DE10310596A1

DE10310596A1 - Beleuchtungsplatte für eine Anzeige

Info

Publication number: DE10310596A1
Application number: DE10310596A
Authority: DE
Inventors: Junji Miyashita; Kenji Matsumoto
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2003-10-09
Also published as: US6791638B2; US20030169586A1; JP3994190B2; JP2003262735A; CN1239950C; CN1444078A

Abstract

Es wird eine Beleuchtungsplatte bereitgestellt, die zwei rechtwinklige Oberflächen hat, von denen eine eine Reflexionsoberfläche ist und von denen die andere eine Austrittsoberfläche ist, wobei ein Kantenlicht an einer Ecke der Beleuchtungsplatte bereitgestellt wird. Eine Vielzahl von Prismen sind kreisförmig an der Reflexionsoberfläche der Beleuchtungsplatte ausgebildet. Jedes der Prismen hat einen vertikalen Winkel THETA, der einen ersten Neigungswinkel THETA1 an der Kantenlichtseite und einen zweiten Neigungswinkel THETA2 gegenüberliegend zum ersten Neigungswinkel THETA1 hat. Der erste Neigungswinkel THETA1 ist auf 89,5 DEG APPROX 60 DEG gesetzt und es gibt die nachfolgenden Beziehungen zwischen dem ersten Neigungswinkel THETA1 und dem zweiten Neigungswinkel THETA2: DOLLAR A THETA1 (THETA1.1 APPROX THETA1.n) > THETA2 DOLLAR A THETA1.1 THETA1.2 È THETA1. (m-1) THETA1.m È THETA1. (n-1) THETA1.n.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsplatte für eine Anzeige, z. B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD = Liquid Crystal Display), als Rücklicht zum Beleuchten der Anzeige von ihrer Unterseite her.
Fig. 10 ist eine ebene Ansicht, die eine herkömmliche Beleuchtungsplatte zeigt, und Fig. 11 ist eine Schnittsansicht, die sich entlang der Linie XI-XI von Fig. 10 erstreckt.
Die Beleuchtungsplatte 12, die aus einem transparenten Plastik bzw. Kunststoff besteht, hat eine rechtwinklige Form im Grundriss und eine Auftreffoberfläche 12a durch Abfasen einer Ecke. Ein Kantenlicht 11 einer LED wird entsprechend der Ecke 12a bereitgestellt. An der Unterseite der Beleuchtungsplatte 12 ist eine Vielzahl von Prismen 12b als Reflektorteile ausgebildet. Die Prismen 12b sind konzentrisch zu dem Lichtaustrittspunkt bzw. -ort des Kantenlichts 11, wie in Fig. 11 gezeigt ist, ausgebildet. Das Prisma 12b hat einen vertikalen Winkel von 90 Grad.
Das Licht, das von dem Kantenlicht 11 abgestrahlt wird, tritt in die Beleuchtungsplatte 12 ein. Das Licht in der Beleuchtungsplatte 12 wird durch die Prismen 12b reflektiert und von einer Austritts(ober)fläche 12c abgestrahlt. Das abgestrahlte Licht tritt in ein Diffusionsblatt 13 ein und tritt aus dem Diffusionsblatt aus, damit es einer LCD (nicht gezeigt) in diffusen Strahlen zugeführt werden kann.
Das Licht, das von der Unterseite der Beleuchtungsplatte 12 abgestrahlt wird, wird durch ein Reflektorblatt 14 derart reflektiert, dass es zu der Beleuchtungsplatte 12 zurückgelenkt wird.
In einer solchen Vorrichtung wird die Intensität des Lichts zu dem Ende hin reduziert, das von dem Kantenlicht 11 entfernt ist. Die LCD wird deshalb nicht gleichmäßig beleuchtet.
Zudem müssen die Prismen 12b mit einer hohen Dichte angeordnet werden, da die Intensität des Lichts in einem Gebiet neben dem Kantenlicht sehr hoch ist, was verursacht, dass die Herstellungskosten erhöht werden und dass die Qualität der Beleuchtungsplatte 12 reduziert wird.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungsplatte bereitzustellen, die mit einer einfachen Anordnung der Prismen leicht hergestellt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Platte zum Beleuchten einer Anzeige bereitgestellt, die aufweist eine Beleuchtungsplatte, welche aus einem transparenten Kunststoff besteht und die zwei rechteckige Oberflächen bzw. Flächen hat, von denen eine eine Reflexionsoberfläche ist und die andere eine Austritts- bzw. Abstrahloberfläche ist, eine Auftreffoberfläche bzw. Einfallsoberfläche, die durch das Abfasen bzw. Fasen einer der Ecken der Beleuchtungsplatte ausgebildet wird, ein Kantenlicht, das entsprechend der Auftreffoberfläche vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Prismen, die kreisförmig an der Reflexionsoberfläche der Beleuchtungsplatte ausgebildet sind, wobei Kantenlinien der Prismen konzentrisch zu dem Kantenlicht mit einem vorgegebenen Intervall angeordnet sind, wobei jedes der Prismen einen vertikalen Winkel θ hat, der einen ersten Neigungswinkel θ1 (θ1.1 ~ θ1.n) an der Kantenlichtseite und einen zweiten Neigungswinkel θ2 gegenüber liegend zu dem ersten Neigungswinkel θ1 hat, worin der erste Neigungswinkel θ1 auf 89,5° ~ 60° gesetzt ist, und es gibt die nachfolgende Beziehung zwischen dem ersten Neigungswinkel θ1 und dem zweiten Neigungswinkel θ2:

