DE2552278A1

DE2552278A1 - Beleuchtungsanordnung

Info

Publication number: DE2552278A1
Application number: DE19752552278
Authority: DE
Inventors: Terry James Dr Scheffer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1977-05-05
Also published as: AT345910B; CH591705A5; ATA798276A; JPS5275198A

Description

Beleuchtungsanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung für eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, insbesondere für-eine Anzeigeeinheit nach dem Prinzip der verdrillten nematischen Phase.
Es ist bereits eine Beleuchtungsanordnung zur Beleuchtung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit bekannt, bei welcher zwischen Reflektor und hinterem Polarisator eine matt geschliffene Glasplatte angeordnet ist, die an mindestens einer ihrer Längskanten mittels einer ganz kleinen Lampe beleuchtet wird. Mit Hilfe dieser Glasplatte wird das von der Lampe ausgehende Licht mehrmals reflektiert und über den gesamten Bereich dieser Glasplatte verteilt.
Bei einem anderen, ebenfalls bereits bekannten, für Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten verwendeten Beleuchtungssystem wird hinter den Flüssigkristallzellen ein halbdurchlässiger Metalreflektor angeordnet. Hinter dem Reflektor ist ein speziell geformter, aus organischem Glas, zum Beispiel aus farblosem Polymethacrylsäureester bestehend, mit einer in der Mitte angeordneten Lampe versehener Block befestigt, wobei durch mehrfache Reflexion im Innern dieses Blockes das Licht verteilt und durch den halbdurchlässigen Reflektor hindurch gegen den Betrachter zu gelenkt wird.
Ein Tageslichtbetrieb ist ebenfalls möglich, da der halbdurchlässige Reflektor ein relativ hohes Reflexionsvermögen aufweist.
Der Nachteil beider dieser Beleuchtungssysteme ist die Schwierigkeit, eine gleichmässig beleuchtete Anzeigeeinheit zu erhalten. Diejenigen Bereiche, die sich am nächsten bei der Lampe beziehungsweise den Lampen befinden, sind heller als die übrigen Bereiche. Da die Abmessungen der Anzeigeeinheit verglichen mit dem Abstand zwischen der letzteren und der Lampe gross sind, würde eine Vergrösserung dieses Abstandes eine gleichmässigere Beleuchtung ergeben, aber nicht mehr die Forderung nach einer kompakten Anzeigeeinheit erfüllen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer für Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten besser geeigneten Beleuchtungsanordnung. Diese ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle und der Rückseite der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit zur Leitung der Lichtstrahlen eine Faseroptik angeordnet ist, wobei die der Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsflächen der einzelnen optischen Fasern kleiner als die der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit zugewandten Lichtaustrittsflächen sind.
Dabei ist es zweckmässig, wenn die Lichteintrittsflächen der einzelnen optischen Fasern unter einem Winkel von mindestens annähernd 900 zur Faserlängsachse und die Lichtaustrittsfläche der einzelnen optischen Fasern unter einem eine grössere Fläche als die zugeordnete Lichteintrittsfläche ergebenden Winkel -o gegenüber der Faserlängsachse verlaufen. Wenn die Lichteintrittsflächen der einzelnen optischen Fasern unter einem Winkel von 900.zurFaserlängsachse verlaufen, dann weisen sie die geringste Fläche auf. Zur einfacheren Herstellung der Faseroptik wird dieser Winkel jedoch meist geringfügig von 900 abweichen.
