DE69636109T2

DE69636109T2 - Beleuchtungsvorrichtung, diese beinhaltende Flüssigkristallanzeige und elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE69636109T2
Application number: DE69636109T
Authority: DE
Inventors: Satoru Suwa-shi Miyashita; Osamu Suwa-shi YOKOYAMA; Tatsuaki Suwa-shi FUNAMOTO
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: EP0802446B1; EP1306610B1; KR100436104B1; EP1306610A1; JP3632208B2; US6011602A; KR100453398B1; DE69636109D1; EP0802446A1; TW397929B; EP0802446A4; DE69628634D1; KR19980701264A; KR20040004417A; WO1997017631A1; DE69628634T2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung, wie sie zum Beleuchten eines Flüssigkristallanzeigefeldes in einem elektronischen Gerät verwendet wird. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung, die Licht mit verbessertem Wirkungsgrad auswerten kann.
Einschlägiger Stand der Technik
1) Ein Beispiel eines herkömmlichen Flüssigkristallanzeigesystems ist in 37 gezeigt. Ein solches Flüssigkristallanzeigesystem ist insgesamt mit einer punktartigen, gedruckten Schicht versehen, einer weißen Spiegelschicht oder dergleichen zur unregelmäßigen Reflexion an der Rückseite eines Lichtleiters 1400, der das Licht von einer Lichtquelle 1401 zu einem Flüssigkristallanzeigefeld 1402 leitet, um eine gleichmäßige Lichtstärke zu erhalten. Da die Lichtquelle in diesem Fall Licht ungerichtet aussendet, kann das Licht gleichmäßig gestreut werden.
Da das Licht aber gestreut wird, wird die Richtungsbündelung des Lichts erniedrigt, was zu einer geringen Lichtstärke führt.
Wenn die Lichtstärke erhöht wird, wird das Licht wirksam genutzt, da das Licht breit gestreut wird, wodurch ein hoher Energieverbrauch verursacht wird. Die Beleuchtungsvorrichtung, die derartige Probleme hat, ist für langfristigen Gebrauch ungeeignet und nicht zweckmäßig für tragbare elektronische Geräte.
Wenn man versucht, den Energieverbrauch zu senken, wird allerdings auch die Lichtstärke gesenkt.
2) Um diese Probleme zu lösen, hat man versucht, die Richtungsbündelung des Lichtes vom Lichtleiter zu verstärken. Einige bekannte Beispiele lassen sich in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 5-089827, 6-067004, 6-130387 oder dergleichen finden. In diesen Veröffentlichungen wird eine Prismenanordnung mit sehr feinen Prismen verwendet, um die Richtungsbündelung des Lichts zu verstärken. Jedes der Prismen hat einen Scheitel, der das Flüssigkristallfeld zeigt, und ein Scheitelwinkel beträgt im wesentlichen 90 °. Wenn man annimmt, daß die Lichtquelle die Punktlichtquelle ist, den Lichtweg berücksichtigt und den Scheitelwinkel steuert, kann die Richtungsbündelung des Lichts verstärkt werden.
Bei Verwendung einer Prismenanordnung kann die Richtungsbündelung des Lichts verstärkt werden. Da aber ein Teil des Lichtes wegen der inneren Totalreflexion an der Prismenanordnung reflektiert wird und zum Lichtleiter zurückkehrt, nimmt die Lichtstärke ab.
Außerdem sieht bei einer Betrachtung des Flüssigkristallanzeigefeldes unter einem schrägen Winkel die Anzeige dunkel aus. Mit anderen Worten, es kann kein großer Betrachtungswinkelbereich erhalten werden. Ein solches Anzeigesystem kann zum Beispiel nicht für Farbfernsehen angewandt werden, da eine Fernsehanzeige eine gleichmäßige und starke Lichtintensität und einen großen Betrachtungswinkelbereich erfordert.
3) Ein weiteres Beispiel des Flüssigkristallanzeigesystems, welches eine Prismenanordnung zum Verstärken der Richtungsbündelung des Lichtes benutzt, ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-17 offenbart. Ein Teil dieses Systems ist in 38 gezeigt.
In dieser Veröffentlichung bewirkt die Prismenanordnung eine wirksame Änderung der Richtung des größten Teils des eintretenden Lichts in eine Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld, wenn der Scheitelwinkel jedes Prismas 60° beträgt und die Senkrechte zum Flüssigkristallanzeigefeld sich in einer Position befindet, bei der sie den Scheitelwinkel halbiert. Anders ausgedrückt, jedes der Prismen 1420p einer Prismenanordnung 1420 hat einen senkrechten Schnitt, der ein gleichschenkliges Dreieck ist, und sein Scheitelwinkel ist 60° (der Winkel θ = 30°), wie in der Figur gezeigt. Wenn Licht 1421r vom Lichtleiter unter dem Winkel β = 60° abgegeben wird, kann eine verfügbare maximale Lichtstärke erhalten werden. Wenn das Licht 1421r und dem Winkel α = 70° abgegeben wird, der 10° größer ist als der Winkel β, oder unter dem Winkel γ = 50°, der 10° kleiner ist als der Winkel β, ist die Lichtstärke nahezu die Hälfte eines verfügbaren maximalen Wertes.
Allerdings wird der Lichtstrahl c, der unter dem Winkel γ abgegeben wurde, dann an einer Ausgangsfläche 1420e der Prismenanordnung 1420 durch die innere Totalreflexion in Richtung zum Lichtleiter 1421 abgegeben. Infolgedessen ist der Durchlaß an Licht im Verhältnis zur Prismenanordnung gering, und das Licht kann nicht wirksam ausgewertet werden.
Außerdem gibt es ein weiteres Beispiel der Prismenanordnung in der obigen Veröffentlichung. Um das Licht aus der Prismenanordnung unter einem Winkel von 15° gegenüber der Senkrechten auf das Flüssigkristallanzeigefeld abzugeben, wird der Scheitelwinkel jedes Prismas auf 57° gesetzt. Jedes Prisma weist zwei Oberflächen auf, die den Scheitel bilden, und eine Oberfläche ist unter einem Winkel von 35° geneigt, und eine andere Oberfläche ist unter einem Winkel von 22° gegenüber der Senkrechten auf das Flüssigkristallanzeigefeld geneigt.
Selbst wenn der Scheitelwinkel in der beschriebenen Weise gesteuert ist, gibt es aber das Licht, welches reflektiert wird wie der Lichtstrahl c, der den Ausgangswinkel γ hat, so daß der Lichtdurchlaß nicht verbessert ist. In der oben erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 6-067004 ist der Scheitelwinkel des Prismas im Bereich von 70° bis 110° gesteuert. Auch in diesem Fall verbleiben noch die oben erwähnten Probleme.
In der oben genannten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-17 ist die Gestalt von am Lichtleiter vorgesehenen Linsen abgewandelt. Da aber das Licht unter einem Winkel von zwischen etwa 60° und etwa 80° in Bezug auf die lichtaustrittsseitige Oberfläche des Lichtleiters abgegeben wird, werden die oben beschriebenen Probleme, unabhängig von der Linsengestalt, nicht gelöst, und die Richtungsbündelung des Lichts ist gering.
Die Linsen aus der obigen Veröffentlichung drehen das Licht in eine bestimmte Richtung, um eine verbesserte Richtungsbündelung und Intensität zu erhalten. In diesem Fall muß das Licht vom Lichtleiter unter einem Winkel von 60° gegenüber der Senkrechten auf das Flüssigkristallanzeigefeld abgegeben werden. Deshalb bleiben die oben genannten Probleme immer noch bestehen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters nicht eben ist, weil eine Vielzahl von Linsen auf dem Lichtleiter angeordnet ist. Die unebene Oberfläche des Lichtleiters senkt den Auswertungsgrad des Lichts.
4) Weitere Beispiele des Flüssigkristallanzeigesystems sind beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 57-054926 und 58-095780 offenbart. 39A und 39B zeigen jeweilige Flüssigkristallanzeigesysteme.
In dem Beispiel der 39A ist eine Spiegelplatte an der Rückseite eines Flüssigkristallanzeigefeldes 1432 angeordnet, um Licht 1436 von außerhalb auszuwerten. Da dieses System nur reflektiertes Licht nutzt, kann kein ausreichender Kontrast erhalten werden, so daß es an einem dunklen Ort nicht verwendet werden kann.
Bei dem Beispiel der 39B ist ein Transflektor (halbdurchlässige Platte) 1434 und eine Beleuchtungsvorrichtung 1430 an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 1432 vorgesehen. Wird das Anzeigesystem an einem hellen Ort benutzt, so wird das Licht von außen verwendet, und wenn das Anzeigesystem an einem dunklen Ort ist, wird das Licht von der Beleuchtungsvorrichtung verwendet. Weder das Licht von außen 1436, noch Gegenlicht 1435 kann der Anzeige genügend Helligkeit geben, da ein Transflektor verwendet wird.
5) Es wird auch eine Beleuchtungsvorrichtung in PROCEEDINGS OF THE 15^TH INTERNATIONAL DISPLAY RESEARCH CONFERENCE, SS. 735–738, als ein Beispiel der Vorrichtung zum Verbessern des Auswertungsgrades des Lichts von der Lichtquelle offenbart.
40 zeigt die Vorrichtung in schematischer Schnittansicht. Das Licht von einer Lichtquelle 1440 strömt durch einen Lichtleiter 1441, um von einer Streuplatte 1442 gestreut zu werden. Das gestreute Licht wird in einen Polarisator 1441 eingegeben, der eine cholesterine Flüssigkristallschicht 1444 und einen Lambda-Viertelwellenfilm 1445 aufweist. Von der cholesterinen Flüssigkristallschicht wird zirkular polarisiertes Licht reflektiert, wenn die Drehrichtung des zirkular polarisierten Lichts die gleiche ist wie die der wendelförmigen Struktur der cholesterinen Flüssigkristallschicht. Ist die Drehrichtung des zirkular polarisierten Lichts umgekehrt zu der der wendelförmigen Struktur der cholesterinen Flüssigkristallschicht, so kann das zirkular polarisierte Licht durch sie hindurchtreten. Zirkular polarisiertes Licht d, welches durch die cholesterine Flüssigkristallschicht hindurchgetreten ist, wird von dem Lambda Viertelwellenfilm 1445 in linear polarisiertes Licht umgewandelt. Zirkular polarisiertes Licht e, welches an der cholesterinen Flüssigkristallschicht reflektiert wurde, wird zur Streuplatte 1442 zurückgelenkt, um zerstreut zu werden. Ein Teil des zerstreuten Lichts rotiert in umgekehrter Richtung zur wendelförmigen Struktur der cholesterinen Flüssigkristallschicht 1444, so daß das Licht erneut in sie eintritt und nunmehr als Licht f durch sie hindurchtritt.
Aber ein Teil des Lichts e, welches von der cholesterinen Flüssigkristallschicht 1444 reflektiert wurde, gelangt durch die Streuplatte 1442 zurück zum Lichtleiter 1441, um von einem an der Rückseite des Lichtleiters 1441 vorgesehenen diffusen reflektierenden Film 1449 als Licht g absorbiert zu werden. Auf diese Weise geht ein Teil des Lichts verschwenderisch verloren auf Kosten der Lichtstärke und des Auswertungsgrades.
US-A-5 372 756 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere offenbart diese Druckschrift ein Verfahren zur Schaffung eines gestreiften Lichtstreuelements. Das Lichtstreuelement hat eine längliche Gestalt und empfängt Licht durch ein Ende oder eine Kante und strahlt Licht durch eine Oberfläche ab, die zur Lichtempfangsfläche im wesentlichen rechtwinklig ist. Das Lichtstreuelement, zum Beispiel ein Zylinder oder eine Tafel, ist in seiner Lichtemissionsfläche mit Nuten geformt, um das Licht mit gleichmäßiger Stärke längs der Länge des langgestreckten Lichtstreuelements abzustrahlen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die die Richtung des Lichts von dem Lichtleiter wirksam in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtausgangsseite des Lichtleiters ändern kann, um den Nutzungsgrad zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit einer Beleuchtungsvorrichtung wie im Anspruch 1 beansprucht erzielt. Bevorzugte Ausführungsformen der Beleuchtungsvorrichtung und besondere Anwendungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Richtungsänderungseinrichtung ermöglicht es Licht von dem Lichtleitkörper in Richtung zum Lichtempfangselement unter einem gewünschten Winkel durchgelassen zu werden. Wenn eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine solche Richtungsänderungseinrichtung besitzt, beispielsweise auf ein Flüssigkristallanzeigesystem angewandt wird, kann ein großer Betrachtungswinkelbereich und eine starke leuchtende Helligkeit verwirklicht werden.
