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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit
und spezieller eine Hintergrundbeleuchtungseinheit mit einem Lichtauftreffabschnitt,
der verbessert ist, so dass ein Auftreffwinkel eines von einer Lichtquelle
emittierten Strahls schmaler gemacht wird.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Typischerweise
bildet eine Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung,
die eine der Licht aufnehmenden Flachbildschirme ist, ein Bild durch
Aufnehmen von Licht von außerhalb,
nicht durch direktes Emittieren von Licht selbst. Dementsprechend
ist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit zum Emittieren von Licht an
einer hinteren Fläche
der Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung
installiert. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit wird nicht nur für die Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung,
sondern auch für
eine Oberflächenlicht-Quellenvorrichtung
wie ein Beleuchtungsschild verwendet.
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Die
Hintergrundbeleuchtungseinheit wird in ein Direktlicht und ein Randlicht
entsprechend der Anordnung einer Lichtquelle klassifiziert. Bei
der Direktlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit emittiert eine Lampe,
die direkt unter einer Flüssigkristallplatte installiert
ist, direkt Licht zur Flüssigkristallplatte.
Bei der Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit emittiert eine
Lampe, die an einem Rand einer Lichtleitplatte (light guide panel – LGP) installiert
ist, Licht, wobei das emittierte Licht zur Flüssigkristallplatte über die
Lichtleitplatte übertragen
wird.
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Die
Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit kann eine lineare Lichtquelle
oder eine Punkt-Lichtquelle verwenden. Eine typische lineare Lichtquelle
ist eine Kaltkatoden-Leuchtstofflampe (cold cathode fluorescent
lamp – CCFL),
bei der Elektroden an beiden Endabschnitten in einer Röhre installiert
sind. Eine Punkt-Lichtquelle weist eine Leuchtdiode (LED) auf.
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Die
Leuchtstofflampe kann ein starkes weißes Licht mit einer hohen Leuchtkraft
und einer großen
Gleichförmigkeit
ausstrahlen und ermöglicht eine
großformatige
Ausführung.
Die Leuchtstofflampe ist jedoch dahingehend nachteilig, dass sie
durch ein Hochfrequenz-Wechselstromsignal betrieben wird und ein
Betriebstemperaturbereich schmal ist. Unterdessen hat sich das Leistungsverhalten
der LED in Leuchtkraft und Gleichförmigkeit im Vergleich mit der
Leuchtstofflampe verschlechtert. Die LED ist jedoch dahingehend
vorteilhaft, dass sie durch ein Gleichstromsignal betrieben wird,
eine große
Lichtspannweite hat, einen breiten Betriebstemperaturbereich hat
und kompakt hergestellt werden kann.
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Die
Lichtleitplatte, die in der Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit
verwendet wird, wandelt ein von einer Lichtquelle emittiertes und
durch einen Rand einer Flüssigkristallplatte
eingegebenes Licht in ein Oberflächenlicht
um, so dass es in eine vertikale Richtung ausgegeben wird. Ein Streuungsmuster
oder ein Hologramm-Muster
zum Umwandeln des von der Lichtquelle ausgegebenen Lichts in das Oberflächenlicht
wird auf der Lichtleitplatte in einem Druckverfahren oder mechanischen
Bearbeitungsverfahren ausgebildet.
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1 ist
eine Perspektivansicht einer herkömmlichen Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit,
die eine Punkt-Lichtquelle verwendet. 2 ist eine
Querschnittsansicht der Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit
von 1. 3 ist eine grafische Darstellung,
die einen Azimutwinkel der LED zeigt.
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Mit
Bezug auf 1, 2 und 3 sind drei
LEDs 20 an einem Rand 11 der Lichtleitplatte 10 als
eine Punkt-Lichtquelle installiert. Ein Hologramm-Muster 30,
um zuzulassen, dass sich von den LEDs 20 ausgegebenes Licht
zu einer Lichtausgabefläche 12 ausbreitet,
ist an einer unteren Fläche
der Lichtleitplatte 10 ausgebildet. Die LEDs 20 emittieren Licht
zum Rand 11 der Lichtleitplatte 10. Da gemäß 3 die
LEDs 20 die Punkt-Lichtquellen sind, emittiert jede LED
Licht in einem Azimutwinkel ± 90° in Bezug
auf eine optische Achse. Ein Azimutwinkel, in dem ein Licht mit
einer Intensität
gemäß der Hälfte des
Maximalwertes Imax der Lichtintensität emittiert wird,
wird als ein Halbwertwinkel bezeichnet. Der Halbwertwinkel der LED
beträgt
normalerweise etwa ± 45°.
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Das
von den LEDs 20 emittierte Licht wird in die Lichtleitplatte 10 durch
den Rand 11 eingegeben. Das Hologramm-Muster 30 mit
einer beugenden Gitterstruktur wandelt ein auftreffendes Licht in
ein Oberflächenlicht
um und ermöglicht
es, dass sich das Licht zur Lichtausgabefläche 12 ausbreitet,
die eine obere Fläche
der Lichtleitplatte 10 ist. Das Hologramm-Muster 30 hat
eine spezielle Ausrichtung.