Zur Erzielung einer grösstmöglichen Gleicbmässigkeitin der Beleuchtungsverteilung, über die Oberfläche der Anzeigeeinheit betrachtet, ist es vorteilhaft, wenn die Fasern der Faseroptik untereinander verflochten sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten beispielsweisen Ausführungsform einer erfindugsgemässen Beleuchtungsanordnung; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Beleuchtungsanordnung; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer dritten beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Beleuchtungsanordnung; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Beleuchtungsanordnung; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer quaderförmigen Faseroptik; und Fig. 6 das Verfahren zur Herstellung von keilförmigen Faseroptiken.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist bei der dort dargestellten Anordnung hinter der nach dem Prinzip der verdrillten nematischen Phase arbeitenden Flüssigkristall-Anzeigeeinheit 1 ein halbdurchlässiger Reflektor 2 angeordnet, welcher bei genügendem Lichteinfall von aussen auf die Anzeigeeinheit 1 durch Reflexion des Lichtes ein Ablesen der Anzeigeeinheit ohne eine zusätzliche künstliche Beleuchtung derselben ermöglicht.
Um nun ein Ablesen der Anzeigeeinheit 1 auch bei ungenügendem Lichteinfall von aussen auf die letztere-zu ermöglichen, ist an der Rückseite der Anzeigeeinheit 1, auf der der Anzeigeeinheit 1 abgewandten Seite des Reflektors 2 eine Beleuchtungsanordnung 3 angeordnet, die aus einer aus zusammengeklebten optischen Glasfasern gebildeten keilförmigen Faseroptik 4, einem Lichteinleitteil 5 und einer im letzteren angeordneten Miniaturlampe 6 besteht.
Die keilförmige Glasfaseroptik 4 kann zum Beispiel wie aus Figur 6 ersichtlich, durch entsprechendes Zersägen einer Lichtleiterfaserplatte 8 längs Flächen 9 und 10 mittels einer gewöhnlichen Diamantsäge hergestellt werden. Für die Versuche wurde eine Lichtleiterfaserplatte der Firma Jenaer Glaswerk Schott & Gen., des Types S 105 mit einem Glasfaserdurchmesser von 6 und einer numerischen Apertur von 1,05 verwendet. Die einzelnen Glasfasern sind bei dieser. Lichtleiterfaserplatte von einem die Streustrahlen absorbierenden Mantel umgeben.
Der Block 8 (Fig. 6) wird dabei so aufgesägt, dass je zwei einander benachbarte Trennflächen 9 und 10 unter einem Winkel a o( zueinander, davon die Trennfläche 10 parallel zur Längsrichtung 11 der Glasfasern verlaufen.
Bei der derart hergestellten Glasfaseroptik 4 verlaufen die einzelnen Glasfasern somit unter einem Winkel ot r60 , so dass die Lichtaustrittsfläche 12, die der zu beleuchtenden Fläche der Anzeigeeinheit 1 entspricht, etwa zehnmal grösser als die Lichteintrittsfläche 13 ist. Die im Verhältnis zur Lichtaustrittsfläche 12 kleine Lichteintrittsfläche 13 der keilförmigen Faseroptik 4 kann nun auf einfache Weise gleichmässig mittels einer elektrischen Lampe 6 beleuchtet werden,indem man die letztere in einem aus Polymethacrylsäureester bestehenden Lichteinleitteil 5 anordnet. Bis auf die fest mit der Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik 4 verbundene Lichtaustrittsfläche des Lichteinleitteiles 5 sind sämtliche Aussenflächen des letzteren versilbert oder weiss lackiert.
Um selbst mit einem relativ einfachen, vor der Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik angeordneten Lichteinleitsystem eine gleichmässige Ausleuchtung des Anzeigefeldes der Anzeigeeinheit 1 zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn die Glasfasern der Faseroptik 4 nicht parallel zueinander verlaufen, sondern untereinander verdrillt, transponiert oder auf eine andere Weise untereinander vermischt sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Anordnung der Lichtaustrittsflächen der einzelnen Fasern in der Lichtaustrittsfläche 12 der Faseroptik 4 sich von der Anordnung der Lichteintrittsflächen der gleichen Fasern in der Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik unterscheidet und dermassen eine Vergleichmässigung allfälliger an der Lichteintrittsfläche 13 vorhandener Helligkeitsunterschiede stattfindet.
