Films 20 ein, nachdem sie aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 26 ausgetreten sind. Dann werden die Lichtanteile 28 und 34 durch die Lichtreflexionsschichten 14 und 16 reflektiert, so dass sie nach oben als Beleuchtungslicht austreten. Die Divergenz des aus jeder Zelle austretenden Lichts kann durch Anpassen der Winkel α₁ und α₂ minimiert werden, um die Direktivität zu vergrößern.
Mit der zuvor beschriebenen Anordnung liefert die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung die in 5 dargestellten optischen Eigenschaften. Es sei angemerkt, dass die Koordinatenachsen in 5 dieselben sind wie die, die in Verbindung mit 9B erläutert wurden.
Wie im Graphen von 5 dargestellt, bietet die Beleuchtungsvorrichtung der Erfindung günstige optische Eigenschaften. Betrachtet man sowohl die Kennlinie 58 in der X-Y-Ebene als auch die Kennlinie 60 in der Z-Y-Ebene, wird das Licht in Richtung senkrecht zur Oberfläche der Lichtleiterplatte 26 stärker konvergiert als bei der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung. Beispielsweise weist in der X-Y-Ebene Licht unter einem Winkel von 30° zur Richtung senkrecht zur Oberfläche der Lichtleiterplatte 26 ca. 10% der Lichtstärke in senkrechter Richtung auf. In der Z-Y-Ebene weist Licht unter einem Winkel von 30° zur Richtung senkrecht zur Oberfläche der Lichtleiterplatte 26 ca. 7% der Stärke des Lichts in senkrechter Richtung auf. Das heißt, dass insbesondere die Direktivität in X-Y-Richtung, d. h. der Breitenrichtung, vergrößert wurde. Somit wurde bei der Beleuchtungsvorrichtung der Erfindung die Direktivität des Lichts verbessert.
6A und 6B zeigen eine zweite Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung der Erfindung.
Eine in 6A dargestellte durchsichtige Filmzelle 62 unterscheidet sich von der durchsichtigen Filmzelle 12 darin, dass die Filmzelle 62 sechseckige Ober- und Unterseiten 75 und 77 aufweist, und zwei Seitenflächen der insgesamt 8 Seiten der Filmzelle 62 sind mit Lichtreflexionsschichten 63 und 64 versehen, die durch in der Figur schräge Linien dargestellt sind.
Die durchsichtige Filmzelle 62 hat die Form eines Prismas. Die Filmzelle 62 ist unter einem Winkel β in Richtung einer Linie 55 geneigt, die ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken sowohl der Ober- als auch der Unterseite 75 und 77 verbindet, in gleicher Weise wie bei der Zelle 12.
6B zeigt einen Teil eines optischen Films 65, der eine Mehrzahl von Filmzellen 62 aufweist. Die Filmzellen 62 sind in einem Gittermuster in einer Draufsicht derart untereinander verbunden, dass die Oberseiten 75 und die Unterseiten 77 der Zellen 62 jeweils in einem Paar von parallelen Ebenen liegen. Der optische Film 65 ist in unmittelbarer Nähe zur Oberseite der Lichtleiterplatte 26 platziert. Der optische Film 65 ist so positioniert, dass die Richtung 57 des Lichts zur Lichtleiterplatte 26 von den LED-Lichtquellen 44 parallel zur Linie 55 ist.
Der optische Film 65 ist in Form einer Schicht oder Bahn umfangreicher Größe ausgebildet, wie in 3 dargestellt, und die Bahn ist auf die Größe der Lichtleiterplatte zugeschnitten, die tatsächlich in Kombination mit dem optischen Film 65 verwendet wird, in gleicher Weise wie der zuvor beschriebene optische Film 20.
Die zuvor beschriebene Struktur ermöglicht es auch, dass die gleichen vorteilhaften Effekte wie im Fall der in 2 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung erzielt werden.
Somit sind für die Ober- und Unterseite der optischen Filmzellen verschiedene Konfigurationen auswählbar. Das heißt eine beliebige polygonale Konfiguration mit drei oder mehr Winkeln kann gewählt werden. Die Anzahl der Seitenflächen, die mit den Lichtreflexionsschichten zu versehen sind, ist nicht notwendigerweise auf zwei eingeschränkt. Eine Mehrzahl von Flächen können gewählt werden, um mit Lichtreflexionsschichten versehen zu werden.
7A und 7B zeigen eine dritte Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Eine Zelle 66 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2A dargestellten Zelle 12 darin, dass die Filmzelle 66 elliptische oder kreisförmige Ober- und Unterseiten 81 und 83 aufweist und ein Teil der Seitenfläche der Filmzelle 66 mit Lichtreflexionsschichten 67 und 68 versehen ist, die durch die schrägen Linien in 7A dargestellt sind. Wie in der Figur dargestellt, ist die Filmzelle 66, die eine Kreiszylinderform aufweist, unter einem Winkel β geneigt, in gleicher Weise wie die Filmzelle 12.
7B zeigt einen Teil eines optischen Films 69, der eine Mehrzahl von Filmzellen 66 aufweist. Die Filmzellen 66 sind untereinander mit einem durchsichtigen Harz 61, beispielsweise in Draufsicht in einem Gittermuster, derart verbunden, dass die Oberseiten 81 und die Unterseiten 83 der Zellen jeweils in einem Paar von parallelen Ebenen liegen. Der optische Film 69 ist in unmittelbarer Nähe zur Beleuchtungslichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte 26 angeordnet.