θ1(θ1.1 ~ θ1.n) > θ2

θ1.1 ≤ θ1.2 ≤ . . 01.(m-1) ≤ θ1.m . . θ1.(n-1) ≤ θ1.n

Die Platte weist weiterhin ein Prismenblatt bzw. eine Prismenfläche auf, das bzw. die entsprechend der Austrittsoberfläche der Beleuchtungsplatte angeordnet ist, wobei das Prismenblatt eine Vielzahl von Prismen auf einer Oberfläche entsprechend der Austrittsfläche hat.

Das Prisma hat eine kreisförmige Kantenlinie.

In einem weiteren Aspekt ist das Prisma eine kreisförmige, linsenförmige Linse.

Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine ebene Ansicht, die eine Beleuchtungsplatte in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die sich entlang einer Linie II-II von Fig. 1 erstreckt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Beleuchtungsplatte der Erfindung;
Fig. 4 ist eine plane Ansicht der Beleuchtungsplatte in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 und 6 sind Seitenansichten, wie sie von den erläuterten Seiten aus gesehen werden;
Fig. 7 ist eine plane Ansicht einer Beleuchtungsplatte gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 und 9 sind Ansichten, wie sie von gezeigten Seiten her gesehen werden;
Fig. 10 ist eine plane Ansicht, die eine herkömmliche Beleuchtungsplatte zeigt; und
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie XI-XI von Fig. 10 gesehen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Gemäß Fig. 1 und 2 hat eine Beleuchtungsplatte 2, die aus einem transparenten Plastik oder Kunststoff hergestellt ist, eine rechtwinklige Form im Grundriss und ist an einer Ecke abgefast, um eine flache Auftreffoberfläche 2a ausbilden zu können. Ein Kantenlicht 1 einer LED ist entsprechend der Auftreffoberfläche 2a vorgesehen. An der Unterseite der Beleuchtungsplatte 2 ist eine Vielzahl von Prismen 2b kreisförmig ausgebildet. Jedes der Prismen steht nach innen als Reflektoroberfläche hervor. Die Kantenlinien der Prismen 2b sind konzentrisch zu dem Lichtaustrittspunkt des Kantenlichts 1 ausgebildet und mit einem vorgegebenen Intervall, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet. Jedes der Prismen 2b hat eine Querschnittsform eines Sägezahns und hat den gleichen vertikalen Winkel θ. Der vertikale Winkel θ weist einen ersten Neigungswinkel θ1(θ1.1 ~ θ1.n) an der Kantenlichtseite auf und weist einen zweiten Neigungswinkel θ2 an der gegenüberliegenden Seite zu dem ersten Neigungswinkels θ1 auf. Der Winkel des ersten Neigungswinkels 81 (θ1.1 ~ θ1.n) beträgt 89,5° ~ 60°. Der Neigungswinkel 81 ist derart gesetzt, dass er zu dem Ende hin zunimmt, das von dem Kantenlicht 1 entfernt ist. Der Winkel ändert sich nämlich von θ1.1 in einer Position neben dem Kantenlicht 1 durch bzw. über θ1.m zu θ1.n in einer Position neben dem Ende. Der Winkel des zweiten Neigungswinkels θ2 ist konstant. Es gibt die nachfolgende Beziehung zwischen dem ersten Neigungswinkel θ1(θ1.1 ~ θ1.n) und dem zweiten Neigungswinkel θ2:

θ1(θ1.1 ~ θ1.n) > θ2

und eine Beziehung:

θ1.1 ≤ θ1.2 ≤ . . θ1.(m-1) ≤ θ1.m . . θ1.(n-1) ≤ θ1.n.
Anders ausgedrückt sind die Kantenlinien der Prismen 2b konzentrische Kreise zu dem Kantenlicht 1, worin der erste Neigungswinkel θ1 geändert wird und der zweite Neigungswinkel konstant gehalten wird.
Das Licht, das von dem Kantenlicht 1 emittiert wird, tritt in die Lichtplatte 2 ein. Das Licht in der Lichtplatte 2 wird durch die Prismen 2b reflektiert und tritt an einer Austrittsoberfläche 2c aus. Das Austrittslicht tritt in ein Prismenblatt 3 ein, das Mikroprismen 3a hat, und tritt aus dem Prismenblatt derart aus, dass es einer LCD (nicht gezeigt) zugeführt werden kann.
Licht, das von der Unterseite der Beleuchtungsplatte 2 abgestrahlt wird, wird von einem Reflektorblatt 4 derart reflektiert, dass es zu der Lichtplatte 2 zurückkehren kann. Der Grund zum Setzen der vorstehend beschriebenen Formel θ1(θ1.1 ~ θ1.n) = (89,50 ~ 60°) > θ2 wird nachfolgend beschrieben.
Gemäß Fig. 3 tritt Licht, das von dem Kantenlicht 1 emittiert wird, in die Beleuchtungsplatte 2 mit einem Auftreffwinkel Φ1 ein und das Licht pflanzt sich in der Platte 2 in einer Richtung von Φ2 in Übereinstimmung mit dem Gesetz von Snell fort. Es gibt die nachfolgenden Beziehungen zwischen dem Winkel Φ0 und dem Winkel Φ2.

Φ0 = Φ1 (1)

n1sinΦ1 = n2sinΦ2 (2)

worin n1 der Brechungsindex von Luft ist und worin n2 der Brechungsindex der Beleuchtungsplatte 2 ist.
Das Licht C wird durch das Prisma 2b an einem Winkel von (90° - θ1) reflektiert. Es gibt die nachfolgenden Beziehung zwischen dem Auftreffwinkel Φ3 und dem Winkel der Reflexion Φ4:

Φ3 + (90° - θ1) + Φ2 = 90°
∴Φ3 = Φ1 - Φ2 (3)

= Φ4 = Φ3 (4)
Als nächstes wird das Licht C durch die Austrittsseite 2c reflektiert. Es gibt die nachfolgenden Beziehungen zwischen dem Auftreffwinkel Φ5 und dem Winkel Φ6

Φ5 = Φ4 - (90° - θ1) (5)

Φ6 = Φ5 (6)
Zudem wird das Licht C durch das Prisma 2b reflektiert. Es gibt die nachfolgende Beziehungen zwischen dem Winkel Φ7 und Φ10:

Φ7 = Φ6 - (90° - θ1) (7)

Φ8 = Φ7 (8)

