DE19961390A1 - Flat waveguide, used in liquid crystal display element, has light-impermeable material with degree of covering that varies over reflection surface applied to reflection surface of waveguide - Google Patents

Flat waveguide, used in liquid crystal display element, has light-impermeable material with degree of covering that varies over reflection surface applied to reflection surface of waveguide

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Abstract

Flat waveguide has a light coupling surface, a reflection surface and a light decoupling surface lying opposite the reflection surface. The reflection surface contains agents for homogenizing the luminance on the light decoupling surface. A light-impermeable material having a degree of covering that varies over the reflection surface is applied to the reflection surface of the waveguide. An Independent claim is also included for a process for the production of a waveguide comprising printing a pattern of a light-impermeable material to one surface of a body made of light-permeable material.

Description

Die Erfindung betrifft einen flächigen Lichtleiter mit einer Lichteinkoppelfläche, einer Reflexionsfläche und einer der Reflexionsfläche im wesentlichen gegen über liegenden Lichtauskoppelfläche, wobei die Reflexionsfläche Mittel zur Vergleichmässigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtleiters. The invention relates to a planar optical waveguide with a light-coupling surface, a reflection surface and a reflection surface substantially opposite the light decoupling surface, wherein the reflection surface includes means for equalizing the luminance at the light output surface, and a method for producing such a light guide.

Lichtleiter dieser Art werden im wesentlichen zur Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen eingesetzt. Light guides of this type are mainly used for the backlight of liquid crystal displays. In der EP 0 500 960 B1 wird ein Lichtleiter erwähnt, der eine Schicht aus einem lichtstreuenden Material aufweist, die auf einer der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegenden Oberfläche aufgebracht ist. In EP 0,500,960 B1, a light guide is mentioned which has a layer of a light-scattering material which is applied on one of the light output surface opposite surface. Die Dichte des aufgebrachten lichtstreuenden Materials nimmt mit der Entfer nung von der Lichtquelle zu. The density of the deposited light-scattering material increases with the Entfer voltage of the light source. Als nachteilig wird bei einem solchen Lichtleiter ein Lichtverlust genannt, der die Leuchtdichte des emittierten Lichts verringert. As a disadvantageous loss of light is called in such an optical fiber that reduces the luminance of the emitted light. Weiterhin ist aus der EP 0 500 960 B1 ein Lichtleiter bekannt, bei dem die Lichtauskoppelfläche oder die der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Fläche aufgerauhte Abschnitte aufweist, die eine lichtemittierende Richtfunktion haben. Further, a light guide is known from EP 0500960 B1, wherein the light output surface or the light decoupling surface has opposite surface roughened portions having a directional light emitting function. Weiterhin weist dieser Lichtleiter ebene Abschnitte auf, wobei die aufgerauhten und ebenen Abschnitte so angeordnet sind, daß sich das Verhält nis der ebenen Abschnitte erhöht, wenn sich der Abstand von der Lichteinfalls fläche verringert. Further, this optical fiber to planar portions, the roughened planar portions are arranged so that the behaves nis of the flat portions increases as the distance from the light incident surface decreases. Hierdurch wird eine Vergleichmässigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche erreicht. This results in a homogenization of the luminance is achieved at the light output surface. Die Herstellung eines solchen Lichtleiters ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. However, the production of such a light guide is relatively expensive. Nachteilig bei diesem Lichtleiter ist zudem, daß die Optimierung zur Erzielung einer gleichmäßigen Lichtauskopplung schwierig ist. A disadvantage of this light guide is also that the optimization to achieve uniform light extraction is difficult. Hierzu muß nämlich die Aufteilung zwischen ebenen und aufge rauhten Flächen optimiert werden, so daß gerade in der Entwicklungsphase ständig neue Werkzeuge hergestellt werden müssen. For this purpose, namely the division between flat and up rauhten surfaces must be optimized so that just in the development phase constantly new tools have to be produced.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Lichtleiter anzugeben, bei dem eine Vergleichmässigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche mit einfachen Mitteln erreicht wird. The object of the invention is in contrast to provide a light guide, in which an equalization of the luminance is achieved at the light output surface with simple means. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtleiters anzugeben. Another object of the invention is to provide a method for producing such a light guide.