Die Lichtemissionseinrichtung kann die Form eines Zylinders haben, der sich längs der Lichteintrittsfläche des Lichtleitkörpers erstreckt, und die Richtungsänderungseinrichtung kann eine Prismenanordnung umfassen, die eine Vielzahl von parallel zueinander und zur Lichtemissionseinrichtung angeordneten Prismen aufweist, wobei jedes der Prismen einen Scheitel hat, der zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite gerichtet ist.
Der Scheitel jedes Prismas ist der Oberfläche der Lichtaustrittsseite zugewandt, und eine Oberseite der Prismenanordnung, die dem Lichtempfangselement zugewandt ist, ist eben gestaltet. Deshalb kann das Licht gleichmäßig an das Lichtempfangselement abgegeben werden, um die Lichtstärke zu verbessern.
Ein senkrechter Schnitt durch jedes Prisma kann im wesentlichen dreieckig sein, und ein Winkel des Scheitels kann von 50° bis 70° reichen. Da das Prisma mit einem solchen Scheitel die Richtung des Lichts von den Vorsprüngen exakter in vertikale Richtung ändern kann, kann Licht mit besserer Richtungsbündelung und Intensität abgegeben werden.
Jedes der Prismen kann eine erste Oberfläche zum Empfang des Lichts und eine zweite Oberfläche haben, wenn der Scheitel von diesen ersten und zweiten Oberflächen gebildet ist. Die erste Oberfläche kann eine Vielzahl von Ebenen aufweisen, wenn die Senkrechten zu den Ebenen sich voneinander unterscheiden.
Die erste Oberfläche umfaßt verschiedene Ebenen, so daß die meisten der durch die erste Oberfläche mit unterschiedlichen Einfallswinkeln eintretenden Lichtstrahlen an der zweiten Oberfläche aufgrund der inneren Totalreflexion reflektiert werden, um in einer Richtung fast senkrecht zu der ebenen Oberseite der Prismenanordnung abgegeben zu werden. Auf diese Weise kann eintretendes Licht mit geringem Verlust und großer Intensität durch die Prismenanordnung hindurchgelassen werden.
Wenn die Lichtleiteinrichtung keine Vorsprünge hat, kann ein Teil des durch die erste Oberfläche eingegebenen Lichts die zweite Oberfläche nicht erreichen. Dieses Licht wird von der Oberseite reflektiert und zur Lichtleiteinrichtung zurück geleitet. Bei der vorliegenden Erfindung kann aber das eingegebene Licht wirksamer durchgelassen werden, was die Richtungsbündelung des Lichts und die Lichtstärke weiter verbessert.
Die erste Oberfläche kann eine Ebene aufweisen, die unter einem Winkel von etwa 20° gegenüber der Ebene gekippt ist, die zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite senkrecht steht, und die zweite Oberfläche kann unter einem Winkel von etwa 30° aus der Ebene gekippt sein, die zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite senkrecht ist.
Durch das Kippen der ersten und zweiten Oberfläche in der beschriebenen Weise, kann die Richtungsbündelung und Stärke des Lichts weiter verbessert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Lichtleiters gemäß 1.
3 ist eine Schnittansicht, die den Lichtaustritt aus dem Lichtleiter gemäß 2 schematisch zeigt.
4 ist eine Schnittansicht, die den Lichtaustritt aus der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1 schematisch zeigt.
5 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Beispiels des Vorsprungs auf dem Lichtleiter der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Beispiels des Vorsprungs auf dem Lichtleiter der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Beispiels des Vorsprungs auf dem Lichtleiter der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Beispiels des Vorsprungs auf dem Lichtleiter der vorliegenden Erfindung.
10A und 10B sind vergrößerte Schnittansichten, die weitere Beispiele des Vorsprungs auf dem Lichtleiter der vorliegenden Erfindung zeigen.
10C ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung.
11A und 11B sind Schnittansichten zusätzlicher Beispiele des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Schnittansicht eines Beispiels der Richtungsänderungseinrichtung gemäß 12.
14 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels der Richtungsänderungseinrichtung, die in dem Flüssigkristallanzeigesystem der vorliegenden Erfindung verwendet ist.
15 ist eine Schnittansicht eines Beispiels der Prismenanordnung, die in der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung benutzt ist, und zeigt Strahlengänge.
16 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels der Prismenanordnung der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Schnittansicht eines noch weiteren Beispiels der Prismenanordnung der vorliegenden Erfindung.
18A ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung.
18B ist eine perspektivische Ansicht noch eines weiteren Beispiels des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine perspektivische Ansicht des Lichtleiters gemäß 19.
21 ist eine Schnittansicht, die den Lichtaustritt aus dem Lichtleiter gemäß 19 schematisch zeigt.
22 ist eine Schnittansicht, die eine Lichtreflexionsfunktion des Lichtleiters gemäß 19 schematisch zeigt.
23 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine Schnittansicht, die den Lichtaustritt aus der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 23 schematisch zeigt.
25 ist eine Schnittansicht, die Lichtreflexion in der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 23 schematisch zeigt.
26 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung zeigt.
27 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
28 ist eine Schnittansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung zeigt.
29 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung als ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
30 ist eine Schnittansicht eines zusätzlichen Beispiels des Lichtleiters, der in der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung benutzt ist.
31 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als noch ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
32 ist eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems als ein zusätzliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
33 ist ein Blockschaltbild eines elektronischen Geräts, welches das Flüssigkristallanzeigesystem der vorliegenden Erfindung benutzt.
34 ist eine perspektivische Ansicht eines PC als ein Ausführungsbeispiel des elektronischen Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
35 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Seitenhantierers als ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektronischen Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
36 ist eine perspektivische Ansicht eines Filmbandträgerpakets (TCP) als ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektronischen Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
37 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines herkömmlichen Flüssigkristallanzeigesystems.
38 ist eine Schnittansicht einer in einer Beleuchtungsvorrichtung benutzten herkömmlichen Prismenanordnung.
39A und 39B sind Schnittansichten zusätzlicher Beispiele eines herkömmlichen Flüssigkristallanzeigesystems.
40 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf die 1 bis 4 beschrieben. Eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems ist in 1 gezeigt und eine perspektivische Ansicht des Lichtleiters in 2.
Das Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels weist ein Flüssigkristallanzeigefeld 30 als Lichtempfangselement und eine Beleuchtungsvorrichtung 10 auf, die an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 30 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt.
Zu der Beleuchtungsvorrichtung 10 gehört ein Lichtleiter 20, der das eintretende Licht gleichmäßig zum Austritt leitet, eine zylindrische Lichtquelle 22 oder Lichtemissionseinrichtung, die in der Nähe einer eine der Stirnflächen des Lichtleiters 20 bildenden Lichteintrittsfläche 25 vorgesehen ist, und eine Prismenanordnung 27 oder Richtungsänderungseinrichtung, die so vorgesehen ist, daß sie einer lichtaustrittsseitigen Oberfläche 24 des Lichtleiters 20 zugewandt ist. Um die Lichtquelle 20 ist ein reflektierender Spiegel vorgesehen, der einen Vertikalschnitt in Form eines Halbkreises hat, um das Licht von der Lichtquelle 22 zur Lichteintrittsfläche 25 des Lichtleiters 20 zu reflektieren. Die Lichtquelle 22 kann beispielsweise aus einer Leuchtstoffröhre bestehen.
Der Lichtleiter 20 umfaßt einen Lichtleitkörper 21, der die Form einer Platte hat und aus transparentem Material besteht, dessen Brechzahl zum Beispiel 1,4 oder mehr ist, sowie Vorsprünge 23, die sich von der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 24 des Lichtleitkörpers 21 erstrecken, wie in 2 gezeigt.
Der Lichtleitkörper 21 und die Vorsprünge 23 sind aus einem transparenten Material gemacht (zum Beispiel lichtdurchlässigem Harz, wie Acrylharz oder Polykarbonatharz, anorganischem lichtdurchlässigem Material, wie Glas, oder Verbund dieser Materialien). Es gibt einige bevorzugte Verfahren zum Herstellen dieser Elemente, beispielsweise Spritzgießen, Ätzen, Gießen, Aufkleben eines Films auf eine transparente Harz- oder Glasplatte und Spritzpressen dieser Vorsprünge auf eine transparente Harzplatte mit einem lichthärtbaren Harz.
Die Vorsprünge sind auf einer Oberfläche des Lichtleitkörpers 21 angeordnet, erstrecken sich parallel zueinander und zur zylindrischen Lichtquelle 22. Jeder der Vorsprünge 23 hat eine Oberseite 23a, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite 24 ist, sowie Seitenflächen 23b-1 und 23b-2, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite 24 verlaufen.
Die Prismenanordnung 27 weist eine Vielzahl von Prismen auf, wie in 4 gezeigt. Jedes Prisma hat einen Scheitel, der zum Lichtleiter weist. Der senkrechte Schnitt durch jedes Prisma ist im wesentlichen ein gleichschenkliges Dreieck, und jedes Prisma hat einen Scheitelwinkel θ der Größe von beispielsweise 60°.
Das Flüssigkristallanzeigefeld 30 kann zum Beispiel aus folgendem gebildet sein: einem verdrillten, parallel aufgereihten (twisted nematic TN) Flüssigkristall, welches bei der aktiven Matrixadressierung benutzt wird, wobei ein Dünnschichttransistor als Pixelschalter dient, einem superverdrillten, parallel aufgereihten (super twisted nematic STN) Flüssigkristall zur Verwendung bei einem passivem Matrixadressieren oder einem polymerisch dispergierten Flüssigkristall. Es sei darauf hingewiesen, daß das Flüssigkristallanzeigefeld 30 nicht auf eine monochrome Anzeige beschränkt ist, sondern auch als ein mehrfarbiges Anzeigefeld mit einem Farbfilter ausgebildet sein kann.
Die Funktion des Flüssigkristallanzeigesystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit den oben beschriebenen Elementen soll nun beschrieben werden.
Die Lichtstrahlen 16a und 16b von der Lichtquelle 22 treten durch die Lichteintrittsfläche 25 in den Lichtleitkörper 21 ein, ehe die innere Totalreflexion wiederholt wird, und werden dann aus den Seitenflächen 23b-1, 23b-2 der Vorsprünge 23 abgegeben. Damit wird das Licht wirksam und gleichmäßig in Richtung zu der Prismenanordnung 27 ausgestrahlt.
Zwischen der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 24 des Lichtleitkörpers 21 und der Prismenanordnung 27 ist ein schmaler Luftspalt vorgesehen. Aufgrund dieses Luftspaltes kann das Licht die innere Totalreflexion im Lichtleitkörper 21 wiederholen.
Durch Forschungen der Erfinder mit dem Lichtleitkörper wurde klargestellt, daß der größte Teil des von den Vorsprüngen 23 abgegebenen Lichts aus der Seitenfläche 23b-2 austritt, die nicht der Lichtquelle 22 zugewandt ist, und zwar unter einem Winkel von δ2 = 30° gegenüber einer horizontalen Ebene, wie in 3 gezeigt. Ein Teil des von den Vorsprüngen 23 abgegebenen Lichts tritt aus den Seitenflächen 23b-1 aus, welche der Lichtquelle 22 zugewandt ist, und zwar unter einem Winkel δ1 = 30°. In diesem Fall ist das Licht an einer Stirnfläche 25b (siehe 2) reflektiert worden, die von der Lichtquelle 22 weit entfernt ist, ehe es von den Seitenflächen 23b-1 abgegeben wird.
Nach dem Durchlaufen der Prismenanordnung 27 wird das Licht in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zu dem Flüssigkristallanzeigefeld 30 abgegeben. Um das Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung 10 in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 30 abzugeben, ist vorzugsweise der Scheitelwinkel θ jedes Prismas der Prismenanordnung 27 etwa 60°, wie in 4 gezeigt.
Da die ebene Oberseite der Prismenanordnung 27 dem Flüssigkristallanzeigefeld 30 zugewandt ist, kann die Beleuchtungsvorrichtung 10 gleichmäßig verteiltes Licht abgeben. Wenn ein Prisma der Prismenanordnung einen Scheitelwinkel θ von 90° hat und der Scheitel zum Flüssigkristallanzeigefeld 30 weist, kann die Lichtstärke je nach der Richtung des aus einer solchen Prismenanordnung abgegebenen Lichts stark gesenkt werden. Bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird aber die Lichtstärke nicht abgesenkt, so daß ein großer Betrachtungswinkelbereich erhalten werden kann.
