DE69724411T3

DE69724411T3 - Beleuchtungsvorrichtung und anzeige welche diese verwendet

Info

Publication number: DE69724411T3
Application number: DE69724411T
Authority: DE
Inventors: Tatsuaki Funamoto; Osamu Yokoyama; Satoru Miyashita; Kanemitsu Kubota
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: EP1341009A3; DE69724411T2; EP0878720A1; WO1998013709A1; EP0878720A4; JP2010050100A; DE69724411D1; JP4840492B2; US20030206408A1; KR19990071627A; DE69735732D1; EP1341009B1; KR100498721B1; US6742907B2; DE69735732T2; JP4174687B2; EP0878720B2; EP0878720B1; EP1341009A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Anzeigevorrichtung, die diese verwendet, und in der eine Lichtführungsplatte an der Vorderfläche eines beleuchteten Objekts angeordnet ist und dieses beleuchtete Objekt zweidimensional flächenartig beleuchtet wird, und insbesondere auf eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Anzeigevorrichtung, die diese verwendet, und bei der Eigenschaften wie z. B. die Beleuchtungsfunktion, die Erkennbarkeit, der Kontrast und die Energieeinsparung, die auf den optischen Diffusionseigenschaften der Lichtführungsplatte beruhen, deutlich verbessert sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlicherweise werden verschiedene Typen von Beleuchtungsvorrichtung verwendet, die die Funktion der Oberflächenbeleuchtung aufweisen, in bezug auf eine Anzeigevorrichtung, die eine planare Beleuchtung erfordert, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Zum Beispiel ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, die an der Rückseite des zu beleuchtenden Objekts, wie z. B. einer Flüssigkristallanzeigetafel, angeordnet ist; normalerweise ist eine solche Beleuchtungsvorrichtung dafür ausgelegt, konstant zu leuchten. Ferner ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die auf einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Reflexionsfunktion montiert ist. Im Fall einer solchen Beleuchtungsvorrichtung ist eine reflektierende Platte an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigetafel angeordnet, wobei die Vorrichtung mittels der vom externen Licht bereitgestellten Beleuchtung genutzt wird. Ferner ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die zusammen mit einer halb transparenten Reflektionsplatte an der Rückseite einer Flüssigkristallanzeigetafel angeordnet ist; diese Beleuchtungsvorrichtung wird mit Reflexion verwendet, wenn die Umgebung heller ist, und stellt eine Rückseitenbeleuchtung zur Verfügung, wenn die Umgebung dunkel ist (für solche Vorrichtungen kann z. B. auf die frühere japanische Patentveröffentlichung JP-A-049271/82 , die frühere japanische Patentveröffentlichung JPA-054926/82 und die frühere japanische Patentveröffentlichung JP-A-095780/83 verwiesen werden).
Herkömmliche Beleuchtungsvorrichtungen, die nur eine Beleuchtungsfunktion aufweisen, leiden jedoch unter dem Problem, dass der Stromverbrauch für das konstante Leuchten der Lichtquelle groß ist; sie können z. B. nicht über eine lange Zeitspanne verwendet werden, um die Beleuchtung für ein tragbares Gerät bereitzustellen. In dem Fall, in dem eine herkömmliche Anzeigevorrichtung, die nur eine Reflexionsfunktion aufweist, auf einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder dergleichen montiert war, bestand ferner das Problem, dass der Kontrast des Anzeigebildschirms gering war, wodurch es unmöglich war, diese in einer dunklen Umgebung zu verwenden. Beleuchtungsvorrichtungen, die mit einer halb transparenten reflektierenden Platte verwendet werden, leiden ferner unvermeidbar und dem Problem, dass die Anzeige sowohl bei Verwendung mit Reflexion als auch bei Verwendung mit Hintergrundbeleuchtung dunkel ist; diese Technik repräsentiert einen unbefriedigenden Kompromiss und hat sich letztendlich nicht durchgesetzt.
Unter diesen Umständen wurde vor kurzem z. B. in der früheren japanischen Patentveröffentlichung JP-A-6-324331 eine Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, die an der Vorderseite einer Anzeigevorrichtung wie z. B. Einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung dieses Vorschlags ist in einer dünnen Flüssigkristallanzeigevorrichtung eingebaut und hat die Aufgabe, einen hohen Kontrast der Beleuchtung sicherzustellen, sowohl bei Beleuchtung als auch ohne Beleuchtung. Genauer ist eine dünne Beleuchtungsvorrichtung an der Oberseite (Vorderseite) der Flüssigkristallanzeigevorrichtung angeordnet, während eine reflektierende Platte an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigevorrichtung angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtführungsplatte und eine Lichtquelle, die an der Stirnseite dieser Lichtführungsplatte oder in deren Nähe angeordnet ist. An der optischen Austrittsfläche der Lichtführungsplatte ist eine gekerbte Form ausgebildet, die Flächen umfasst, die praktisch parallel mit dieser Fläche sind, sowie Flächen, die näherungsweise senkrecht hierzu sind. Die gekerbte Form kann z. B. aus mehreren Rippen oder Vorsprüngen mit zylindrischer oder prismatischer Form gebildet sein.
Jedoch sind die an der Vorderseite angeordneten Beleuchtungsvorrichtungen dieser Veröffentlichungen an Lichtquellen mit Stabform oder linearer Form angepasst. Für solche Lichtquellen werden im allgemeinen Leuchtstoffröhren verwendet, die einen hohen Lichtemissions-Wirkungsgrad aufweisen; Leuchtstoffröhren benötigen jedoch Leistung mit wenigstens einem gewissen Pegel und leiden unter dem Problem, dass ihr Leistungsverbrauch nicht darunter gesenkt werden kann. Wenn ferner Punktlichtquellen wie z. B. LEDs oder elektrische Glühbirnen verwendet wurden, bestand das Problem, dass, da die Schnittlinien an den Wurzelabschnitten, die die Rippen oder prismatischen Vorsprünge bilden, und die optischen Austrittsflächen gerade Linien sind, die Qualität der Beleuchtung tendenziell durch reguläre Reflexion beeinträchtigt wird. Ferner bestand im Fall von Punktlichtquellen das Problem, dass eine Ungleichmäßigkeit der Helligkeit durch eine eindimensionale Verteilungssteuerung des Musters der Vorsprünge nicht eliminiert werden konnte. Beleuchtungsvorrichtungen, die an der Vorderseite in dieser Weise angeordnet sind, leiden ferner unter dem Problem, dass sie leicht durch eine externe Beschädigung der Lichtführungsplatte beeinträchtigt werden, was den Austritt von Licht durch dispersive Reflexion des optischen Flusses von solchen beschädigten Abschnitten hervorruft und den Kontrast des beleuchteten Objekts, wie z. B. der Flüssigkristallanzeige, verringert, wenn sie leuchtet. Bei solchen Beleuchtungsvorrichtungen des Typs, die an der Vorderseite angeordnet waren, muss ferner, da die Lichtquelle an der Stirnseite der Lichtführungsplatte angeordnet ist, ein Abstandhalter am Ende der Lichtführungsplatte vorgesehen werden, der im ausreichendem Maß die Lichtquelle vom Betrachter abschirmt; wenn sie als Beleuchtung für ein Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder dergleichen verwendet wird, ist daher ein Rand um den Umfang des Anzeigebereiches erforderlich. Dies führt zu einer Verschwendung von Raum und stellt eine beträchtliche Gestaltungseinschränkung dar.
