DE10350341A1

DE10350341A1 - Planare Lichtquelle und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE10350341A1
Application number: DE10350341A
Authority: DE
Inventors: Daisaku Fujiyoshida Okuwaki; Junji Fujiyoshida Miyashita
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2004-06-09
Also published as: JP4131539B2; CN100395632C; US20040085751A1; CN1499261A; US7097340B2; JP2004152555A

Abstract

Die planare Lichtquelle dieser Erfindung weist Folgendes auf: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen, lichtdurchlässigen Material, die mit einer Reflexionsoberfläche an einer Unterseite davon ausgebildet ist, wobei die Reflexionsoberfläche gebildet ist durch Kombinieren einer Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln; und eine beleuchtende Lichtquelle, die gegenüber einer Licht aufnehmenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei die Lichtleiterplatte einen weichen Übergang zwischen der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln auf der Reflexionsoberfläche ausgebildet besitzt, so dass keine Stufe zwischen aneinander anschließenden Reflexionsmitteln gebildet wird. Diese Konstruktion verhindert die Bildung eines Dunkel-Hell-Randmusters zwischen der Vielzahl von Reflexionsmitteln während der Beleuchtung durch die Lichtquelle.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine planare Lichtquelle zum Beleuchten einer Flüssigkristallplatte oder ähnlichem sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Kleine Flüssigkristallanzeigen wurden in den letzten Jahren in Mobiltelefonen und anderen tragbaren Informationsterminals verwendet, und als Mittel zum Beleuchten solcher Flüssigkristallanzeigen wurde eine planare Lichtquelle verwendet. Die planare Lichtquelle ist aufgebaut aus einer plattenartigen Lichtleiterplatte und Leuchtdioden (LEDs), die angeordnet sind, um zu einer Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte zu weisen. Dank ihrer leichten Reproduzierbarkeit hinsichtlich Größe und Dicke hat die planare Lichtquelle weite Verwendung gefunden.

Bei der planaren Lichtquelle tritt von den LEDs ausgesandtes Licht in die Lichtleiterplatte ein und bewegt sich fort, während es wiederholt innerhalb der Lichtleiterplatte reflektiert wird. Das Licht wird reflektiert oder gebrochen durch Nuten oder ein strukturiertes bzw. texturiertes Muster, das in einer Unterseite der Lichtleiterplatte gebildet ist, bis es aus der Platte austritt. Das von der Oberseite der Lichtleiterplatte emittierte Licht bewegt sich zur Flüssigkristallanzeige und beleuchtet diese.

Ein Beispiel einer solchen herkömmlichen planaren Lichtquelle ist in 4 (z.B. japanische Patentanmeldung Nr. 2002-093383, 7) gezeigt. 4 zeigt eine Konstruktion einer planaren Lichtquelle 110, wobei die 4A und 4B eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht davon darstellen.

In 4 besitzt die planare Lichtquelle 110 LEDs 101 als eine Lichtquelle, eine Lichtleiterplatte 102, ein Prismenblatt 103, eine Reflektorplatte 106 und eine Flüssigkristallplatte 107. Die Lichtleiterplatte 102 ist rechteckig und besteht aus einem lichtdurchlässigen Glas oder Harz. Das Bezugszeichen 102a bezeichnet eine Oberseite der Lichtleiterplatte 102. Das Bezugszeichen 102c ist eine Licht aufnehmende Seitenoberfläche, die zu den LEDs 101 weist. Das Bezugszeichen 102b bezeichnet eine Unterseite der Lichtleiterplatte 102. Die Unterseite 102b ist mit einer Vielzahl asymmetrischer Prismen 102b1 ausgebildet, die zur Oberseite 102a weisen. Die asymmetrischen Prismen 102b1 weisen jeweils eine Abwärtsneigung 102b11 auf, deren Abstand zur Oberseite 102a schart ansteigt, während sie sich von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c wegbewegt, sowie eine Aufwärtssteigung 102b12, deren Abstand zur Oberseite 102a mäßig abnimmt. Entgegengesetzt zur Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c sind drei LEDs 101 angeordnet, die auf einem Halteglied 101b getragen sind.

Wenn eine vorbestimmte Elektrizitätsmenge von einer nicht gezeigten Leistungsversorgung an die LEDs 101 geliefert wird, leuchten die LEDs 101 in weiß oder in einer vorbestimmten Farbe. Das von den LEDs 101 ausgesandte Licht wird von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c gebrochen, wenn es in die Lichtleiterplatte 102 eintritt. Das Licht, das in die Lichtleiterplatte 102 eingetreten ist, wird zwischen der Oberseite 102a und der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102 wiederholt reflektiert, bevor es von der Oberseite 102a gebrochen wird und Lichtleiterplatte 102 verlässt. Das Licht tritt dann in das Prismenblatt 103 ein, indem es spekular reflektiert wird, bis seine Fortbewegungsrichtung in eine Z-Richtung verändert ist. Das sich in Z-Richtung bewegende Licht trifft nun auf die Flüssigkristallplatte 107 auf. Daher geht das Licht durch das Flüssigkristall in einer idealen Richtung, was eine klare und lebendige Bildanzeige ermöglicht.