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Wenn
außerdem
eine Verteilung des auftreffenden Azimutwinkels des auf das Hologramm-Muster 30 auftreffenden
Lichts abnimmt, kann an der Lichtausgabefläche 12 eine gleichförmige Leuchtkraft
erreicht werden. Wenn die Leuchtkraft an der Lichtausgabefläche 12 nicht
gleichförmig
ist, scheint ein Bildschirm verwischt. Eine Änderung von etwa 0,9 der Leuchtkraft
ist als ein Verwischen in einem schmalen Bereich von etwa 1 cm erfasst
worden. Wenn die Änderung
der Leuchtkraft allmählich
vom Mittelabschnitt eines Bildschirms zu dessen Rand erzeugt wird,
selbst wenn die Änderung
der Leuchtkraft 0,8 beträgt,
wird ein Verwischen der Leuchtkraft nicht erfasst. Damit ist eine
Gleichförmigkeit
der Leuchtkraft von wenigstens 0,8 erforderlich, wobei um ein Bild
einer hohen Qualität
zu erhalten, eine Gleichförmigkeit
der Leuchtkraft von 0,9 oder mehr erforderlich ist.
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4 ist
eine Draufsicht der Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit von 1,
die die Verteilung des durch die Lichtausgabefläche 12 der Lichtleitplatte 10 emittierten
Lichts zeigt. Mit Bezug auf 4 ist die
Lichtausgabefläche 12 in
drei Bereiche unterteilt: einen Lichtauftreffabschnitt 12a,
einen mittleren Abschnitt 12b und einen großen Lichtabschnitt 12c in
der Reihenfolge vom Rand 11, wo die LEDs 20 installiert
sind. Die Verteilung des von den jeweiligen Bereichen 12a, 12b und 12c emittierten Ausgabelichts
ist die gleiche wie die gemäß 4. Das
heißt,
der mittlere Abschnitt 12b und der große Lichtabschnitt 12c haben
eine breitere Lichtausgabeverteilung im Vergleich zum Lichtauftreffabschnitt 12a.
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5 ist
eine grafische Darstellung, die die Leuchtkraft des von jedem der
Bereiche von 4 emittierten Lichts zeigt.
Die vertikale Achse bezeichnet die Leuchtkraft, während die
horizontale Achse einen Lichtausgabewinkel bezeichnet, der mit einer Halbwertsbreite
(full width half maximum – FWHM) dargestellt
wird. Drei Kurven C1, C2 und C3 geben die Leuchtkraft des Lichtauftreffabschnitts 12,
des mittleren Ab schnitt 12b bzw. des großen Lichtabschnitt 12c an.
Mit Bezug auf 5 kann man sehen, dass die Leuchtkraft
am Lichtauftreffabschnitt 12a größer ist als jene des mittleren
Abschnitts 12b und des großen Lichtabschnitts 12c.
Außerdem
kann man sehen, dass die Halbwertsbreite von 20°/20° am Lichtauftreffabschnitt 12a auf
20°/35° am mittleren Abschnitt 12b und
am großen
Lichtabschnitt 12c ansteigt. Bei der Angabe der Halbwertsbreite
bezeichnen die Werte vor und hinter einem Zeichen "/" die Halbwertsbreite in der Richtung
X bzw. die Halbwertsbreite in der Richtung Y in 4.
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Die
Differenz der Leuchtkraft in den jeweiligen Bereichen ergibt sich
aus der Verteilung des auftreffenden Azimutwinkels des auf das Hologramm-Muster 30 am
mittleren Abschnitt 12b auftreffenden Lichts oder der große Lichtabschnitt 12c ist größer als
der Lichtauftreffabschnitt 12a. Dies liegt daran, dass
am mittleren Abschnitt 12b oder dem großen Lichtabschnitt 12c das
Licht in das Hologramm-Muster 30 mit verschiedenen auftreffenden Azimutwinkeln
eingegeben wird, nachdem es mehrere Male gemäß 2 reflektiert
wurde. Diese Unregelmäßigkeit
der Leuchtkraft wird schwerwiegend, wenn der auftreffende Azimutwinkel
des von den LEDs 20 emittierten und in die Lichtleitplatte 10 eingegebenen
Lichts zunimmt.
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Eine
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 ist vom Stand der Technik
US 2003/0 099 118 A1 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um
die obigen und/oder weitere Probleme zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung eine Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit bereit,
die die Gleichförmigkeit
der Leuchtkraft der Lichtausgabefläche verbessern kann, indem
ein Azimutwinkel des von der Lichtquelle emittierten und in die
Lichtleitplatte eingegebenen Lichts gesenkt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Probleme durch eine Hintergrundbeleuchtungseinheit
gelöst,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele
der erfinderischen Einheit sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die ausführliche
Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlicher, in denen zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer herkömmlichen
Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit, die eine Punkt-Lichtquelle
verwendet;
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2 eine
Querschnittsansicht der Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit
von 1;
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3 eine
grafische Darstellung, die einen Azimutwinkel der LED zeigt;
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4 eine
Draufsicht der Randlicht-Hintergrundbeleuchtungseinheit von 1,
die die Verteilung des durch die Lichtausgabefläche 12 der Lichtleitplatte 10 emittierten
Lichts zeigt;
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5 eine
grafische Darstellung, die die Leuchtkraft des von jedem der Bereiche
von 4 emittierten Lichts zeigt;
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6 eine
Perspektivansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
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7 eine
Perspektivansicht, die einen Teil der Hintergrundbeleuchtungseinheit
von 6 veranschaulicht;
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8 eine
Draufsicht des Teils der Hintergrundbeleuchtungseinheit von 6;
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9 eine
Perspektivansicht, die einen Teil einer Hintergrundbeleuchtungseinheit
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
veranschaulicht, das einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung entspricht;
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10 eine
Draufsicht des Teils der Hintergrundbeleuchtungseinheit von 9;
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11 eine
Perspektivansicht, die einen Teil einer Hintergrundbeleuchtungseinheit
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
veranschaulicht, das einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung entspricht;
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12 eine
Draufsicht des Teils der Hintergrundbeleuchtungseinheit von 11;
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13A bis 13D Abbildungen,
die ein Kollimationsverhalten der Hintergrundbeleuchtungseinheiten
gemäß den ersten
bis dritten Ausführungsbeispielen
zeigen, wobei das zweite und das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel sind; und
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14A und 14B grafische
Darstellungen, die die Gleichförmigkeit
des Vergleichsbeispiels und der Hintergrundbeleuchtungseinheiten
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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6 ist
eine Perspektivansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht. 7 und 8 sind
eine Perspektivansicht bzw. eine Draufsicht eines Teils der Hintergrundbeleuchtungseinheit
von 6.