JP-U-145902/86 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine aus einer transparenten flachen Platte mit optischen Extraktionsstrukturen gebildete Lichtführungsplatte und eine Punktlichtquelle umfasst, die einer Stirnfläche der Lichtführungsplatte gegenüberliegend angeordnet ist.
In einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, um die verschiedenen Probleme einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben worden sind, zu beseitigen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die eine Punktlichtquelle mit einem geringen Stromverbrauch und hoher Qualität verwendet, sowie eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, zu schaffen, die diese verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner, eine Beleuchtungsvorrichtung mit geringem Stromverbrauch und hoher Qualität durch Verwendung einer lichtemittierenden Diode (LED) als Lichtquelle zu schaffen, und eine Anzeigevorrichtung wie z. B. Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu schaffen, die diese verwendet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, bei der die Beleuchtung ohne Verlust einer reflektierenden Funktion erreicht werden kann, und eine Anzeigevorrichtung wie z. B. Eine Notiztafelvorrichtung oder eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu schaffen, die diese verwendet, sowie eine Vorrichtung, wie z. B. eine elektronische Vorrichtung oder ein Mobiltelephon, die diese Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung mit geringer Beeinträchtigung der Beleuchtungsfunktion durch kostengünstige, bequeme Mittel, und eine Anzeigevorrichtung wie z. B. Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit geringer Beeinträchtigung der Anzeigequalität zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, bei der Lichtstrahlen effizient in das Innere einer Lichtführungsplatte von einer Lichtquelle geleitet werden können, die entfernt vom Ende der Lichtführungsplatte angeordnet sind, was platzsparend ist, und die hervorragende Gestaltungseigenschaften aufweist, sowie eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und eine Vorrichtung, wie z. B. eine elektronische Vorrichtung oder ein Mobiltelephon, zu schaffen, die diese Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwenden.
Hinsichtlich der Anzeigevorrichtungen, bei denen eine Beleuchtungsvorrichtung montiert ist, ist es ferner in bezug auf herkömmliche Reflexiontyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen für die obenerwähnten Anzeigevorrichtungen eine Aufgabe, verschiedene Typen von elektronischen Vorrichtungen wie z. B. Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, Mobiltelephonvorrichtungen, Uhren, Kameras oder Datenendgerätevorrichtungen zu schaffen, bei denen die Erzeugung einer hellen Linie verhindert werden kann, die für den Betrachter unangenehm ist, wobei eine Ungleichmäßigkeit der Helligkeit eliminiert werden kann, und die einem Typ entsprechen, bei dem der Stromverbrauch reduziert werden kann und der ferner eine Beleuchtungsfunktion mit hoher Qualität bietet.
Herkömmlicherweise wiesen ferner Notiztafelvorrichtungen mit einer Beleuchtungsfunktion eine Konstruktion auf, in der ein Gehäuse vorgesehen war, dessen Vorderseite mit transparentem Glas abgedeckt war und eine Notiz durch Anordnen einer Lichtquelle an der Vorderkante der Notiz beleuchtet wurde. Ferner wiesen sie eine Konstruktion auf, bei der eine Person, die diese betrachtete, aufgrund eines optischen Abschirmungsabschnitts vor der Lichtquelle, der auch als Gehäuse diente, die Lichtquelle nicht direkt sehen konnte.
Herkömmliche Notiztafelvorrichtungen leiden jedoch unter dem Problem, dass sie ausreichend dick sein müssen, damit die gesamte Notiz beleuchtet werden kann, und dass die Beleuchtungsunterschiede an Stellen entfernt vom Bereich der Lichtquelle groß waren.
In einem weiteren Aspekt bezüglich einer Anzeigevorrichtung ist es ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Notiztafelvorrichtung zu schaffen, bei der solche Probleme beseitigt sind, und die eine geringe Dicke aufweist und bei der die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung hoch ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die obenerwähnten Probleme zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Merkmale in Bezug auf die weitere Struktur und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der genauen Beschreibung der beigefügten Zeichnungen und der folgenden Ausführungsformen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind eine schematische Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht, die ein erstes Beispiel zeigen, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
2A und 2B sind Diagramme, die ein Problem des Standes der Technik zeigen;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des ersten Beispiels;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation des ersten Beispiels;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation des ersten Beispiels;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation des ersten Beispiels;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation des ersten Beispiels;
8 ist eine Draufsicht, die ein zweites Beispiel zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
9A und 9B sind schematische Querschnittsansichten einer Modifikation des zweiten Beispiels;
10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein drittes Beispiel zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
11 ist ein Diagramm, das eine weitere Modifikation zeigt;
12A und 12B sind schematische Draufsichten, die eine weitere Modifikation zeigen;
13 ist ein Diagramm, das eine weitere Modifikation zeigt;
14Aa und 14B sind eine schematische Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
15 ist ein genaues Diagramm einer konvexen Form, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, und die ein Strukturelement für die Extraktion von Licht bildet;
16A bis 16D sind Diagramme weiterer konvexer Formen, wobei die in den Figuren C und D gezeigten Formen nicht Teil der Erfindung bilden;
17 ist ein Diagramm einer weiteren konvexen Form;
18 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform;
19 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform;
20 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform;
21 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform;
22 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform;
23A und 23B sind eine schematische Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
24 ist genaues Diagramm einer konkaven Form, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, und die ein Strukturelement für eine Extraktion von Licht bildet;
25A bis 25D sind Diagramme einer weiteren konkaven Form, wobei die in den Figuren C und D gezeigten Formen nicht Teil der Erfindung bilden;
26 ist ein Diagramm einer weiteren konkaven Form;
27 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die ein Beispiel einer Anwendung zeigt; und
29A bis 29C sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung eines Mobiltelephontyps, die die vorliegende Erfindung nutzt, und nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Modifikation derselben beschrieben.
