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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung,
wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Technik der Unterdrückung
der Emission von Licht in schrägen Richtungen relativ zur
Anzeigefläche einer Anzeigevorrichtung, um ein Ausspähen
an der Anzeigefläche aus schrägen Richtungen zu
erschweren, und um ferner die Leuchtkraft der Anzeigefläche
direkt von vorne betrachtet zu erhöhen.
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BETREFFENDER STAND DER TECHNIK
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Eine
Flüssigkristallanzeigevorrichtung für eine Bildanzeige
wird weit verbreitet in Mobiltelephonen, persönlichen digitalen
Assistenten (PDAs), Bankautomaten (ATMs), Anzeigevorrichtungen von Personalcomputern
und dergleichen verwendet. Diese Flüssigkristallanzeigevorrichtung
nutzt eine Hintergrundbeleuchtungseinheit, die Beleuchtungslicht auf
eine Flüssigkristallanzeigetafel von deren Rückseite
her aufbringt, um die Leuchtkraft des Anzeigebildschirms zu steigern.
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In
letzter Zeit bestand die Forderung, dass bei einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
die Sichtbarkeit des Anzeigebildschirms direkt von vorn betrachtet
verbessert werden sollte und die Sichtbarkeit desselben schräg
von der Seite betrachtet begrenzt werden sollte, entsprechend der
Gebrauchsumgebung der Vorrichtung. Zum Beispiel kann eine Einzelperson
wünschen, die Flüssigkristallanzeige eines Mobiltelephons
vertraulich zu betrachten, oder den Bedienungsbildschirm eines ATM
bei einer Bank vertraulich zu bedienen, ohne dass eine weitere Person ein
Bild oder eine Informa tion, die auf dem Anzeigebildschirm während
des Gebrauchs angezeigt wird, von der Seite ausspähen kann.
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Als
Beispiel von Ausspähungsverhinderungsfolien oder filmen,
die für den obenbeschriebenen Zweck brauchbar sind, schlägt
die
japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. Hei 5-94731 eine Blendschutzfolie für eine
beleuchtete Anzeige vor, die einen wiederholten Stapel aus einer
weißen Schicht, einer schwarzen Schicht, einer transparenten
Schicht und einer schwarzen Schicht umfasst. Die Blendschutzfolie
unterdrückt die Streuung von Licht durch den Lichtabschirmungseffekt
der schwarzen Schichten. Die
japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-131202 schlägt
ein Ausspähungsverhinderungselement für eine Informationsanzeigevorrichtung
vor, die eine Blendschutzschicht aufweist, die durch alternierendes
Anordnen mehrerer transparenter Silikongummifolien und gefärbter
Silikongummifolien zu einer integrierten Schicht gebildet wird.
Das Ausspähungsverhinderungselement hindert eine dritte
Person durch die Blendschutzwirkung der Biendschutzschicht daran,
die Anzeige von der Seite her auszuspähen.
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Indessen
schlägt die
japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-145653 eine Optikelementfolie
vor, die anstelle einer Prismenfolie einer Hintergrundbeleuchtungseinheit
nutzbar ist. Die Optikelementfolie umfasst ein lichtdurchlässiges
Kunstharzsubstrat mit einer Vielzahl von konvexen linsenförmigen
Elementen, die auf einer Oberfläche desselben ausgebildet
sind, und umfasst ferner eine reflektierende Schicht, die auf der
anderen Oberfläche des lichtdurchlässigen Kunstharzsubstrats
so vorgesehen ist, dass sie der Abgrenzung zwischen einem jeweiligen
Paar benachbarter konvexer linsenförmiger Elemente zugeordnet
ist. In dieser Optikelementfolie werden Strahlen des emittierten
Lichts in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Optikelementfolie (d.
h. in direkter Vorwärtsrichtung relativ zur Oberfläche
der Optikelementfolie) mittels der mehreren konvexen linsenförmigen
Elemente gebündelt, wodurch die Vorwärtsleuchtkraft
der Anzeigefläche (d. h. die Leuchtkraft der Anzeigefläche
direkt von vorn betrachtet) verbessert wird.