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Es
sollte angemerkt werden, dass bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden
Erfindung später
mit Bezug auf 9–14 beschrieben werden.
Das Ausführungsbeispiel
gemäß 6–8 ist
jedoch nützlich,
um die Erfindung zu verstehen.
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Mit
Bezug auf 6, 7 und 8 weist eine
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
wenigstens eine Lichtquelle 50, eine Lichtleitplatte 60 zum
Leiten der Ausbreitung des von einer Seitenfläche auftreffenden Lichts, einen
Lichtauftreffabschnitt 65, der an einer Seitenfläche der
Lichtleitplatte 60 vorgesehen ist, und ein erstes und ein
zweites Leitelement 71 und 75 auf, die zwischen
dem Lichtauftreffabschnitt 65 und der Lichtquelle 50 vorgesehen
sind.
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Die
Lichtquelle 50 kann eine Punkt-Lichtquelle wie eine LED
oder eine lineare Lichtquelle wie eine Leuchtstofflampe sein und
emittiert Licht zu einer Seitenfläche der Lichtleitplatte 60. 6 zeigt
ein Beispiel, in dem drei LEDs als die Lichtquelle 50 verwendet
werden. In diesem Fall werden die Lichtquelle 50, der Lichtauftreffabschnitt 65 und
das erste und das zweite Leitelement 71 und 75 so
bereitgestellt, dass sie jeder der LEDs entsprechen. Die LED emittiert
Licht in einem Bereich eines Azimutwinkels von ± 90° in Bezug auf dessen optische
Achse. Die Halbwertsbreite einer LED beträgt gemäß 3 etwa ± 45°.
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Obwohl
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
drei Lichtquellen 50 an einer Seite der Lichtleitplatte 60 installiert
sind, ist die vorliegende Erfindung, wie später ausführlich beschrieben wird, nicht
darauf beschränkt,
wobei eine andere Anzahl von Lichtquellen verwendet werden kann.
Das heißt,
die Anzahl der Lichtquellen 50 hängt von der Größe der Lichtleitplatte 60 und
einer erforderlichen Leuchtkraft ab, so dass eine größere oder
geringere Anzahl der Lichtquellen 50 als drei bereitgestellt
werden kann.
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Die
Lichtleitplatte 60 leitet die Ausbreitung des von einer
Seitenfläche 60a auftreffenden
Lichts und ist aus einem transparenten Material gebildet, das ein
auftreffendes Licht durchlassen kann. Die Lichtleitplatte 60 ist
hauptsächlich
aus einem auf Acryl basierenden transparenten Harz, zum Beispiel Polymethylmethacrylat
(PMMA) mit einem Beugungsindex von etwa 1,49 und einem spezifischen Gewicht
von etwa 1,19 oder aus einem auf Olefin basierenden transparenten
Harz mit einem spezifischen Gewicht von 1,0 für ein leichtes Gewicht ausgebildet.
Die Lichtleitplatte 60 hat eine flache Plattenstruktur
mit einer Dicke von etwa 2 bis 3 mm. Außerdem kann eine spitz zulaufende
Struktur verwendet werden, in der die Dicke allmählich abnimmt, wenn sich die
Lichtleitplatte 60 von der Lichtauftrefffläche entfernt
befindet. Die Größe der Lichtausgabefläche der
Lichtleitplatte 60 wird durch die Größe einer flachen Fläche einer
Bildschirmvorrichtung bestimmt, für die die Lichtleitplatte 60 übernommen
wird.
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Ein
Hologramm-Muster 61 zum Beugen des von einer Seitenfläche davon
auftreffenden Lichts, um sich zur Lichtausgabefläche auszubreiten, kann an einer
unteren Fläche
der Lichtleitplatte 60 ausgebildet sein. Das Hologramm-Muster 61 wird
durch wiederholtes Anordnen mehrerer Beugungsgitter mit einem Periodenabstand
von 2 μm
oder weniger gebildet. Zum Beispiel kann das Hologramm-Muster 61 eine
Struktur haben, in der mehrere Beugungsgitter in einem Periodenabstand
von 0,4 μm
und einer Tiefe von 0,2 μm
wiederholt angeordnet sind. Ein reflektierendes Element (nicht dargestellt)
zum Reflektieren des Lichts nach oben kann unter dem Hologramm-Muster 61 installiert
sein. Die Leuchtkraft des Lichts an der Lichtausgabefläche der
Lichtleitplatte 60 wird gleichförmig, da der Azimutwinkel des
auf das Hologramm-Muster 61 auftreffenden Lichts abnimmt
und die Verteilung des Azimutwinkels gleichförmig ist.