(Erstes Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist)
Ein erstes Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In 1A sind ein oder mehrere Punktlichtquellen 2 an der Stirnseite einer Lichtführungsplatte 11 angeordnet. Wie in 1B gezeigt ist, ist die Lichtführungsplatte 11 mit Vorsprüngen 12 auf einer Fläche der transparenten Platte versehen; die Flächen der Vorsprünge 12 werden in allen Fällen durch Flächen gebildet, die praktisch parallel zur optischen Austrittsfläche 13 (Unterseite 14) sind, und von Flächen, die praktische senkrecht hierzu sind (Seitenflächen 15). Die Lichtführungsplatte 11 ist aus transparentem Material mit einem Brechungsindex von etwa 1,4 oder größer gebildet. Nachdem der optische Fluss von einer Punktlichtquelle 2 in eine Stirnfläche 16 eingetreten ist, wie durch den Strahl 19a und den Strahl 19b gezeigt ist, wird er innerhalb der Lichtführungsplatte 11 einer total Reflexion unterworfen und nur aus den Seitenflächen 15 der Vorsprünge 12 imitiert, so dass die optische Ausgangsleistung von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung groß ist, was ermöglicht, den beleuchteten Körper 6 effizient zu beleuchten.
Ferner kann für das transparente Material, das die Lichtführungsplatte 11 bildet, ein transparentes Kunstharz, wie z. B. Acrylharz, Polycarbonatharz oder ein amorphes Polyolefin-Harz und dergleichen, oder ein anorganisches transparentes Material wie z. B. Glas oder eine Kombination hiervon verwendet werden; diese können mittels eines Verfahrens geformt werden, wie z. B. die Verbindung eines Films oder einer Kunstharzschicht auf einer Spritzgußform, Wärmeaushärten eines Harzes, Lichtaushärten eines Harzes, Ätzen, ein transparentes Harz oder eine Flachglasplatte.
Für die Lichtquellen 2 können lichtemittierende Dioden (LEDs) oder elektrische Glühbirnen und dergleichen verwendet werden. Im Vergleich zu Leuchtstoffröhren, die herkömmlicherweise verwendet wurden, erfordern diese keine spezielle Ausrüstung, wie z. B. Spannungshochsetzungsvorrichtungen, und weisen ein geringes Gewicht auf und sind kompakt und weisen eine hervorragende Sicherheit auf, da sie keine hohen Frequenzen oder hohen Spannungen verwenden. Ferner ist die Leistungsregelung einfach, wobei sie leicht an Anwendungen angepasst werden können, die einen geringen Stromverbrauch erfordern. Insbesondere die Lebensdauer von LEDs ist sehr lang, wobei sie hinsichtlich der Farben seit kurzem in Rot, Grün, Blau und Mischungen hiervon, sowie in weißer Farbe erhältlich sind. Wenn elektrische Glühbirnen verwendet werden, sind diese billig und können leicht ausgetauscht werden, obwohl deren Lebensdauer kurz ist.
Mit der obigen Konstruktion kann durch Anordnen dieser Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite eines beleuchteten Körpers 6 eine Teilzeitbeleuchtung erreicht werden, bei der der beleuchtete Körper 6 durch Ausschalten der Beleuchtung unter hellen Bedingungen, wenn ausreichend externes Licht vorhanden ist, betrachtet wird, während der beleuchtete Körper durch Einschalten der Beleuchtung unter dunklen Bedingungen, wenn das externen Licht unzureichend ist, betrachtet werden kann.
Für den beleuchteten Körper 6 einer Beleuchtungsvorrichtung, wie oben beschrieben worden ist, sind bedrucktes Material, wie z. B. bedrucktes Papier oder eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen, geeignet.
Wie in 2A gezeigt ist, wurde jedoch festgestellt, dass die Schnittlinien der optischen Austrittsfläche 13 der Lichtführungsplatte 11 und der Seitenflächen 15 der Vorsprünge 12 eine kleine gekrümmte Fläche bei der Herstellung aufweisen, so dass etwas reflektiertes Licht 19c in Richtung zur Fläche 17 austritt, die der optischen Austrittsfläche (der Seite des Betrachters) gegenüberliegt, wobei dieses vom Betrachter als helfe Punkte wahrgenommen werden kann. Wie in 2B gezeigt ist, sind dann, wenn die Vorsprünge 12 in Form von Rippen vorliegen und diese Schnittlinien gerade Linien sind, die Punktlichtquelle 2, die obenerwähnten hellen Punkte und der Betrachter in der selben Ebene angeordnet, mit dem Ergebnis, dass spezifische Positionen auf der Lichtführungsplatte als helle Punkte für den Betrachter erscheinen, wobei diese hellen Punkte sich mit der Bewegung des Auges des Betrachters bewegen. Dies beeinträchtigt die Erkennbarkeit des beleuchteten Körpers 6. Da im Gegensatz hierzu mit z. B. der zylindrischen Form der Vorsprünge 12, wie in diesem Beispiel, die hellen Punkte sich nicht in der Ebene der Lichtführungsplatte 11 bewegen, kann eine gleichmäßige Erkennbarkeit unabhängig von der Betrachtungsposition des Betrachters erhalten werden.
Bezüglich der Größe der Vorsprünge 12 sollten diese, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts etwa 380 nm bis 700 nm beträgt, wenigstens etwa 5 μm betragen, um Beugungseffekte zu vermeiden, wobei die Größe der Vorsprünge 12 kleiner als etwa 300 μm sein sollte, so dass sie nicht mit bloßem Auge wahrgenommen werden können. Abgesehen davon, liegt hinsichtlich der Bequemlichkeit der Herstellung die Größe der Vorsprünge vorzugsweise oberhalb von etwa 10 μm und unterhalb von 100 μm. Bezüglich des Verhältnisses der Höhe und der Breite der Vorsprünge 12 (d. h. des Durchmessers in dem Fall, in dem diese näherungsweise zylindrisch sind) kann dieses 1:1 betragen, da der Elevationswinkel eines Lichtstrahls innerhalb der Lichtführungsplatte 11 in Ebenenrichtung weniger als 45° beträgt; tatsächlich wird eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit bis zu einem Verhältnis von etwa 1:2 erreicht, da Strahlen von weniger als 20° mehr als 90% repräsentieren.