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ÜBERBLICK ÜBER
DIE ERFINDUNG
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Die
obenbeschriebenen herkömmlichen Techniken weisen jedoch
noch immer die folgenden zu lösenden Probleme auf. Mit
den Techniken, die in den
japanischen
Patentoffenlegungsschriften Nr. Hei 5-94731 und
2003-131202 offenbart
sind, wird die gewünschte Folie durch Stapeln einer Vielzahl
gefärbter Folien und transparenter Folien und Schneiden
des resultierenden Folienstapels hergestellt. Die Fertigungskosten
sind daher hoch. Da außerdem das Licht nur durch die gefärbten
Schichten abgeschirmt wird, die in Serie mit einer vorgegebenen
Lücke dazwischen angeordnet sind, tritt Licht, das schräg
zwischen wechselseitig benachbarten gefärbten Schichten
läuft, unerwünscht in einer schrägen
Richtung aus, die nicht die direkte Vorwärtsrichtung bezüglich der
Oberfläche der Folie ist. Mit der Technik, die in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2006-145653 offenbart ist, werden Lichtstrahlen in
direkter Vorwärtsrichtung mittels mehrerer konvexer linsenförmiger
Elemente konzentriert. Die Optikelementfolie verändert
jedoch lediglich die Laufrichtung des Lichts, das schräg
auf die Folie auftrifft, in eine direkte Vorwärtsrichtung,
wie im Fall einer gewöhnlichen Prismenfolie. Es ist daher
unmöglich, eine wesentliche Steigerung der Vorwärtsleuchtkraft
der Anzeigefläche zu erwarten. Außerdem findet
ein Austreten des Lichts in schrägen Richtungen statt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der obenbeschriebenen Umstände
gemacht. Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein folienförmiges optisches Element zu schaffen, das mit
reduzierten Kosten hergestellt werden kann und ferner fähig
ist, die Emission von Licht in schrägen Richtungen aus
einer Austrittsfläche desselben zu unterdrücken.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Hintergrundbeleuchtungseinheit zu schaffen, die das optische Element
der vorliegenden Erfindung verwendet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, die
die Hintergrundbeleuchtungseinheit der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein optisches Element, das eine transparente
Linsenschicht mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche
enthält. Die transparente Linsenschicht weist eine Vielzahl konvexer
Linsen auf der Vorderfläche auf. Das optische Element enthält
ferner eine lichtabsorbierende Schicht und eine lichtreflektierende
Schicht, die nacheinander auf der Rückfläche der
transparenten Linsenschicht gestapelt sind. Ferner enthält
das optische Element eine Vielzahl optischer Fenster, die sich durch
die lichtabsorbierende Schicht und die lichtreflektierende Schicht
in der Richtung erstrecken, in der die lichtreflektierende Schicht,
die lichtabsorbierende Schicht und die transparente Linsenschicht
aufeinander gestapelt sind. Die optischen Fenster sind jeweils auf
die konvexen Linsen ausgerichtet. Die konvexen Linsen weisen eine
gemeinsame Brennebene auf, die außerhalb des optischen Elements
angeordnet ist. Die Brennebene ist benachbart und parallel zu der
lichtreflektierenden Schicht.
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Im
optischen Element ist eine Flächenlichtquelle an der Rückseite
des optischen Elements vorgesehen, wobei die Austrittsfläche
der Flächenlichtquelle so festgelegt ist, dass sie mit
der obenbeschriebenen Brennebene zusammenfällt. Mit dieser Anordnung
wird das von der Austrittsfläche emittierte Licht durch
jedes optische Fenster eingeschnürt, bevor es in das optische
Element eintritt. Schräg einfallendes Licht, das auf die
lichtabsorbierende Schicht auftritt, wird vor einer Streuung durch
die lichtabsorbierende Schicht abgeschirmt. Licht, das in eine konvexe
Linse eintritt, die dem optischen Fenster zugeordnet ist, tritt
aus der konvexen Linse in Form paralleler Strahlen aus.
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Ein
spezifisches Beispiel für das optische Element kann wie
folgt beschaffen sein. Die konvexen Linsen sind in einer Matrix
auf der Vorderfläche der transparenten Linsenschicht angeordnet.
Die konvexen Linsen weisen jeweils eine sphärische konvexe
Oberfläche auf. Die optischen Fenster sind kreisförmige
Fenster, die jeweils in Stapelrichtung auf die konvexen Linsen ausgerichtet
sind.
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Ein
weiteres spezifisches Beispiel für das optische Element
kann wie folgt beschaffen sein. Die konvexen Linsen weisen jeweils
langgestreckte konvexe Oberflächen mit gekrümmtem
Querschnitt auf, die parallel zueinander auf der Vorderfläche
der transparenten Linsenschicht verlaufen. Die optischen Fenster
sind langgestreckte Schlitze, die jeweils in Stapelrichtung auf
die langgestreckten konvexen Oberflächen ausgerichtet sind.