Wenn das Flüssigkristallanzeigefeld 30 auf das Flüssigkristallanzeigesystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewandt wird, können sowohl TN-Flüssigkristalle als auch STN-Flüssigkristalle verwendet werden, um die Helligkeit des Anzeigefeldes zu verbessern. Infolgedessen sinkt der Energieverbrauch.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung kann folgende Vorteile bieten.
1) Durch Verbessern des Auswertungsgrades und der Intensität des Lichtes kann eine helle Anzeige erhalten werden.
In der herkömmlichen Technik hat die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers unter Umständen keinen Vorsprung, oder sie kann eine Vielzahl geneigter Linsen haben, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-17 gezeigt. Da die Lichtstrahlen aus dieser Oberfläche der Lichtaustrittsseite in unterschiedlichen Richtungen abgegeben werden, ist eine verbesserte Richtungsbündelung nicht erzielbar.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch eine Vielzahl von Vorsprüngen auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite vorgesehen. Jeder dieser Vorsprünge hat eine Oberseite, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite verläuft, sowie Seitenflächen, die im wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite liegen. Aufgrund dieser Vorsprünge kann der Lichtauswertungsgrad und die Lichtstärke stark verbessert werden. Außerdem ermöglicht die Prismenanordnung dieses Ausführungsbeispiels einen großen Betrachtungswinkelbereich für das Flüssigkristallanzeigefeld.
3) Die kastenartigen Vorsprünge lassen sich leichter herstellen als herkömmliche Linsen, die auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite ausgebildet sind.
4) Die Prismenanordnung dieses Ausführungsbeispiels erfordert nicht notwendigerweise eine Feinbearbeitung. Durch alleiniges Ändern der Gestalt des Lichtleiters kann der Lichtauswertungsgrad verbessert werden.
Ausführungsbeispiel 2
Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 5 beschrieben. Eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Das Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels ähnelt dem von Ausführungsbeispiel 1, außer das die Lichtquelle in der Nähe jedes Endes des Lichtleiters vorgesehen ist, und daß an der Rückseite des Lichtleiters beim Ausführungsbeispiel 2 eine Spiegelfolie vorgesehen ist.
Wie aus 5 hervorgeht, weist eine Beleuchtungsvorrichtung 50 zylindrische Lichtquellen 56a und 56b auf, die jeweils in der Nähe von Stirnflächen 52a und 52b eines Lichtleitkörpers 51 angeordnet sind.
Eine Spiegelfolie 58 ist an der Rückseite des Lichtleitkörpers 51 durch Niederschlag von Silber oder Aluminium vorgesehen. Die Spiegelfolie 58 kann mit dem Lichtleitkörper in Berührung stehen, oder es kann ein Luftspalt zwischen der Spiegelfolie und dem Lichtleitkörper gebildet sein. Es sei darauf hingewiesen, daß eine reflektierende weiße Folie zur unregelmäßigen Reflektion in diesem Fall nicht zur Verwendung bevorzugt wird, da eine solche weiße Folie keinen hohen Reflexionsgrad hat und das Licht in verschiedene Richtungen zurückgeworfen wird, was die Richtungsbündelung des Lichts erniedrigt.
Die Funktion des Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels mit den oben beschriebenen Elementen soll nun beschrieben werden.
Das Licht von den Lichtquellen 56a und 56b wird in den Lichtleitkörper 51 durch die Stirnflächen 52a und 52b eingegeben. Nach dem Wiederholen der inneren Totalreflexion wird das Licht aus den Seitenflächen 53b-1 und 53b-2 jedes Vorsprungs 53 abgegeben. Auf diese Weise kann das Licht wirksam und gleichmäßig in Richtung zur Prismenanordnung 57 abgegeben werden.
Von den Erfindern vorgenommene Forschungen zum Lichtleiter haben klargestellt, daß die beiden Winkel δ1 und δ2 (in 3 gezeigt) zwischen den aus den Seitenflächen 53b-1 und 53b-2 des Vorsprungs 53 austretenden Lichtstrahlen und der Horizontalen etwa 30° betragen und daß die Lichtmenge aus der Seitenfläche 53b-1 der des Lichts aus der Seitenfläche 53b-2 fast gleicht. Nach dem Durchlaufen der Prismenanordnung 57 wird das Licht in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 60 durchgelassen. Um das Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung 50 in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 60 austreten zu lassen, liegt der Scheitelwinkel θ jedes Prismas der Prismenanordnung 57 vorzugsweise zwischen 50° und 70°. Ist der Winkel θ kleiner als 50°, wird die Richtungsbündelung des Lichts zu stark, was die Anzeigequalität senkt. Ist der Winkel θ größer als 70°, kann das Licht die erforderliche Richtungsbündelung nicht haben und die Lichtstärke nicht verbessert werden, und die Lichtabsorption aufgrund der Dicke der Prismenanordnung senkt außerdem die Lichtstärke.
Wie beschrieben, kann von der Beleuchtungsvorrichtung 50 dieses Ausführungsbeispiels gleichmäßig verteiltes Licht abgegeben und eine verbesserte Lichtstärke erhalten werden.
Gemäß Ausführungsbeispiel 2 erhält die Beleuchtungsvorrichtung durch das Vorsehen von zwei Lichtquellen und einer Spiegelfolie Vorteile ähnlich denen des Ausführungsbeispiels 1, und verbesserte Richtungsbündelung und Intensität des Lichts kann gegeben werden. Damit wird ein großer Betrachtungswinkelbereich für die Anzeige verwirklicht.
Ausführungsbeispiel 3
Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf 6 beschrieben. Eine Schnittansicht des Lichtleiters des Flüssigkristallanzeigesystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in 6 dargestellt. Der Lichtleiter dieses Ausführungsbeispiels ähnelt dem Lichtleiter von Ausführungsbeispiel 1, außer daß der Lichtleitkörper und die Vorsprünge im Ausführungsbeispiel 3 aus anderen Materialien gebildet sind.
Wie aus 6 hervorgeht, ist der Vorsprung 72 aus einem Material mit einer größeren Brechzahl als der des Materials des Lichtleitkörpers 70 gebildet. Der Einfallswinkel δ5 des vom Lichtleitkörper 70 in den Vorsprung 72 eingegebenen Lichts gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 73 ist kleiner als der Austrittswinkel δ4 des vom Lichtleitkörper 70 ausgegebenen Lichts gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 73 (δ5 < δ4). Wenn das Licht 16 in den Vorsprung 72 eintritt, wird das Licht gebrochen (δ5 < δ4), und das Licht wird weiter gebrochen, wenn es aus dem Vorsprung 72 durch die Seitenfläche 72b-2 austritt. Der Winkel δ3, den das schließlich austretende Licht mit der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 73 bildet, ist größer als 30° (δ4 < δ3). Es sei darauf hingewiesen, daß der Vorsprung 72 durch Aufkleben des oben beschriebenen transparenten Films mit hoher Brechzahl auf eine transparente Harz- oder Glasplatte gebildet sein kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Scheitelwinkel θ der Prismenanordnung vorzugsweise im Bereich von 60° bis 70°, damit das Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung in einer Richtung senkrecht zum Flüssigkristallfeld austreten kann. Deshalb wird für dieses Ausführungsbeispiel eine Prismenanordnung mit einem Scheitelwinkel von 90°, der in Richtung zum Flüssigkristallanzeigefeld weist, nicht bevorzugt, weil eine solche Prismenanordnung so ausgelegt ist, daß sie das Licht streut.
Mit dem Ausführungsbeispiel 3 kann dadurch, daß die Vorsprünge aus einem Material mit größerer Brechzahl als das Material des Lichtleitkörpers gebildet sind, das Licht, welches eine verfügbare maximale Intensität hat, so gesteuert werden, daß es unter einem Winkel von mehr als 30° in Bezug auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite abgegeben wird. Damit kann das Licht unter einem gewünschten Winkel austreten, um eine verbesserte Intensität zu erhalten.
Es sei darauf hingewiesen, daß alle Vorsprünge aus einem Material gebildet sein können, das eine andere Brechzahl als das Material des Lichtleitkörpers hat. Wenn nötig, können aber auch einige der Vorsprünge aus einem Material gebildet sein, das die gleiche Brechzahl hat wie das Material des Lichtleitkörpers.
Ausführungsbeispiel 4
Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung soll nun unter Hinweis auf 7 beschrieben werden. Eine Schnittansicht eines Lichtleiters des Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 7 dargestellt. Der Lichtleiter dieses Ausführungsbeispiels ähnelt dem Lichtleiter gemäß Ausführungsbeispiel 3 mit Ausnahme der Brechzahlen des Lichtleitkörpers und der Vorsprünge.
Wie aus 7 hervorgeht, ist der Vorsprung 76 aus einem Material gebildet, das eine kleinere Brechzahl hat als das Material des Lichtleitkörpers 74. Der Einfallswinkel δ7 des vom Lichtleitkörper 74 zum Vorsprung 76 eingegebenen Lichts gegenüber der Oberfläche der Austrittsseite 77 ist größer als der Austrittswinkel δ6 des vom Lichtleitkörper 74 abgegebenen Lichts gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 77 (δ6 < δ7). Wenn das Licht 16 in den Vorsprung 76 eintritt, wird das Licht gebrochen (δ6 < δ7), wenn der Winkel δ6 kleiner ist als der Winkel δ4 in 6, und das Licht wird weiter gebrochen, wenn das Licht aus dem Vorsprung 76 durch die Seitenfläche 76b-2 austritt. Der Winkel δ5 des schließlich austretenden Lichts gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 77 ist kleiner als 30° (δ6 < δ5).
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Scheitelwinkel θ der Prismenanordnung zwischen 50° und 60° bevorzugt, um das Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung in einer Richtung rechtwinklig zum Flüssigkristallfeld abzugeben.
Bei dem Ausführungsbeispiel 4 kann daher dadurch, daß die Vorsprünge aus einem Material mit kleinerer Brechzahl als der des Lichtleitkörpers gebildet werden, das Licht, welches eine verfügbare maximale Stärke hat, so gesteuert werden, daß es vom Lichtleiter unter einem Winkel gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite abgegeben wird, der kleiner ist als 30°. Das Licht kann also unter einem gewünschten Winkel austreten, um eine verbesserte Intensität zu erhalten.
Es sei darauf hingewiesen, daß alte Vorsprünge aus einem Material gebildet sein können, dessen Brechzahl kleiner ist als die des Materials des Lichtleitkörpers. Wenn nötig, können aber auch einige der Vorsprünge aus einem Material gebildet sein, welches die gleiche Brechzahl hat wie das Material des Lichtleitkörpers. Gemäß einer Alternative kann zum Beispiel, wie der Lichtleiter 98 in 10C, der Lichtleiter Vorsprünge aufweisen, die eine Brechzahl n haben, welche der des Lichtleitkörpers gleicht, Vorsprünge, deren Brechzahl n1 kleiner ist als n sowie Vorsprünge, deren Brechzahl n2 größer ist als n. Zwei Arten von Vorsprüngen mit unterschiedlichen Brechzahlen können abwechselnd in Richtung einer Reihe auf dem Lichtleitkörper oder abwechselnd in Richtung einer Spalte angeordnet sein. Vorsprünge mit drei oder mehr unterschiedlichen Brechzahlen können der Reihe nach in Spaltenrichtung angeordnet sein. Je nach dem Muster der Anordnung der Vorsprünge kann das Licht aus den Vorsprüngen unter einem gewünschten Winkel austreten.
Ausführungsbeispiel 5
Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 8 und 9 beschrieben. Eine Schnittansicht des Lichtleiters des Flüssigkristallanzeigesystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in 8 gezeigt. Eine Schnittansicht eines weiteren Lichtleiters ist in 9 gezeigt. Diese Lichtleiter ähneln dem Lichtleiter des ersten Ausführungsbeispiels mit Ausnahme der Größe des Vorsprungs.
Beispielsweise wird bei diesem Ausführungsbeispiel der von der Lichtquelle in den Lichtleitkörper 80 eintretende Lichtstrahl 16 so reflektiert, daß er einen Winkel ξ der Größe 45° oder kleiner mit einer Längsachse des Lichtleitkörpers 80 einschließt. Hierbei muß die Breite i und die Höhe j des Vorsprungs 82 so gesteuert sein, daß das Licht 16 durch die Seitenfläche 82b-2 des Vorsprungs 82 hindurchtreten kann. Für einen Winkel ξ von 45° ist die Höhe j vorzugsweise größer als die Breite i.