5 ist eine Seitenansicht, die eine Pfad des Lichts zeigt, das von den LEDs 101 ausgesandt wurde und in die Lichtleiterplatte 102 eingetreten ist. In der Figur tritt ein von den LEDs 101 unter einem Ausgangs- oder Emittierungswinkel θi ausgesandter Lichtstrahl in die Licht aufnehmende Seitenoberfläche 102c der Lichtleiterplatte 102 unter einem Auftreffwinkel θi ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strahl an dieser Ebene gebrochen und eine Beziehung zwischen dem Auftreffwinkel θi und dem Brechungswinkel θ ist nach dem Gesetz von Snellius n·sinθ = sinθi unter der Annahme, dass der Brechungsindex von Luft 1 ist und dass der Brechungsindex der Lichtleiterplatte 102 (aus Polykarbonat oder ähnlichem) n ist. Daraus erhalten wir θ = sin–1((1/n)sinθi) (1)

Wenn beispielsweise die Lichtleiterplatte 102 einen Brechungsindex von n = 1,58 besitzt und θi = 90°, ergibt eine Berechnung der Gleichung (1) θ = sin^–1(1/1,58) = 39,3° und somit ist der kritische Winkel θc = 39,3°.

Es sei jedoch bemerkt, dass der Brechungswinkel θ selbst bei seinem Maximum geringer ist als der kritische Winkel θc, da der Auftreffwinkel in Wirklichkeit maximal weniger als 90° ist. Der kritische Winkel θc der Lichtleiterplatte 102 ist im Allgemeinen ungefähr 40°, so dass der Brechungswinkel θ selbst bei diesem Maximum 40° nicht übersteigt. Der Lichtstrahl, der durch die Licht aufnehmende Seitenoberfläche 102c unter dem Brechungswinkel θ hindurch gegangen ist, trifft auf die Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102 unter einem Auftreffwinkel θ₁ auf. Wie aus 5 ersichtlich ist, da eine Beziehung von (θ + θ₁ = 90°) erfüllt ist und der Brechungswinkel θ kleiner oder gleich 40°, wie oben beschrieben wurde, ist zu diesem Zeitpunkt der Auftreffwinkel θ₁ größer oder gleich 50°, was größer ist als der kritische Winkel θc von ungefähr 40°. Somit wird der auf die Oberseite 102a auftreffende Strahl unter einem Reflexionswinkel θ₁ total reflektiert.

Das reflektierte Licht trifft dann unter einem Auftreffwinkel von θ₂ = θ₁ – α auf die Aufwärtssteigung 102b12 der Unterseite auf, die einen Neigungswinkel von α besitzt. Hier ist der Neigungswinkel α ungefähr 1° bis mehrere Grad.

Der Strahl, der unter dem Auftreffwinkel θ₂ auf die Aufwärtssteigung 102b12 aufgetroffen ist, wird von dieser Oberfläche unter einem Reflexionswinkel θ₂ reflektiert und trifft dann auf die Oberseite 102a unter einem Auftreffwinkel von θ₃ = θ₂ – α = θ₁ – 2α. Der Strahl wird dann von der Oberseite 102a unter einem Reflexionswinkel θ₃ reflektiert, um auf die Aufwärtssteigung 102b12 unter einem Auftreffwinkel von θ₄ = θ₃ – α = θ₁ – 3α aufzutreffen. Jedesmal wenn der Lichtstrahl, der zunächst von der Oberseite 102a unter einem Reflexionswinkel 8₁ reflektiert wurde, auf die Aufwärtssteigung 102b12 oder die Oberseite 102a auftrifft, steigt sein Auftreffwinkel um einen Betrag gleich dem Neigungswinkel α. D.h., wenn der Strahl, der zunächst unter einem Reflexionswinkel von θ₁ reflektiert wurde, auf die Aufwärtssteigung 102b12 oder die Oberseite 102a zum N-ten Mal nach wiederholten Reflexionen auftrifft, ist sein Auftreffwinkel θ_N gegeben durch θN = θ1 – (N – 1)α (2)

Bei dieser Lichtleiterplatte wird das Auftreffen oder die Reflexion des Lichts an ihrer Grenzfläche, gezeigt bei θ₁, gezählt als das erste Auftreffen/die erste Reflexion (d.h. N = 1).

Wenn der abnehmende Auftreffwinkel θ_N die folgende Beziehung zum kritischen Winkel θc besitzt: θN = θ1 – (N – 1)α < θc (3) dann geht der Strahl durch die Oberseite 102 oder die Aufwärtssteigung 102b12 der Unterseite 102b hindurch und tritt aus der Lichtleiterplatte 102 aus. Wenn beispielsweise θ₁ = 52°, α = 1 ° und θc = 40°, dann wird die Bedingung der Gleichung (3) erfüllt, wenn N mehr als 13 ist. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl 14mal oder mehr auf die Oberseite oder Unterseite der Lichtleiterplatte 102 auftreffen muss. Daher tritt der Strahl nicht nahe der Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c nach außen aus. Wenn beispielsweise die Lichtleiterplatte 102 eine Dicke von 1 mm besitzt, tritt der Strahl normalerweise nicht innerhalb ungefähr 3mm von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c aus. Infolgedessen wird derjenige Bereich der Fläche der Lichtleiterplatte 102, der als Lichterzeugungsbereich verwendet werden kann, vermindert, wodurch eine räumliche Effizienz vermindert wird, was einer Größenverminderung der Einrichtung abträglich ist.