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In
einem Fall, in dem die konvexen Linsen langgestreckte konvexe Oberflächen
aufweisen, ist die Richtcharakteristik des Lichts in einer Richtung senkrecht
zur Vorderfläche der transparenten Linsenschicht in einer
Ebene senkrecht zur Längsrichtung der konvexen Linsen hoch.
In einem Fall, in dem die konvexen Linsen jeweils eine sphärische
konvexe Oberfläche aufweisen, ist die Richtcharakteristik des
Lichts in einer beliebigen Ebene senkrecht zu der transparenten
Linsenschicht hoch.
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Außerdem
schafft die vorliegende Erfindung eine Hintergrundbeleuchtungseinheit,
die das obenbeschriebene optische Element und einen Hintergrundbeleuchtungsteil
enthält, der als Flächenlichtquelle dient, die
Licht auf das optische Element von einer Seite desselben, die näher
an der lichtreflektierenden Schicht ist, aufbringt. Die Brennebene
der konvexen Linsen des optischen Elements fällt im Wesentlichen
mit einer Lichtaustrittsfläche des Hintergrundbeleuchtungsteils,
die dem optischen Element zugewandt ist, zusammen.
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In
dieser Hintergrundbeleuchtungseinheit kann das von der Austrittsfläche
austretende und die konvexen Linsen durch die optischen Fenster
erreichende Licht im Wesentlichen in Form paralleler Strahlen austreten.
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Genauer
kann der Hintergrundbeleuchtungsteil der Hintergrundbeleuchtungseinheit
eine Lichtführungsplatte, eine Lichtquelle und eine Prismenfolie
aufweisen. Die Lichtführungsplatte ist parallel zum optischen
Element angeordnet. Die Lichtquelle ist längs einer Seitenrandfläche
der Lichtführungsplatte angeordnet, um Licht in die Lichtführungsplatte
zu emittieren. Die Prismenfolie ist zwischen der Lichtführungsplatte
und dem optischen Element vorgesehen, um Licht von der Lichtführungsplatte
zum optischen Element zu lenken.
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Außerdem
schafft die vorliegende Erfindung eine Anzeigevorrichtung, die eine
lichtdurchlässige Bildanzeigetafel und die obenbeschriebene
Hintergrundbeleuchtungseinheit, die an der Rückseite der Bildanzeigetafel
angeordnet ist, enthält.
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Die
Hintergrundbeleuchtungseinheit emittiert parallele Lichtstrahlen,
wie oben erwähnt worden ist, wobei die Bildanzeigetafel
mit den parallelen Strahlen beleuchtet wird. Daher tritt eine minimale
Lichtmenge in schrägen seitlichen Richtungen aus der Oberfläche
der Bildanzeigetafel aus. Dementsprechend weist die Bildanzeigetafel
eine hohe Vorwärtsleuchtkraft auf und kann so gestaltet
werden, dass sie von der Seite schwierig auszuspähen ist.
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Die
Bildanzeigetafel kann eine Flüssigkristallanzeigetafel
sein.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen eines optischen Elements,
einer Hintergrundbeleuchtungseinheit und einer Anzeigevorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf
die beigefügten 1 bis 12 erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht eines optischen Elements gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht des optischen Elements.
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3 ist
eine schematische Schnittansicht einer Anzeigevorrichtung mit dem
optischen Element.
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4 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen
Teils der Anzeigevorrichtung.
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5 ist
eine Graph, der die Ergebnisse einer Simulation der Richtcharakteristiken
einer Hintergrundbeleuchtungseinheit der Anzeigevorrichtung zeigt.
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6 ist
ein Graph, der die Ergebnisse einer Simulation der Richtcharakteristiken
einer herkömmlichen Hintergrundbeleuchtungseinheit zeigt.
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7 ist
eine Schnittansicht eines optischen Elements gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine Draufsicht des in 7 gezeigten optischen Elements.
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9 ist
eine schematische Schnittansicht einer Anzeigevorrichtung mit dem
in 7 gezeigten optischen Element.
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10 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen
Teils der in 9 gezeigten Anzeigevorrichtung.
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11 ist
ein Graph, der die Ergebnisse einer Simulation der Richtcharakteristiken
einer Hintergrundbeleuchtungseinheit der in 9 gezeigten
Anzeigevorrichtung zeigt.
