DE69637042T2

DE69637042T2 - Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69637042T2
Application number: DE69637042T
Authority: DE
Inventors: Duncan James Abingdon Oxfordshire Anderson; Gillian Margaret Abingdon Oxfordshire Davis
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JP3693202B2; DE69637042D1; EP0770818A2; GB9521789D0; JPH09134607A; EP0770818B1; EP0770818A3; US5808709A; GB2306741A

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, z.B. eine Beleuchtungsvorrichtung, die sich zur Verwendung mit einer Flüssigkristallanzeige eignet.
Flüssigkristallanzeigen (LCDs, Liquid crystal displays) erfordern polarisierte Beleuchtungssysteme. Wird eine herkömmliche Fluoreszenzröhren- und Lichtleiteranordnung zur Beleuchtung einer LCD verwendet, so ist ein Polarisator notwendig. Der Polarisator absorbiert eine Polarisationskomponente des auf ihn einfallenden Lichtes und lässt die orthogonale Komponente hindurch. Derartige Polarisatoren absorbieren somit wenigstens 50% des auf sie einfallenden Lichtes und somit sind Beleuchtungssysteme, welche derartige Polarisatoren verwenden, ineffizent.
Um die Effizienz derartiger Systeme zu verbessern, wurden Polarisatoren entwickelt, die eine Polarisationskomponente derart umwandeln, dass diese mit der Polarisation der orthogonalen Komponente übereinstimmt. Derartige Anordnungen sind in EP 0428213 und EP 0467447 beschrieben und weisen polarisationsempfindliche Strahlteiler einschließlich einer Schicht eines doppelbrechenden Materials auf. Diese Anordnungen sind vergleichsweise voluminös und somit lediglich für den Einsatz in Projektionsanzeigesystemen geeignet.
US 4798448 beschreibt eine Anordnung, bei welcher ein doppelbrechendes Medium zur Trennung zweier orthogonaler Komponenten von eben polarisiertem Licht angeordnet ist. Eine strukturierte Halbwellenplatte ist derart angeordnet, dass im Wesentlichen sämtliches Licht einer Komponente auf Gebiete der Platte fällt, welche die Polarisation des darauf einfallenden Lichtes nicht ändern, wobei die andere Komponente auf Gebiete fällt, welche die Polarisationsachse um 90° drehen, so dass diese mit der ersten Komponente übereinstimmt. Das von dieser Anordnung emittierte Licht besteht im We sentlichen aus einer gleichmäßigen Polarisation, jedoch weist die Anordnung den Nachteil auf, dass diese vergleichsweise voluminös ist.
Weitere Anordnungen zum Erzeugen von Licht von einer im Wesentlichen gleichmäßigen Polarisation sind in Japanese Journal of Applied Physics 29, 1974, 1990, in US 5295009 und in EP 0634674 beschrieben. Diese Anordnungen verwenden cholesterische Flüssigkristallpolymere zur Transmission einer Händigkeit von zirkularer Polarisation sowie zur Reflektion der anderen Händigkeit. Die reflektierte Händigkeit trifft auf einen Spiegel auf, der die Polarisation des darauf auffallenden Lichtes ändert, so dass dieses in der Lage ist, von dem cholesterischen Flüssigkristallpolymermaterial hindurchgelassen zu werden.
EP 0 573 905 beschreibt einen retro-reflektierenden Polarisator für den Einsatz in Overhead-Projektoren. Der Polarisator ist zwischen einer Projektionslichtquelle und einem räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator positioniert und lässt eine lineare Polarisation hindurch, während die orthogonale Polarisation reflektiert wird. Eine Wiederverwertung des reflektierten Lichtes wird erwähnt, jedoch werden keine Details hierzu angegeben.
EP 0 492 636 beschreibt eine polarisierte Lichtquelle für einen Projektor. Eine polarisierende Oberfläche ist innerhalb eines Polarisationsstrahlteilers angeordnet und trennt Licht von einer Lichtquelle in zwei orthogonal polarisierte Komponenten. Eine erste Komponente wird aus dem Strahlteiler reflektiert, wobei eine zweite Komponente zurück in Richtung der Lichtquelle reflektiert wird. Die zweite Komponente tritt durch eine Viertelwellenplatte hindurch und wird von einem Reflektor hinter der Lampe reflektiert, um zurück zur Viertelwellenplatte zu kehren. Der Polarisationsvektor der zweiten Komponente wird somit um 90° gedreht und aus dem Strahlteiler mit der ersten Komponente reflektiert.