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Der
Lichtauftreffabschnitt 65 und das erste und das zweite
Leitelement 71 und 75 verdichten das von der Lichtquelle 50 emittierte
und in die Lichtleitplatte 60 eingegebene Licht, um den
Azimutwinkel des Lichts in der Lichtleitplatte 60 zu senken.
Der Lichtauftreffabschnitt 65 ist aus dem gleichen Material
gebildet wie das der Lichtleitplatte 60, die den gleichen
Beugungsindex hat. Alternativ ist der Lichtauftreffabschnitt 65 mit
der Lichtleitplatte 60 integral ausgebildet.
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Für diesen
Zweck steht der Lichtauftreffabschnitt 65 so vor, dass
er in Bezug auf die Seitenfläche 60a geneigt
ist, auf der das Licht der Lichtleitplatte 60 auftrifft,
und hat eine erste und eine zweite Lichtauftrefffläche 65a und 65b.
Ein Winkel θ1 zwischen einem Segment A, das sich von
der Seitenfläche 60a der
Lichtleitplatte 60 erstreckt, wo der Lichtauftreffabschnitt 65 ausgebildet
ist, und der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 65a und 65b beträgt etwa
21°. Der
Winkel wird in Anbetracht der Ausbreitungsrichtung des durch das
erste und das zweite Leitelement 71 und 75 reflektierten
Lichts eingestellt, um das vom Lichtauftreffabschnitt 65 auftreffende
Licht zu verdichten.
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Das
erste und das zweite Leitelement 71 und 75 sind
so angeordnet, dass sie der ersten bzw. der zweiten Lichtauftrefffläche 65a und 65b zugewandt sind
und das von der Lichtquelle 50 emittierte Licht so leiten,
dass es auf die erste und die zweite Lichtauftrefffläche 65a und 65b auftrifft.
Zwischen dem ersten Leitelement 71 und der ersten Lichtauftrefffläche 65a und
zwischen dem zweiten Leitelement 75 und der zweiten Lichtauftrefffläche 65b ist
ein Luftspalt 80 ausgebildet. Der Luftspalt 80 ist
an einer Grenzfläche zwischen
den beiden zugewandten Elementen, das heißt dem ersten Leitelement 71 und
der ersten Lichtauftrefffläche 65a und
dem zweite Leitelement 75 und der zweiten Lichtauftrefffläche 65b ausgebildet, die
so angeordnet sind, dass sie miteinander in Kontakt stehen, ohne
einen Klebstoff zu verwenden. Wenn der Luftspalt 80 ausgebildet
ist, ist der jeweilige Beugungsindex des ersten und des zweiten
Leitelements 71 und 75 größer als der der Luft im Luftspalt 80.
Damit wird das auf die Oberflächen
auftreffende Licht, die dem Luftspalt 80 im ersten und
im zweiten Leitelement 71 und 75 mit einem Winkel
zugewandt sind, der größer ist
als ein Grenzwinkel θc, vollständig reflektiert.
Die Ausbreitungsrichtung des Lichts kann mittels dieser Eigenschaft
geleitet werden.
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Das
erste und das zweite Leitelement 71 und 75 weisen
Lichtauftreffflächen 71a und 75a,
die so installiert sind, dass sie der Lichtquelle 50 zugewandt sind,
reflektierende Flächen 73 und 77 und
Lichtaustrittsflächen 71b und 75b auf.
Die Lichtaustrittsflächen 71b und 75b sind
so angeordnet, dass sie der ersten bzw. der zweiten Lichtauftrefffläche 65a und 65b zugewandt
sind. Das von der Lichtquelle 50 emittierte Licht wird
durch die Lichtauftreffflächen 71a und 75a geführt und
breitet sich im ersten sowie im zweiten Leitelement 71 und 75 aus.
Die reflektierenden Flächen 73 und 77 reflektieren
das auftreffende Licht so, dass es sich zur ersten und zur zweiten Lichtauftrefffläche 65a und 65b ausbreitet.
Die Lichtaustrittsflächen 71b und 75b reflektieren
das direkt von den Lichtauftreffflächen 71a und 75a auftreffende
Licht und geben das Licht, das durch die reflektierenden Flächen 73 und 77 geführt wird,
zum Lichtauftreffabschnitt 65 aus.
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Die
reflektierenden Flächen 73 und 77 weisen
obere reflektierende Flächen 73a und 77a und untere
reflektierende Flächen 73b und 77b,
die so angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand voneinander
getrennt und einander zugewandt sind, und hintere reflektierende
Flächen 73c und 77c auf,
die so angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die Lichtaustrittsflächen 71b und 75b geneigt sind.
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Der
Zwischenraum zwischen den jeweiligen oberen reflektierenden Flächen 73a und 77a und
den jeweiligen unteren reflektierenden Flächen 73b und 77b ist
im Wesentlichen der gleiche wie die Dicke der Lichtleitplatte 60.
Eine Seite von jeder der hinteren reflektierenden Flächen 73c und 77c kommt
mit den Lichtauftreffflächen 71a sowie 75a in
Kontakt, während
deren anderen Seiten mit den Lichtauftreffflächen 71b sowie 75b in
Kontakt kommen.