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12 ist
ein Graph, der die Ergebnisse einer Simulation der Richtcharakteristiken
einer herkömmlichen Hintergrundbeleuchtungseinheit zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die 1 und 2 zeigen
ein optisches Element 1 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das optische Element 1 weist
die Form einer Folie, eines Films oder einer Platte auf, und weist
eine transparente Linsenschicht 3 mit einer Vielzahl von
sphärischen konvexen Linsen 2 auf, die in einer
Matrix auf der Vorderfläche desselben angeordnet sind.
Das optische Element 1 weist ferner eine lichtabsorbierende
Schicht 4 auf, die auf der Rückfläche
der transparenten Linsenschicht 3 überlagert ist, sowie
eine lichtreflektierende Schicht 5, die auf der Rückfläche
der lichtabsorbierenden Schicht 4 überlagert ist.
Die lichtabsorbierende Schicht 4 und die lichtreflektierende
Schicht 5 weisen jeweils optische Fenster 6 auf,
die direkt unterhalb der Scheitelpunkte der konvexen Linsen 2 angeordnet
sind.
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Die
transparente Linsenschicht 3 ist aus einem lichtdurchlässigen
Kunstharz gebildet, wie z. B. Epoxydharz, Polyester, Polycarbonat
oder Polyvinylchlorid. Das Baumaterial und die Dicke der transparenten
Linsenschicht 3 sollten unter Berücksichtigung
der Spezifikationen der konvexen Linsen 2 und dergleichen
geeignet gewählt werden.
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Die
lichtabsorbierende Schicht 4 ist eine schwarze Schicht
aus Kohlenstoff oder dergleichen.
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Die
lichtreflektierende Schicht 5 ist eine silberne oder weiße
Metallplatte, ein Film, eine Folie oder dergleichen mit einer lichtreflektierenden
Funktion. In dieser Ausführungsform ist die lichtreflektierende
Schicht 5 ein Film, der mit einer aufgedampften Silberschicht
versehen ist. Es ist zu beachten, dass eine aufgedampfte Aluminiumschicht
oder dergleichen anstelle der aufgedampften Silberschicht verwendet
werden kann.
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Wie
in 3 gezeigt ist, weist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 7 gemäß dieser
Ausführungsform das obenbeschriebene optische Element 1 und
einen Hintergrundbeleuchtungsteil 8 als Flächenlichtquelle,
die Beleuchtungslicht in Richtung zum optischen Element 1 emittiert,
auf.
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Der
Hintergrundbeleuchtungsteil 8 weist eine Lichtführungsplatte 9,
eine Lichtquelle 10, eine Prismenfolie 11 und
eine reflektierende Folie 12 auf. Die Lichtführungsplatte 9 ist
parallel zum optischen Element 1 vorgesehen. Die Lichtquelle 10 ist
längs einer Seitenrandfläche der Lichtführungsplatte 9 angeordnet,
um Licht in die Lichtführungsplatte 9 zu emittieren.
Die Prismenfolie 11 ist zwischen der Lichtführungsplatte 9 und
dem optischen Element 1 vorgesehen, um Licht von der Lichtführungsplatte 9 nach oben
in Richtung zum optischen Element 1 als Beleuchtungslicht
zu lenken. Die reflektierende Folie 12 ist unterhalb der
Lichtführungsplatte 9 vorgesehen.
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Das
optische Element 1 und der Hintergrundbeleuchtungsteil 8 der
Hintergrundbeleuchtungseinheit 7 stehen zueinander so in
Beziehung, dass sie ein optisches System bilden, in welchem das
von der Austrittsfläche des Hintergrundbeleuchtungsteils 8 emittierte
Licht durch die optischen Fenster 6 läuft und
aus den Oberflächen der konvexen Linsen 2 in Form
paralleler Lichtstrahlen austritt. Das heißt, die konvexen
Linsen 2 des optischen Elements 1 sind so angeordnet,
dass sie eine gemeinsame Brennebene aufweisen, die im Wesentlichen
mit der Austrittsfläche des Hintergrundbeleuchtungsteils 8 zusammenfällt.
Der Innendurchmesser der optischen Fenster 6 sollte geeignet
durch ein bildformendes optisches System bestimmt werden, das gemäß dem
Abstand zwischen dem optischen Element 1 und dem Hintergrundbeleuchtungsteil 8 sowie
der Größe und der Konfiguration der konvexen Linsen 2 zu
bilden ist.