Somit wird die planare Lichtquelle 110 von 4, anstatt dass sie so verwendet wird, wie sie ist, häufig verbessert, wie es in 6 gezeigt ist. 6A ist eine Gesamtseitenansicht und 6B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils C von 6A. In 6 bezeichnet 120 eine verbesserte planare Lichtquelle, wobei Bezugszeichen 102bh eine strukturierte bzw. texturierte Reflexionsoberfläche darstellt, die auf der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102 nahe der Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c vorgesehen ist. Die texturierte Reflexionsoberfläche 102bh besitzt ein unregelmäßiges Muster aus feinen zurückgesetzten und erhabenen Teilen. Die planare Lichtquelle 120 besitzt daher auf der Unterseite des Gehäuses 102 Reflexionsmittel, die durch die texturierte Reflexionsoberfläche 102bh vorgesehen sind, und zwar zusätzlich zu Reflexionsmitteln, die durch die asymmetrischen Prismen 102b1 vorgesehen sind. Mit 102D ist eine Stufe bezeichnet, die an einer Grenze zwischen den Reflexionsmitteln der asymmetrischen Prismen 102b1 und den Reflexionsmitteln der texturierten Reflexionsoberfläche 102bh gebildet ist. In anderer Hinsicht sind die Symbole und der Aufbau ähnlich zu denen der in 4 gezeigten planaren Lichtquelle 110. Die Stufe 102D steigt entweder an oder fällt ab, und ihre Kante besitzt einen Winkel von nahezu 90°.

Wie in 6 gezeigt ist, treffen von den Lichtstrahlen, die von den LEDs 101 durch die Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c in die Lichtleiterplatte 102 eingetreten sind, einige auf die texturierte Reflexionsoberfläche 102bh auf und werden von dieser gestreut, bevor sie sich direkt zu der Oberseite 102a bewegen, und einige Strahlen treten aus der Lichtleiterplatte 102 aus und werden von der Reflektorplatte 106 reflektiert, um in die Lichtleiterplatte 102 erneut einzutreten und sich zu der Oberseite 102a zu bewegen, wie es durch die durchgezogenen Linien in 6A angezeigt ist. Daher gibt es Lichtpfade, die die texturierte Reflexionsoberfläche 102bh umfassen, und zwar zusätzlich zu den Lichtpfaden, die die asymmetrischen Prismen 102b1 verwenden, wie durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist. Infolgedessen kann Licht nach oben emittiert werden selbst von einem Bereich der Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102, der nahe zu Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c ist, wodurch die Beleuchtungsfläche bzw. der Beleuchtungsbereich nahe der Lichtaufnahmeseitenoberfläche 2c erweitert wird.

Jedoch ergeben sich selbst mit der verbesserten Lichtleiterplatte 102 häufig die folgenden Probleme. Wie in einer Draufsicht von 7 gezeigt ist, erscheinen in einem Bereich S1 innerhalb von 3 bis 4 mm von der Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c der Lichtleiterplatte 102 mehrere helle Linien 14 (in 7 sind die hellen Linien als mit dicken Linien schraffiert gezeigt). S2 stellt einen Bereich dar, wo sich die hellen Linien nicht zeigen. Es wird angenommen, dass die auffälligen hellen Linien 14 folgendermaßen hervorgerufen werden. Wie in 6B gezeigt ist, erreichen Lichtstrahlen von den LEDs 101, die in die Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c eingetreten sind, einen Kantenteil der Stufe 102D in der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102.

Wenn der Kantenteil eine rauhe Oberfläche anstatt einer Spiegeloberfläche besitzt, treten die Lichtstrahlen von den LEDs 101 in den Kantenteil nicht durch normale Brechung ein, sondern durch Streuung. D.h., von dem Kantenteil bewegt sich eine Vielzahl von Strahlen durch die Lichtleiterplatte 102 in unterschiedlichen Richtungen, was den Kantenteil so erscheinen lässt, als ob er beleuchtend wäre. Somit kann der Kantenteil als sekundäre Lichtquelle betrachtet werden. Da der Kantenteil im rechten Winkel gebildet ist, ist seine Übertragbarkeit in einem (Spritz-)Gussprozess schlecht, was seine Oberfläche rauh macht und seinerseits ergibt, dass eine sekundäre Lichtquelle leicht gebildet wird.