US 4 212 048 beschreibt ein Vorderlicht für eine reflektierende dichroitische Flüssigkristallanzeige mit einem Lichtleiter mit einer Lichtquelle nahe der Begrenzung. Ein Polarisator ist innerhalb des Lichtleiters eingebettet, um aus der Lichtquelle eine linear polarisierte Lichtkomponente hindurch zu lassen. Diese Komponente wird entlang des Lichtleiters geführt als auch aus diesem heraus, um die Anzeige von vorne zu beleuchten.
WO94/11776, WO95/17692 und WO95/17699 beschreiben einen reflektierenden Multischicht-Polarisator, der zwischen einer optischen Kavität und einer Flüssigkristallanzeige angeordnet ist. Der Polarisator weist eine Mehrschichtanordnung von alternierenden Schichten aus doppelbrechenden und isotropen Materialien auf. Die Schichtanordndung weist viele Schichten auf, möglicherweise viele hundert Schichten und ist somit schwierig herzustellen. Der Betrieb basiert auf mehreren Reflektoren an jeder Grenzfläche der Schichtanordnung, um zwei orthogonale Polarisationen zu trennen.
EP 0 597 261 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Flüssigkristallanzeige. Die Vorrichtung weist einen Edge-Bit Lichtleiter mit einem Polarisationstrenner auf einer Oberfläche und einer Spiegelung auf einer gegenüberliegenden Oberfläche auf. Eine Phasenschieberschicht oder ein Verzögerer können beispielsweise auf dem Reflektor vorgesehen sein.
WO 95/27915 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem keilförmigen Lichtleiter eines ersten Brechungsindex. Eine erste Schicht eines zweiten Brechungsindex, der kleiner als der erste Brechungsindex ist, ist auf der schrägen Fläche des Lichtleiters vorgesehen. Die zweite Schicht eines dritten Brechungsindex, der größer als der zweite Brechungsindex ist, ist auf der ersten Schicht vorgesehen. Die zweite Schicht weist eine Oberfläche auf, die Licht reflektiert und einfallendes Licht streut.
Gemäß dieser Erfindung wird eine wie im beigefügten Patentanspruch 1 definierte Beleuchtungsvorrichtung angegeben.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren beigefügten Patentansprüchen definiert.
Der Zweck der Polarisationstrennschicht liegt in der Trennung des Hauptteils eines Polarisationszustands von dem orthogonalen Zustand, jedoch ist es unwahrscheinlich, dass die Polarisationstrennschicht gänzlich ihre Wirkung entfaltet. In der Praxis wird der überwiegende Teil eines Polarisationszustandes von der Schicht hindurchgelassen und ein vergleichsweise kleiner Teil wird reflektiert. Ebenso wird für den anderen, senkrechten Polarisationszustand der überwiegende Teil des Zustands reflektiert und ein vergleichsweise kleiner Teil hindurchgelassen.
Die Verwendung einer strukturierten anisotropen Schicht ermöglicht es, dass die zweite Polarisationskomponente von der Beleuchtungseinrichtung emittiert wird. Gewöhnlich wird eine Polarisationsdreheinrichtung oder ein Polarisationsverzögerer angeordnet, um die Polarisation des Lichtes der zweiten Komponente auf dasjenige der ersten Komponente abzustimmen, so dass es eine solche Anordnung ermöglicht, im Wesentlichen sämtliches Licht zur Beleuchtung einer LCD zu verwenden.
Die Verwendung einer anisotropen Schicht zur Trennung der Polarisationskomponenten ermöglicht es, dass die Beleuchtungsvorrichtung im Vergleich zu den meisten bereits bekannten Anordnungen kompakt ist.