Bei der in Figur 2 dargestellten zweiten beispielsweisen Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung ist an der kleinen Lichteintrittsfläche 13 der keilförmigen Faseroptik 4 als Lichteinleitteil eine zweite schmale und keilförmige Faseroptik 15 angeordnet, bei welcher die Lichtaustrittsfläche 16 unter einem spitzen Winkel i. und die Lichteintrittsfläche 17 unter einem annähernd rechten Winkel zur Faserlängsaxe 18 verläuft. Die Lichteintrittsfläche 17 des Lichteinleitteiles 15 ist somit sehr klein und kann auf einfache Weise unter Zwischenschaltung einer Kondensorlinse 19 mittels einer kleinen Lampe 20 beleuchtet werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, unmittelbar vor der Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik 4 als Lichtquelle mehrere hintereinander angeordnete, lichtemittierende Dioden vorzusehen.
In Figur 3 ist eine dritte beispielsweise Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung dargestellt, bei welcher eine quaderförmige Faseroptik 21 (Figur 5) verwendet wird. Dieses Faseroptikplättchen 21 werden durch Zersägen eines grösseren Lichtleiterfaserblockes unter einem Winkel 0 von etwa 6 gegenüber den Faserlängsachsen 11 hergestellt. Die Trennflächen werden mit Hilfe eines herkömmlichen Silikonkarbidschleifpulvers glattgeschliffen. Diese quaderförmige Faseroptik 21 weist gegenUber der in den Figuren 1 und 2 dargestellten keilförmigen Faseroptik 4 den Vorteil einfacherer Herstellung, jedoch den Nachteil einer nur halben Ausnützung des im Faseroptikplättchen 21 enthaltenen Fasermaterials zur Lichtleitung auf.
Als Lichteinleitteil wird an der Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik 21 ein aus Kunstglas bestehender, im Grundriss im Reflexionsteil eine parabolische Form aufweisender Teil 22 verwendet, dessen Reflexionsfläche 23 der Gleichung x2= 4fy genügt, worin f die Distanz zwischen dem Brennpunkt und dem Scheitelpunkt ist.
Bei den durchgeführten- Versuchen war die Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik 1,8 x lOmm und die Lichtaustrittsfläche 10 x 20mm gross. Die Lichtaustrittsfläche 24 des Lichteinleitteiles 22 wurde genau gleich gross wie die Lichteintrittsfläche 13 der Faseroptik 21 bemessen, das heisst 1,8 x lOmm, und es wurde f = 1,5 mm gewählt. Zur Aufnahme einer Miniaturlampe 25 (Typ MGG 2017 der Firma Materera AG.) wurde am hinteren Ende des Lichteinleitteiles 22 ein 1,5mm breiter Schlitz 26 eingefräst und die Glühwendel der Lampe 25 in Koinzidenz mit dem Brennpunkt des Lichteinleitteiles 22 gebracht und mit Klebstoff an letzterem befestigt. Alle zur Reflexion dienenden Aussenflächen des Lichteinleitteiles 22 wurden versilbert.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung dargestellt, bei welcher zur gleichmässigeren Ausleuchtung der Lichteintrittsfläche 27 der Faseroptik 4 die Lichteintrittsfläche 27 eine parabolähnliche Form aufweist, und die Lampe 6 derart angeordnet ist, dass der seitliche Abstand b zur Lichteintrittsfläche 27 geringer ist als der Abstand a nach vorn, um die grösseren Absorptions- und Reflexionsverluste derjenigen Lichtstrahlen auszugleichen, die unter einem grossen Winkel gegenüber in der Ausnehmung weit aussen angeordneten Glasfasern verlaufen.
Zur Erzielung von gegenüber den Lichteintrittsflächen grösseren Lichtaustrittsflächen wäre es auch denkbar, solche optische Fasern herzustellen,deren Querschnitt zum der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit-zugewandten Ende hin zunimmt.