Als nächstes, wie in 8 gezeigt ist, emittiert die sekundäre Lichtquelle an der Stufe 102D Licht in verschiedene Richtungen. Von diesen Strahlen gehen diejenigen, die auf die Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102 unter Auftreffwinkeln von weniger als dem kritischen Winkel θc auftreffen, durch Brechung durch diese Oberfläche hindurch und treten aus der Lichtleiterplatte 102 aus, wie durch die Strahlen s21, s22 angezeigt ist. Diese direkte Übertragung der Strahlen nach außen tritt kontinuierlich über einen weiten Bereich der Fläche auf, und daher werden keine hellen Linien erzeugt. Wenn die Auftreffwinkel den kritischen Winkel θc übersteigen, werden die Lichtstrahlen von der Oberseite 102a reflektiert und zu der Unterseite 102b gerichtet, wie es durch die Strahlen S31, S32, S33 angezeigt ist. Danach, nach einer bis mehreren Reflexionen, gehen diese Strahlen durch die Oberseite 102a hindurch und treten als Beleuchtungslicht aus. Die Anzahl von Malen, die diese Strahlen reflektiert werden, bevor sie nach außen austreten, steigt an, wenn der erste Auftreffwinkel auf die Oberseite 102a größer wird, gemäß dem schon erklärten Prinzip (siehe Gleichung (3)).

Das bedeutet, dass die Anzahl von Reflexionen ansteigt, von 1 auf 2 auf 3, gemäß den Lichtpfaden S31, S32, S33. Daher sind die Position bzw. Stellen auf der Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102, von denen die Lichtstrahlen austreten voneinander getrennt, was diskrete helle Linien ergibt, wie in 7 gezeigt ist. Hinsichtlich der Breite des Lichtflusses sei auf 9 Bezug genommen und die Lichtflüsse Φ₁ und Φ₃ seien verglichen, die den Lichtpfaden s31 und s33 von 8 entsprechen. Die Breite des Lichtflusses Φ₁ beim Austritt aus der Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102 sei b₁ und die Breite des Lichtflusses Φ₃ sei b₃. Man sieht, dass die Lichtbreite b₃ wesentlich breiter ist als die Breite b₁. Es wird angenommen, dass dies aufgrund der Tatsache ist, dass wenn die Anzahl von Reflexionen für jeden Lichtpfad ansteigt, eine Länge des Lichtpfades auch ansteigt und fast in Proportion zu der Pfadlänge die Breite des Lichtflusses ansteigt. Wie in 7 gezeigt ist, verbreitert sich die Breite der hellen Linien progressiv weg von der Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c der Lichtleiterplatte 102. Wenn die Anzahl von Reflexionen für jeden Lichtpfad weiter ansteigt und die Breite jedes aus der Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102 austretenden Flusses sich verbreitert, sinkt die Lichtmenge pro Einheitsfläche, d.h. die Helligkeit, ab mit dem Ergebnis, dass die hellen Linien nicht mehr unterscheidbar werden in einem Bereich, der mehr als einen bestimmten Abstand von der Lichtaufnahmeseitenoberfläche 102c entfernt ist, wie in 7 gezeigt ist.

Wie oben beschrieben wurde, werden die deutlichen hellen Linien verursacht durch die Stufe 102D (siehe 6 und 8) in der Bodenoberfläche 102b der Lichtleiterplatte 102. Diese Stufe 102D ist gebildet durch eine Vielzahl von Einsätzen (Hohlraumgussstücke mit zurückgesetzten und erhabenen Übertragungsober flächen), und zwar während des Prozesses des Formens bzw. Gießens der Lichtleiterplatte 102. 10 zeigt wesentliche Teile einer herkömmlichen Form, die verwendet wird beim Gießen der Lichtleiterplatte 102. In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 121 einen Gussrahmen, 122 einen Einsatz für ein strukturiertes bzw. texturiertes Muster, und 123 einen Einsatz für ein Prismenmuster. Die Oberfläche des Einsatzes 122 für das texturierte Muster ist mit einem Muster von Wellen bzw. Unebenheiten ausgebildet, die der texturierten Reflexionsoberfläche 102bh von 6 entsprechen, und die Oberfläche des Einsatzes 123 für das Prismenmuster ist mit einem Muster von Ausnehmungen und Vorsprüngen ausgebildet entsprechend der asymmetrischen Prismen 102b1, die auf der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102 vorgesehen sind. Die Lichtleiterplatte 102 wird durch den folgenden Prozess gebildet. Wie in 10A gezeigt ist, werden zunächst der Einsatz 122 für texturierte Muster und der Einsatz 123 für das Prismenmuster innerhalb des Gussrahmens 121 angeordnet. Als nächstes werden, wie in 10B gezeigt ist, diese beiden Einsätze 122, 123 nahe beieinander eingestellt bzw. positioniert. Dann wird ein geschmolzenes Harz in den Gussrahmen 121 eingespritzt, um die Lichtleiterplatte 102 zu formen bzw. zu gießen und die Oberflächenmuster der Einsätze 122, 123 auf die Lichtleiterplatte 102 zu übertragen.

Wie in 10C im Querschnitt gezeigt ist, wird die Stufe D bei diesem Prozess häufig zwischen dem texturierten Mustereinsatz 122 und dem Prismenmustereinsatz 123 ausgebildet und wird als die Stufe 102D von 6 auf die Lichtleiterplatte 102 übertragen. Die Kante der Stufe D ist fast rechtwinklig. Es sei bemerkt, dass die Stufe D, die durch einen Unterschied in der Dicke zwischen dem texturierten Mustereinsatz 122 und dem Prismenmustereinsatz 123 gebildet wird, sehr schwierig zu beseitigen ist durch Ausgleichen der Dicke dieser Einsätze, weil die Dicken der Einsätze 122, 123 sich ändern, wenn ihre zurückgesetzten/erhabenen Oberflächenmuster gebildet werden.