Im Fall des in 9 gezeigten Vorsprungs wird das Licht 16, da die Breite i größer ist als die Höhe j, so reflektiert, daß es durch die Unterseite des Lichtleitkörpers 84 austritt.
Wenn also das Verhältnis der Breite i zur Höhe j viel größer ist als 1/1, wird das meiste Licht so reflektiert, wie es für das Licht 16 in 9 dargestellt ist. Infolgedessen ist vorzugsweise das Verhältnis der Breite i zur Höhe j etwa 1/1. Ein Vorsprung dieser Größe ist leicht herzustellen.
Da die Wellenlänge sichtbaren Lichts etwa zwischen 380 nm und 700 nm liegt, ist die Breite i und die Höhe j vorzugsweise nicht weniger als etwa 5 μm, um zu verhindern, daß aufgrund der Beugung von Licht Interferenzstreifen auftreten. Da die Größe eines Pixels des Flüssigkristallanzeigefeldes etwa zwischen 200 μm und 300 μm liegt, ist eine Breite i und eine Höhe j von nicht mehr als etwa 100 μm noch mehr zu bevorzugen, um das Auftreten von Interferenzstreifen aufgrund der Pixel zu verhüten. Unter Gesichtspunkten der Zweckmäßigkeit bei der Herstellung wird ferner bevorzugt, daß die Breite i und die Höhe j etwa zwischen 10 μm und 50 μm liegt.
Durch die Ausbildung der Breite und Höhe des Vorsprungs im Verhältnis von etwa 1/1 beim Ausführungsbeispiel 5 wird daher das an der Oberseite des Vorsprungs reflektierte Licht (wie das Licht 16 in 9) verringert, was die Lichtstärke und den Lichtauswertungsgrad verbessert. Durch Einstellen der Breite und Höhe des Vorsprunges auf etwa zwischen 10 μm und 50 μm wird ferner die Zweckmäßigkeit der Herstellung verbessert.
Durch Steuern der Dichte der Vorsprünge oder der Anzahl der Vorsprünge 82 pro Flächeneinheit auf dem Lichtleitkörper 80 kann die Gleichmäßigkeit des abgegebenen Lichts verbessert werden. In 11A sind die Vorsprünge 102 so angeordnet, daß sie in der Nähe der Lichtquellen 103a und 103b eine geringere Dichte haben. In diesem Fall sind die Größen der Vorsprünge 102 gleich. Als Alternative kann die Gleichmäßigkeit der Lichtabgabe verbessert werden, wenn man die Vorsprünge so anordnet wie in 11B gezeigt, wo die Dichte der Vorsprünge 106 gleichmäßig, aber die Größe unterschiedlich ist. Es sei noch erwähnt, daß der Abstand zwischen den Vorsprüngen 106 gleichmäßig ist. Auch wenn das Verhältnis zwischen Breite i und Höhe j vorzugsweise i/j = 1 ist, kann das Verhältnis auch i/j < 1 sein, um den Abstand zwischen den Vorsprüngen zu egalisieren.
Ausführungsbeispiel 6
Ausführungsbeispiel 6 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf die 10A und 10B beschrieben. Eine Schnittansicht des Lichtleiters des Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 10A gezeigt. Der Lichtleiter ähnelt dem Lichtleiter des Ausführungsbeispiels 1, außer daß die Seitenflächen der Vorsprünge geneigt sind.
Wie 10A zeigt, sind die Seitenflächen der Vorsprünge 92 gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite unter einem Winkel η gekippt, dessen Größe 10° oder weniger beträgt.
Ist der Winkel η größer als 10°, wird das Licht breit gestreut, so daß das Licht nicht von der Prismenanordnung gesteuert werden kann und die Lichtstärke reduziert wird. Ist der Winkel η 10° oder kleiner, ist allerdings der Einfluß der Streuung im wesentlichen niedrig. Außerdem sind derartige leicht geneigte Seitenflächen von Vorteil für die Herstellung der Vorsprünge mit einem Verfahren, wie dem Spritzgießen. Es sei darauf hingewiesen, daß auch der Winkel geneigter Seitenflächen der Vorsprünge, die mit einem Verfahren, wie Ätzen oder Klebverbinden eines Films mit einer transparenten Harz- oder Glasplatte hergestellt sind, vorzugsweise 10° ist oder kleiner, einschließlich des in 10B gezeigten Falls, bei dem der Vorsprung des Lichtleitkörpers 94 nach unten verjüngt ist.
Um das Licht aus der Beleuchtungsvorrichtung in einer Richtung rechtwinklig zur Flüssigkristalltafel austreten zu lassen, muß der Scheitelwinkel θ der Prismenanordnung so gesteuert werden, daß er in einem Bereich zwischen 50° und 70° liegt, um den optimalen Wert zu erhalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel 6 können die Oberflächen der Vorsprünge geneigt sein, um die Zweckmäßigkeit der Herstellung zu verbessern, weil verhindert werden kann, daß die Lichtstärke abnimmt, wenn der Winkel, den die geneigte Seitenfläche mit der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite einschließt, 10° oder weniger beträgt.
Ausführungsbeispiel 7
Ausführungsbeispiel 7 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 12 und 13 beschrieben. Eine Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 12 gezeigt. Das Flüssigkristallanzeigesystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel ähnelt dem ersten Ausführungsbeispiel, außer daß im siebten Ausführungsbeispiel als Richtungsänderungseinrichtung das Hologrammelement benutzt wird.
Wie 12 zeigt, weist das Flüssigkristallanzeigesystem ein Flüssigkristallanzeigefeld 135 und eine Beleuchtungsvorrichtung 110 auf. Es sei darauf hingewiesen, daß normalerweise an der Vorder- und Rückseite des Feldes 135 vorgesehene Polarisierungsplatten in dieser Figur weggelassen sind.
Zu der Beleuchtungsvorrichtung 110 gehört ein Lichtleiter 120, eine Lichtquelle 131 und ein Hologrammelement 140 bzw. eine Richtungsänderungseinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 132b des Lichtleitkörpers 132 des Lichtleiters 120 zugewandt ist, um die Richtung des Lichtes zu ändern. Auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 132b sind Vorsprünge 133 gebildet. Es sei darauf hingewiesen, daß sowohl Höhe als auch Breite des Vorsprungs 133 bei diesem Ausführungsbeispiel 30 μm sind.
Das Hologrammelement, welches ein Merkmal des Flüssigkristallanzeigesystems bei diesem Ausführungsbeispiel ist, soll nun unter Hinweis auf 12 und 13 beschrieben werden. Eine Schnittansicht des Hologrammelements ist in 13 gegeben.
Das Hologrammelement 140 wird zur Ausgabe des Lichts in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 135 benutzt. Das Hologrammelement ist zwischen dem Lichtleiter 120 und dem Flüssigkristallanzeigefeld 135 vorgesehen, wie 12 zeigt.
Das Hologrammelement umfaßt eine Glasplatte 142 einer Dicke von 1 mm sowie eine lichtempfindliche Schicht 144, die aus einem lichtempfindlichen Material besteht, mit dem die Unterseite der Glasplatte 142 überzogen ist. Auf der lichtempfindlichen Schicht 144 ist eine Beugungsgitterstruktur 146 mit einem Belichtungsverfahren unter Verwendung der Zweistrahlinterferenz aufgezeichnet. Eintretendes Licht 148 der Wellenlänge 540 nm tritt in das Hologrammelement 140 unter einem beispielsweise 60° großen Einfallswinkel Ψ2 gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Hologrammelements 140 ein. Das eintretende Licht wird durch die Beugungsgitterstruktur 146 hindurchgelassen, um als gebeugtes Licht 149 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Hologrammelements 140 abgegeben zu werden (unter einem Winkel von 0° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite).
Das Licht, welches unter einem schrägen Winkel in das Hologrammelement 140 eingetreten ist, wird von der Beugungsgitterstruktur 146 gebeugt, um in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 135 abgegeben zu werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Beugungsgitterstruktur 146 auf einer Ebene gebildet ist, die zur Blattoberfläche der 13 senkrecht steht.
Da der Beugewirkungsgrad des Hologrammelements 140, insbesondere im Fall eines Volumenhologrammelements, stark vom Einfallswinkel des Lichts abhängt, wird der größte Teil des von der rechten Seite in 12 in das Hologrammelement eintretenden Lichts (beispielsweise Lichtstrahl 134, der einen Einfallswinkel von ~60° hat) nicht in Richtung zum Flüssigkristallanzeigefeld 135 abgegeben.
Da, wie gesagt, anders als die Prismenanordnung, das Hologrammelement 140 vom Einfallswinkel abhängt, ist für das Licht vom Lichtleitkörper 132 eine verbesserte Richtungsbündelung nötig. Deshalb hat bei diesem Ausführungsbeispiel der Vorsprung 133 auf dem Lichtleitkörper 132 die Gestalt eines Kastens, so daß der größte Teil des in den Vorsprung eintretenden Lichts unter einem Winkel von etwa 60° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers 132 abgegeben wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Lichtquelle 131 in der Nähe eines der Enden des Lichtleitkörpers vorgesehen ist.
Zusätzlich zum Licht der Wellenlänge von 540 nm geht von der Lichtquelle 131 auch Licht einer Wellenlänge der blauen Farbe, der roten Farbe oder dergleichen aus. Da das Hologrammelement 140 für Licht der Wellenlänge 540 nm ausgelegt ist, wird Licht einer anderen Wellenlänge als 540 nm nicht unter einem Winkel von 0° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Hologrammelements abgegeben, sondern unter einem Winkel innerhalb eines Bereichs von etwa ± 15° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite. Anders als bei der Prismenanordnung wird also fast kein Licht zum Lichtleitkörper 132 zurückgeleitet wegen der Totalreflexion.
Die Funktion wird nachfolgend beschrieben.
Das Licht von der Lichtquelle 131 tritt durch die Lichteingangsfläche 132a in den Lichtleitkörper 132 ein, ehe es die innere Totalreflexion auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 132b und einer Unterseite 132c des Lichtleitkörpers 132 wiederholt. Das Licht, welches eine Seitenfläche 133a des Vorsprungs 133 erreicht, wird dann gebeugt, um zum Flüssigkristallanzeigefeld 135 abgegeben zu werden. Das Licht, welches durch die Seitenfläche 133a abgegeben wird, hat eine verbesserte Richtungsbündelung. Das meiste Licht wird unter einem Winkel Ψ1 gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers 132 von zum Beispiel 60° mit einem Bereich von ca. ± 10° abgegeben.
Beim Ausführungsbeispiel 7 kann daher das Hologrammelement, welches das Licht in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld abgibt, die Konstruktionsarbeit für das Flüssigkristallanzeigefeld erleichtern.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Beugungsgitterstruktur des Hologrammelements eine Struktur sein kann, die durch das Belichtungsverfahren mittels Zweistrahlinterferenz auf einer lichtempfindlichen Schicht gebildet ist, mit der eine transparente Platte, beispielsweise eine Glasplatte, überzogen ist, wobei die Durchlässigkeit oder Brechzahl im Beugungsgitter regelmäßig geändert wird.
Ausführungsbeispiel 8
Ausführungsbeispiel 8 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 14 beschrieben. Eine Schnittansicht der Richtungsänderungseinrichtung des Flüssigkristallanzeigesystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in 14 dargestellt. Das Flüssigkristallanzeigesystem ähnelt dem des Ausführungsbeispiels 7, abgesehen von einer Struktur der Richtungsänderungseinrichtung.
Wie in 14 dargestellt, weist die Richtungsänderungseinrichtung 150 dieses Ausführungsbeispiels eine Glasplatte 152 mit einer Dicke von 2 mm sowie ein Gitter 154 mit einem bestimmten Bereich maximaler Intensität auf, welches auf der Glasplatte 152 aus einem im Abdruckverfahren geformten Harz unter Verwendung eines Photopolymers gebildet ist und ein Sägezahnprofil hat.
Eingangslicht 156 mit einer Wellenlänge von 540 nm wird in die Richtungsänderungseinrichtung unter einem Winkel Ψ2 eingegeben, der beispielsweise 60° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite der Richtungsänderungseinrichtung 150 beträgt. Das Eingangslicht 156 wird dann von dem Gitter 154 mit einem bestimmten Bereich maximaler Intensität gebeugt, um als gebeugtes Licht 158 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Lichtausgangsseite der Richtungsänderungseinrichtung 150 abgegeben zu werden (unter einem Winkel von 0° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite). Es sei darauf hingewiesen, daß der Lichtleiter oder dergleichen, der in der Figur nicht gezeigt ist, dem des Ausführungsbeispiels 7 ähnelt.