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Die
Prismenfolie 11 ist ein transparentes folienförmiges
Element zum Bündeln von Licht von der Lichtführungsplatte 9 nach
oben, und weist auf ihrer Rückseite mehrere langgestreckte
Prismen 14 mit parallel zueinander angeordneten Kämmen 14a auf. Die
optische Achse der Lichtquelle 10 ist in der Draufsicht
auf einen vorgegebenen Winkel zu den Kämmen 14a der
Prismen 14 der Prismenfolie 11 eingestellt. Um
eine hohe Richtcharakteristik insbesondere in Aufwärtsrichtung
zu erhalten, ist die optische Achse der Lichtquelle 10 so
festgelegt, dass sie die Kämme 14a der Prismen 14 senkrecht
schneidet.
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Die
Lichtführungsplatte 9 ist z. B. aus einem transparenten
Polycarbonat- oder Acrylharz gebildet. Die reflektierende Folie 12 ist
aus einer Metallplatte, einem Film oder einer Folie mit einer reflektierenden Funktion
gebildet. In dieser Ausführungsform wird ein Film, der
mit einer aufgedampften Aluminiumschicht versehen ist, als reflektierende
Folie 12 verwendet.
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Die
Lichtquelle 10 umfasst mehrere beabstandete weiße
lichtemittierende Dioden (LEDs), die längs einer Seitenrandfläche
der Lichtführungsplatte 9 angeordnet sind. Die
weißen LEDs werden jeweils gebildet durch Kapseln eines
LED-Elements auf einem Substrat mit einem Kunstharzmaterial. Das LED-Element
ist z. B. ein blaues (Wellenlänge λ: 470 bis 490
nm) LED-Element oder ein ultraviolettes (Wellenlänge λ:
kleiner als 470 nm) LED-Element, das z. B. gebildet wird durch Stapeln
mehrerer Halbleiterschichten eines Galliumnitrid-Verbindungshalbleiters
(z. B. eines InGaN-Verbindungshalbleiters) auf einem isolierenden
Substrat, wie z. B. einem Saphirsubstrat.
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Das
zum Kapseln des LED-Elements verwendete Kunstharzmaterial wird z.
B. gebildet durch Zugeben einer YAG-Fluoreszenzsubstanz in ein Silikonharz
als Hauptkomponente. Die YAG-Fluoreszenzsubstanz konvertiert blaues
oder ultraviolettes Licht von dem LED-Element in gelbes Licht, wobei durch
einen Farbmischeffekt weißes Licht erzeugt wird. Es ist
zu beachten, dass verschiedene LEDs zusätzlich zu den obenbeschriebenen
als weiße LEDs verwendet werden können.
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Eine
Anzeigevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die z. B. auf
eine Flüssigkristallanzeige zur Verwendung in einem Mobiltelephon,
einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA) oder einem
Bankautomaten (ATM) anwendbar ist. Die Anzeigevorrichtung weist
eine Flüssigkristallanzeigetafel 13 und die obenbeschriebene
Hintergrundbeleuchtungseinheit 7 auf, die an der Rückseite
der Flüssigkristallanzeigetafel 13 vorgesehen
ist.
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Die
Flüssigkristallanzeigetafel 13 ist eine Flüssigkristallanzeigetafel
eines lichtdurchlässigen oder halblichtdurchlässigen
Typs. In dieser Ausführungsform ist die Flüssigkristallanzeigetafel 13 ein halblichtdurchlässiger
Typ und weist einen Tafelkörper 25 auf, der ein
Flüssigkristallmaterial L aufweist, das mittels eines Dichtmittels 24 in
einem Spalt zwischen einem oberen Substrat und einem unteren Substrat 23 gekapselt
ist. Eine halblichtdurchlässige reflektierende Folie 26 mit
sowohl lichtdurchlassender als auch lichtreflektierender Funktion
ist unterhalb des Tafelkörpers 25 vorgesehen.
Als Flüssigkristallmaterial L kann z. B. TN-Flüssigkristall
oder STN-Flüssigkristall verwendet werden. Das obere Substrat 22 umfasst
ein transparentes Substrat 22a, das z. B. aus Glas gefertigt
ist. Eine transparente Elektrode 22b, die aus einen ITO-(Indium-Zinn-Oxid)-Film
gefertigt ist, ist auf einer unteren Oberfläche des transparenten
Substrats 22a vorgesehen. Ein Ausrichtungsfilm 22c ist
auf einer unteren Oberfläche der transparenten Elektrode 22b vorgesehen.
Der Ausrichtungsfilm 22c wird durch Anwenden einer Ausrichtungsbehandlung
auf einen transparenten Polyimidharzfilm oder dergleichen gebildet. Außerdem
ist ein Polarisator 22d auf der oberen Oberfläche
des transparenten Substrats 22a vorgesehen.