Wie oben beschrieben wurde, wird die zwischen den Einsätzen 122 und 123 gebildete Stufe D auf die herkömmliche Lichtleiterplatte 102 übertragen als die Stufe 102D in der Reflexionsoberfläche. Wenn Licht auf die Lichtleiterplatte 102 mit der obigen Konstruktion geschienen bzw. gestrahlt wird, zeigen sich somit helle Li nien, die durch diese Stufe erzeugt werden. Die hellen Linien bilden ihrerseits helle und dunkle Ränder, die die Erscheinung der planaren Lichtquelle beeinträchtigen.

Die vorliegende Erfindung wurde erreicht in Anbetracht der obigen Nachteile, die beim Stand der Technik auftreten, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine planare Lichtquelle vorzusehen, die einen Lichtleiterplatte und eine Beleuchtungslichtquelle, wie beispielsweise eine LED, angeordnet an der Seite der Lichtleiterplatte aufweist, und die die Bildung eines durch helle Linien hervorgerufenen Hell-Dunkel-Randmusters verhindern kann durch Unterdrücken der hellen Linien, die durch eine Stufe auf einer Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte erzeugt werden. Es ist auch ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zu Herstellung der planaren Lichtquelle vorzusehen.

Um das obige Ziel zu erreichen, weist die planare Lichtquelle gemäß dieser Erfindung Folgendes auf: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen lichtübertragenden Material, die mit einer Reflexionsoberfläche an einer Unterseite davon ausgebildet ist, wobei die Reflexionsoberfläche gebildet ist durch Kombinieren einer Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln; und eine Beleuchtungslichtquelle, die gegenüber einer Licht aufnehmenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei die Lichtleiterplatte auf der Reflexionsoberfläche eine weiche Grenze zwischen der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln besitzt, um keine Stufe zwischen benachbarten bzw. angrenzenden Reflexionsmitteln zu bilden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle dieser Erfindung ist die Reflexionsoberfläche gebildet durch Verwendung eines einzigen Hohlraumgussstücks, das Übertragungsoberflächen entsprechend der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln besitzt.

Als die Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln besitzt die Reflexionsoberfläche Reflexionsmittel, die aus Prismen gebildet sind, und Reflexionsmittel, die aus texturierten bzw. strukturierten Wellen mit einer vorbestimmten Form gebildet sind.

Um das obige Ziel zu erreiche weist das Verfahren zum Herstellen einer planaren Lichtquelle gemäß dieser Erfindung, wobei die planare Lichtquelle auf einer Unterseite einer Lichtleiterplatte einer Reflexionsoberfläche mit einer Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln besitzt, die folgenden Schritte auf: Einsetzen eines einzigen Hohlraumgussstücks mit Übertragungsoberflächen entsprechend der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln in einer Form für die Lichtleiterplatte; und Einspritzen eines geschmolzenen Harzes in die Form, um die Reflexionsoberfläche in einer Art und Weise zu bilden, dass keine Stufe zwischen der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln gebildet wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens dieser Erfindung werden die Übertragungsoberflächen des einzigen Hohlraumformstücks gebildet mit einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend der aus Prismen gebildeten Reflexionsmittel und mit einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend der aus texturierten Wellungen mit einer vorbestimmten Form gebildeten Reflexionsmittel.

Als das Verfahren zum Bilden der Übertragungsoberflächen des einzigen Hohlraumgußstücks sieht diese Endung die folgenden Schritte vor: Bilden einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend der aus Prismen gebildeten Reflexionsmittel über der gesamten Übertragungsoberfläche entsprechend der Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte; Maskieren eines Teils der gewellten Transferoberfläche; und Bilden einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend der aus strukturierten Wellungen mit einer vorbestimmten Form gebildeten Reflexionsmittel durch Honen über den verbleibenden nicht maskierten Teil der Übertragungsoberfläche, so dass die Prismen-basierte gewellte Übertragungsoberfläche und die Struktur-basierte gewellte Übertragungsoberfläche auf der gleichen Übertragungsoberfläche des einzigen Hohlraumgussstücks gebildet werden.