Es kann auch eine andere Art von Richtungsänderungseinrichtung benutzt werden, wenn die Richtungsänderungseinrichtung eine Funktion eines Prismas hat. Als Grundplatte für die Richtungsänderungseinrichtung kann nicht nur eine Glasplatte, sondern auch eine transparente Harzplatte oder ein transparenter Harzfilm verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß der Lichtleitkörper nicht notwendigerweise die Vorsprünge benötigt, wenn er die Fähigkeit hat, die Richtungsbündelung des Lichts zu verbessern. Eine Beugungsgitter struktur kann so konstruiert werden, daß sie für die Richtungsbündelung des Lichts angemessen ist.
Ausführungsbeispiel 9
Ausführungsbeispiel 9 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 15 beschrieben. Eine Schnittansicht der in der Beleuchtungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel benutzten Prismenanordnung ist in 15 gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung ähnelt der des ersten Ausführungsbeispiels mit Ausnahme einer Struktur der Prismenanordnung.
Wie aus 15 hervorgeht, gehört zu der Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle 210, ein Lichtleiter 211, ein Reflexionsspiegel 210a, der das Licht von der Lichtquelle 210 wirksam zu Lichtleiter 211 zurückwirft, sowie eine Prismenanordnung 213, die so vorgesehen ist, daß sie dem Lichtleiter 211 zugewandt ist. Der Lichtleiter umfaßt einen Lichtleitkörper 212 und auf dem Lichtleitkörper gebildete Vorsprünge 212a. Zum Beispiel ist ein Durchmesser kreisförmiger Enden der zylindrischen Lichtquelle 210 2,4 mm groß, eine Dicke des Lichtleitkörpers 212 beträgt 2 mm, und eine Breite und eine Höhe jedes der Vorsprünge 212a sind 30 μm. Auch wenn die Vorsprünge 212a in Richtung senkrecht zur Blattoberfläche der 15 langgestreckt sind, können auch Vorsprünge mit einem Muster eines Gitters oder Netzes verwendet werden, wie sie in 18A und 18B gezeigt sind.
Eingangslicht, welches eine Seitenfläche 212b-2 des Vorsprungs 212a erreicht, wird dann gebeugt, um in Richtung zur Prismenanordnung 213 abgegeben zu werden. Ausgangslicht 212r von der Seitenfläche 212b-2 hat eine verbesserte Richtungsbündelung. Der größte Teil des Ausgangslichts 212r wird unter einem Winkel β gegenüber der Senkrechten 212n auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers 212 abgegeben, der beispielsweise 60° mit einem Bereich von ± 10° beträgt. In 15 sind zum Beispiel Austrittswinkel α, β und γ von Lichtstrahlen a, b und c gegenüber der Senkrechten 212n 70°, 60° bzw. 50°. Es sei darauf hingewiesen, daß die Lichtstärke an der Seitenfläche weiter weg von der Lichtquelle 210 groß wird, und daß das Licht h, welches aus der Seitenfläche des Vorsprungs 12a austritt, schwach ist, wenn die Seitenfläche der Lichtquelle zugewandt ist.
Die Lichtstrahlen a, b und c treten aus einer Lichtausgangsfläche 213e der Prismenanordnung unter Winkeln von 15°, 5° bzw. 7° gegenüber der Senkrechten 213n auf die Lichtausgangsfläche 213e aus, und ein Lichtstrahl d, der aus dem Vorsprung unter dem Winkel γ austritt, wird dann von der Lichtausgangsfläche unter einem Winkel von –5° abgegeben (wenn Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn positiv sind in 15).
Der Aufbau der Prismenanordnung 213 wird nun im einzelnen unter Hinweis auf 15 beschrieben.
Die Prismenanordnung 213 ist zwischen dem Lichtleiter 211 und dem Flüssigkristallanzeigefeld vorgesehen, um das Ausgangslicht 212r in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld abzugeben. Die Prismenanordnung 213 ist durch Spritzgießen oder Gießen eines durchsichtigen Harzes, wie Acrylharz gebildet und weist eine Vielzahl von Prismen 213p sowie die ebene Lichtausgangsfläche 213e auf. Jedes der Prismen 213p erstreckt sich in einer Richtung rechtwinklig zur Blattoberfläche der 15. Die Dicke der Prismenanordnung 213 ist beispielsweise 300 μm.
Jedes der Prismen 213p hat Lichteingangsflächen 213a und 213b, bei denen es sich um erste Oberflächen für den Empfang von Licht handelt, sowie eine zweite Fläche 213r, die das Licht aufgrund der inneren Totalreflexion reflektiert.
Die Lichteingangsfläche 213a hat einen Winkel θ1 = 20° gegenüber der Senkrechten 213n auf die Lichtausgangsfläche 213e, und die Lichteingangsfläche 213b ist im wesentlichen parallel zur Senkrechten 213n. Die zweite Fläche 213r hat einen Winkel θ2 = 30° gegenüber der Senkrechten 213n. Die Prismen 213p haben einen Abstand von etwa 50 μm, und die Dicke jedes Prismas 213p ist etwa 55 μm.
Der Lichtstrahl b, der den Winkel β = 60° hat, tritt durch einen Scheitel 213t eines der Prismen 213p hindurch und dann durch eine Überschneidung 213c der Lichteingangsflächen 213a und 213b in ein benachbartes Prisma ein.
Die Funktion der Prismenanordnung dieses Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben.
Die Lichtstrahlen a, b und c werden vom Lichtleiter 211 abgegeben und treten in eines der Prismen 213p ein. Der Lichtstrahl a durchläuft den Scheitel 213t, wird dann an der Lichteingangsfläche 213a gebeugt und an der zweiten Oberfläche 213r durch die innere Totalreflexion reflektiert, um in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche 213e auszutreten.
Der Lichtstrahl c durchläuft den Scheitel 213t, wird dann an der Lichteingangsfläche 213b gebeugt und an der zweiten Oberfläche 213r durch die innere Totalreflexion reflektiert, um in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche 213e auszutreten.
Der Lichtstrahl d, der den Winkel γ hat, durchläuft nicht den Scheitel 213t, wenn er in eines der Prismen 213p eintritt. Der Lichtstrahl d wird dann an der Lichteingangsfläche 213a gebeugt und an der zweiten Oberfläche 213r durch die innere Totalreflexion reflektiert, um in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche 213e auszutreten.
Ein Winkel θ3 zwischen der Lichteingangsfläche 213b und der Senkrechten 213n ist kleiner als der Winkel θ1 zwischen der Lichteingangsfläche 213a und der Senkrechten 213n. Anders ausgedrückt, die Lichteingangsfläche 213b ist im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche 213e, um den Lichtstrahl c mit dem Austrittswinkel γ, der größer ist als die Lichtstrahlen a und b zu beugen und dann in Richtung zur zweiten Oberfläche 213r durchzulassen. Wenn die Lichteingangsfläche 213b unter einem Winkel geneigt ist, der dem Winkel θ1 der Lichteingangsfläche 213a gleicht, würde der Lichtstrahl c die Lichtausgangsfläche 213e unmittelbar erreichen und durch die innere Totalreflexion reflektiert und damit zum Lichtleiter 211 zurückgeworfen werden.
Ausführungsbeispiel 9 hat folgende Vorteile:

1) Da das Licht vom Lichtleiter in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld mit verbesserter Richtungsbündelung wirksam durchgelassen werden kann, kann eine hellere Anzeige geboten werden.
2) Da der größte Teil des Lichtes von der Prismenanordnung in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche abgegeben wird, ist das Licht auch im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld. Wenn irgendeine Einrichtung zum Streuen von Licht vorgesehen ist, wird die unter einem schrägen Winkel betrachtete Anzeige hell.
3) Der größte Teil des aus der Prismenanordnung 213 austretenden Lichts wird in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche 213e abgegeben. Wenn zwischen der Prismenanordnung 213 und dem Flüssigkristallanzeigefeld ein polarisierender Strahlenteiler vorgesehen ist, kann dieser nur von einem gegebenen polarisierten Licht durchdrungen werden. Das Licht, welches am polarisierenden Strahlenteiler reflektiert wird, wird erneut an der Prismenanordnung oder dem Lichtleiter reflektiert, und die Richtung der Lichtschwingungen ändert sich. Schließlich kann das Licht durch den polarisierenden Strahlenteiler hindurchtreten, was die Lichtmenge erhöht, so daß helleres Licht für das Flüssigkristallanzeigesystem verfügbar ist.

Ausführungsbeispiel 10
Ausführungsbeispiel 10 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 16 beschrieben. Eine Schnittansicht einer Prismenanordnung, die in einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet ist, ist in 16 dargestellt. Der Aufbau der Prismenanordnung unterscheidet sich von dem des Ausführungsbeispiels 9.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist eine Prismenanordnung 220 eine Vielzahl von Prismen 222 auf, die durch Spritzpressen eines acrylischen, lichthärtenden Harzes auf einem Polyesterfilm 224 mit einer Dicke von 150 μm gebildet sind. Ein derartiges Verfahren verbessert die Zweckmäßigkeit der Herstellung.
Jedes der Prismen 222 hat Lichteingangsflächen 222a und 222b sowie eine zweite Oberfläche 222r. Diese Flächen können unter Winkeln geneigt sein, wie für Ausführungsbeispiel 9 beschrieben, und die Winkel können je nach der Richtungsbündelung des Lichts vom Lichtleiter gesteuert werden.
Außerdem brauchen diese Flächen des Prismas nicht notwendigerweise eben zu sein. Sie können gekrümmt sein wie die Flächen 234a, 234b und 232 der Prismenanordnung 230 in 17.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei Lichteingangsflächen; aber es können auch drei oder mehr Lichteingangsflächen vorhanden sein, wie durch die Flächen 234a, 234b und 234c der Prismenanordnung in 17 gezeigt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Vorsprünge des Lichtleiters nicht unbedingt kastenförmig sein müssen, wenn die Vorsprünge das Licht mit verbesserter Richtungsbündelung abgeben können.
Ausführungsbeispiel 11
Ausführungsbeispiel 11 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf die 19 bis 22 beschrieben. Eine Schnittansicht eines Lichtleiters dieses Ausführungsbeispiels ist in 19 gezeigt. Der Lichtleiter ähnelt dem des ersten Ausführungsbeispiels, abgesehen davon, daß bei diesem Ausführungsbeispiel eine Reflexionsschicht auf den Vorsprüngen vorgesehen ist.
Wie 19 zeigt, weist ein Lichtleitkörper 311 eine Vielzahl von Vorsprüngen 312 auf, die auf einer Oberfläche der Lichtaustrittsseite 314 angeordnet sind. Die Vorsprünge sind parallel zueinander und zu einer Lichteingangsfläche 315. Jeder der Vorsprünge 312 hat eine Oberseite, die zu der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 314 im wesentlichen parallel ist, sowie Seitenflächen, die zu der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 314 im wesentlichen rechtwinklig verlaufen.
Eine aus einem dünnen Aluminiumfilm geschaffene Reflexionsschicht 313 ist auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 314 sowie den Oberseiten 312a der Vorsprünge 312 vorgesehen. Die Reflexionsschicht 313 deckt auch Seitenflächen 316 des Lichtleitkörpers 311 mit Ausnahme der Lichteingangsfläche 315 ab.
Von den Erfindern vorgenommene Forschungen zum Lichtleiter haben klargestellt, daß Licht 305 nur von den Seitenflächen 312b-1 und 312b-2 des Vorsprungs 312 abgegeben wird, wie in 21 gezeigt. Wegen der inneren Totalreflexion wird der größte Teil des Lichtes, der die Oberseite 312a der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 314 erreicht, selbst dann reflektiert, wenn die Reflexionsschicht 313 nicht vorgesehen ist. Allerdings ist für die Seitenflächen 316 (in 20 zu sehen) des Lichtleitkörpers 311, mit Ausnahme der Lichteingangsfläche, die Reflexionsschicht 313 nötig.
Das von außerhalb des Lichtleiters kommende Licht 306 wird von der auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 314 vorgesehenen Reflexionsschicht 313 und den Oberseiten 312a der Vorsprünge 312 reflektiert, wie in 22 gezeigt. Infolgedessen kann, anders als bei einem herkömmlichen Transflektor (halblichtdurchlässige Platte) der größte Teil des Lichtes 306 wirksam genutzt werden.