Φ9 = Φ8 - (90° - θ1) (9)

n2sinΦ9 = n1sinΦ10 (10)

aber, Φ9 ≤ sin^- (n1/n2)
Die Beziehung zwischen dem Auftreffwinkel Φ3 und Φ7 und die Beziehung zwischen dem Auftreffwinkel Φ5 und Φ9 ergeben sich wie nachfolgend aus den vorstehend beschriebenen Beziehungen (3) ~ (10):

Φ7 = Φ3 - 2 (90° - θ1)

Φ9 = Φ5 - 2 (90° - θ1)
Dies drückt aus, dass der Auftreffwinkel um jeweils 2 (90° - θ1) kleiner wird, wenn der erste Neigungswinkel θ1(θ1.1 ~ θ1.n) als der gleiche betrachtet wird.
Nachfolgend wird der Austrittsbetrieb des Lichts beschrieben, das von der Austrittsseite 2C austritt. In Übereinstimmung mit dem Gesetz von Snell wird, wenn das Licht von einer Substanz, die einen großen Brechungsindex hat, in eine Substanz eintritt, die einen kleinen Brechungsindex hat, das Licht an der Übergangsfläche bzw. Grenzfläche in dem Fall reflektiert, dass der Auftreffwinkel größer als ein kritischer Winkel ist, und das Licht wird in dem Fall gebrochen, dass der Auftreffwinkel kleiner als der kritische Winkel ist. Der kritische Winkel von Acrylharz beträgt ungefähr 42° und der kritische Winkel von Polycarbonat beträgt ungefähr 39°.
Wenn die zuvor beschriebene Tatsache auf die Beleuchtungsplatte der vorliegenden Erfindung angewendet wird, reduziert sich der Auftreffwinkel um 2(90° - θ1), wie zuvor beschrieben wurde. Wenn der Auftreffwinkel des Lichtes C an der Austrittsseite 2C größer als der kritische Winkel der Beleuchtungsplatte ist, wird der Auftreffwinkel deshalb immer kleiner als der kritische Winkel und tritt aus der Platte mit Brechung aus.
Wenn der kritische Winkel Φc ist, ist der Wert des abgestrahlten Lichts, das von einem Punkt der Beleuchtungsplatte abgestrahlt wird, in dem Bereich zwischen Φc und Φc - (90° - θ1).
Die Austrittsrichtung des Lichts bezüglich der Normalen der Austrittsseite ist zudem wie folgt:

sin^- ((n1sinΦc - (90° - θ1))n2) ~ 90°
Die Menge bzw. der Wert des Austrittslichts, das an dem Punkt austritt, wird deshalb größer, wenn der Winkel θ1 größer wird.
Wenn der Winkel θ1 groß ist, tritt nämlich eine große Menge von Lichtstrahlen aus einem Bereich neben dem Kantenlicht 1 aus und der Winkel der Austrittslichtstrahlen wird groß, wodurch die Austrittsrichtungen verteilt bzw. zerstreut werden.
Es wird deshalb bevorzugt, den Winkel θ1 auf 89,50 ~ 60° zu reduzieren. Z. B. ist θ1 zwischen 88,5° und 87,5° in dem Fall einer LCD von 2 Inch.
Wie vorstehend beschrieben wurde, tritt, wenn der erste Neigungswinkel θ1 (θ1.1 ~ θ1.n) konstant ist, das Licht neben der optischen Achse des emittierten Lichts von dem Kantenlicht von der Beleuchtungsplatte 2 an einem Punkt oder Ort aus, der von dem Kantenlicht 1 bzw. der Kantenlichtquelle als beleuchtendes Licht entfernt ist. Der Winkel Φ2 des Lichts neben der optischen Achse ist jedoch klein und deshalb ist der Auftreffwinkel Φ3 groß. Folglich ist der nächste Reflexionspunkt (Auftreffwinkel Φ5) von der Auftreffoberfläche 2a entfernt. Da der Auftreffwinkel Φ5 groß ist, muss das Licht wiederholt reflektiert werden, bevor der Auftreffwinkel kleiner als der kritische Winkel wird. Es tritt deshalb der Fall auf, dass das Licht von der Endeoberfläche, die der Auftreffoberfläche 2a gegenüber liegt, ohne ein Beleuchten der LCD austritt. Im Ergebnis wird die Stärke des beleuchtenden Lichts reduziert.
Um den Verlust des Lichts reduzieren zu können, ist es von Vorteil, den ersten Neigungswinkel θ1 allmählich mit zunehmendem Abstand von dem Kantenlicht 1 zu erhöhen.
Da die Prismen 2b konzentrisch zu der Lichtquelle des Kantenlichts 1 angeordnet sind, treffen Lichtstrahlen von der Lichtquelle auf die Prismen 2b mit dem Winkel von 90° bei jeder Position auf. Das zuvor beschriebene Prinzip von θ1 wird deshalb auf das gesamte Gebiet der Beleuchtungsplatte 2 angewendet.
Die Menge des Lichts, das von der Endoberfläche austritt, wird derart reduziert, dass die Menge des Austrittslichts ansteigt, und das Licht tritt gleichmäßig aus. Zudem ist es nicht notwendig, die Prismen in einer Feinanordnung herzustellen.
Da das Licht, das von der Beleuchtungsplatte 2 austritt, gesammelt wird, ist es möglich, die Ausbreitungsrichtung des Lichts durch ein spezielles Prismenblatt, das in Fig. 4 oder Fig. 7 gezeigt ist, zu ändern. In dem Blatt 4 von Fig. 4 ist eine Vielzahl von kreisförmigen Prismen konzentrisch zu der Lichtquelle ausgebildet. In dem Blatt 5 von Fig. 7 sind kreisförmige, linsenförmige Linsen bzw. Lentikularlinsen ausgebildet.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die Beleuchtungsplatte leicht mit einer einfachen Anordnung von Prismen versehen werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer speziellen, bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist darauf hinzuweisen, dass diese Beschreibung nur beispielhaft beabsichtigt ist und nicht den Bereich der Erfindung begrenzt, der durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

1. Eine Platte zum Beleuchten einer Anzeige weist auf:
eine Beleuchtungsplatte, die aus einem transparenten Kunststoff hergestellt ist und die zwei rechtwinklige Oberflächen hat, von denen eine eine Reflexionsoberfläche ist und die andere eine Austrittsoberfläche ist;
eins Auftreffoberfläche, die durch Abfasen einer der Ecken der Beleuchtungsplatte ausgebildet wird;
ein Kantenlicht, das entsprechend der Auftreffoberfläche bereitgestellt wird und
eine Vielzahl von Prismen, die kreisförmig an der Reflexionsoberfläche der Beleuchtungsplatte ausgebildet sind;
wobei Kantenlinien der Prismen konzentrisch zu dem Kantenlicht an einem vorgegebenen Intervall angeordnet sind;
wobei jedes der Prismen einen vertikalen Winkel θ hat, der einen ersten Neigungswinkel θ1(θ1.1 ~ θ1.n) an der Kantenlichtseite und einen zweiten Neigungswinkel θ2 gegenüber liegend zu dem ersten Neigungswinkel θ1 aufweist;
worin der erste Neigungswinkel θ1 auf 89,5° ~ 60° gesetzt ist und worin es eine nachfolgende Beziehung zwischen dem ersten Neigungswinkel θ1 und dem zweiten Neigungswinkel θ2 gibt:

θ1(θ1.1 ~ θ1.n) > θ2

θ1.1 ≤ θ1.2 ≤ θ1.(m-1) ≤ θ1.m . . θ1.(n-1) ≤ θ1.n

2. Die Platte nach Anspruch 1, die weiterhin ein Prismenblatt aufweist, das entsprechend der Austrittsoberfläche der Beleuchtungsplatte angeordnet ist, wobei das Prismenblatt eine Vielzahl von Prismen an einer Oberfläche hat, die der Austrittsoberfläche entspricht.

3. Die Platte nach Anspruch 2, worin das Prisma eine kreisförmige Kantenlinie hat.

4. Die Platte nach Anspruch 2, worin das Prisma eine kreisförmige, linsenförmige Linse hat.