Die erst genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf die Reflexionsfläche des Lichtleiters ein lichtundurchlässiges Material mit einem über die Reflexions fläche variierenden Bedeckungsgrad aufgebracht ist. The first mentioned object is achieved in that an opaque material is coated with a surface reflection on the varying degree of coverage on the reflection surface of the light guide. Der variierende Bedeckungsgrad entspricht dabei dem Verhältnis von ebenen und aufgerauhten Flächen bei dem zuvor beschriebenen Lichtleiter. The varying degree of coverage corresponds to the ratio of flat and roughened surfaces in the above-described light guide. Vorzugsweise ist das lichtun durchlässige Material als Muster auf den Lichtleiter aufgedruckt. Preferably, the lichtun permeable material is printed as a pattern on the light guide. Somit können auf einfache Weise an der Reflexionsfläche Bereiche mit erhöhter Lichtstreuung realisiert werden. Thus can be easily realized at the reflective surface regions with increased light scattering. Zur Vergleichmässigung der Leuchtdichte ist insbesondere vorgesehen, daß der Bedeckungsgrad mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelfläche zunimmt. To equalize the luminance is especially provided that the coverage increases with increasing distance from the light incident. Die bedruckten Bereiche auf der Reflexionsflä che des Lichtleiters können insbesondere als Streifen ausgeführt werden. The printed regions on the Reflexionsflä surface of the light guide can be in particular designed as a strip. Mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelfläche kann dann das Verhältnis von bedruckter zu unbedruckter Fläche zunehmen, so daß ein zunehmender Bedeckungsgrad der Reflexionsfläche erzielt wird. With increasing distance from the light incident, the ratio of printed to unprinted surface can then increase, so that an increasing degree of coverage of the reflection surface is achieved. In einer weiteren Ausfüh rungsform ist vorgesehen, daß der Lichtleiter mehrere Lichteintrittsflächen aufweist. In another exporting approximately form is provided that the light guide has a plurality of light entrance surfaces. Insbesondere kann es sich dabei um zwei im wesentlichen gegen überliegende Lichteintrittsflächen handeln, wobei in diesem Fall der Bedeckungsgrad der Reflexionsfläche des Lichtleiters zur Mitte des Lichtleiters hin zunimmt. Specifically, it may be two substantially opposite the light entry surfaces thereby, whereby increases in this case, the coverage of the reflection surface of the light guide towards the center of the light guide out. In einer besonderen Ausführungsform kann ein lichtleitender Körper eingesetzt werden, bei dem die Lichteinkoppelfläche an einer Breitseite des Lichtleiters angeordnet und zur Einkopplung von Lichtstrahlung in einem spitzen Winkel zur Haupterstreckung des Lichtleiters ausgeführt ist. In a particular embodiment, a light conductive body can be used, wherein the light coupling arranged on one broad side of the light guide and the coupling of light radiation at an acute angle to the main extension of the light guide executed. Eine solche Form eines Lichtleiters ist aus dem Deutschen Gebrauchsmuster DE 29 91 1944.0 bekannt. Such a shape of a light guide is known from German utility model DE 29 91 1944.0. Auch bei diesem Lichtleiter wird erfindungsgemäß auf eine Refle xionsfläche ein Muster aufgedruckt, das einen mit zunehmenden Abstand von den Lichteinkoppelflächen zunehmenden Bedeckungsgrad aufweist. Even with this optical fiber, a pattern is printed according to the invention to a xionsfläche Refle having an increasing with increasing distance from the light incident coverage.

Um einen neutralen Farbeindruck zu erhalten ist vorgesehen, auf die Refle xionsfläche des Lichtleiters ein weißes lichtundurchlässiges Material aufzudrucken. To a neutral color impression to obtain is provided on the Refle xionsfläche of the light guide print a white opaque material. Besondere Farbeffekte können jedoch dadurch erhalten werden, daß ein farbiges lichtundurchlässiges Material auf die Reflexionsfläche aufgedruckt wird. However, special color effects can be obtained in that a colored opaque material is printed on the reflecting surface. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben. Further advantageous embodiments of the invention are set forth in the claims Unteran.