Ausführungsbeispiel 12
Ausführungsbeispiel 12 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf die 23 bis 25 beschrieben. Eine Schnittansicht eines Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 23 gezeigt. Der Lichtleiter des Ausführungsbeispiels 11 wird in dem Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels verwendet. Wie 23 zeigt, gehört zu dem Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels ein Flüssigkristallanzeigefeld 302 und eine Beleuchtungsvorrichtung 303. Die Beleuchtungsvorrichtung 303 umfaßt eine Lichtquelle 322, einen Lichtleiter 307 und eine Prismenanordnung 321.
Es gibt Eingangslicht 305, welches nachfolgend beschrieben wird.
Die Lichtquelle 322 ist in der Nähe eines der Enden des Lichtleiters 307 vorgesehen. Der größte Teil des Lichts von der Lichtquelle wird mittels einer (nicht gezeigten) reflektierenden Einrichtung durch eine Lichteingangsfläche 315 in den Lichtleiter 307 eingegeben. Das Eingangslicht 305 wiederholt die innere Totalreflexion, um nur aus den Seitenflächen der Vorsprünge 312 ausgegeben zu werden.
Wenn das Eingangslicht 305 die Prismenanordnung 321 durchlaufen hat, tritt es in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 302 aus. Wie 24 zeigt, ist der Scheitelwinkel θ jedes Prismas der Prismenanordnung 321 vorzugsweise zwischen etwa 50° und 70°, damit die Richtung des Eingangslichts 305 im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 302 wird.
Das (in 23 gezeigte) Licht 306, welches von außerhalb des Flüssigkristallanzeigesystems kommt, wird als nächstes beschrieben. 25 zeigt ein Beispiel der Lichtübertragung, wenn das Licht 306 im rechten Winkel durch das Flüssigkristallanzeigefeld 302 eingetreten ist.
Nach dem Durchlaufen des Flüssigkristallanzeigefeldes 302 wird das Licht 306 in die Beleuchtungsvorrichtung 303 eingegeben. Das Licht 306 tritt durch die Prismenanordnung 321 hindurch, ehe es von der Reflexionsschicht 313 zurückgeworfen wird, die auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleiters 307 gebildet ist. Das reflektierte Licht 306 passiert noch einmal die Prismenanordnung 321, um dann in einer Richtung rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 302 abgegeben zu werden. Wenn das Licht das Flüssigkristallanzeigefeld 302 passiert, kann eine dargestellte Abbildung betrachtet werden. Wegen der Reflexionsschicht 313 kann das Licht 306 mit geringem Verlust reflektiert werden. Selbst wenn das Licht 306 nicht rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld ist, kann das Licht 306 mit geringem Verlust reflektiert werden.
Wie beschrieben, kann das Flüssigkristallanzeigesystem des Ausführungsbeispiels 12, wenn genügend Licht von außen zur Verfügung gestellt wird, das reflektierte Licht des Außenlichts statt das der Lichtquelle des Anzeigesystems auswerten und ausreichende Lichtstärke bieten. Ein solches Flüssigkristallanzeigesystem mit geringem Energieverbrauch eignet sich zur Verwendung für tragbare digitale Assistenten oder dergleichen.
Ausführungsbeispiel 13
Ausführungsbeispiel 13 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 26 beschrieben. Eine Schnittansicht eines in einem Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels verwendeten Lichtleiters ist in 26 gezeigt. Der Lichtleiter dieses Ausführungsbeispiels ähnelt dem des Ausführungsbeispiels 12, außer daß die Reflexionsschicht nur auf der Lichtaußenseitenoberfläche vorgesehen ist und bei diesem Ausführungsbeispiel die Vorsprünge nicht überdeckt.
Wie 26 zeigt, sind Vorsprünge 352 auf einer Oberfläche 354 der Lichtaustrittsseite eines Lichtleitkörpers 351 angeordnet. Eine aus einem dünnen Silberfilm gebildete Reflexionsschicht 353 ist nur auf der Oberfläche 354 der Lichtaustrittsseite vorgesehen und bedeckt nicht die Vorsprünge 352.
Von den Erfindern vorgenommene Forschungen zum Lichtleiter haben klargestellt, daß Licht von der Lichtquelle aus den Seitenflächen der Vorsprünge 352 austritt, wenn die Lichtquelle in der Nähe jedes Endes des Lichtleitkörpers vorgesehen ist. Wegen der inneren Totalreflexion wird der größte Teil des Lichtes, welches die Oberseiten der Vorsprünge 352 und die Oberfläche der Lichtaustrittsseite 354 erreicht, reflektiert und nicht verschwenderisch abgegeben, selbst wenn die Reflexionsschicht 353 nicht da ist.
Da die Reflexionsschicht 353 auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 354 Außenlicht reflektieren kann, kann der größte Teil des Lichts von außen anders als bei einem herkömmlichen Transflektor (halblichtdurchlässige Platte) wirksam genutzt werden. Im Vergleich mit der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 354 ist eine Fläche der Vorsprünge 352 sehr klein, so daß die Fähigkeit der Reflexionsschicht, Licht zurückzuwerfen durch die Vorsprünge nicht beeinträchtigt wird.
Außerdem kann die Reflexionsschicht den Auswertungsgrad des in den Lichtleiter eintretenden Lichts verbessern.
Ausführungsbeispiel 14
Ausführungsbeispiel 14 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 27 beschrieben. Eine Schnittansicht eines Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 27 gezeigt. Das Flüssigkristallanzeigesystem ähnelt dem des Ausführungsbeispiels 13, außer daß bei diesem Ausführungsbeispiel eine Lichtdiffusionsfolie, eine Reflexionsspiegelfolie sowie zwei Lichtquellen vorgesehen sind.
Wie 27 zeigt, weist das Flüssigkristallanzeigesystem ein Flüssigkristallanzeigefeld 362 und eine Beleuchtungsvorrichtung 360 auf.
Die Beleuchtungsvorrichtung 360 umfaßt Lichtquellen 372, einen Lichtleiter 370, eine Prismenanordnung 375, eine Lichtdiffusionsfolie 376 und eine Reflexionsspiegelfolie 374. Die Lichtquellen 372 sind in der Nähe der Enden des Lichtleiters 370 angeordnet. Die Reflexionsspiegelfolie 374 kann durch Niederschlag von Silber oder Aluminium auf der Rückseite des Lichtleiters 370 gebildet sein. Die Reflexionsspiegelfolie 374 kann mit dem Lichtleiter 370 entweder in Berührung stehen, oder ein dünner Luftspalt kann zwischen dem Lichtleiter 370 und der Reflexionsspiegelfolie 374 vorhanden sein. Es sei darauf hingewiesen, daß eine reflektierende, weiße Folie zur unregelmäßigen Reflexion in diesem Fall nicht bevorzugt verwendet wird, weil eine solche weiße Folie keinen hohen Reflexionsgrad hat und das Licht in verschiedenen Richtungen reflektiert wird, was die Richtungsbündelung des Lichts senkt.
Das Licht von den Lichtquellen 372 tritt durch Lichteingangsflächen in den Lichtleiter 370 ein. Das Licht wird nach dem Wiederholen der inneren Totalreflexion von den Seitenflächen der Vorsprünge 352 zu der Prismenanordnung 375 abgegeben.
Dann wird die Richtung des Lichts von der Prismenanordnung 375 geändert, so daß es in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Lichtausgangsfläche der Prismenanordnung austritt. Danach passiert das Licht die Lichtdiffusionsfolie 376, um gleichmäßig gestreut zu werden. Auf diese Weise ist die Flüssigkristallanzeige mit einem großen Betrachtungswinkelbereich versehen. Das Licht der beiden Lichtquellen wird also wirksam in gleichmäßig verteiltes Licht geändert.
Licht von außen passiert das Flüssigkristallanzeigefeld 362 und tritt in die Beleuchtungsvorrichtung 360 ein. Nach dem Passieren der Lichtdiffusionsfolie 276 und der Prismenanordnung 375 wird das Licht von einer Reflexionsschicht 353 reflektiert, die auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 354 des Lichtleiters 370 gebildet ist. Das Licht durchläuft erneut die Prismenanordnung 375 und die Lichtdiffusionsfolie 376 und tritt dann in das Flüssigkristallanzeigefeld 362 ein. Wenn das Licht durch das Flüssigkristallanzeigefeld 362 hindurchtritt, kann eine dargestellte Abbildung betrachtet werden. Wegen der Reflexionsschicht kann das Licht mit geringem Verlust genutzt werden und eine helle Anzeige bieten.
Ausführungsbeispiel 15
Ausführungsbeispiel 15 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 28 beschrieben. Eine Schnittansicht eines Lichtleiters, der in einem Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels benutzt ist, ist in 28 dargestellt. Der Lichtleiter ähnelt dem des Ausführungsbeispiels 14 mit Ausnahme einer von einer Reflexionsschicht bedeckten Fläche.
Im Lichtleiter, der einen ähnlichen Aufbau wie der des Ausführungsbeispiels 12 hat, ist eine Reflexionsschicht 353 auf Seitenflächen 391 des Lichtleitkörpers 390 mit Ausnahme der Lichteingangsfläche vorgesehen, um das eintretende Licht wirksam auszuwerten.
Auf einer Oberfläche der Lichtaustrittsseite 354 des Lichtleitkörpers 390 sind Vorsprünge 352 angeordnet. Die aus einem dünnen Aluminiumfilm gebildete Reflexionsschicht 353 ist ferner auf einer Oberseite jedes Vorsprungs 352 und der Oberfläche der Lichtaustrittsseite 354 vorgesehen.
Von den Erfindern vorgenommene Forschungen zum Lichtleiter haben klargestellt, daß der größte Teils des Lichts von der Lichtquelle aus den Vorsprüngen durch die Seitenflächen austritt, die nicht der Lichtquelle zugewandt sind, und zwar unter einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers. Ein Teil des Lichts von der Lichtquelle wird durch die Reflexionsschicht an einer der Lichteingangsseite des Lichtleitkörpers gegenüberliegenden Seitenfläche reflektiert und tritt dann durch die der Lichtquelle zugewandten Seitenflächen der Vorsprünge unter einem Winkel von etwa 30° gegenüber der Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers aus.
Der größte Teil des Lichts von der Lichtquelle wird von den Seitenflächen der Vorsprünge 352 abgegeben. Wegen der inneren Totalreflexion wird der größte Teil des Lichts, der die Oberseite und die Oberfläche der Lichtaustrittsseite erreicht, reflektiert und nicht verschwenderisch abgegeben, und zwar selbst wenn die Reflexionsschicht 353 nicht vorgesehen ist. Aber für die Seitenflächen des Lichtleitkörpers, mit Ausnahme der Lichteingangsfläche, ist die Reflexionsschicht 353 nötig.
Da die Reflexionsschicht 353 auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite und den Oberseiten der Vorsprünge 352 Außenlicht reflektieren kann, kann der größte Teil des Lichts von außen, anders als mit einem herkömmlichen Transflektor (halblichtdurchlässige Platte) wirksam ausgewertet werden. Darüber hinaus kann die Reflexionsschicht den Auswertungsgrad des in den Lichtleiter eintretenden Lichts verbessern.
Ausführungsbeispiel 16
Ausführungsbeispiel 16 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 29 beschrieben. Eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist in 29 gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung ähnelt der des Ausführungsbeispiels 1, mit Ausnahme einer Lichtpolarisiereinrichtung und einer Reflexionsschicht, die auf den Vorsprüngen des Lichtleiters vorgesehen ist.
Wie 29 zeigt, gehört zu der Beleuchtungsvorrichtung eine zylindrische Lichtquelle 410, ein Reflexionsspiegel 411, ein Lichtleiter 420 mit Vorsprüngen 421, eine Prismenanordnung 430 und eine Lichtpolarisiereinrichtung oder ein Polarisator 440.
Der Durchmesser kreisförmiger Enden der Lichtquelle 410 beträgt 2,4 mm und die Länge der geraden Seiten der Lichtquelle ist 130 mm. Der Reflexionsspiegel 411 ist so angeordnet, daß er die Lichtquelle 410 umgibt und ist durch Niederschlag von Silber auf einem Film gebildet. Der Lichtleiter umfaßt einen Lichtleitkörper 420a, mit einer Dicke von 3 mm, einer Länge von 160 mm und einer Breite (Messung in Richtung senkrecht zur Blattoberfläche) von 120 mm.