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An
den Außenseiten
der hinteren reflektierenden Flächen 73c und 77c sind
ferner reflektierende Elemente 91 und 95 vorgesehen.
Die reflektierenden Elemente 91 und 95 reflektieren
das auftreffende Licht im ersten und im zweiten Leitelement 71 und 75.
Durch die weitere Bereitstellung der reflektierenden Elemente 91 und 95 kann
das auf die hinteren reflektierenden Flächen 73c und 77c in
dem ersten und dem zweiten Leitelement 71 und 75 auftreffende Licht
ungeachtet von dessen Auftreffwinkel zum Lichtauftreffabschnitt 65 vollständig reflektiert
werden. Aus diesem Grund beträgt
ein Winkel θ2 zwischen den hinteren reflektierenden Flächen 73c sowie 77c und
den Lichtaustrittsflächen 73a sowie 77a etwa
21°.
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Wenn
die Winkel θ1 und θ2 so eingestellt werden, dass sie kleiner
sind als ein vorgegebener Wert, ist das sich zur Lichtleitplatte 60 ausbreitende
Licht divergierend, so dass ein Strahlungswinkel zunimmt. Wenn die
Winkel θ1 und θ2 so eingestellt werden, dass sie größer sind
als der vorgegebene Wert, wird das von den hinteren reflektierenden
Flächen 73c und 77c reflektierte
Licht zur Lichtquelle 50 zurück reflektiert, so dass eine
Lichteffizienz gesenkt wird.
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9 und 10 sind
eine Perspektivansicht und eine Draufsicht, die Hauptteile einer
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
veranschaulichen, das der vorliegenden Erfindung entspricht. Mit
Bezug auf 9 und 10 weist
eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
das der vorliegenden Erfindung entspricht, wenigstens eine Lichtquelle 150,
eine Lichtleitplatte 160 zum Leiten der Ausbreitung des
auf eine Seite davon auftreffen den Lichts, einen Lichtauftreffabschnitt 165,
der an einer Seitenfläche
der Lichtleitplatte 160 bereitgestellt wird, und einen
Leitabschnitt 170 auf, der zwischen dem Lichtauftreffabschnitt 165 und
der Lichtquelle 150 bereitgestellt wird.
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Die
Lichtquelle 150 ist eine Punkt-Lichtquelle wie eine LED
oder eine lineare Lichtquelle wie eine Leuchtstofflampe, die Licht
auf eine Seitenfläche
der Lichtleitplatte 160 emittiert. Die Lichtleitplatte 160 leitet
die Ausbreitung des auftreffenden Lichts. Da die Lichtquelle 150 und
die Lichtleitplatte 160 im Wesentlichen die gleichen sind
wie die Lichtquelle 50 von 7 und die
Lichtleitplatte 60 von 7 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
wird eine ausführliche
Beschreibung davon hier weggelassen. Ein Hologramm-Muster (nicht
dargestellt) zum Beugen des von der Seitenfläche hiervon auftreffenden Lichts,
so dass es sich zur Lichtaustrittsfläche ausbreitet, kann an einer
unteren Fläche
der Lichtleitplatte 160 ausgebildet sein.
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Der
Lichtauftreffabschnitt 165 und der Leitabschnitt 170 verdichten
das von der Lichtquelle 150 emittierte und auf die Lichtleitplatte 160 auftreffende Licht,
um den Azimutwinkel des Lichts in der Lichtleitplatte 160 zu
senken.
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Aus
diesem Grund steht der Lichtauftreffabschnitt 165 vor,
so dass er in Bezug auf eine Seite der Lichtleitplatte 160,
auf die das Licht auftrifft, geneigt ist, und hat eine erste und
eine zweite Lichtauftrefffläche 165a und 165b,
die so angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand voneinander
getrennt sind. Ein Winkel θ3 zwischen einem Segment B, das sich von
der Seitenfläche
der Lichtleitplatte 160 erstreckt, wo der Lichtauftreffabschnitt 165 ausgebildet
ist, und der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 165a und 165b beträgt etwa
32°. Der Winkel
wird angesichts der Ausbreitungsrichtung des durch den Leitabschnitt 170 reflektierten
Lichts eingestellt, so dass das auf den Lichtauftreffabschnitt 165 auftreffende
Licht fokussiert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Leitabschnitt 170 mit dem Lichtauftreffabschnitt 165 durch
einen Verbindungsabschnitt 165c zwischen der ersten Lichtauftrefffläche 165a und
der zweiten Lichtauftrefffläche 165b integral
ausgebildet. Der Leitabschnitt 170 ist in einem vorgegebenen
Abstand so breit wie ein Luftspalt 180 von der ersten sowie
der zweiten Lichtauftrefffläche 165a und 165b getrennt, so
dass sie einander zugewandt sind. Der wie oben konfigurierte Leitabschnitt 170 leitet
das von der Lichtquelle 150 emittierte Licht so, dass es
auf die erste sowie die zweite Lichtauftrefffläche 165a und 165b auftrifft.