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Das
untere Substrat 23 umfasst ein transparentes Substrat 23a,
das z. B. aus Glas gefertigt ist. Eine transparente Elektrode 23b,
die aus einem ITO-Film gefertigt ist, ist auf der oberen Oberfläche des
transparenten Substrats 23a vorgesehen. Ein Ausrichtungsfilm 23c ist
auf der oberen Oberfläche der transparenten Elektrode 23b vorgesehen.
Der Ausrichtungsfilm 23c wird z. B. durch Anwenden einer
Ausrichtungsbehandlung auf einen transparenten Polyimidharzfilm
gebildet. Außerdem ist ein Polarisator 23d auf
der unteren Oberfläche des transparenten Substrats 23a vorgesehen.
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Die
halblichtdurchlässige reflektierende Folie 26 kann
eine aluminiumbedampfte Folie, die so ausgebildet ist, dass sie
Lichtdurchlasseigenschaften aufweist, oder z. B. ein reflektierender
Polarisator sein. Es ist zu beachten, dass ein (nicht gezeigter) Abstandhalter,
der z. B. Quarzkugeln oder Kunststoffkugeln umfasst, verteilt im
Spalt zwischen dem oberen und dem unteren Substrat 22 und 23 vorgesehen ist,
um somit ein gewünschtes Spaltmaß sicherzustellen.
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In
der Hintergrundbeleuchtungseinheit 7 dieser Ausführungsform,
die das optische Element 1 und den Hintergrundbeleuchtungsteil 8 umfasst,
wie in 4 gezeigt ist, gelangt Beleuchtungslicht vom Hintergrundbeleuchtungsteil 8 durch
die optischen Fenster 6, die als Lochblende dienen, und
wird durch die konvexen Linsen 2 gebündelt, um
somit in Form paralleler Strahlen in Richtung zu der Flüssigkristallanzeigetafel 13 direkt über
der Hintergrundbeleuchtungseinheit 7 emittiert zu werden.
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Als
Nächstes werden die Ergebnisse einer Simulation bezüglich
der Lichtrichtcharakteristiken des optischen Elements, der Hintergrundbeleuchtungseinheit
und der Anzeigevorrichtung in dieser Ausführungsform mit
Bezug auf die 5 und 6 erläutert.
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5 zeigt
die Ergebnisse einer Simulation bezüglich der Lichtrichtcharakteristiken
der Hintergrundbeleuchtungseinheit
7 in dieser Ausführungsform,
die das optische Element
1 und den Hintergrundbeleuchtungsteil
8 umfasst.
Aus
5 wird deutlich, dass die Hintergrundbeleuchtungseinheit
7 eine
sehr hohe Richtcharakteristik in direkter Vorwärtsrichtung
aufweist. Als Vergleichsbeispiel wurde in derselben Weise wie oben
eine Simulation für die Technik durchgeführt,
die in der obenerwähnten
japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-145653 offenbart ist.
Die Ergebnisse der Simulation sind in
6 gezeigt.
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Wie
aus den
5 und
6 deutlich
wird, wird in dieser Ausführungsform eine höhere
Lichtrichtcharakteristik erreicht als im Vergleichsbeispiel. In
6 repräsentiert
eine Kurve A die Ergebnisse der Simulation in einem Fall, in dem
die Optikelementfolie, die in der obenerwähnten
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2006-145653 offenbart ist, lediglich auf einer Lichtführungsplatte
platziert wurde, wobei Kurve B die Ergebnisse der Simulation in
einem Fall repräsentiert, in dem die Optikelementfolie auf
einer Hintergrundbeleuchtungseinheit platziert wurde, die eine Lichtführungs platte,
eine Diffusionsfolie und zwei Prismenfolien umfasst (zwei Prismenfolien
derart angeordnet, dass die Kämme ihrer Prismen in der
Draufsicht zueinander senkrecht verlaufen).
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Es
ist klar, dass in 6 Licht auch in einem Bereich
von etwa 20° bis etwa 80° im Vergleich zu dem
Simulationsergebnissen in dieser Ausführungsform, die in 5 gezeigt
ist, emittiert wird. Mit anderen Worten, das in 6 gezeigte
Vergleichsbeispiel ist in der Fähigkeit der Abschirmung
von Licht, das in schrägen Richtungen von der Vorderfläche
der Optikelementfolie ausgeht, unterlegen, während die
in 5 gezeigte Ausführungsform in der Fähigkeit
zur Abschirmung von Licht, das in schrägen Richtungen von
der Vorderfläche des optischen Elements ausgeht, überlegen
ist.