Die Erfindung wird zudem beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Abbildungen erläutert, wobei:
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt und im Zusammenhang mit einer Flüssigkristallanzeige verwendet wird;
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
3 zeigt eine Ansicht einer Modifikation der Beleuchtungsvorrichtung von 2.
Die in 1 gezeigte Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle 10 in Form einer Fluoreszenzröhre auf, die an einen Lichtleiter 12 gekoppelt ist. Ein Reflektor 14 ist hinter der Lichtquelle 10 positioniert, um im Wesentlichen sämtliches von der Lichtquelle 10 emittiertes Licht in Richtung des Lichtleiters 12 zu reflektieren.
Der Lichtleiter 12 weist eine erste Oberfläche 12a auf, auf die eine anisotrope Schicht 16 aufgebracht ist. Ein Reflektor 18 ist angrenzend an die anisotrope Schicht 16 positioniert, um von der anisotropen Schicht 16 refletiertes Licht zurück durch die anisotrope Schicht 16 und den Lichtleiter 12 zu reflektieren.
Eine zweite Oberfläche 12b des Lichtleiters 12 ist mit einer ersten Verzögerungseinrichtung 20 ausgestattet, neben der eine zweite Verzögerungsein richtung 22 und ein Diffusor unter Erhaltung einer schwachen Polarisation 24 positioniert sind. Das von dem Diffusor unter Erhaltung einer schwachen Polarisation 24 hindurchgelassene Licht trifft auf eine Flüssigkristallanzeige 26. Die ersten und zweiten Verzögerungseinrichtungen 20, 22 weisen gewöhnlich Schichten aus anisotropem Material auf, die derart angeordnet sind, dass deren kombinierte Wirkung auf das von beiden Schichten hindurchgelassene Licht vernachlässigbar ist, wobei die zweite Verzögerungseinrichtung 22 im Wesentlichen die Wirkung der ersten Verzögerungseinrichtung 20 kompensiert.
Die anisotrope Schicht ist mit ihrer sich in die Ebene von 1 erstreckenden optischen Achse positioniert und besteht auf einem Material mit einem außerordentlichen Brechungsindex, der größer oder gleich zum Brechungsindex des Lichtleiters 12 ist. Der ordentliche Brechungsindex des anisotropen Materials der Schicht 16 ist kleiner als der Brechungsindex des Lichtleiters 12.
Im Betrieb trifft Licht von der Lichtquelle 10 auf die Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16 auf. Im Wesentlichen sämtliche Komponenten des unpolarisierten Lichtes mit einer Polarisation senkrecht zur Papierebene, was mit einem Punkt in 1 gekennzeichnet ist, treten durch die Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16 hindurch und werden vom Reflektor 18 reflektiert. Der Reflektor 18 bewahrt bevorzugt die Polarisation des auf ihn einfallenden Lichtes, dieser ist jedoch derart angeordnet, dass der Winkel des hierbei reflektierten Lichtes geändert wird, so dass dieses Licht beim Zurückkehren durch den Lichtleiter 12 durch die erste Verzögerungseinrichtung 20, die zweite Verzögerungseinrichtung 22, den Diffusor unter Erhaltung der schwachen Polarisation 24 und die Flüssigkristallanzeige 26 hindurchtritt. Die Änderung im Winkel des Lichtes kann beispielsweise durch Bereitstellen einer diffusen facettierten oder prismatischen spiegelnden reflektierenden Oberfläche des Reflektors 18 erzielt werden.
Da der Brechungsindex des Lichtleiters 12 dem außerordentlichen Brechungsindex der anisotropen Schicht 16 entspricht, wird im Wesentlichen kein Licht der mit einem Punkt in 1 gekennzeichneten Komponente an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16 reflektiert. Damit wird im Wesentlichen sämtliches Licht dieser Komponente von dem Reflektor 18 reflektiert und in Richtung der Flüssigkristallanzeige 26 weitergeleitet.
Licht der zweiten senkrechten Komponente, das in 1 mit doppelspitzigen Pfeilen gekennzeichnet ist, leidet unter einer internen Totalreflektion an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16, da der Brechungsindex des Lichtleiters 12 kleiner als der ordentliche Brechungsindex der anisotropen Schicht 16 ist. Das Licht dieser Komponente trifft deshalb nicht auf den Reflektor 18 auf und wird somit nicht in Richtung der Flüssigkristallanzeige 26 reflektiert.