Der Luftspalt 180 ist an einer Grenzfläche zwischen zwei zugewandten
Elementen ausgebildet, wenn der Leitabschnitt 170 und die
erste sowie die zweite Lichtauftrefffläche 165a und 165b so
angeordnet sind, dass sie miteinander in Kontakt kommen, ohne einen
zusätzlichen
Klebstoff zu verwenden. Wenn der Luftspalt 180 wie oben
ausgebildet ist, ist der Beugungsindex des Leitelements 170 größer als
der von Luft im Luftspalt 180. Damit wird das auf eine
Fläche
des Leitelements 170 auftreffende Licht, das dem Luftspalt 180 mit
einem Winkel zugewandt ist, der größer ist als ein Grenzwinkel,
vollständig
reflektiert. Damit kann durch Reflektieren des Lichts, das mit einem
Winkel auftrifft, der größer ist
als ein Grenzwinkel, eine Nutzungseffizienz des Lichts verbessert
werden.
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Der
Leitabschnitt 170 weist eine erste und eine zweite Auftrefffläche 171a und 171b,
die so installiert sind, dass sie der Lichtquelle 150 zugewandt sind,
eine reflektierende Fläche 173 und
eine erste und eine zweite Lichtaustrittsfläche 175a und 175b auf.
Die erste und die zweite Lichtaustrittsfläche 175a und 175b sind
so angeordnet, dass sie der ersten bzw. der zweiten Lichtauftrefffläche 165a und 165b zugewandt
sind. Das von der Lichtquelle 150 emittierte Licht wird
durch die erste und die zweite Lichtauftrefffläche 171a und 171b geführt und
breitet sich im Leitabschnitt 170 aus. Die reflektierende
Fläche 173 reflektiert
das auftreffende Licht, so dass es sich zur ersten und zur zweiten
Lichtauftrefffläche 165a und 165b ausbreitet.
Die erste und die zweite Lichtaustrittsfläche 175a und 175b reflektieren
das Licht, das direkt von der ersten und der zweiten Lichtauftrefffläche 171a und 171b auftrifft,
und geben das auftreffende Licht über die reflektierende Fläche 173 zum
Lichtauftreffabschnitt 165 aus. Das heißt, das Licht, das direkt von
der ersten und der zweiten Lichtauftrefffläche 171a und 171b auftrifft,
das in einem Winkel größer als
der Grenzwinkel in Bezug auf die erste sowie die zweite Lichtaustrittsfläche 175a und 175b auftrifft,
wird durch die erste und die zweite Lichtaustrittsfläche 175a und 175b auf
Grund einer Differenz im Beugungsindex zwischen dem Luftspalt 180 und
dem Leitabschnitt 170 vollständig reflektiert.
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Die
reflektierende Fläche 173 weist
eine obere reflektierende Fläche 173a und
eine untere reflektierende Fläche 173b auf,
die so angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand voneinander
getrennt und einander zugewandt sind, wobei die erste und die zweite
hintere reflektierende Fläche 173c und 173d so
angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die Lichtaustrittsflächen 175a bzw. 175b geneigt
sind.
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Der
Zwischenraum zwischen der oberen reflektierenden Flächen 173a und
der unteren reflektierenden Flächen 173b ist
im Wesentlichen der gleiche wie die Dicke der Lichtleitplatte 160.
Eine Seite der ersten bzw. zweiten hinteren reflektierenden Fläche 173c und 173d kommt
mit der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 171a und 171b in
Kontakt, während
die andere Seite davon mit der ersten sowie der zweiten Lichtaustrittsfläche 175a und 175b in Kontakt
kommt.
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An
den Außenseiten
der ersten bzw. der zweiten hinteren reflektierenden Fläche 173c und 173d werden
ferner ein erstes und ein zweites reflektierendes Element 191 und 195 zum
Reflektieren des von Innen des Leitabschnitts 170 auftreffenden
Lichts bereitgestellt.
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Angenommen,
dass ein Winkel zwischen der ersten hinteren reflektierenden Fläche 173c und
der ersten Lichtaustrittsfläche 175a und
der zweiten hinteren reflektierenden Fläche 173d und der zweiten Lichtaustrittsfläche 175b θ4 ist, beträgt
der Winkel θ4 etwa 19°.
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Wenn
die Winkel θ3 und θ4 so eingestellt sind, dass sie stark von
den Einstellwerten abweichen, ist das auf die Lichtleitplatte 160 auftreffende Licht
divergierend oder das durch die erste und die zweite hintere reflektierende
Fläche 173c und 173d reflektierten
Licht wird zur Lichtquelle 150 zurück reflektiert.
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11 und 12 sind
eine Perspektivansicht und eine Draufsicht, die Hauptteile einer
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Mit Bezug auf 11 und 12 weist eine
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
das der vorliegenden Erfindung entspricht, wenigstens eine Lichtquelle 250, eine
Lichtleitplatte 260 zum Leiten der Ausbreitung des auf
eine Seite davon auftreffenden Lichts, einen Lichtauftreffabschnitt 265,
der an einer Seitenfläche der
Lichtleitplatte 260 bereitgestellt wird, einen Leitabschnitt 270,
der zwischen dem Lichtauftreffabschnitt 265 und der Lichtquelle 250 bereitgestellt wird,
und ein erstes und ein zweites reflektierendes Element 291 und 295 auf,
die um den Leitabschnitt 270 und den Lichtauftreffabschnitt 265 bereitgestellt werden.
Da die Lichtquelle 250 und die Lichtleitplatte 260 im
Wesentlichen die gleichen sind wie die Lichtquelle 50 von 7 bzw.
die Lichtleitplatte 60 von 7 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
wird eine ausführliche
Beschreibung davon hier weggelassen.