Der erfindungsgemäße Lichtleiter kann insbesondere in einer Anzeigeeinheit eingesetzt werden, die ein Flüssigkristallelement, den zur Hintergrundbeleuch tung des Flüssigkristallelements angeordneten Lichtleiter, eine Lichtquelle, deren Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, und eine zwischen dem Licht leiter und dem Flüssigkristallelement angeordnete Streuscheibe enthält. The light guide according to the invention can be used in particular in a display unit including a liquid crystal element, the arranged to Hintergrundbeleuch tung the liquid crystal element light guide, whose light is coupled into the light guide, a light source, and a circuit between the light and arranged the liquid crystal element lens.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtleiters wird von einem Körper aus einem lichtdurchlässigen Material ausgegangen, der die gewünschte Form des Lichtleiters aufweist. For the manufacture of an optical fiber according to the invention it is assumed that a body of light transmissive material which has the desired shape of the light guide. Auf diesen Körper wird ein Muster aus einem lichtun durchlässigen Material aufgedruckt. On this body a pattern of lichtun permeable material is printed. Dieses Muster weist vorzugsweise einen über die Fläche variierenden Bedeckungsgrad auf. This pattern preferably has a varying over the area of ​​coverage. Der Körper besteht aus einem lichtdurchlässigen Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem amor phen thermoplastischen Kunststoffmaterial. The body consists of a transparent plastic material, in particular a amor phen thermoplastic plastic material. Beispiele geeigneter Materialien sind Polymethylmethacrylat (PMMA), Polykarbonat (PC) oder Polystyrol. Examples of suitable materials are polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or polystyrene.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to embodiments and the drawing. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 zwei Ansichten der Reflexionsseite von erfindungsgemäßen Lichtleitern, Fig. 1 shows two views of the reflection side of inventive optical fibers,

Fig. 2 eine Anzeigeeinheit mit einem Flüssigkristallelement. Fig. 2 is a display unit having a liquid crystal element.

In Fig. 1a ist die Ansicht der Reflexionsfläche eines Lichtleiters 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. In Fig. 1a, the view of the reflection surface of a light guide 1 is shown according to a first embodiment. Der Lichtleiter 1 weist bedruckte Bereiche 2 auf, die streifenförmig abwechselnd zu unbedruckten Bereichen 3 angeordnet sind. The light guide 1 has printed areas 2, which are arranged alternately in strip form to unprinted areas. 3 Die bedruckten Bereiche 2 sind hier aus Gründen der Dar stellbarkeit als schwarze Balken dargestellt, während ein Bedrucken mit weißer Farbe besonders bevorzugt wird. The printed areas 2 are shown here for reasons of Dar adjustability as black bars while printing with white color is especially preferred. Der in Fig. 1a dargestellte Lichtleiter weist zwei Lichteinkoppelflächen auf, die senkrecht zur dargestellten Reflexionsfläche angeordnet sind. The light guide shown in Fig. 1a comprises two light incident surfaces which are arranged perpendicular to the reflecting surface shown. Die beiden Lichteinfallsflächen sind einander gegenüberlie gend angeordnet. The two light incident surfaces facing each gegenüberlie quietly. Die Einfallsrichtung des Lichtes ist durch Pfeile 4 , 5 darge stellt. The direction of incidence of light is indicated by arrows 4, 5 provides Darge. Der Bedeckungsgrad der Reflexionsseite des Lichtleiters 1 , das heißt das Verhältnis von bedruckten Flächen 2 zu unbedruckten Flächen 3 , nimmt mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelseite zu. The coverage of the reflection side of the light conductor 1, that is, the ratio of printed areas 2 to 3 unprinted areas, increases with increasing distance from the light input. Bei dem in Fig. 1a dargestellten Lichtleiter mit beidseitiger Lichteinkopplung ist der Bedeckungsgrad in der Mitte des Lichtleiters daher am höchsten. In the example shown in Fig. 1a light guide with two-sided coupling in light of the degree of coverage at the center of the light guide is therefore the highest.

In Fig. 1b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Licht leiters 1 dargestellt. In Fig. 1b shows a further embodiment of a light guide 1 according to the invention. Dieser Lichtleiter ist für einseitige Lichteinkopplung vorge sehen, wobei die Lichteinfallsrichtung durch den Pfeil 6 angegeben wird. This light guide is provided for one-sided see injecting light, wherein the light incident direction is indicated by the arrow. 6 Die Reflexionsseite des Lichtleiters 1 weist wiederum bedruckte Bereiche 2 und unbedruckte Bereiche 3 auf, wobei der Bedeckungsgrad mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelseite zunimmt. In turn, the reflection side of the light guide 1 has printed areas 2 and unprinted areas 3, wherein the coverage ratio increases with increasing distance from the light input.