Claims

Patentansprüche 9 Beleuchtungsanordnung für Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, insbesondere für eine Anzeigeeinheit nach dem Prinzip der verdrillten nematischen Phase, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (6) und der Rückseite der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit (1) zur Leitung der Lichtstrahlen eine Faseroptik (4) angeordnet ist, wobei die der Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsflächen der einzelnen optischen Fasern kleiner als die der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit zugewandten Lichtaustrittsflächen sind.
2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsflächen der einzelnen optischen Fasern unter einem Winke.lvon mindestens annähernd 900 zur Faserlängsachse, und die Lichtaustrittsflächen der einzelnen optischen Fasern unter einem eine grössere Fläche als die zugeordnete Lichteintrittsfläche ergebenden Winkel ( v ) gegenüber der Faserlängsachse verlaufen,
3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche der Faseroptik (4) in ihrer Grösse und Form dem zu beleuchtenden Bereich der Flüssigkristall-Anzeige einheit (1) entspricht.
4. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der Lichteintrittsfläche der Faseroptik (4) höchstens den sechsten Teil der Lichtaustrittsfläche beträgt.
5. Beleuchtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die-einzelnen Fasern der Faseroptik (4) keinen sie umgebenden Absorptionsmantel aufweisen.
6. Beleuchtungsanordnung nach einem oder~mehrerender vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Faseroptik (4) untereinander verflochten oder transponiert sind.
7. Beleuchtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückseite der zu beleuchtenden Flüssigkristall-Anzeigeeinheit (1) und der Lichtaustrittsfläche (12) der Faseroptik (4) ein in Richtung der Anzeigeeinheit (1) diffus reflektierender halbdurchlässiger Spiegel (2) angeordnet ist.
8. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 22dadurch gekennzeichnet, dass die Faseroptik (4) eine keilförmige Form aufweist.
9. Beleuchtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (13) der Faseroptik (4,21) mit einem Lichteinleitteil (5,22) verbunden ist, und der letztere mindestens eine Ausnehmung (26) zur Aufnahme mindestens einer Lampe (6,25) und eine solche Form aufweist, dass mindestens ein Teil der von der Lampe (6,25) ausgehenden Lichtstrahlen an den Aussenflächen des Lichteinleitteiles (5,22) gegen die Lichteintrittsfläche (13) der Faseroptik (4,21) zu reflektiert werden.
10. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der Lichtaustrittsfläche (24) des Lichteinleitteiles (5,22) mindestens ein Teil der übrigen Aussenflächen verspiegelt oder weiss lackiert sind.
11. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche (23) des Lichteinleitteiles (22) im Grundriss gesehen mindestens annähernd die Form einer Parabel aufweist, die der Gleichung x2=4fy entspricht, wobei f den Abstand zwischen dem Brennpunkt und dem Scheitelpunkt der Parabel bedeutet, die x- und y-Axen in einer mindestens annähernd senkrecht zur Lichtaustrittsfläche (24) des Lichteinleitteiles (22) sich erstreckenden Ebene verlaufen, und der Glühfaden der Lampe (25) im Brennpunkt der Parabel angeordnet ist.
12. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinleitfläche (27) der Faseroptik (4) senkrecht zur Lichtaustrittsfläche (12) der letzteren betrachtet, mindestens annähernd die Form einer Parabel aufweist.
13. Beleuchtungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (13) der Faseroptik (4) mit einem aus einer weiteren Faseroptik bestehenden Lichteinleitteil (15) verbunden ist, dass die Lichteintrittsflächen der einzelnen optischen Fasern des Lichteinleitteiles (15) unter einem Winkel von mindestens annähernd 900 zur Faserlängsachse und die Lichtaustrittsflächen der einzelnen dieser Fasern unter einem eine grössere Fläche als die zugeordnete Lichteintrittsfläche ergebenden Winkel ( oC ) gegenüber der Faserlängsachse verlaufen.
14. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichteintrittsfläche (17) und der Lampe (20) eine Kondenorlinse (19) angeordnet ist.