Falls der Brechungsindex n_l des Lichtleiters 12 1.58 beträgt und die anisotrope Schicht 16 einen ordentlichen Brechungsindex n_o von 1.48 und einen außerordentlichen Brechungsindex n_e von 1.58 aufweist, ergibt sich für die in der Ebene von 1 polarisierte Komponente (mit den doppelspitzigen Pfeilen in 1 gekennzeichnet) durch Anwenden von Snell's Gesetz: nlsinθl = nosinθo
Da n_l größer als n_o ist, wird für θ_l größer als der kritische Winkel θ_c sämtliches Licht dieser Komponente an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16 reflektiert.
Für die andere Komponente (in 1 mit einem Punkt gekennzeichnet) gilt, nlsinθl = nesinθe da n_l = n_e und θ_l = θ_e, tritt Licht dieser Komponente direkt in die anisotrope Schicht 16 ohne von dessen ursprünglicher Richtung abzuweichen.
Der Lichtleiter 12 ist wahrscheinlich geringfügig anisotrop und. somit tritt während des Voranschreitens des Lichtes entlang des Lichtleiters 12 eine Polarisationsumwandlung auf. Somit wird möglicherweise sämtliches Licht der zweiten Komponente in Licht der ersten Polarisationskomponente umgewandelt und von dem Reflektor 18 aus dem Lichtleiter herausreflektiert. Die erste Verzögerungseinrichtung 20 aus anisotropem Material verstärkt diese Wirkung, so dass der Lichtleiter 12 und die erste Verzögerungseinrichtung 20 möglicherweise die Polarisation der zweiten Komponente umwandeln, so dass diese mit der ersten Komponente übereinstimmt. Die zweite Verzögerungseinrichtung 22 nimmt die Form eines zusätzlichen Dünnfilms aus anisotropem Material der entgegengesetzten Ausrichtung zur ersten Verzögerungseinrichtung 20 ein und ist hinter dem Lichtleiter 12 positioniert, um die Wirkung der ersten Verzögerungseinrichtung 20 zunichte zu machen und sicherzustellen, dass die Flüssigkristallanzeige 26 mit Licht der geeigneten Polarisation beleuchtet wird.
Falls die erste Verzögerungseinrichtung 20 alternativ hierzu die Form einer Viertelwellenplatte einnimmt, die zur Beleuchtung der Flüssigkristallanzeige 26 mit zirkular polarisiertem Licht positioniert ist, kann die zweite Verzögerungseinrichtung 22 weggelassen werden, wobei die erste Verzögerungseinrichtung 20 weiterhin eine Polarisationsumwandlungsfunktion bewirkt.
Falls der Lichtleiter aus Polycarbonat mit einem wie oben beschriebenen Brechungsindex von 1.58 besteht, beträgt der maximale Glanzwinkel an der Grenzfläche zur anisotropen Schicht 16 ungefähr 39°. Um sicherzustellen, dass sämtliches Licht der Polarisationskomponente, die mit dem doppelspitzigen Pfeil in 1 gekennzeichnet ist, an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16 reflektiert wird, ist es hinsichtlich des Glanzwinkels wünschenswert, dass dieser so klein wie möglich ist. Bei oben beschriebenem Beispiel beträgt der ordentliche Brechungsindex n_o 1.48, was zu einem maximalen Glanzwinkel für die interne Totalreflektion von näherungsweise 20° führt. Es ist somit verständlich, dass eine Anordnung zum Reduzieren des maximalen Eingangsglanzwinkels des in den Lichtleiter 12 geleiteten Lichtes wünschenswert ist. Eine geeignete Technik zum Reduzieren des maximalen Einfallswinkels liegt darin, die Eingangskante des Lichtleiters 12 als Keil 30 zu formen (siehe 3). Es wurde herausgefunden, dass ein Keilwinkel von näherungsweise 5°, eine Eingangsbreite von 3 mm und eine Keillänge von 1 mm ausreichen, um den maximalen Eingangsglanzwinkel auf näherungsweise 20° zu verkleinern. Eine geeignete Technik ist in SID International Symposium, Digest of Papers, Al.3, 1994 beschrieben.