Die Funktion des auf den Lichtleiter 1 aufgedruckten Musters wird nachfolgend beschrieben. The function of the printed pattern on the optical fiber 1 is described below. Im Bereich der Einkoppelstellen ist die Lichtstärke des einfallen den Lichtes am größten. In the area of ​​coupling-is the light intensity of the light occur to the greatest. An der Reflexionsfläche des Lichtleiters wird daher in der Nähe der Lichteinkoppelfläche ein höherer Anteil des Lichtes reflektiert und somit auch wieder aus dem Lichtleiter ausgekoppelt als an weiter entfernten Bereichen. Therefore, a higher proportion of the light is reflected and thus coupled out again from the light guide than those in more distant areas in the vicinity of the light-coupling surface on the reflection surface of the light guide. Durch das aufgedruckte Muster auf der Reflexionsfläche werden nun zusätzliche Streuflächen auf der Reflexionsseite des Lichtleiters 1 gebildet, an denen eine verstärkte Lichtstreuung und damit Lichtauskopplung auftritt. By the printed pattern on the reflection surface additional scatterers on the reflection side of the light guide 1 are formed now, at which an enhanced light scattering and light-outcoupling occurs. Durch den höheren Bedeckungsgrad der weiter von der Lichteinkoppelseite liegenden Bereiche wird dort eine größere Streuung realisiert als an den näher zur Lichteinkoppelseite liegenden Bereichen. Due to the higher degree of coverage of the lying further from the light input areas larger dispersion is realized there than at the nearer to the light input areas. Hierdurch wird ein Ausgleich für die geringere Lichtintensität in den weiter von der Lichteinkoppelseite liegenden Bereichen erreicht, so daß insbesondere eine Vergleichmässigung der Leucht dichte des aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Lichts erzielt wird. This provides a compensation for the reduced light intensity in the lying further from the light input area is achieved, so that in particular a homogenization of the luminance of the outcoupled from the light guide light is achieved. Um eine ausreichend gute Gleichmässigkeit der Lichtauskopplung zu erreichen, wird die Variation des Bedeckungsgrades experimentell ermittelt. In order to achieve a sufficiently good uniformity of the light output, the variation in the degree of coverage is determined experimentally. Die Herstellung eines weiter optimierten Lichtleiters ist nun jedoch auf einfache Weise möglich, da lediglich ein neues Muster auf die Reflexionsfläche des Lichtleiters aufgedruckt werden muß, so daß zusätzliche Werkzeugkosten, die ansonsten anfallen, entfallen. However, the production of a further optimization of the optical fiber is now possible in a simple manner, since only a new pattern has to be printed on the reflection surface of the light guide so that additional tooling costs incurred otherwise omitted.

In Fig. 2 ist eine Anzeigeeinheit mit einem Flüssigkristallelement 7 , einem zur Hintergrundbeleuchtung des Flüssigkristallelements angeordneten Lichtleiter 1 , einer Lichtquelle 8 , deren Licht in den Lichtleiter 1 eingekoppelt wird, und einer zwischen dem Lichtleiter 1 und dem Flüssigkristallelement 7 angeordneten Streuscheibe 9 dargestellt. In Fig. 2 is a display unit having a liquid crystal element 7, arranged to backlight the liquid crystal element optical fiber 1, a light source 8, whose light is coupled into the light guides 1, and, arranged between the light guide 1 and the liquid crystal element 7 Lens 9 is shown. Ferner ist ein Halteelement 10 vorhanden. Further, a holding member 10 is present. Abhängig davon, ob eine ein- oder beidseitige Lichteinkopplung in den Lichtleiter 1 gewünscht wird, werden Lichtleiter gemäß Fig. 1a oder 1b eingesetzt. Depending on whether a one- or two-sided coupling of light into the light guide 1 is desired, optical fibers are used 1a or 1b shown in Fig..