1 ist eine erklärende Ansicht, die eine planare Lichtquelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die zeigt, wie die planare Lichtquelle von 1 bei Beleuchtung erscheint.
3 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Herstellungsverfahren der planaren Lichtquelle von 1 zeigt und ein zweites Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle dieser Erfindung darstellt.
4 ist eine erklärende Ansicht, die eine herkömmliche planare Lichtquelle zeigt.
5 ist ein erklärendes Diagramm, das einen normalen Reflexionspfad in der planaren Lichtquelle von 4 zeigt.
6 ist eine erklärende Ansicht, die eine gegenüber 4 verbesserte planare Lichtquelle zeigt.
7 ist eine Draufsicht, die zeigt, wie die verbesserte planare Lichtquelle von 6 bei Beleuchtung erscheint.
8 ist ein erklärendes Diagramm, das normale Reflexionspfade in der verbesserten planaren Lichtquelle von 6 zeigt.
9 ist ein erklärendes Diagramm, das abnormale Reflexionspfade in der verbesserten planaren Lichtquelle von 6 zeigt.
10 ist ein erklärendes Diagramm, das einen Herstellungsprozess der planaren Lichtquelle von 6 zeigt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung, 1A repräsentiert eine perspektivische Ansicht der planaren Lichtquelle 10, 1B repräsentiert eine Seitenansicht derselben, 1C repräsentiert eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in 1B.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 LEDs als eine Lichtquelle, 2 eine Lichtleiterplatte, 3 ein Prismenblatt und 7 eine Flüssigkristallplatte. Die Lichtleiterplatte 2 ist in der Draufsicht rechteckig und ist aus einem lichtdurchlässigen Harz gebildet, wie beispielsweise Polykarbonat. Das Bezugszeichen 2a bezeichnet eine Oberseite der Lichtleiterplatte 2, und 2b bezeichnet eine Unterseite. Mit 2c ist eine Licht aufnehmende Seitenoberfläche bezeichnet, die zu den LEDs 1 weist. Die Lichtleiterplatte 2 besitzt eine Hilfsreflexionsoberfläche 2bh in ihrer Unterseite 2b nahe der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c. Die Hilfsreflexionsoberfläche 2bh besitzt relativ kleine Prismenwellungen oder strukturierte bzw. texturierte Wellungen. Die Prismen- oder strukturierten Wellungen sind in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster vorgesehen. In der Unterseite 2b ist ein an die Hilfsreflexionsoberfläche 2bh anschließender Teil mit einer Prismenreflexionsoberfläche ausgebildet mit einer Vielzahl von asymmetrischen Prismen 2bp. Die asymmetrischen Prismen 2bp besitzen jeweils eine Abwärtsneigung 2bp1 und eine Aufwärtssteigung 2bp2. Die Abwärtsneigung 2bp1 ist so konfiguriert, dass ihr Abstand zur Oberseite 2a scharf bzw. stark ansteigt, wenn sich ein interessierender Punkt auf der Neigung weg von Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c bewegt. Die Aufwärtssteigung 2bp2 ist so konfiguriert, dass ihr Abstand zur Oberseite 2a mäßig abnimmt. Wie in 1C gezeigt ist, ist ein Neigungswinkel α der Aufwärtssteigung 2bp2 der asymmetrischen Prismen 2bp ungefähr 1 Grad bis mehrere Grad. Drei LEDs 1 sind auf einem Halteglied 1b an Positionen gegenüber der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c gehalten.
Wenn bei dieser Konstruktion eine vorbestimmte Elektrizitätsmenge von einer nicht gezeigten Leistungsversorgung an die LEDs 1 geliefert wird, leuchten die LEDs 1 in einer weißen oder vorbestimmten Farbe. Von den Lichtstrahlen, die von den LEDs 1 ausgesandt werden, besitzt einer, der in die Lichtleiterplatte 2 durch die Licht aufnehmende Seitenoberfläche 2c eingetreten ist, wie durch einen gepunktete Linie in 1B gezeigt, einen kleineren Brechungswinkel als der kritische Winkel der Lichtleiterplatte 2, so dass aufgrund desselben Prinzips, wie es im herkömmlichen Fall von 5 erklärt wurde, wenn der Strahl zuerst die Oberseite 2a erreicht, sein Auftreffwinkel auf die Oberfläche (θ₁ in 5) größer ist als der kritische Winkel und der Strahl somit total reflektiert wird. Dann wird der Strahl wiederholt zwischen der Oberseite 2a und der Unterseite 2b reflektiert, wie es durch die gepunktete Linie in 1B gezeigt ist, wobei sein Auftreffwinkel um ei nen Neigungswinkel α bei jeder Reflexion abnimmt. Wenn der Auftreffwinkel weniger ist als der kritische Winkel, wird der Strahl gebrochen und tritt nach außen aus. Der Lichtstrahl, der einen normalen Pfad folgt und aus der Oberseite 2a der Lichtleiterplatte 2 austritt, tritt in das Prismenblatt 3 ein.