Die anisotrope Schicht 16 kann einen Film eines Flüssigkristallpolymers oder -monomers aufweisen, welcher geeignete Brechungsindizes einnimmt, wobei das Material geeignet ausgerichtet und zur Ausbildung eines festen, stabilen Films ausgehärtet oder fixiert ist. Der Film kann beispielsweise eine Schicht aus uniaxial ausgerichteten Flüssigkristallpolymeren oder eine Schicht aus querverbundenen Flüssigkristallpolymeren aufweisen. Offenbar wäre eine Filmdicke von einigen Mikrometern zur Herstellung der Vorrichtung angemessen. Durch Einsatz geeigneter Beschichtungstechniken kann der Reflektor auf den Lichtleiter 12 mit dem Material beschichtet werden, das bei Aushärtung die anisotrope Schicht 16 ausbildet, welche den Reflektor an den Lichtleiter 12 haftet. In diesem Fall wird eine Ausrichtungsschicht auf sowohl den Reflektor 18 als auch auf den Lichtleiter 12 aufgetragen, um den Flüssigkristall in der geeigneten Richtung auszurichten. Abhängig vom Flüssigkristall kann Hitze oder ultraviolettes Licht verwendet werden, um die Eigenschaften der Flüssigkristallschicht festzulegen.
Die ersten und zweiten Verzögerungseinrichtungen 20, 22 können ebenso unter Einsatz von Flüssigkristallpolymeren, welche auf geeignete Oberflächen bereitgestellt sind, hergestellt werden, und in den gewünschten Richtungen ausgerichtet und zur Ausbildung von stabilen Filmen fixiert werden. Geeignete Techniken zum Ausrichten der Flüssigkristallpolymere schließen das Bereitstellen geeignet geriebener Ausrichtungsoberflächen oder das Bereitstellen von Ausrichtungsoberflächen ein, welche mit einer Ausrichtungsschicht, die nachfolgend gerieben wird, überzogen sind. Die Dicke der die erste und zweite Verzögerungseinrichtung 20, 22 ausbildenden Filme wird zur Angabe der erforderlichen optischen Verzögerung gewählt.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in 1 gezeigten Ausführungsform, jedoch schließt diese eine strukturierte anisotrope Schicht 16 mit ersten und zweiten Gebieten 16a und 16b ein. Die ersten Gebiete 16a reflektieren die Polarisationskomponenten, welche mit doppelspitzigen Pfeilen gekennzeichnet sind und diese lassen die senkrecht polarisierten Komponenten durch. Die zweiten Gebiete 16b weisen Brechungsindizes auf, die derart sind, dass die mit den doppelspitzigen Pfeilen gekennzeichneten Komponenten an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und der anisotropen Schicht 16 hindurchgelassen werden, wohingegen die orthogonal, d. h. senkrecht polarisierten Komponenten reflektiert werden.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist zudem eine strukturierte Polarisationsdreheinrichtung oder eine Verzögerungseinrichtung 28 einschließlich Gebieten 28a auf, welche die Polarisationsrichtung des darauf einfallenden Lichtes nicht drehen, sowie Gebiete 28b, die zur Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes positioniert sind, so dass auf die Gebiete 28b der strukturierten Polarisationsdreheinrichtung 28 einfallende und in 2 mit den doppelspitzigen Pfeilen gekennzeichnete zweite Polarisationskomponenten in die durch einen Punkt in 2 gekennzeichneten Komponenten umgewandelt werden.
Wie in 2 gezeigt ist, wird die mit einem Punkt gekennzeichnete Polarisationskomponente an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter 12 und dem Gebiet 16a des anisotropen Materials 16 hindurchgelassen und von dem Reflektor 18 durch das Gebiet 28a der Polarisationsdreheinrichtung 28 reflektiert. Da das Gebiet 28a keine Auswirkung auf die Polarisation des darauf einfallenden Lichtes hat, wird Licht mit einer durch den Punkt gekennzeichneten Polarisation in Richtung der Flüssigkristallanzeige 26 hindurchgelassen.