Eine Modifikation ist in 3 gezeigt. In 3 ist eine konkave Form 12a auf der Seite der Fläche 17 der optischen Austrittsfläche der Lichtführungsplatte 11 gegenüberliegend vorgesehen. Die konkave Form 12a kann eine willkürliche Größe und Form aufweisen; sie hat die Funktion des Umsetzens des optischen Flusses, der diese konkave Form 12a erreicht, in einen optischen Fluss mit einem großen Elevationswinkel bezüglich der Lichtführungsplatte 11; es wurde festgestellt, dass eine zufriedenstellende Eigenschaft erhalten wird, in dem diese näherungsweise zur einer sphärischen Oberfläche mit einem Zentralwinkel unter 90° gemacht wird. Der optische Fluss der von der Punktlichtquelle 2 in die Lichtführungsplatte 11 eingespeist wird, wird innerhalb der Lichtführungsplatte 11 durch wiederholte Totalreflexion geführt, jedoch wird Dank des Vorsehens der konkaven Formen 12a in der Fläche 17 gegenüberliegend der optischen Austrittsfläche der Lichtführungsplatte 11 der optische Fluss, der an diese ankommt, in einen optischen Fluss umgesetzt, der einen großen Neigungswinkel bezüglich der Ebene der Lichtführungsplatte 11 aufweist und somit aus der optischen Austrittsfläche 13 austreten kann. Durch Anordnen des beleuchteten Körpers 6 auf der Seite der optischen Austrittsfläche 13 der Lichtführungsplatte 11 dient diese Konstruktion als Planarbeleuchtung. Da Bereiche der Oberfläche neben den konkaven Formen auf der Seite der Fläche 17 gegenüberliegend der optischen Austrittsfläche parallel zur Austrittsfläche 13 sind, haben diese ferner die Funktion der vertikalen Strahlentransparenz, d. h. des Durchlassens von Strahlen in der Richtung, die die flache Platte in rechten Winkeln schneidet.
Diese konkaven Formen 12a können in einem beliebigen gewünschten Flächenverhältnis vorgesehen sein. Obwohl die Effizienz der Beleuchtung erhöht werden kann, indem das Flächenverhältnis der konkaven Formen 12a groß gemacht wird, wird jedoch die Erkennbarkeit durch Verringern des Verhältnisses der senkrecht durchgelassenen Strahlen verringert. Ein Flächenverhältnis von mehr als 50% festzulegen, ist tatsächlich nicht realistisch, wobei als Teilzeitbeleuchtung unter dunklen Bedingungen ein Flächenverhältnis von etwa 10% geeignet festgelegt werden kann. Wenn ferner gewünscht ist, deren Dichte zu erhöhen/verringern, um eine Gleichmäßigkeit der Beleuchtungshelligkeit zu erreichen, wie oben beschrieben worden ist, liegt bei etwa 10% das Flächenverhältnis des Senkrechtdurchlässigkeitsabschnitts in einem Bereich von etwa 80–90%, so dass keine Ungleichmäßigkeit der Erkennbarkeit an verschiedenen Positionen wahrgenommen wird. Bezüglich der Größe der konkaven Formen 12a ist es, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts etwa gleich 83 nm bis 700 nm ist, notwendig, dass diese Größe wenigstens etwa 5 μm sein sollte, so dass keine Beugungseffekte erzeugt werden, und vorzugsweise kleiner als etwa 100 μm sein sollte, so dass die konkaven Formen 12a mit bloßem Auge nicht wahrgenommen werden können. Außerdem sollte hinsichtlich der Bequemlichkeit der Herstellung die Größe der konkaven Farmen vorzugsweise oberhalb von etwa 10 μm und unterhalb von 100 μm liegen.
Eine weitere Modifikation ist in 4 gezeigt. In 4 sind konkave Formen 12b auf der Fläche 17 der Lichtführungsplatte 11 gegenüberliegend der optischen Austrittsfläche vorgesehen. Die konvexen Formen 12b können eine beliebige Größe und Form aufweisen und haben die Funktion des Umsetzens des optischen Flusses, der an diesen konvexen Formen 12b ankommt, in einen optischen Fluss mit einem großen Elevationswinkel bezüglich der Ebene der Lichtführungsplatte 11; es wurde festgestellt, dass gute Ergebnisse erhalten werden, wenn diese näherungsweise zu konischen Oberflächen mit einem Scheitelwinkel von weniger als 120° gemacht werden. Die Dichte und die Größe der konvexen Formen 12b entsprechen denjenigen im Fall der obenbeschriebenen konkaven Formen.
Eine weitere Modifikation ist in 5 gezeigt. In 5 ist eine optische Diffusionselementschicht 12c auf der Seite der Fläche 17 gegenüberliegend der optischen Austrittsfläche der Lichtführungsplatte 11 vorgesehen. Die optische Diffusionselementschicht 12c weist eine beliebige Form und Größe auf und hat die Funktion des Umsetzens des optischen Flusses, der an dieser optischen Diffusionselementschicht 12c ankommt, in einen optischen Fluss mit einem großen Elevationswinkel bezüglich der Ebene der Lichtführungsplatte 11. Genauer hat diese optische Diffusionselementschicht 12c die Funktion der optischen Diffusion in Richtung zur optischen Austrittsfläche 13 und der optischen Abschirmung zur Fläche 17, die der optischen Austrittsfläche gegenüberliegt. Um die optische Abschirmung zu garantieren, kann eine weitere optische Abschirmungsschicht vorgesehen sein. Die Dichte und die Größe der optischen Diffusionselementschicht 12c entsprechen denjenigen im Fall der obenbeschriebenen konkaven Formen.
Eine weitere Modifikation ist in 6 gezeigt. 6 zeigt ein Beispiel, in welchem punktförmige optische Extraktionsformen 12x wie oben beschrieben (optische Extraktionsstrukturen) in der Nähe der Punktlichtquellen 2 spärlich und weiter entfernt von dem Punktlichtquellen 2 dichter verteilt sind. Die optische Flussdichte in der Lichtführungsplatte 11 ist in der Umgebung der Punktlichtquellen 2 hoch, so dass die Lichtstrahlen durch die optischen Extraktionsformen 12x gestreut werden, wobei, da die Dichte des optischen Flusses mit zunehmendem Abstand von den Punktlichtquellen 2 abnimmt, die optischen Extraktionsformen 12x in kontinuierlicher Weise dichter angeordnet werden. Somit kann eine gleichmäßigere Beleuchtung erreicht werden.