Lichtstrahlen, die von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c nach unten gebrochen wurden und die Hilfsreflexionsoberfläche 2bh erreichen, werden dort gestreut. Einige der gestreuten Strahlen bewegen sich direkt zu der Oberseite 2a und einige treten nach unten aus und werden von einer Reflektorplatte 6 reflektiert, um in die Lichtleiterplatte 2 wieder einzutreten und sich zur Oberseite 2a zu bewegen, wie es durch die durchgezogenen Linien in 1 gezeigt ist. Das Licht, das die Oberseite 2a erreicht hat, tritt aus der Lichtleiterplatte 2 aus und in das Prismenplatte 3 ein, wenn sein Auftreffwinkel auf die Oberseite 2a geringer ist als der kritische Winkel. Somit gibt es Lichtpfade, die die Hilfsreflexionsoberfläche 2bh verwenden, und zwar zusätzlich zu den Lichtstrahlen, die die asymmetrischen Prismen 2bp verwenden und durch eine gestrichelte Linie in 1 gezeigt sind. Infolgedessen kann Licht nach oben ausgesandt werden selbst aus einem Bereich der Oberseite 2a der Lichtleiterplatte 2, der nahe zu der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c ist, wodurch die Beleuchtungsfläche nahe der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c ausgedehnt bzw. erweitert wird. Das Licht, das in das Prismenblatt 3 eingetreten ist, wird spekular reflektiert in dem Prismenblatt 3, bis es seine Fortpflanzungs- bzw. Bewegungsrichtung in eine Z-Richtung verändert. Das sich in Z-Richtung bewegende Licht trifft nun auf die Flüssigkristallplatte 7 auf. Daher geht das Licht durch das Flüssigkristall in einer idealen Richtung durch, was eine klare und lebendige Bildanzeige ermöglicht.
In der Lichtleiterplatte 2 der planaren Lichtquelle 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wie in der vergrößerten Ansicht von 1C gezeigt ist, keine Stufe, wie sie anderenfalls bei einer herkömmlichen planaren Lichtquelle beobachtet wird, an der Grenze zwischen der Hilfsreflexionsoberfläche 2bh und der Prismenreflexionsoberfläche der asymmetrischen Prismen 2bp gebildet. Die hier beschriebene Stufe betrifft die in einer herkömmlichen planaren Lichtquelle 120 von 6 gebildete Stufe (eine klar unterscheidbare Stufe mit einer rechtwinkligen Kante, äquivalent zu 102D in 8). Daher wird keine durch diese Stufe hervorgerufene sekundäre Lichtquelle gebildet. Dies bedeutet, das kein Dunkel-Hell-Randmuster während einer Beleuchtung von der sekundären Lichtquelle hervorgerufene helle Linien gebildet wird, wodurch eine mögliche Verschlechterung der Qualität der Flüssigkristallanzeige verhindert wird.
2 ist eine Draufsicht, die zeigt, wie die planare Lichtquelle 10 von 1 bei Beleuchtung erscheint. Wie in der Figur gezeigt ist, ist das gesamte Oberflächengebiet R der Lichtleiterplatte 2 gleichförmig beleuchtet, mit keinen auffälligen hellen Linien, wie sie bei der herkömmlichen planaren Lichtquelle beobachtet wurden. Der Grund, dass keine Stufe gebildet wird, besteht darin, dass wenn die Lichtleiterplatte 2 aus Harz gegossen wird, Einsätze (Hohlraumgussstücke mit zurückgesetzten und erhabenen Übertragungsoberflächen), die in einem Gussrahmen eingesetzt werden, als einstückige Einsätze ausgebildet sind. D.h., die zwei Stücke, die herkömmlich im Stand der Technik verwendet wurden, werden in einen einzigen integralen Einsatz geformt. Da das Wellenmuster von diesem einstückigen Einsatz übertragen wird, wird die durch die Kombination einer Vielzahl von Einsätzen gebildete Stufe eliminiert und wird damit nicht mehr auf die Lichtleiterplatte übertragen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten planaren Lichtquelle 10 erklärt, unter besonderer Berücksichtigung der Herstellung der Lichtleiterplatte 2. 3 zeigt ein Verfahren zum Bilden der Lichtleiterplatte 2. In 3A bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine Form zum Gießen der Lichtleiterplatte 2, wobei ein einziger Einsatz 23 innerhalb eines Gießrahmens 22 installiert ist. Der Einsatz 23 ist gebildet durch Formen zweier Komponenten, die herkömmlicherweise separat gebildet wurden, in ein einziges integrales Stück bzw. Teil. Die Oberfläche des Einsatzes 23 wird mit einem gewellten Hilfsmusterteil 23s entsprechend der Hilfsreflexionsoberfläche 2bh der Lichtleiterplatte 2 gebildet sowie mit einem gewellten Prismenmusterteil 23p entsprechend der Reflexionsoberfläche der asymmetrischen Prismen 2bp. 3B ist ein Querschnitt, der die Wellen nahe einer Grenze zwischen dem Hilfsmusterteil 23s und dem Prismenmusterteil 23p auf der Oberfläche des Einsatzes 23 zeigt. Man sieht, dass die Grenze zwischen den zwei Mustern weich bzw. glatt ist ohne Stufe, wie sie im Stand der Technik beobachtet wird (siehe 10).
Als nächstes wird ein Prozess zum Bilden der Lichtleiterplatte 2 unter Verwendung der Form 21 erklärt. Als erstes wird der Einsatz 23 in dem Gussrahmen 22 angeordnet, und dann wird ein geschmolzenes Harz in den Hohlraum eingespritzt. Dies bewirkt, dass die Wellenformen des Hilfsmusterteils 23s und des Prismenmusterteils 23p, die auf der Oberfläche des Einsatzes 23 ausgebildet sind, auf die Unterseite 2b der Lichtleiterplatte 2 übertragen werden. Da der Einsatz keine Stufe auf seiner Oberfläche zwischen den zwei Wellenmuster besitzt, wie oben beschrieben wurde, wird die Unterseite 2b der Lichtleiterplatte 2 ohne die obengenannte Stufe gebildet, die bei der herkömmlichen Lichtleiterplatte 2 angetroffen wird.
Nun wird ein beispielhaftes Verfahren zum Bilden des Prismenmusterteils 23p und des Hilfsmusterteils 23s auf der Oberfläche des Einsatzes 23 erklärt unter Bezugnahme auf 3C.