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Der
Lichtauftreffabschnitt 265 und der Leitabschnitt 270 verdichten
das von der Lichtquelle 150 emittierte und auf die Lichtleitplatte 260 auftreffende Licht,
um den Azimutwinkel des Lichts in der Lichtleitplatte 260 zu
verringern.
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Aus
diesem Grund steht der Lichtauftreffabschnitt 265 so vor,
dass er in Bezug auf eine Seite der Lichtleitplatte 260,
auf die Licht auftrifft, vorsteht und eine erste und eine zweite
Lichtauftrefffläche 265a und 265b hat,
die so angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand voneinander
getrennt sind. Ein Winkel θ5 zwischen einem Segment C, das sich von
der Seitenfläche
der Lichtleitplatte 260 erstreckt, wo der Lichtauftreffabschnitt 265 ausgebildet ist,
und der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 265a und 265b beträgt etwa
20°. Der
Winkel wird hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung des durch den Leitabschnitt 270 reflektierten
Lichts eingestellt, so dass das auf den Lichtauftreffabschnitt 265 auftreffende
Licht fokussiert wird.
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Der
Leitabschnitt 270 ist mit dem Lichtauftreffabschnitt 265 durch
einen Verbindungsabschnitt 265c zwischen der ersten Lichtauftrefffläche 265a und
der zweiten Lichtauftrefffläche 265b integral
ausgebildet. Der Leitabschnitt 270 ist in einem vorgegebenen
Abstand von der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 265a und 265b so
getrennt, dass sie einander zugewandt sind. Der wie oben konfigurierte
Leitabschnitt 270 leitet das von der Lichtquelle 250 emittierte
Licht so, dass es auf die erste sowie die zweite Lichtauftrefffläche 265a und 265b auftrifft. Wenn
die Lichtleitplatte 260 und der Leitabschnitt 270 integral
hergestellt sind, um die Bildung eines Luftspalts 280 zu
erleichtern, ist der Luftspalt 280 gemäß 11 und 12 ausreichend
getrennt.
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Der
Leitabschnitt 270 weist eine erste und eine zweite Auftrefffläche 271a und 271b,
die so installiert sind, dass sie der Lichtquelle 250 zugewandt sind,
eine reflektierende Fläche 273 und
Lichtaustrittsflächen 275a und 275b sowie
eine erste und eine zweite Tragefläche 277a und 277b auf.
Die Lichtaustrittsflächen 275a und 275b sind
so angeordnet, dass sie der ersten bzw. der zweiten Lichtauftrefffläche 265a und 265b zugewandt
sind. Das von der Lichtquelle 250 emittierte Licht wird
durch die erste und die zweite Lichtauftrefffläche 271a und 271b geführt und
breitet sich im Leitabschnitt 270 aus. Die reflektierende
Fläche 273 wandelt
die Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichts so um, dass es
sich auf die erste und die zweite Lichtauftrefffläche 265a und 265b zu
ausbreitet.
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Die
erste und die zweite Lichtaustrittsfläche 275a und 275b reflektieren
das Licht, das direkt von der ersten und der zweiten Lichtauftrefffläche 271a und 271b auftrifft,
und geben das auftreffende Licht über die reflektierende Fläche 273 zum
Lichtauftreffabschnitt 265 aus. Das heißt, das Licht, das direkt von
der ersten und der zweiten Lichtauftrefffläche 271a und 271b auftrifft,
das in einem Winkel größer als
der Grenzwinkel in Bezug auf die erste sowie die zweite Lichtaustrittsfläche 275a und 275b auftrifft, wird
durch die erste und die zweite Lichtaustrittsfläche 275a und 275b auf
Grund einer Differenz im Beugungsindex zwischen dem Luftspalt 280 und
dem Leitabschnitt 270 vollständig reflektiert.
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Die
erste und die zweite Tragefläche 277a und 277b sind
parallel zu der ersten und der zweiten Lichtauftrefffläche 271a und 271b angeordnet
und verbinden einen Endabschnitt der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 265a und 265b und
einen Endabschnitt der ersten sowie der zweiten Lichtaustrittsfläche 275a und 275b.
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Die
reflektierende Fläche 273 weist
eine obere reflektierende Fläche 273a und
eine untere reflektierende Fläche 273b auf,
die so angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand voneinander
getrennt und einander zugewandt sind, wobei eine erste und eine
zweite hintere reflektierende Fläche 273c und 273d so
angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die Lichtaustrittsflächen 275a bzw. 275b geneigt
sind.
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Eine
Seite von der ersten sowie der zweiten hinteren reflektierenden
Fläche 273c und 273d kommt
mit der ersten sowie der zweiten Lichtauftrefffläche 271a und 271b in
Kontakt, während
die andere Seite davon mit der ersten sowie der zweiten Lichtaustrittsfläche 275a und 275b in
Kontakt kommt. Angenommen, dass ein Winkel zwischen der ersten hinteren
reflektierenden Fläche 273c und
der ersten Lichtaustrittsfläche 275a und
der zweiten hinteren reflektierenden Fläche 273d und der zweiten
Lichtaustrittsfläche 275b θ6 ist, beträgt der Winkel θ6 etwa 22°.