Eine weitere Modifikation ist in 7 gezeigt. In 7 ist eine transparente Platte oder eine transparente Folie 8 auf der Seite der Fläche 17 gegenüberliegend der optischen Austrittsfläche der Lichtführungsplatte 11 angeordnet. Die Lichtführungsplatte 11 und die transparente Platte oder die transparente Folie 8 sind nicht miteinander verklebt, wobei eine Luftschicht vorhanden ist. Wenn auch nur eine leichte Beschädigung der Oberfläche der Lichtführungsplatte 11 vorhanden ist, werden Lichtstrahlen, die durch ihr Inneres geführt werden, daran reflektiert, wobei sie von der Oberfläche als heller Punkt oder helle Linie wahrgenommen werden können. Eine solche Beschädigung ist bei dem transparenten Beleuchtungstyp nicht nur unattraktiv, sondern verringert auch deutlich die Erkennbarkeit, da sie den Kontrast verringert. Da jedoch die transparente Platte oder die transparente Folie 8 von der Lichtführungsplatte 11 durch eine Luftschicht getrennt ist, besteht keine Möglichkeit, dass der optische Fluss von einer Lichtquelle 2 eintritt, so dass selbst dann, wenn sie beschädigt wird, keine hellen Punkte oder hellen Linien erzeugt werden können. Da auch in diesem Fall die relative Fläche der Beschädigung sehr gering ist, ergibt sich eine sehr geringe Auswirkung auf die Erkennbarkeit des beleuchteten Körpers 6. Damit diese Lichtführungsplatte 11 als Beleuchtung verwendet werden kann, die vorne angeordnet ist, ist die Anwesenheit dieser transparenten Platte oder der transparenten Folie 8 unverzichtbar. Für die transparente Platte oder transparente Folie 8 können ein transparentes Harz, wie z. B. Acrylharz, Polycarbonatharz oder ein amorphes Polyolefinharz, oder ein anorganisches transparentes Material, wie z. B. Glas, verwendet werden. Ferner kann in einer elektronischen Vorrichtung, die diese Beleuchtungsvorrichtung enthält, die transparente Platte oder die transparente Folie 8 auch als Deckglas des Gehäuses dienen.
(Zweites Beispiel, das ebenfalls nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist)
Ein zweites Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In 8 ist ein stabförmiger optischer Diffusor 18 an wenigstens einer Stirnseite der Lichtführungsplatte 11 angeordnet, wobei ferner eine Punktlichtquelle 2 an einer Stirnfläche senkrecht zur Axialrichtung des stabförmigen Diffusors 18 angeordnet ist. Der stabförmiger Diffusor 18 hat die Funktion des Führens des optischen Flusses der Punktlichtquelle 2 die an dessen Stirnfläche angeordnet ist, so, dass der optische Fluss gleichmäßig von der Oberfläche des stabförmigen Diffusors 18 mittels eines Diffusionsmaterials, das in seinem Inneren enthalten ist, und/oder optischer Diffusionsformen, die an seiner Oberfläche angeordnet sind, gleichmäßig gestreut wird, um somit die Funktion des Umsetzens der Punktlichtquelle in eine lineare Lichtquelle zu bewerkstelligen. Das Licht, das von der Oberfläche des stabförmigen Diffusors 18 eingegeben wird, wird zur Stirnfläche 16 der Lichtführungsplatte 11 geleitet und innerhalb der Lichtführungsplatte 11 geführt. Die optischen Extraktionsstrukturen, die oben beschrieben worden sind, sind an der Oberfläche der Lichtführungsplatte 11 ausgebildet, wobei jedoch dann, wenn die optischen Diffusionsformen herkömmliche Rippenformen oder Prismenformen sind, helle Linien an spezifischen Positionen, die erzeugt würden, wenn eine Punktlichtquelle direkt einstrahlen würde, nicht erscheinen können. Für den stabförmigen optischen Diffusor 18 können ein Diffusor, der transparente Körper 22a mit einem Brechungsindex verschieden von demjenigen des transparenten Harzes enthält, wie in 9A gezeigt ist, oder ein Diffusor, der mit einem optischen Diffusionsmuster 22b durch Aufdrucken oder dergleichen auf einer Oberfläche des transparenten Harzes versehen ist, wie in 9B gezeigt ist, verwendet werden.
(Drittes Beispiel, das ebenfalls nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist)
Ein drittes Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Flüssigkristallanzeigetafel als beleuchteter Körper verwendet wird. Eine Lichtführungsplatte 1 ist an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel 102 angeordnet. Eine reflektierende Platte 103 ist an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigetafel 102 angeordnet, um somit eine Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu bilden. Die Lichtführungsplatte 11 hat die Funktion des Projizierens der von Lichtstrahlenrichtung zur Flüssigkristallanzeigetafel 102 und des Durchlassens von Lichtstrahlen, die von der Reflexionsplatte 103 reflektiert werden, fast ohne irgendeine Streuung. Dies ist insbesondere effektiv, wenn die Lichtquelle 2 gelöscht ist und das externe Licht ausreicht; in diesem Fall dient die Lichtführungsplatte 11 einfach als eine transparente Platte, ohne die Erkennbarkeit zu verringern, und hat somit keine Auswirkung auf die Anzeigequalität. Wenn sie für die Verwendung an dunklen Orten leuchtet, wo das externe Licht unzureichend ist, beleuchtet die Lichtführungsplatte 11 die Flüssigkristallanzeigetafel 102 und das von der Reflexionsplatte 103 erzeugte reflektierte Licht gelangt direkt durch die Lichtführungsplatte 11 hindurch, die nun einfach als eine transparente Platte in derselben Weise wie im oben beschriebenen gelöschten Fall dient. Dies ermöglicht somit, eine hohe Erkennbarkeit aufrechtzuerhalten.
Während ferner bei einer transparenten Flüssigkristallanzeigevorrichtung, in der die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite der Flüssigkristalltafel angeordnet ist, ein Hell/Dunkel-Kontrast durch das nur einmalige Durchlassen von Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung durch die Flüssigkristallanzeigetafel erzeugt wird, laufen bei einer reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung, in der wie im vorliegenden Beispiel die Anzeigevorrichtungen an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel angeordnet ist, die Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung einmal öfter hindurch, da sie von der reflektierenden Platte reflektiert werden, nachdem sie einmal die Flüssigkristallanzeigetafel durchlaufen haben; dies ist günstig, um eine höhere Erkennbarkeit zu erhalten, da der Kontrast erhöht wird. Wie oben beschrieben worden ist, kann bei den ersten bis dritten Beispielen und deren Modifikationen eine dünne Oberflächenbeleuchtung in geeigneter Weise für Notizen oder Anzeigen und dergleichen geschaffen werden, die externes Licht nutzen.