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Im
optischen Element 1 dieser Ausführungsform wird
somit Licht, das jeweils in eine konvexe Linse 2 eintritt,
durch das zugehörige optische Fenster 6 eingeschnürt,
wobei Licht, das durch die optischen Fenster 6 eintritt,
mittels der lichtabsorbierenden Schicht 4 an einer Streuung
gehindert wird. Somit ist es möglich, eine Emission von
Licht in schrägen Richtungen, die nicht die direkte Vorwärtsrichtung sind,
zu verhindern. In der Hintergrundbeleuchtungseinheit 7,
die das optische Element 1 verwendet, ist ein bildformendes
optisches System so ausgebildet, dass Beleuchtungslicht vom Hintergrundbeleuchtungsteil 8 durch
die optischen Fenster 6 und die konvexen Linsen 7 zu
parallelen Strahlen geformt wird. Somit kann austretendes Licht
mit hoher Richtcharakteristik in direkter Vorwärtsrichtung
erhalten werden. Wenn dementsprechend die Hintergrundbeleuchtungseinheit 7 verwendet
wird, um eine Flüssigkristallanzeigetafel einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zu beleuchten, kann die Vorwärtsleuchtkraft der Flüssigkristallanzeigetafel
(d. h. die Leuchtkraft der Flüssigkristallanzeigetafel
direkt von vorne betrachtet) bis zu einem beträchtlichen
Maß erhöht werden. Andererseits kann die Leuchtkraft
der Flüssigkristallanzeigetafel aus einer schrägen
Richtung betrachtet deutlich reduziert werden.
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Die 7 bis 10 zeigen
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden Beschreibung sind Elemente, die im Wesentlichen
dieselben sind wie diejenigen in der vorangehenden ersten Ausführungsform,
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, die in der ersten Ausführungsform
verwendet werden.
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Die 7 und 8 zeigen
ein optisches Element 1 gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das optische
Element 1 ist grundsätzlich dasselbe wie das optische
Element 1 in der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform jedoch weist die transparente
Linsenschicht 3 auf ihrer Vorderfläche eine Vielzahl
langgestreckter konvexer Linsen (linsenförmiger Linsen) 2 mit
halbkreisförmigem Querschnitt auf, die nebeneinander und
parallel zueinander vorgesehen sind. Optische Fenster 6 sind
an Positionen ausgebildet, die den konvexen Linsen 2 jeweils
gegenüberliegen, und weisen die Form von Schlitzen auf,
die eine vorgegebene Breite aufweisen und sich längs der
konvexen Linsen 2 erstrecken. Die Mittenlinien der optischen
Fenster 6 sind direkt unter den Kämmen der entsprechenden
konvexen Linsen 2 angeordnet. Wie in 9 gezeigt
ist, ist das optische Element 1 in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
in derselben Weise wie in der ersten Ausführungsform angeordnet
und so eingestellt, dass Licht von einem Hintergrundbeleuchtungsteil 8,
der eine Flächenlichtquelle ist, durch die optischen Fenster 6 gelangt
und von den konvexen Linsen 2 in Form paralleler Lichtstrahlen
emittiert wird. Das heißt, die konvexen Linsen 2 weisen
eine gemeinsame Brennebene auf, die im Wesentlichen mit der Austrittsfläche des
Hintergrundbeleuchtungsteils 8 zusammenfällt.
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Es
wurden die Lichtrichtcharakteristiken der Hintergrundbeleuchtungseinheit
7 gemäß der
zweiten Ausführungsform simuliert, die das optische Element
1 und
den Hintergrundbeleuchtungsteil
8 umfasst. Die Ergebnisse
der Simulation zeigen, dass, wie in
11 gezeigt
ist, die Hintergrundbeleuchtungseinheit
7 eine sehr hohe
Richtcharakteristik in direkter Vorwärtsrichtung in einer
Ebene senkrecht zur Verlaufsrichtung der konvexen Linsen
2 (d.
h. Z-Y-Ebene in der Figur) aufweist. Dementsprechend wird die Emission
von Licht in schrägen seitlichen Richtungen in der Z-Y-Ebene
reduziert. Als Vergleichsbeispiel wurde in derselben Weise wie oben eine
Simulation für die Technik durchgeführt, die in der
obenerwähnten
japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5-94731 offenbart ist.
Die Ergebnisse der Simulation sind in
12 gezeigt.