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Außerdem ist
ein Winkel zwischen einem Segment D senkrecht zum Segment C und
der ersten Lichtauftrefffläche 271a der
gleiche wie ein Winkel zwischen dem Segment D und der ersten Tragefläche 277a.
Angenommen, dass der Winkel θ7 ist, beträgt der Winkel θ7 etwa 42°.
Das heißt,
der Winkel zwischen der ersten Lichtauftrefffläche 271a und der zweiten
Lichtauftrefffläche 271b beträgt etwa
84°, wobei
dies das Doppelte des Winkels θ7 ist.
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Das
erste und das zweite reflektierende Element 291 und 295 weisen
erste reflektierende Abschnitte 291a und 295a,
die an einer Außenseite
des Leitelements 270, das heißt, einer äußeren Fläche der ersten sowie der zweiten
hinteren reflektierenden Fläche 273c und 273d ausgebildet
sind, und zweite reflektierende Abschnitte 291b und 295b auf,
die jeweils an einer Außenseite
des Luftspalts 280 ausgebildet sind. Das erste und das
zweite reflektierende Element 291 und 295 verhindern,
dass das von Innen des Leitelements 270 auftreffende Licht
und das durch den Luftspalt 280 geführte Licht außerhalb
eines vorgegebenen Strahlungswinkels liegen.
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Angenommen,
dass der Winkel zwischen einem Segment E senkrecht zum Segment C
und den zweiten reflektierenden Abschnitten 291b und 295b θ8 ist, beträgt der Winkel θ8 etwa 24°.
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Die
Winkel θ5, θ6, θ7 und θ8 werden so eingestellt, dass der Strahlungswinkel
des auf die Lichtleitplatte 260 auftreffenden Lichts nicht
gemäß 13D abnimmt und das von der Lichtquelle 250 emittierte Licht
nicht zurück
reflektiert wird.
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13A bis 13D sind
Abbildungen, die ein Kollimationsverhalten der Hintergrundbeleuchtungseinheit
gemäß einem
Vergleichsbeispiel und den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen
darstellt, von denen das zweite und das dritte jeweils bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind.
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Mit
Bezug auf 13A hat in der Form eines Schnitts
des von der Hintergrundbeleuchtungseinheit emittierten Lichts eine
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einem Vergleichsbeispiel
ein kreisförmiges
Strahlenprofil, in dem die Breite W in der horizontalen Richtung ähnlich zu
der Breite in der vertikalen Richtung ist.
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Mit
Bezug auf 13B, 13C und 13D ist in den Hintergrundbeleuchtungseinheiten
gemäß den ersten
bis dritten Ausführungsbeispielen
die Breite in der horizontalen Richtung schmaler als die in der
vertikalen Richtung. Die Breiten W1, W2 und W3 in der horizontalen
Richtung sind kleiner als die Breite W des Vergleichsbeispiels.
Damit ist das Kollimationsverhalten des zu einem Display über eine
Lichtleitplatte emittierten Lichts verbessert, so dass ein Azimutwinkel
des Lichts, das durch die Lichtleitplatte gelassen wird, verringert
werden kann.
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14A und 14B sind
grafische Darstellungen, die die Gleichförmigkeit des Vergleichsbeispiels
bzw. der Hintergrundbeleuchtungseinheiten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
zeigen, das ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist. In den Zeichnungen wird ein Fall
mit drei Lichtquellen und Lichtauftreffabschnitten als ein Beispiel gezeigt.
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Mit
Bezug auf 14A hat das von jeder der Lichtquellen
emittierte Licht eine Gauß'sche Verteilung,
wobei die Intensität
des Lichts an einem Bereich E, der eine Grenze zwischen den jeweiligen Lichtprofilen
darstellt, erheblich reduziert ist.
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Mit
Bezug auf 14B ist in dem von der Hintergrundbeleuchtungseinheit
gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung emittierte Licht, obwohl die Intensität des Lichts
an einem Grenzbereich F reduziert ist, die Gleichförmigkeit
des Lichts verbessert, da die Lichtintensität größer ist als die des Vergleichsbeispiels.
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Wenn,
wie oben beschrieben ist, der Azimutwinkel des auf die Lichtleitplatte 60 auftreffenden Lichts
abnimmt, da das Licht auf das Hologramm-Muster 61 mit einem
Winkel nahe 90° auftrifft, kann
Licht mit einer hohen Effizienz ausgegeben werden. Da außerdem die
Verteilung eines Azimutwinkels des auf das Hologramm-Muster 61 auftreffenden
Lichts gleichförmig
wird, ist die Verteilung eines Azimutwinkels des von der Lichtleitplatte 60 ausgegebenen
Lichts gleichförmig,
so dass die Gleichförmigkeit
der Leuchtkraft verbessert ist.
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Wie
oben beschrieben ist, kann in der wie oben konfigurierten Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Absenken der Verteilung eines Azimutwinkels des
auf die Lichtleitplatte auftreffenden Lichts die Effizienz des an eine
Anzeigevorrichtung ausgegebenen Lichts verbessert werden. Da darüber hinaus
die Verteilung der Intensität
des ausgegebenen Lichts gleichförmig wird,
kann die Gleichförmigkeit
der Leuchtkraft an der Lichtaustrittsfläche verbessert werden.
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Während diese
Erfindung mit Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsbeispiele besonders dargestellt
und beschrieben wurde, wird es für
den Fachmann verständlich
sein, dass verschiedene Änderungen
in Form und Detail darin vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang
der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.