Ferner kann in Anwendungen, wie z. B. tragbaren Computerendgeräten, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorgesehen sein, in der dann, wenn sie mit gelöschter Beleuchtung verwendet wird, um an gut beleuchteten Orten Strom zu sparen, die Anzeigequalität nicht verloren geht, und dann, wenn sie leuchtet, ein hoher Kontrast mit geringem Stromverbrauch erhalten wird, indem eine LED oder eine elektrische Glühbirne oder dergleichen verwendet wird.
Es ist zu beachten, dass die in der Beleuchtungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels verwendete Lichtquelle nicht unbedingt auf eine Punktlichtquelle beschränkt ist, wie oben beschrieben worden ist. Wie z. B. wie in 11 gezeigt ist, kann als Lichtquelle eine kurze Leuchtstoffröhre 231 längs einer optischen Eintrittsseitenstirnfläche der Lichtführungsplatte 11 angeordnet sein. In diesem Zusammenhang bedeutet ”kurze Leuchtstoffröhre” kürzer als die Länge der optischen Eintrittsseitenstirnfläche der Lichtführungsplatte. Der optische Umsetzungswirkungsgrad dieser Leuchtstoffröhre beträgt etwa 10–20 lm/W, was höher ist als der Wirkungsgrad einer LED, der ungefähr 5 lm/W beträgt, wobei sie mit geringer Leistung leuchten kann, da sie kurz ist.
Ferner sind die Vorsprünge (vorstehende Formen), die die optischen Extraktionsstrukturen bilden, die im vorliegenden Beispiel angewendet werden können, nicht unbedingt auf die obenbeschriebenen beschränkt. Die verformten säulenförmigen Vorsprünge für das in den 12A, 12B und 13 gezeigte Beispiel können als Ersatz für diese ausgebildet sein. Im Fall der 12A sind elliptische säulenförmige Vorsprünge 232 in zweidimensionaler Weise auf der Lichtführungsplatte 11 angeordnet; für eine Leuchtstoffröhre 233, die als lineare Lichtquelle verwendet wird, kann die optische Ausgangseffizienz erhöht werden, indem die Richtung der Hauptachse der Ellipse senkrecht zur Lichtführungsrichtung (Linie, die die Lichtquelle und den kürzesten Abstand der Projektion verbindet) angeordnet wird. Auch im Fall der 12B, in der elliptische säulenförmige Vorsprünge 232 zweidimensional auf der Lichtführungsplatte 11 angeordnet sind, kann die optische Ausgangseffizienz in ähnlicher Weise erhöht werden, indem für eine als Punktlichtquelle verwendete LED die Hauptaxialrichtung der Ellipse senkrecht zur Lichtführungsrichtung (Linie, die die Lichtquelle und den kürzesten Abstand der Projektion verbindet) angeordnet wird. Auch in der in 13 gezeigten Konstruktion sind abgerundete, dreieckige, säulenförmige Vorsprünge 233 in ähnlicher Weise in einer zweidimensionalen Art auf der Lichtführungsplatte angeordnet. In diesem Fall ist es in Abhängigkeit von der Anzahl und der Richtung der Lichtquellen wünschenswert, Bögen von Vorsprüngen anzuordnen, die einen größten Radius senkrecht zur Lichtführungsrichtung aufweisen, da die optische Ausgangseffizienz hierdurch erhöht werden kann.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform, die Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In 14A ist eine Lichtquelle 2 an der Stirnseite der Lichtführungsplatte 11 angeordnet. Wie in 14B gezeigt ist, ist die Lichtführungsplatte 11 mit konvexen Formen 11a auf einer Fläche der transparenten Platte versehen; die Oberflächen der konvexen Formen 11a werden von Flächen gebildet, die einen Winkel von weniger als etwa 30° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 bilden. Die Lichtführungsplatte 11 ist aus transparentem Material mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,4 gebildet; wenn z. B. der Brechungsindex gleich 1,4 ist, ist der kritische Winkel gleich 45°, wobei alle Lichtstrahlen, die von der Stirnfläche 16 eintreten, durch die Lichtführungsplatte 11 optisch geführt werden können. Genauer, wie durch den Lichtstrahlen 19a oder den Lichtstrahlen 19b gezeigt ist, weist der optische Fluss von der Lichtquelle 2, wenn er von der Stirnfläche 16 aus eintritt, einen Vektor von kleiner als etwa 45° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 auf und unterliegt somit einer wiederholten Totalreflexion innerhalb der Lichtführungsplatte 11. Wenn dieser zur gegebener Zeit die konvexen Formen 11a erreicht, bilden die Lichtstrahlen, die an den Flächen der konvexen Formen 11a reflektiert worden sind, einen sehr großen Winkel, größer als etwa 45°, mit der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 und können daher aus der Lichtführungsplatte 11 austreten. Eine große Menge an Licht tritt daher aus der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung aus, wobei der beleuchtete Körper 6 effektiv beleuchtet werden kann.
Wie in 15 gezeigt ist, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, werden die Flächen der konvexen Formen 11a von Flächen mit einem Winkel kleiner als etwa 30° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 gebildet. Da ein Großteil der Komponenten der Strahlen, die durch die Lichtführungsplatte 11 laufen, einen Winkel von weniger als 20° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 aufweisen, kommt ein Großteil der Strahlen, die durch die Lichtführungsplatte 11 geführt werden, an den Flächen der konvexen Formen 11a in einem größeren Winkel als dem kritischen Winkel an, so dass das reflektierte Licht aus einer weiteren Fläche der Lichtführungsplatte 11 austreten kann.
16A zeigt ein Beispiel, in welchem die konvexe Form ein konische Fläche ist (konische Form 11Aa); 16B zeigt ein Beispiel, in dem sie eine Pyramidenform ist (konvexe Form 11Ab); 16C, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, zeigt ein Beispiel, in welchem sie eine sphärische Oberfläche ist (konvexe Form 11Ac); und 16D, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, zeigt ein Beispiel, in welchem sie eine unregelmäßig geformte Fläche ist (konvexe Form 11Ad). Wie oben beschrieben worden ist, kann die Form frei gewählt werden, so lange die Fläche einen Winkel von weniger als etwa 30° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 einnehmen, wobei jedoch konische Flächen, wie in 16A gezeigt, oder eine Form auf der Grundlage hiervon vorteilhaft sind, da der Winkel der Oberfläche fest sein kann und die Direktionalität der Oberflächenrichtung eliminiert ist.