Die Vorsprünge 421 sind am Lichtleitkörper 420a des Lichtleiters so vorgesehen, daß sie der Prismenanordnung 430 zugewandt sind. Sowohl die Höhe als auch die Breite jedes Vorsprungs 421 beträgt 30 μm. Ein vertikaler Schnitt durch jeden Vorsprung ist nicht auf ein Rechteck begrenzt, ist vorzugsweise aber ein Trapez angesichts der leichten Entnahme aus einer Form für den Lichtleiter 420 einschließlich der Vorsprünge 421.
Eine Reflexionsschicht 422 ist auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers 420a und den Vorsprüngen 421 außer den Seitenflächen 423 der Vorsprünge 421 vorgesehen, wenn diese Seitenflächen 423 nicht der Lichtquelle 410 zugewandt sind. Die Reflexionsschicht 422 ist durch Niederschlag von Aluminium, Silber oder dergleichen gebildet. Um die Seitenflächen 423 zu meiden, erfolgt das Niederschlagen aus einer Richtung, die nicht den Seitenflächen 423 zugewandt ist.
Die zwischen dem Lichtleiter 420 und einem (nicht gezeigten) Flüssigkristallanzeigefeld angebrachte Prismenanordnung 430 empfängt Licht 424 vom Lichtleiter und gibt es in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld ab. Die Prismenanordnung 430 weist eine ebene Ausgangsfläche 432 und eine Vielzahl von Prismen 431 auf.
Ein Scheitelwinkel θ jedes Prismas 431 ist zweckmäßigerweise so gesetzt, daß die Richtung des Lichts 424 in eine Richtung rechtwinklig zur ebenen Ausgangsfläche 432 geändert werden kann. Wie aus 29 hervorgeht, ist der Winkel θ beispielsweise 60°. Das Licht 424 wird vom Lichtleiter 420 unter einem Winkel von 60° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite abgegeben, und dann wird die Richtung des Lichts 424 durch die Prismenanordnung in eine Richtung rechtwinklig zur ebenen Ausgangsfläche 432 geändert.
Der Winkel θ ist in diesem Fall 60°, aber der Winkel θ kann eine beliebige Anzahl von Graden groß sein, wenn er angesichts eines Austrittswinkels des Lichts aus dem Lichtleiter gesetzt wird. Durch Steuern des Winkels θ kann die Prismenanordnung 430 die Richtung des Lichts aus dem Lichtleiter in eine Richtung rechtwinklig zu der ebenen Ausgangsfläche 432 ändern.
Der Polarisator 440 weist eine cholesterine Flüssigkristallschicht 441 und einen Lambda-Viertelwellenfilm 442 auf, der eine Phasenverschiebung um eine Viertelwellenlänge erzeugt und auf der cholesterinen Flüssigkristallschicht vorgesehen ist.
Die Richtung der wendelförmigen Struktur des cholesterinen Flüssigkristalls in der cholesterinen Flüssigkristallschicht 441 ist bei diesem Ausführungsbeispiel linksdrehend (linksgängig). Deshalb kann rechtsdrehendes (rechtsgängiges) zirkular polarisiertes Licht innerhalb des in die cholesterine Flüssigkristallschicht 441 eintretenden Lichts durch die cholesterine Flüssigkristallschicht 441 hindurchtreten und von dem Lambda-Viertelwellenfilm 442 in linear polarisiertes Licht 460 umgewandelt werden.
Linksdrehendes, zirkular polarisiertes Licht wird von der cholesterinen Flüssigkristallschicht 441 reflektiert, um durch die Prismenanordnung 430 zur Reflexionsschicht 422 übertragen zu werden. Das Licht wird erneut an der Reflexionsschicht 422 reflektiert und zur Prismenanordnung 430 zurückgeworfen, und dann wird die Richtung des Lichts von der Prismenanordnung 430 geändert, so daß es erneut an den Polarisator 440 abgegeben wird.
Wenn das linksdrehende, zirkular polarisierte Licht 452 an der Reflexionsschicht 422 zurückgeworfen wird, wird die Drehrichtung auf rechtsdrehend geändert, und das nunmehr rechtsdrehende, zirkular polarisierte Licht tritt erneut in den Polarisator 440 ein, tritt durch die cholesterine Flüssig kristallschicht 441 hindurch und wird von dem Lambda-Viertelwellenfilm 442 in linear polarisiertes Licht 461 umgewandelt.
Auf diese Weise wird das Licht, das den Polarisator 440 nicht durchdringen kann, reflektiert, um von der Reflexionsschicht 422 umgewandelt zu werden. Das umgewandelte Licht wird zum Polarisator 440 zurückgeschickt und passiert ihn nunmehr. Wenn das Licht durch den Polarisator 440 hindurchtritt, wird das Licht von dem Lambda-Viertelwellenfilm 442 wiederum in linear polarisiertes Licht umgewandelt.
Die Funktion der Beleuchtungsvorrichtung wird nachfolgend beschrieben.
Das Licht von der Lichtquelle 410 wird unmittelbar durch die Lichteingangsfläche in den Lichtleitkörper 420a eingegeben oder vor seinem Eintritt vom Reflexionsspiegel 411 reflektiert. Das eintretende Licht wiederholt die innere Totalreflexion an der Oberfläche der Lichtaustrittsseite und der Unterseite des Lichtleitkörpers 420a.
Wenn das Licht die Seitenfläche 423 des Vorsprungs 421 erreicht, wird das Licht gebeugt, um als Ausgangslicht 424 zur Prismenanordnung 430 hin abgegeben zu werden. Das Ausgangslicht 424 hat eine verbesserte Richtungsbündelung. Der größte Teil des Ausgangslichts 424 wird unter einem Winkel von 60° mit einem Bereich von etwa ± 10° gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche der Lichtaustrittsseite abgegeben.
Das Ausgangslicht 424 tritt dann in einer Richtung rechtwinklig zur ebenen Ausgangsfläche 432 der Prismenanordnung 430 zum Polarisator 440 hin aus.
Rechtsdrehendes, zirkular polarisiertes Licht 450 innerhalb des in den Polarisator 440 eintretenden Lichts kann durch die cholesterine Flüssigkristallschicht 441 hindurchtreten und vom Lambda-Viertelwellenfilm 442 in linear polarisiertes Licht 460 umgewandelt werden.
Linksdrehendes, zirkular polarisiertes Licht 451 innerhalb des in den Polarisator 440 eintretenden Lichts wird von der cholesterinen Flüssigkristallschicht 441 reflektiert und durch die Prismenanordnung 430 als reflektiertes, linksdrehendes, zirkular polarisiertes Licht 452 zur Reflexionsschicht 422 übertragen. Dann wird das Licht 452 erneut von der Reflexionsschicht 422 reflektiert und zur Prismenanordnung 430 zurückgeworfen. Beim Reflektieren an der Reflexionsschicht 422 wird das zurückgeworfene, linksdrehende, zirkular polarisierte Licht 452 in rechtsdrehendes, zirkular polarisiertes Licht 452 umgewandelt, um erneut durch die Prismenanordnung 430 in den Polarisator 440 einzutreten. Das Licht 453 tritt durch die cholesterine Flüssigkristallschicht 441 hindurch und wird von dem Lambda-Viertelwellenfilm 442 in linear polarisiertes Licht 461 umgewandelt.
Wie beschrieben, können folgende Vorteile mit dem Ausführungsbeispiel 16 erhalten werden.
Die Drehrichtung zirkular polarisierten Lichts, welches eine cholesterine Flüssigkristallschicht durchdringen kann, ist insgesamt begrenzt. Wenn beispielsweise nur rechtsdrehendes, zirkular polarisiertes Licht durch eine cholesterine Flüssigkristallschicht hindurchtreten kann, wird das linksdrehende, zirkular polarisierte Licht reflektiert. Das reflektierte, linksdrehende zirkular polarisierte Licht wird gewöhnlich zu einem Lichtleiter zurückgeleitet, um von einer Streuplatte gestreut zu werden. Dann kann nur rechtsdrehendes, zirkular polarisiertes Licht innerhalb des diffundierten Lichts die cholesterine Flüssigkristallschicht durchdringen. Folglich ist der Wirkungsgrad der Umwandlung des reflektierten Lichts in diesem Fall niedrig.
Bei der vorliegenden Erfindung jedoch besteht die Reflexionsschicht aus Metall, welches einen hohen Reflexionsgrad hat, so daß das linksdrehende, zirkular polarisierte Licht von der Reflexionsschicht reflektiert und in rechtsdrehendes, zirkular polarisiertes Licht umgewandelt werden kann. Das umgewandelte Licht wird erneut in den Polarisator eingegeben und kann nunmehr durch ihn hindurchtreten. Auf diese Weise wird das Licht von der Lichtquelle wirksam in linear polarisiertes Licht umgewandelt, was die Lichtstärke verbessert. Die Reflexionsschicht verbessert außerdem den Auswertungsgrad des Eingangslichts.
Ausführungsbeispiel 17
Ausführungsbeispiel 17 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 30 beschrieben. Eine Schnittansicht eines in einer Beleuchtungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels verwendeten Lichtleiters ist in 30 gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung ähnelt der des Ausführungsbeispiels 16, mit Ausnahme der Reflexionsschicht.
In 30 ist nur ein Teil der Beleuchtungsvorrichtung gezeigt, da weitere Elemente denen des in 29 dargestellten Ausführungsbeispiels 16 ähneln.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gehört zu dem Lichtleiter ein Lichtleitkörper 480, Vorsprünge 482, eine Reflexionsschicht, die auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers 480 vorgesehen ist, eine auf den Oberseiten der Vorsprünge 482 vorgesehene Reflexionsschicht 491 sowie eine an einer Stirnfläche 481 des Lichtleitkörpers 480 vorgesehene Reflexionsschicht 492, wenn die Stirnfläche 481 nicht der Lichtquelle 470 zugewandt ist. Die Vorsprünge 482 haben Seitenflächen 484, die der Lichtquelle zugewandt sind. Anders als beim Ausführungsbeispiel 16 sind die Seitenflächen 484 nicht mit einer Reflexionsschicht versehen. Die Reflexionsschichten 490 und 491 sind durch Niederschlag von Metall, beispielsweise Aluminium auf den Vorsprüngen und der Oberfläche der Lichtaustrittsseite aus einer vertikalen Richtung und durch kurzfristiges Ätzen gebildet, mit dem nur eine dünne Metallschicht auf den Seitenflächen 483 und 484 der Vorsprünge entfernt wird.
Die Funktionen der Beleuchtungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels werden nachfolgend beschrieben.
Licht 494, welches von der Lichtquelle 470 abgegeben wird und die Stirnfläche 481 nicht erreicht, tritt aus Vorsprüngen 482 durch diejenigen Seitenflächen 483 aus, die der Lichtquelle nicht zuge wandt sind, ebenso wie beim Ausführungsbeispiel 16.
Ein Teil des zum Lichtleitkörper 480 übertragenen Lichts erreicht die Stirnfläche 481 und wird in umgekehrter Richtung zu der des Lichts 494 reflektiert.
Das Licht 495, welches in umgekehrter Richtung zu der des Lichts 494 übertragen wurde, tritt durch die Seitenflächen 484 aus den Vorsprüngen 482 aus. Das Licht 495 ist im Vergleich zum Licht 494 schwach, hat aber eine noch mehr verbesserte Richtungsbündelung als die des Lichts 494. Die Richtungen des größten Teils des Lichts 495 und des größten Teils des Lichts 494 sind symmetrisch in Bezug auf die Ebenen, die rechtwinklig zur Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Lichtleitkörpers 480 und der Blattoberfläche der Figur verlaufen.
Das aus dem Lichtleiter austretende Licht wird in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel 16 zur Richtungsänderungseinrichtung und Polarisiereinrichtung übertragen. Ein Teil des Lichts 494 und 495 wird vom Polarisator reflektiert, zu den Reflexionsschichten 490 und 491 zurückgeworfen, um erneut reflektiert zu werden und kehrt dann zum Polarisator zurück.
Ausführungsbeispiel 18
Ausführungsbeispiel 18 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 31 beschrieben. Eine Schnittansicht eines Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 31 gezeigt, wenn das Flüssigkristallanzeigesystem die Beleuchtungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels 16 aufweist.