Die mit dem doppelspitzigen Pfeil in 2 gekennzeichnete Polarisationskomponente wird an der Grenzfläche zwischen dem Gebiet 16a der anisotropen Schicht 16 und dem Lichtleiter 12 reflektiert und trifft nach einer oder mehrerer nachfolgenden Reflektionen auf das Gebiet 16b, wo diese zum Reflektor 18 weitergeleitet wird. Der Reflektor 18 reflektiert die Komponente aus dem Lichtleiter 12 durch das Gebiet 28b der Polarisationsdreheinrichtung 28, welche die Polarisation der Komponente dreht, so dass diese mit der durch einen Punkt in 2 gekennzeichneten Komponente übereinstimmt.
Im Wesentlichen sämtliches Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung emittiert wird und in 2 gezeigt ist, ist von gleichmäßiger Polarisation. Ebenso wird im Wesentlichen sämtliches Licht von der Lichtquelle 10 von der Beleuchtungsvorrichtung weitergeleitet, so dass im Wesentlichen kein Licht absorbiert wird. Eine solche Anordnung ist somit zur Beleuchtung der Flüssigkristallanzeige 26 geeignet.
US 5303322 beschreibt eine Anordnung, bei der ein Lichtleiter mit einem oder mehreren dünnen Filmen ausgestattet ist und es erlaubt, die Winkelverteilung der Intensität des Lichtleiters zu steuern. Die Anordnung in dieser Erfindung könnte in Kombination mit einem solchen Lichtleiter verwendet werden, um einen Lichtleiter anzugeben, der eine polarisierte Ausgabe mit gesteuerter Winkelverteilung der Intensität aufweist.
In der vorangehenden Beschreibung wurden lediglich Lichtstrahlen beschrieben, die sich in der Ebene des Papiers ausbreiten, wobei in einer prak tischen Ausführungsform ebenso auch Lichtstrahlen, welche sich unter Winkeln bezüglich der Ebene des Papiers ausbreiten, vorliegen würden.
Es wurde eine Computersimulation einer Anordnung, die derjenigen der ersten Ausführungsform ähnelt, durchgeführt, wobei die Simulation eine Anordnung mit einem Polycarbonat-Lichtleiter mit einem Brechungsindex von 1.58 betrifft, der mit einer uniaxialen anisotropen Schicht (z.B. einem Flüssigkristallpolymerfilm) überzogen ist, dessen optische Achse sich senkrecht zur Ebene des Papiers erstreckt, sofern der Lichtleiter wie in 1 gezeigt ausgerichtet ist. Die anisotrope Schicht weist einen außerordentlichen Brechungsindex von 1.58 und einen ordentlichen Brechungsindex von 1.48 auf.
In der Simulation sind die Winkel der in den Lichtleiter eintretenden Lichtstrahlen beschränkt, so dass der maximale Glanzwinkel von Licht innerhalb des Lichtleiters an der Grenzfläche zwischen dem Lichtleiter und der anisotropen Schicht auf 20° beschränkt ist. Eine derartige Lichtverteilung wurde mit Hilfe einer wie in 3 gezeigten Anordnung unter Verwendung einer Fluoreszenzlampe 10, eines parabolischen Reflektors 14 und eines Kollimatorkeils 30 erzeugt. Die Fluoreszenzlampe wurde so modelliert, als ob diese so vorgesehen ist, dass sie Licht mit zufälliger Polarisation wahllos in sämtliche Richtungen emittiert.