Aus dem Vergleich zwischen den
11 und
12 wird
deutlich, dass das optische Element
1 gemäß der
zweiten Ausführungsform eine höhere Richtcharakteristik
in direkter Vorwärtsrichtung bietet.
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Wenn
dementsprechend die Flüssigkristallanzeigetafel 13 z.
B. aufrecht angeordnet ist und das optische Element 1 parallel
zur Flüssigkristallanzeigetafel 13 angeordnet
ist, so dass die konvexen Linsen 2 in vertikaler Richtung
verlaufen, ist es möglich, Lichtaustritt nach rechts und
nach links aus dem optischen Element 1 zu unterdrücken.
Dies ermöglicht, die Vorwärtsleuchtkraft auf der
Fläche der Flüssigkristallanzeigetafel 13 zu
erhöhen und ein seitliches Ausspähen an der Anzeigefläche
zu verhindern.
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Die
optischen Elemente gemäß den ersten und zweiten
Ausführungsformen erübrigen die Schritte des Stapelns
einer Vielzahl von Schichten und des Schneidens des resultierenden
Stapels, die im entsprechenden Stand der Technik erforderlich waren.
Diese optischen Elemente können daher mit reduzierten Kosten
hergestellt werden. Die langgestreckten konvexen Linsen 2 in
der zweiten Ausführungsform sind parallel zueinander angeordnet
und können mit geringeren Kosten hergestellt werden als mikroskopische
sphärische konvexe Linsen, die in einer Matrix angeordnet
sind, wie in der ersten Ausführungsform.
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Obwohl
oben bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht unbedingt
auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann in vielfältiger Weise modifiziert werden, ohne vom
Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Obwohl
in der ersten Ausführungsform eine Vielzahl konvexer Linsen 2 in
einer Matrix angeordnet ist, können die konvexen Linsen 2 in
einem Zickzackmuster oder einem anderen Muster angeordnet sein.
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Obwohl
die erste Ausführungsform konvexe Linsen 2 verwendet,
die in der Draufsicht kreisförmig sind, ist es auch möglich,
konvexe Linsen zu verwenden, die in der Draufsicht vierseitig sind, ähnlich
Fliegenaugenlinsen. Ferner ist es möglich, nicht nur eine sphärisch
konvexe Linsenkonfiguration zu verwenden, wie im Fall der konvexen
Linsen 2, sondern auch andere konvexe Linsenkonfigurationen,
vorausgesetzt, dass die gewünschte Lichtbündelungswirkung
erzielt werden kann.
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Obwohl
in der ersten und der zweiten Ausführungsform die lichtabsorbierende
Schicht 4 und die lichtreflektierende Schicht 5 auf
der Rückseite der transparenten Linsenschicht 3 laminiert
sind, können die lichtabsorbierende Schicht 4 und
die lichtreflektierende Schicht 5 z. B. als diskrete folienförmige
oder filmförmige Elemente ausgebildet sein und auf der Rückseite
der transparenten Linsenschicht 3 angeordnet sein.
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Obwohl
vorzugsweise weiße LEDs als Lichtquelle 10 verwendet
werden, wie oben erwähnt worden ist, kann auch eine lineare
Leuchtstoffröhren-Lichtquelle als Lichtquelle 10 verwendet
werden.
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Obwohl
in den vorangehenden Ausführungsformen die Flüssigkristallanzeigetafel 13 als
Bildanzeigetafel verwendet wird, können andere Typen von Bildanzeigetafeln
verwendet werden, wie z. B. elektronisches Papier.
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Ferner
kann die Hintergrundbeleuchtungseinheit verschiedene Anordnungen
zusätzlich zu den obigen verwenden. Zum Beispiel fehlt
in den obenbeschriebenen Ausführungsformen der Hintergrundbeleuchtungseinheit
eine Diffusionsfolie, die ein Element ist, das das von der Lichtführungsplatte
emittierte Licht noch gleichmäßiger macht. Eine
solche Diffusionsfolie kann jedoch über der Lichtführungsplatte
der Hintergrundbeleuchtungseinheit vorgesehen sein. Obwohl die obenbeschriebenen
Ausführungsformen eine einzelne Prismenfolie verwenden, können
zwei Prismenfolien verwendet werden (z. B. zwei Prismenfolien, die
so angeordnet sind, dass die Kämme ihrer Prismen schräg
zueinander verlaufen).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 5-94731 [0004, 0006, 0055]
- - JP 2003-131202 [0004, 0006]
- - JP 2006-145653 [0005, 0006, 0049, 0050]