17 zeigt ein Beispiel, in welchem die konvexen Formen konische Oberflächen mit einem Scheitelwinkel von etwa 130° sind. Wenn ein Strahl 91a parallel zur Lichtführungsplatte 11 an der konischen Fläche reflektiert wird, bildet er einen Winkel von 40° bezüglich der normalen der Lichtführungsplatte 11 und tritt aus. Der Strahl 91b, der einen Winkel von 20° aufweist, bildet einen Winkel von 45° bezüglich der konischen Fläche und wird somit reflektiert; der reflektierte Strahl bildet anschließend einen Winkel von 20° bezüglich der Normalen der Lichtführungsplatte 11 und kann somit austreten. Der Strahl 91c mit einem Winkel von mehr als 20° kann aus der konischen Fläche austreten, jedoch stellen solche Komponenten nur einen kleinen Anteil der Gesamtheit dar, so dass durch Wählen eines Scheitelwinkels von etwa 130° eine effektive Nutzung als Beleuchtung möglich ist.
Für das transparente Material, dass die Lichtführungsplatte 11 bildet, können ein transparentes Kunstharz, wie z. B. Acrylharz, Polycarbonatharz, oder ein amorphes Polyolefinharz, anorganisches transparentes Material, wie z. B. Glas, oder ein Verbundstoff aus diesen verwendet werden, wobei diese mit einem Verfahren gebildet werden können, wie z. B. Verbinden eines Films oder einer Harzschicht mit einer Spritzgußform, einem wärmeaushärtenden Harz, einem lichtaushärtendem Harz, Ätzen, oder einem transparentem Glas oder einer flachen Glasplatte. Als Lichtquelle 2 können eine elektrische Glühbirne oder eine lichtemittierende Diode (LED) und dergleichen verwendet werden. LEDs haben eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer, wobei die Schaltung einfach ist, da sie mit einer niedrigen Spannung betrieben werden können und einen hohen Sicherheitsgrad bezüglich der Entflammbarkeit oder der Verursachung von elektrischen Schlägen oder dergleichen aufweisen. Bezüglich der Farbe sind sie neben Rot, Grün und Blau seit kurzem in Mischfarben und/oder Weiß erhältlich, so dass sie in Abhängigkeit von der Anwendung vielseitig verwendet werden können. Elektrische Glühbirnen haben den Nachteil einer kurzen Lebensdauer, sind jedoch billig und können leicht ausgetauscht werden.
Diese konvexen Formen 11a können in einem beliebigen gewünschten Flächenverhältnis bezüglich der Fläche der Beleuchtungseinheit vorgesehen sein.
Obwohl die Erhöhung des Flächenverhältnisses der konvexen Formen 11a ermöglicht, die Effizienz der Beleuchtung zu erhöhen, verringert dies jedoch die Erkennbarkeit, da das Verhältnis der senkrecht durchgelassenen Strahlen verringert wird. Tatsächlich ist das Festlegen eines Flächenverhältnisses von mehr als 50% unpraktisch, wobei das Setzen eines Flächenverhältnisses von etwa 10% für eine Teilzeitbeleuchtung unter dunklen Bedingungen geeignet ist. In dem Fall, in dem die Dichte variiert, um eine Gleichmäßigkeit der Beleuchtung zu erreichen, wie oben beschrieben worden ist, legt ferner dann, wenn das Verhältnis etwa 10% beträgt, das Flächenverhältnis der senkrecht Durchlässigkeitsbereiche in einem Bereich von etwa 80 bis 90%, so dass keine Ungleichmäßigkeit der Erkennbarkeit in Abhängigkeit von der Position wahrgenommen wird.
Bezüglich der Größe der konvexen Formen 11a sollte, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts von etwa 380 nm bis 700 nm reicht, die Größe wenigstens etwa 5 μm betragen, wenn Auswirkungen aufgrund der Beugung nicht auftreten sollen, und sollten ferner vorzugsweise kleiner als etwa 300 μm sein, so dass die konvexen Formen 11 durch das bloße Auge nicht wahrnehmbar sind. Außerdem beträgt hinsichtlich der Bequemlichkeit bei der Herstellung die Größe der konvexen Formen 11 vorzugsweise nicht mehr als etwa 10 μm und weniger als 100 μm.
Mit der obigen Konstruktion kann eine Teilzeitbeleuchtung erreicht werden, bei der die vorliegende Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite eines beleuchteten Körpers 6 angeordnet ist, wobei der beleuchtete Körper 6 mit gelöschter Beleuchtung betrachtet werden kann, wenn das externe Licht ausreichend hell ist, und der beleuchtete Körper 6 mit eingeschalteter Beleuchtung unter dunklen Bedingungen betrachtet werden kann, wenn das externe Licht unzureichend ist. Beispiele eines solchen beleuchteten Körpers 6, auf den eine Beleuchtungsvorrichtung wie oben angewendet werden kann, umfasst bedrucktes Material, wie z. B. bedrucktes Papier, oder Flüssigkristallanzeigen und dergleichen. Das in 18 gezeigte modifizierte Beispiel ist ein Beispiel, bei dem konvexe Formen wie oben beschrieben (der Fall, bei dem diese konische Formen sind, ist in 18 gezeigt) in der Nähe der Lichtquellen 2 spärlich verteilt sind, jedoch mit zunehmendem Abstand von den Punktlichtquellen 2 dichter verteilt sind. Die optische Flussdichte in der Lichtführungsplatte 11 ist in der Nähe der Lichtquellen 2 hoch, wobei jedoch die optische Flussdichte mit zunehmender Entfernung von den Lichtquellen 2 aufgrund der Diffusion der Strahlen durch die konvexen Formen 11a abnimmt, so dass die konvexen Formen 11a in kontinuierlicher Weise dichter angeordnet sind. Somit kann eine gleichmäßige Beleuchtung erreicht werden.
In einer in 19 gezeigten weiteren Modifikation ist ein reflektierendes Element 4 auf Flächen der Stirnseiten der Lichtführungsplatte 11 vorgesehen, die nicht die Fläche sind, wo die Lichtquellen 2 angeordnet sind. Dies bewirkt, dass die Strahlen, die durch die Lichtführungsplatte 11 geführt worden sind und die Stirnfläche erreicht haben, einmal mehr in die Lichtführungsplatte 11 zurückkehren.
Somit kann die Effizienz verbessert werden. Für das reflektierende Element 4 wird eine Folie oder Platte und dergleichen mit einer weißen Farbe und/oder einer metallischen Glanzfläche verwendet.