Die Simulation simuliert den Einfluss von Licht, das sich sowohl in einer Richtung parallel zur Ebene des Papiers bei einem wie in 1 ausgerichtetem Lichtleiter als auch in anderen Richtungen in und aus der Ebene des Papiers ausbreitet. Die Simulation hat gezeigt, dass Licht, welches in die anisotrope Schicht geleitet wurde, in der x-y Ebene polarisiert wurde, wobei die Polarisation hauptsächlich in der y-Richtung lag (wobei x und y den in 1 gekennzeichneten Richtungen entsprechen und y sich senkrecht zur Ebene des Papiers erstreckt). Das Verhältnis der Intensitäten des in der y und x Richtung polarisierten Lichtes hat sich als näherungsweise 15:1 herausgestellt, wobei das Gleichgewichtsverhältnis eines herkömmlichen Lichtleiters 1:1 beträgt.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtleiter (12) mit einer ersten Oberfläche (12a) und einer zweiten Oberfläche (12b), einem zur Reflektion von Licht angeordneten Reflektor (18), der durch den Lichtleiter (12) hindurchgetretenes und aus der ersten Oberfläche (12a) ausgetretenes Licht durch die erste Oberfläche (12a), den Lichtleiter (12) und die zweite Oberfläche (12b) reflektiert, wobei der Reflektor (18) zur Änderung des Winkels des reflektierten Lichtes bezüglich der Normalen zur ersten Oberfläche (12a) positioniert ist; sowie mit einer ersten anisotropen Schicht (16) mit ordentlichen und außerordentlichen Brechungsindizes sowie einer sich in einer Ebene des Lichtleiters (12) im Wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des im Lichtleiter (12) geführten Lichtes erstreckenden optischen Achse, wobei die erste anisotrope Schicht (16) in Kontakt mit der ersten Oberfläche (12a) und zwischen dem Lichtleiter (12) und dem Reflektor (18) angeordnet ist und wenigstens ein erstes Gebiet (16, 16a) aufweist zum Trennen von im Wesentlichen allen Zuständen einer ersten linearen Polarisation von einem zweiten senkrechten linearen Polarisationszustand, dadurch gekennzeichnet, dass der außerordentliche Brechungsindex im Wesentlichen gleich oder größer als der Brechungsindex des Lichtleiters (12) ist und der ordentliche Brechungsindex kleiner als der Brechungsindex des Lichtleiters (12) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (12) ordentliche und außerordentliche Brechungsindizes aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Schicht (20) eines Materials mit ordentlichen und außerordentlichen Brechungsindizes, die benachbart zur zweiten Oberfläche (12b) positioniert ist und zur Umwandlung der Polarisation des auf diese Schicht einfallenden Lichtes dient.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine dritte Schicht (22) eines Materials mit ordentlichen und außerordentlichen Brechungsindizes, die benachbart zur zweiten Schicht (20) positioniert ist und zur Rückführung des durch die zweite Schicht (20) hindurchgetretenen Lichtes in dessen ursprüngliche Polarisation dient.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten Schichten (16, 20, 22) eine einachsig orientierte Polymerschicht aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Polymerschicht eine Flüssigkristallschicht aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Polymerschicht aus einer ausgehärteten Flüssigkristallmonomeranordnung ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Polymerschicht aus einem querverbundenen Flüssigkristallpolymer aufgebaut ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Polymerschicht durch Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung ausgehärtet oder querverbunden wurde.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (20) eine Viertelwellenplatte aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (16) derart strukturiert ist, dass diese wenigstens das eine erste Gebiet (16a) aufweist, das zum Hindurchlassen von im Wesentlichen sämtlichem Licht des ersten Polarisationszustands angeordnet ist, sowie wenigstens ein zweites Gebiet (16b), das zum Hindurchlassen von im Wesentlichen sämtlichem Licht des zweiten Polarisationszustands angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Polarisationseinstellvorrichtung (28) zum Umwandeln von Licht des zweiten Polarisationszustands in Licht des ersten Polarisationszustands.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinstellvorrichtung (28) wenigstens ein erstes Gebiet (28a) aufweist, das zum Hindurchlassen von Licht ohne Änderung dessen Polarisation angeordnet ist, sowie wenigstens ein zweites Gebiet (28b), das zur Umwandlung der Polarisation des darauf einfallenden Lichtes in die orthogonale Polarisation angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (18) und die erste Schicht (16) auf den Lichtleiter (12) laminiert sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (30) zum Begrenzen des maximalen Glanzwinkels, unter dem Licht in den Lichtleiter (12) eintritt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsvorrichtung einen Eintrittskeil (30) aufweist.