Claims (17)

1. Flächiger Lichtleiter mit einer Lichteinkoppelfläche, einer Reflexionsfläche und einer der Reflexionsfläche im wesentlichen gegenüber liegenden Licht auskoppelfläche, wobei die Reflexionsfläche Mittel zur Vergleichmäßigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche enthält, dadurch gekenn zeichnet , daß auf die Reflexionsfläche des Lichtleiters ein lichtundurchlässi ges Material mit einem über die Reflexionsfläche variierenden Bedeckungs grad aufgebracht ist. 1. Large-area output surface light guide with a light-coupling surface, a reflection surface and a reflection surface substantially opposite light, wherein the reflecting surface comprises means for uniforming the luminance at the light output surface, characterized in that on the reflection surface of the light guide a lichtundurchlässi ges material having a varying over the reflection surface Covering grad is applied.
2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurch lässige Material als Muster auf den Lichtleiter aufgedruckt ist. 2. The fiber of claim 1, characterized in that said light transmissive material is printed as a pattern on the light guide.
3. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bedeckungsgrad mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelfläche zunimmt. 3. A light guide according to one of the preceding claims, characterized in that the coverage increases with increasing distance from the light incident.
4. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Lichteintrittsflächen vorhanden sind. 4. A light guide according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of light entrance surfaces are present.
5. Lichtleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentli chen gegenüber liegende Lichteintrittsflächen vorhanden sind und der Be deckungsgrad zur Mitte des Lichtleiters hin zunimmt. 5. The fiber of claim 4, characterized in that two surfaces are in wesentli opposite light entrance surfaces available and the loading coverage to the center of the light guide increases toward.
6. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichteinkoppelfläche im wesentlichen senkrecht zur Refle xionsfläche und zur Lichtauskoppelfläche angeordnet ist. 6. A light guide according to one of the preceding claims, characterized in that the light-coupling surface is arranged substantially perpendicular to the Refle xionsfläche and the light output surface.
7. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkoppelfläche an einer Breitseite des Licht leiters angeordnet und zur Einkopplung von Lichtstrahlung in einem spitzen Winkel zur Haupterstreckung des Lichtleiters ausgeführt ist. 7. A light guide according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the light-coupling surface is arranged at a broad side of the light guide and designed for coupling light radiation at an acute angle to the main extension of the light guide.
8. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß ein weißes lichtundurchlässiges Material auf die Reflexions fläche aufgebracht ist. 8. A light guide according to one of the preceding claims, characterized in that a white opaque material is applied to the reflection surface.
9. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein farbiges lichtundurchlässiges Material auf die Re flexionsfläche aufgebracht ist. 9. A light guide according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that a colored opaque material to the flexionsfläche Re is applied.
10. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lichtleiter zur Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkri stallanzeige ausgebildet ist. 10. The light guide according to one of the preceding claims, characterized in that the optical conductor for backlighting of a Flüssigkri crystal display is formed.
11. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter zur Hintergrundbeleuchtung eines Be dienelements ausgebildet ist. 11. The light guide according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the light guide is configured to backlight a eratin elements.
12. Lichtleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter kreisringförmig ausgebildet ist. 12. The fiber of claim 11, characterized in that the light guide is annular.
13. Anzeigeeinheit mit einem Flüssigkristallelement, einem zur Hintergrundbe leuchtung des Flüssigkristallelements angeordneten Lichtleiter, einer Licht quelle, deren Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, und einer zwischen dem Lichtleiter und dem Flüssigkristallelement angeordneten Streuscheibe, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lichtleiters nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10. 13. Display unit with a liquid crystal element, a lighting the backlight of the liquid crystal element arranged light conductor, a light source whose light is coupled into the light guide, and, arranged between the light guide and the liquid crystal element lens, characterized by the use of a light guide according to any one of the preceding claims 1 to 10.
14. Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters zur Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Fläche eines Körpers aus einem lichtdurchlässigen Material ein Muster aus einem lichtundurchlässigen Material aufgedruckt wird. 14. A method for manufacturing a light guide for backlighting a liquid crystal display, characterized in that a pattern is imprinted from an opaque material on a surface of a body of a light permeable material.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster mit einem über die Fläche variierenden Bedeckungsgrad aufgedruckt wird. 15. The method according to claim 14, characterized in that the pattern is printed with varying over the area of ​​coverage.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus lichtdurchlässigem Kunststoffmaterial hergestellt wird. 16. The method of claim 14 or 15, characterized in that the body is made of a translucent plastic material.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem amorphen thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere Poly methylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Polystyrol, hergestellt wird. 17. The method according to claim 16, characterized in that the body consists of an amorphous thermoplastic plastic material, in particular poly methyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or polystyrene, is prepared.
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