Der optische Film 69 ist in Form einer großen Bahn ausgebildet, wie in 3 dargestellt, und die Bahn ist auf die Größe der Lichtleiterplatte zugeschnitten, die tatsächlich in Kombination mit dem optischen Film 69 verwendet wird, in gleicher Weise wie der zuvor beschriebene optische Film 20.
Die zuvor beschriebene Struktur ermöglicht es auch, dass die gleichen vorteilhaften Effekte wie im Fall der in 2 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung zu erwarten sind.
Somit sind verschiedene Konfigurationen, einschließlich polygonaler und elliptischer Konfigurationen, für die Ober- und Unterseiten der optischen Filmzellen wählbar. Außerdem kann ein Gebiet einer Seitenfläche, die mit einer Lichtreflexionsschicht zu versehen ist, frei festgelegt werden.
Es sei angemerkt, dass optische Filme wie die, welche in Verbindung mit der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform beschrieben wurden, wie folgt erzielt werden können. Eine große Anzahl von säulenförmigen Elementen, die aus einem durchsichtigen Material mit einer polygonalen, elliptischen oder kreisförmigen Querschnittskonfiguration ausgebildet sind, werden derart angeordnet, dass ihre Seitenflächen in Kontakt miteinander sind, und werden miteinander mit einem durchsichtigen Klebstoff verklebt, um eine Schicht oder Bahn zu bilden. Die Bahn wird in einer Richtung mit einem Winkel β (dargestellt in 2, 5 und 6) zu den Längsachsen der säulenförmigen Elemente zerschnitten.
Zwar erfolgte diese Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf eine Beleuchtungsvorrichtung, bei der beispielhaft LED-Lichtquellen verwendet werden, es versteht sich jedoch, dass der optische Film gemäß der Erfindung in Beleuchtungsvorrichtungen eingebaut sein kann, die andere Lichtquellen verwenden, z. B. eine Kaltkathodenröhre.
Wie zuvor erläutert, ermöglicht es die Erfindung, die Direktivität der Beleuchtungsvorrichtung zu vergrößern, und ermöglicht somit, die Helligkeit der Beleuchtungsvorrichtung zu vergrößern.
Es sei angemerkt, dass die Erfindung nicht notwendigerweise auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern vielfältig modifiziert werden kann, ohne von den Hauptinhalten der Erfindung abzuweichen.

Claims

Optischer Film (20, 65, 69), der eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die einander gegenüberliegend sind, wobei der optische Film (20, 65, 69) aufweist: eine Mehrzahl von durchsichtigen Filmzellen (12, 62, 66), die sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstrecken und in Kontakt miteinander angeordnet sind; und eine Lichtreflexionsschicht (14, 16, 63, 64, 67, 68), die auf einer Umfangsseitenfläche einer jeden Filmzelle (12, 62, 66) vorgesehen ist und die sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstreckt.
Optischer Film (20, 65, 69) nach Anspruch 1, bei dem eine Querschnittskonfiguration einer jeden Filmzelle (12, 62, 66) parallel zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Polygon, einem Kreis und einer Ellipse besteht.
Optischer Film (20, 65, 69) nach Anspruch 1, bei dem die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche parallel zueinander sind, und die Umfangsseitenflächen der Mehrzahl von Filmzellen (12, 62, 66) in einem vorbestimmten Winkel relativ zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche geneigt sind.
Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend: eine Lichtleiterplatte (26), die eine Reflexionsfläche und eine Lichtaustrittsfläche, die einander gegenüberliegend sind, und eine Umfangskantenfläche aufweist, die sich zwischen jeweiligen Umfangskanten der Reflexionsfläche und der Lichtaustrittsfläche erstreckt, wobei die Umfangskantenfläche eine Lichteintrittsfläche aufweist, die Licht in die Lichtleiterplatte so aufnimmt, dass das Licht im Inneren der Lichtleiterplatte (26) reflektiert wird und schließlich aus der Lichtaustrittsfläche austritt; und einen optischen Film (20, 65, 69), der eine Lichteintrittsfläche, die benachbart zur Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterplatte (26) angeordnet ist, und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die der Lichteintrittsfläche gegenüberliegend ist, wobei der optische Film (20, 65, 69) eine Mehrzahl von durchsichtigen Filmzellen (12, 62, 66) aufweist, die sich parallel zueinander von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstrecken, wobei jede Filmzelle (12, 62, 66) eine Lichtreflexionsschicht (14, 16, 63, 64, 67, 68) aufweist, die auf einer Umfangsseitenfläche der Filmzelle (12, 62, 66) vorgesehen ist und sich von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsfläche erstreckt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Querschnittskonfiguration einer jeden Filmzelle (12, 62, 66) parallel zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Polygon, einem Kreis und einer Ellipse besteht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Mehrzahl von Filmzellen (12, 62, 66) so angeordnet sind, dass sie in Kontakt miteinander sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche parallel zueinander sind, und die Umfangsseitenflächen der Mehrzahl von Filmzellen (12, 62, 66) in einem vorbestimmten Winkel relativ zur Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche geneigt sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der jede Filmzelle (12, 62, 66) des optischen Films (20, 65, 69) eine Querschnittskonfiguration in Form eines regelmäßigen Polygons hat, wobei die Querschnittskonfiguration parallel zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche ist, und eine Linie, die ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Ecken des Polygons verbindet, parallel zur Richtung von Licht verläuft, das so gerichtet ist, dass es durch die Umfangskantenfläche der Lichtleiterplatte (26) aufgenommen wird.