(1) Als erstes werden Prismennuten geschnitten, beispielsweise durch mechanische Bearbeitung, und zwar in der gesamten Oberfläche des Einsatzes 23, um den Prismenmusterteil 23p zu bilden.
(2) Dann wird, während ein Teil des Prismenmusterteils 23p ausgesetzt bzw. offengelassen wird, der restliche Teil des Prismenmusterteils 23p mit einer Maske M aus Harz oder Gummi bedeckt.
(3) In diesem Zustand wird der freigelegte Teil des Prismenmusterteils 23p geschliffen, wie beispielsweise durch Honen, um den Hilfsmusterteil 23s zu bilden, der aus einem unregelmäßigen Muster aus feinen strukturierten bzw. texturierten Wellenformen besteht.
(4) Als letzter Schritt wird die Maske M entfernt. Der so hergestellte Einsatz 23 besitzt den Prismenmusterteil 23p und den Hilfsmusterteil 23s, ausgebildet auf gewünschten zugewiesenen Bereichen seiner Oberfläche. Ferner besitzt der Ein satz 23 keine Stufe auf seiner Oberfläche an einer Grenze bzw. einem Übergang zwischen den zwei Musterteilen 23p und 23s.

Wie oben beschrieben wurde, werden bei der planaren Lichtquelle dieser Erfindung, da keine Stufe auf der Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte gebildet wird, wenn das Einsatzmuster während des Gießens übertragen wird, helle Linien, die im Stand der Technik durch die Stufe hervorgerufen wurden, nicht unterscheidbar. Als Ergebnis wird die Bildung eines von den hellen Linien hervorgerufenen Dunkel-Hell-Randmusters verhindert, wodurch die Qualität einer Flüssigkristallanzeige verbessert wird.

Claims

Eine planare Lichtquelle, die Folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen lichtdurchlässigen Material, die mit einer Reflexionsoberfläche auf einer Unterseite davon ausgebildet ist, wobei die Reflexionsoberfläche durch Kombinieren einer Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln gebildet ist; und eine beleuchtende Lichtquelle, die gegenüber einer Licht aufnehmenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei die Lichtleiterplatte einen weichen Übergang zwischen der Vielzahl von Arten der Reflexionsmitteln auf der Reflexionsoberfläche besitzt, so dass keine Stufe zwischen aneinander anschließenden Reflexionsmitteln gebildet wird.
Planare Lichtquelle gemäß Anspruch 1, wobei die Reflexionsoberfläche gebildet wird unter Verwendung eines einzigen Hohlraumformstücks, wobei das einzige Hohlraumformstück Übertragungsoberflächen entsprechend der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln besitzt.
Planare Lichtquelle gemäß Anspruch 1, wobei die Reflexionsoberfläche aus Prismen gebildeter Reflexionsmittel und aus strukturierten bzw. texturierten Wellen mit einer vorbestimmten Form gebildeter Reflexionsmittel besitzt.
Verfahren zur Herstellung einer planaren Lichtquelle, wobei die planare Lichtquelle auf einer Unterseite einer Lichtleiterplatte einer Reflexionsoberfläche mit einer Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einsätzen eines einzigen Hohlraumformstücks mit Übertragungsoberflächen entsprechend er Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln in eine Form für die Lichtleiterplatte; und Einspritzen eines geschmolzenen Harzes in die Form, um die Reflexionsoberfläche in einer Art und Weise zu bilden, dass keine Stufe zwischen der Vielzahl von Arten von Reflexionsmitteln gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer planaren Lichtquelle gemäß Anspruch 4, wobei die Übertragungsoberflächen des einzigen Hohlraumformstücks gebildet sind mit einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend aus Prismen gebildeten Reflexionsmitteln und mit einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend aus texturierten bzw. strukturierten Wellen einer vorbestimmten Form gebildeten Reflexionsmitteln.
Verfahren zur Herstellung einer planaren Lichtquelle gemäß Anspruch 5, wobei die Übertragungsoberflächen des einzigen Hohlraumformstücks gebildet werden durch: Bilden einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend der aus Prismen gebildeten Reflexionsoberfläche über die gesamte Übertragungsoberfläche entsprechend der Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte; Maskieren eines Teils der gewellten Übertragungsoberfläche; und Bilden einer gewellten Übertragungsoberfläche entsprechend der aus texturierten bzw. strukturierten Wellen einer vorbestimmten Form gebildeten Reflexionsmittel durch Honen über dem verbleibenden und, nicht maskierten Teil der Übertragungsoberfläche, so dass die Prismen-basierte gewellte Übertragungsoberfläche und die Textur-basierte gewellte Übertragungsoberfläche des einzigen Hohlraumformstücks gebildet werden.