Wie 31 zeigt, weist das Flüssigkristallanzeigesystem ein Flüssigkristallanzeigefeld 560 und eine Beleuchtungsvorrichtung auf. Das Flüssigkristallanzeigefeld 560 umfaßt eine Flüssigkristallschicht 562, Substrate 564a und 564b, die zwischen sich die Flüssigkristallschicht 562 stützen und Schaltkreise zum Treiben der Flüssigkristallschicht 562 besitzen, eine Polarisierplatte 567, die dem Substrat 564b zugewandt ist, sowie eine Polarisierplatte 566, die dem Substrat 564a zugewandt ist. Zu der Beleuchtungsvorrichtung gehört eine Lichtquelle 510, ein Reflexionsspiegel 511, ein Lichtleiter 520 mit Vorsprüngen 521 und einer Reflexionsschicht 522, eine Prismenanordnung 530 und ein Polarisator 540.
Der Polarisator 540 besitzt einen Lambda-Viertelwellenfilm 542. Die Richtung der optischen Achse des Lambda-Viertelwellenfilms 542 ist die gleiche wie die Schwingungsrichtung des Lichtes, welches durch den Polarisator 540 hindurchtreten kann. linear polarisiertes Licht 552 hat eine Schwingungsrichtung, die unter einem Winkel von 45° aus der Blattoberfläche der 31 geneigt ist, und kann durch den Polarisator 540 hindurchtreten. Die Transmissionsachse der Polarisierplatte 567 ist gleichfalls unter einem Winkel von 45° aus der Blattoberfläche der 31 geneigt.
Licht 550 dringt durch den Lambda-Viertelwellenfilm 542 und wird in linear polarisiertes Licht 552 umgewandelt. Das linear polarisierte Licht 552 wird dann an die Polarisierplatte 567 übertragen.
Wenn die Richtung der Transmissionsachse der Polarisierplatte 567 mit der Schwingungsrichtung des linear polarisierten Lichts 552 identisch ist, wird das Licht 552 von der Polarisierplatte 567 kaum absorbiert, und das meiste Licht kann durch sie hindurchtreten. Deshalb kann das Licht wirksam zum Flüssigkristallanzeigefeld 560 übertragen werden, um die Helligkeit des Flüssigkristallanzeigesystems zu verbessern.
Ausführungsbeispiel 19
Ausführungsbeispiel 19 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 32 beschrieben. Eine Schnittansicht eines Flüssigkristallanzeigesystems dieses Ausführungsbeispiels ist in 32 gezeigt. Das Flüssigkristallanzeigesystem ähnelt dem des Ausführungsbeispiels 18, außer daß es bei diesem Ausführungsbeispiel einen Lichtstreufilm aufweist.
Wie 32 zeigt, ist in dem Flüssigkristallanzeigesystem einem Flüssigkristallanzeigefeld 660 zugewandt ein Lichtstreufilm 670 vorgesehen.
Da die Lichtrichtung von einer Prismenanordnung 640 so geändert wird, daß es nahezu rechtwinklig durch das Flüssigkristallanzeigefeld 660 hindurchtritt, kann üblicherweise die Anzeige nur aus einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zum Flüssigkristallanzeigefeld 660 gut betrachtet werden. Aber bei diesem Ausführungsbeispiel kann aufgrund des Lichtstreufilms 670 das Licht vom Flüssigkristallanzeigefeld 660 gestreut werden, so daß ein großer Betrachtungswinkelbereich geboten werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anordnung dieser Elemente nicht auf die gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Die Anordnung der Elemente spielt keine Rolle, sofern derjenige Teil des Lichts vom Lichtleiter, der vom Polarisator reflektiert und zur Reflexionsschicht des Lichtleiters zurückgeworfen wurde, beim Reflektiertwerden an der Reflexionsschicht geändert wird, so daß das Licht durch den Polarisator hindurchtreten kann und das Licht dann dadurch, daß es durch den Polarisator hindurchtritt, in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird.
Ausführungsbeispiel 20
Ausführungsbeispiel 20 der Erfindung wird nun unter Hinweis auf 33 bis 36 beschrieben.
Wie 33 zeigt, gehört zu einem elektronischen Gerät, welches mit einem Flüssigkristallanzeigesystem dieses Ausführungsbeispiels arbeitet, eine Anzeigeinformation-Ausgabequelle 1000, eine Anzeigeinformation-Verarbeitungsschaltung 1002, eine Anzeigetreiberschaltung 1004, ein Anzeigefeld 1006, beispielsweise ein Flüssigkristallanzeigefeld, eine Taktsignal-Generatorschaltung 1008 und eine Leistungsschaltung 1010. Die Anzeigeinformation-Ausgabequelle 1000 umfaßt Speicher, beispielsweise ROM und RAM, Abstimmschaltungselemente zum Abstimmen und Ausgeben eines Fernsehsignals oder dergleichen und gibt Anzeigeinformation, beispielsweise ein Videosignal auf der Basis eines Taktsignals von der Taktsignal-Generatorschaltung 1008 aus. Die Anzeigeinformation-Verarbeitungsschaltung 1002 verarbeitet die Anzeigeinformation auf der Basis des Taktsignals von der Taktsignal-Generatorschaltung 1008 und gibt diese aus. Die Anzeigeinformation-Verarbeitungsschaltung 1002 kann eine Verstärkungs- und Polaritätsumkehrschaltung, eine Phasenentwicklungsschaltung, eine Rotationsschaltung, eine Gammakorrekturschaltung, eine Klemmschaltung oder dergleichen aufweisen. Die Anzeigetreiberschaltung 1004 weist eine abtastseitige Treiberschaltung und eine datenseitige Treiberschaltung zum Ansteuern des Anzeigefeldes 1006 auf. Von der Leistungsschaltung 1010 werden alle obigen Schaltkreise betrieben.
Beispiele eines elektronischen Geräts der obigen Konfiguration sind: ein PC oder ein Ingenieurarbeitsplatz (EWS), die Multimedia zur Verfügung stellen können, wie in 34 gezeigt, ein Seitenhantierer, wie in 35 gezeigt, ein tragbares Telefon, ein Textverarbeiter, ein Fernsehgerät, ein Videobandaufzeichnungsgerät des Sucher- oder Monitortyps, ein elektronisches Merkbuch, ein elektronischer Rechner, ein Fahrzeugnavigationssystem, ein Endgerät für ein POS-System oder irgendeine Vorrichtung, die mit einem Berührungsfeld versehen ist.
Der in 34 gezeigte PC 1200 hat eine Haupteinheit 1204, die mit einer Tastatur 1202 und einem Flüssigkristallbildschirm 1206 versehen ist.
Der in 35 gezeigte Seitenhantierer 1300 hat eine Flüssigkristallanzeigetafel 1304, eine Beleuchtungsvorrichtung 1305, die einen Lichtleiter 1306 mit einem Rücklicht 1306a umfaßt, eine Leiterplatte 1308, eine erste und eine zweite Abschirmplatte 1310 und 1312, zwei elastische Leiter 1314 und 1316 und ein Filmträgerband 1318, und das alles innerhalb eines Metallrahmens 1302. Die beiden elastischen Leiter 1314 und 1316 und das Filmträgerband 1318 verbinden die Flüssigkristallanzeigetafel 1304 mit der Leiterplatte 1308. Die Flüssigkristallanzeigetafel 1304 besitzt einen zwischen zwei transparenten Tafeln 1304a und 1304b eingesetzten Flüssigkristall, um ein Flüssigkristallanzeigefeld des Punktmatrixtyps zu bilden. Die Anzeigetreiberschaltung 1004 gemäß 33 kann auf einer der transparenten Tafeln ausgebildet sein. Ferner kann die Anzeigeinformation-Verarbeitungsschaltung 1002 der Anzeigetreiberschaltung 1004 hinzugefügt sein. Die nicht auf der Flüssigkristallanzeigetafel 1304 angebrachte Schaltungsanordnung könnte in Form externer Schaltkreise zur Flüssigkristallanzeigetafel installiert oder auf der Leiterplatte 1308 im Fall von 35 angebracht sein.
Da 35 die Konfiguration eines Seitenhantierers zeigt, ist die Leiterplatte 1308 ebenso nötig wie die Flüssigkristallanzeigetafel 1304. Wenn aber das Flüssigkristallanzeigesystem als ein Bauelement eines Teils eines elektronischen Geräts benutzt wird und wenn die Anzeigetreiberschaltung und weitere Schaltkreise auf einer transparenten Tafel angebracht werden können, ist die Mindesteinheit dieses Flüssigkristallanzeigesystems die Flüssigkristallanzeigetafel 1304. Gemäß einer Alternative könnte die Flüssigkristallanzeigetafel 1304, die am als Gehäuse dienenden Metallrahmen 1302 befestigt ist, als eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung dienen, die ein Bauelement eines elektronischen Geräts darstellt. Wenn ein Verfahren mit Beleuchtung im Gegenlicht benutzt wird, könnte die Flüssigkristallanzeigetafel 1304 zusammen mit dem mit Rücklicht 1306a versehenen Lichtleiter 1306 innerhalb des Metallrahmens 1302 zusammengebaut sein, um die Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu gestalten. Als eine weitere Alternative könnte mit einer der beiden transparenten Tafeln 1304a und 1304b, welche die Flüssigkristallanzeigetafel 1304 bilden, ein Filmbandträgerpaket TCP 1320 verbunden sein, in welchem ein IC-Chip 1324 auf einem Polyimidband 1322 befestigt ist, auf welchem ein leitfähiger Metallfilm gebildet ist, wie in 36 gezeigt. Und dies könnte als Flüssigkristallanzeigevorrichtung benutzt werden, die als ein Bauelement eines elektronischen Geräts dient.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung umfassend: eine Lichtemissionseinrichtung (210); eine Lichtleiteinrichtung (211), die eine lichtaustrittsseitige Oberfläche aufweist und das Licht von der Lichtemissionseinrichtung (210) durch die Oberfläche an der Lichtaustrittsseite zu dem Lichtempfangselement (30) mit einer verbesserten Richtfähigkeit leitet; und eine Richtungsänderungseinrichtung zum Ändern der Richtung des Lichts, das von der Lichtleiteinrichtung (211) ausgegeben wird, in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem Lichtempfangselement (30); dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsänderungseinrichtung eine Prismenanordnung (213) enthält, die eine Mehrzahl von Prismen (213p) umfaßt, wobei jedes der Prismen (213p) einen Scheitel (213t) hat, der zur Oberfläche an der Lichtaustrittsseite zeigt; wobei jedes der Prismen (213p) eine erste Oberfläche (213a, 213b) zum Empfang des Lichts und eine zweite Oberfläche (213r) hat, und der Scheitel (213t) von der ersten und der zweiten Oberfläche gebildet wird.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die erste Oberfläche (213a, 213b) eine Mehrzahl von Ebenen umfaßt, wobei die Senkrechten zu den Ebenen voneinander verschieden sind.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Scheitel (213t) einen Winkel im Bereich zwischen 50° und 70° hat.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Richtungsänderungseinrichtung ferner eine Lichtausgangsfläche (213e) umfaßt, von der das Licht zu dem Empfangselement gesendet wird, bei der die Mehrzahl der Ebenen eine erste Ebene (213a) und eine zweite Ebene (213b) umfaßt, wobei die zweite Oberfläche (213r) und die erste Ebene (213a) den Scheitel (213t) bilden, bei der die Senkrechte in Bezug auf die Lichtausgangsfläche (213e) und die erste Ebene (213a) einen Winkel von θ₁ bilden, die Senkrechte in Bezug auf die Lichtausgangsfläche (213e) und die zweite Oberfläche (213r) einen Winkel von θ₂ bilden, und die Lichtausgangsfläche (213e) und die zweite Ebene (213b) einen Winkel von θ₃ bilden, und bei der θ₃ kleiner als θ₁ ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der θ₁ ungefähr 20° beträgt.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der θ₂ ungefähr 30° beträgt.
Flüssigkristallanzeigesystem umfassend eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Lichtempfangselement (30) ein Flüssigkristallanzeigefeld ist.
Flüssigkristallanzeigesystem gemäß Anspruch 7, bei dem eine Spiegelfolie (58), die das an die Lichtleiteinrichtung (211) eingegebene Licht reflektiert, an der der lichtaustrittsseitigen Oberfläche entgegengesetzten Seite der Lichtleiteinrichtung (211) vorgesehen ist.
Flüssigkristallanzeigesystem gemäß Anspruch 8, bei der eine Lichtstreueinrichtung (670) an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes (660) vorgesehen ist.
Flüssigkristallanzeigesystem gemäß Anspruch 7, ferner umfassend eine Lichtstreueinrichtung (670), die an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes vorgesehen ist, um das Licht von dem Flüssigkristallanzeigefeld zu streuen.
Elektronisches Gerät umfassend ein Flüssigkristallanzeigesystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10.