Das in 20 gezeigte modifizierte Beispiel ist ein Beispiel, in welchem ein reflektierendes Element 5 so angeordnet ist, dass es die Stirnfläche 16 der Lichtführungsplatte 11 und die Lichtquelle 2 abdeckt. Strahlen von der Lichtquelle 2 können effektiv in die Stirnfläche 16 geleitet werden, was zur Verbesserung der Helligkeit und zur Verbesserung der Effizienz beiträgt.
Die in 21 gezeigte Modifikation ist ein Beispiel, bei dem ein optisches Absorptionselement 6a am Umfang außerhalb des Beleuchtungsbereiches der Lichtführungsplatte 11 angeordnet ist. Es wäre möglich, z. B. doppelseitiges Klebeband oder einen Klebstoff und dergleichen am Übergang des reflektierenden Elements und der Lichtführungsplatte zu verwenden, wie oben beschrieben worden ist, jedoch kann dann eine diffuse Reflexion aufgrund von Mikropartikeln oder Gasblasen und dergleichen innerhalb der Klebstoffschicht anderen Strahlen als den gewünschten Strahlen erlauben, aus der Lichtführungsplatte auszutreten. Optische Absorptionselemente 6a haben die Funktion des Absorbierens solcher Strahlen außerhalb des Beleuchtungsbereiches, und die Funktion, die Beleuchtung gleichmäßig zu machen.
In der in 22 gezeigten Modifikation ist eine transparente Platte oder eine transparente Folie 7 auf der Betrachterseite der Lichtführungsplatte 11 angeordnet. Die Lichtführungsplatte 11 und die transparente Platte oder transparente Folie sind nicht miteinander verklebt, wobei eine Luftschicht vorhanden ist, so dass dann, wenn eine leichte Beschädigung der Oberfläche der Lichtführungsplatte 11 vorhanden ist, die durch ihr Inneres geführten Lichtstrahlen daran reflektiert werden und die Beschädigung als heller Punkt oder helle Linie von der Oberfläche wahrgenommen werden kann. Dies ist bei der Transparenttyp-Beleuchtung nicht nur unattraktiv, sondern verringert auch deutlich die Erkennbarkeit aufgrund eines Kontrastverlustes und dergleichen. Aufgrund des Vorsehens einer Luftschicht zwischen der transparenten Platte oder transparenten Folie 7 und der Lichtführungsplatte 11 besteht jedoch keine Möglichkeit, dass der optische Fluss von der Lichtführungsplatte 2 eintritt, selbst wenn eine Beschädigung derselben auftritt, so dass dies nicht zu dem Erscheinen von hellen Punkten oder hellen Linien führen kann. Da auch in diesem Fall die relative Fläche irgendeiner Beschädigung gering ist, kann sie nur eine sehr geringe Wirkung auf die Erkennbarkeit hinsichtlich des beleuchteten Objekts 6 haben. Da diese Lichtführungsplatte 11 als an der Vorderseite angeordnete Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, ist die Anwesenheit einer solchen transparenten Platte oder transparenten Folie 7 unverzichtbar. Für die transparente Platte oder transparente Folie 7 können ein transparentes Kunstharz, wie z. B. Acrylharz, Polykarbonatharz oder amorphes Polyolefinharz, oder ein anorganisches transparentes Material, wie z. B. Glas, verwendet werden. Selbstverständlich können ähnlich der obigen Beschreibung der 5 optische Diffusionselemente als punktförmige optische Extraktionsstrukturen angeordnet sein.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform, die ebenfalls einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In 23A ist eine Lichtquelle 2 an der Stirnseite der Lichtführungsplatte 11 angeordnet. Wie in 23B gezeigt ist, ist die Lichtführungsplatte 11 mit konkaven Formen 11A auf einer Fläche der transparenten Platte versehen, wobei die Flächen der konkaven Formen 11b in allen Fällen von Flächen gebildet werden, die einen Winkel von weniger als etwa 30° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 einnehmen. Die Lichtführungsplatte 11 ist aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex von etwa 1,4 oder größer gebildet; wenn z. B. der Brechungsindex gleich 1,4 ist, beträgt der kritische Winkel 45°, so dass von der Stirnfläche 16 eintretende Strahlen alle durch die Lichtführungsplatte 11 geführt werden können. Genauer, wenn der optische Fluss von der Lichtquelle 2 von der Stirnfläche 16 eintritt, wie durch den Strahl 19a oder den Strahl 19b gezeigt ist, weist er einen Vektor von weniger als etwa 45° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 auf und unterliegt somit einer wiederholten Reflexion innerhalb der Lichtführungsplatte 11. Wenn er zu gegebener Zeit eine konkave Form 11B erreicht, weist ein an den Flächen der konkaven Form 11B reflektierter Strahl einen viel größeren Winkel auf, der 45° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 überschreitet, und kann daher aus der Lichtführungsplatte 11 austreten. Somit kann eine beträchtliche optische Ausgangsleistung von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung erhalten werden, wobei das beleuchtete Objekt 6 effizient beleuchtet werden kann.
Wie in 24 gezeigt ist, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, werden die Flächen der konkaven Formen 11B von Flächen mit eine Winkel von weniger als etwa 30° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 gebildet. Da ein Großteil der Komponenten der Strahlen, die durch die Lichtführungsplatt 11 laufen, Winkel von weniger als etwa 20° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 aufweisen, erreicht ein Großteil der durch die Lichtführungsplatte 11 geführten Strahlen die Oberflächen der konkaven Formen 11B oberhalb des kritischen Winkels, so dass dieses reflektierte Licht aus einer weiteren Fläche der Lichtführungsplatte 11 austreten kann.
25A zeigt ein Beispiel, bei dem die konkaven Formen konische Oberflächen sind (konkave Formen 11Ba); 25B zeigt ein Beispiel, bei dem diese pyramidenförmige Oberflächen sind (konkave Formen 11Bb); 25C, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, zeigt ein Beispiel, bei dem diese sphärische Oberflächen sind (konkave Formen 11Bc); und 26D, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bildet, zeigt ein Beispiel, bei dem diese unregelmäßig geformte Oberflächen sind (konkave Formen 11Bd). Solange der Winkel, den diese Flächen bilden, unterhalb von 30° bezüglich der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 liegen, wie oben beschrieben ist, kann deren Form frei gewählt werden, wobei jedoch eine konische Oberfläche, wie in 25A gezeigt, oder eine Oberfläche einer Form auf der Grundlage hiervon vorteilhaft ist, da der Winkel fixiert sein kann und die Direktionalität eliminiert wird.
26 zeigt ein Beispiel, bei dem die konkave Form eine konische Oberfläche mit einem Scheitelwinkel von 130° ist. Wenn ein Strahl 191a parallel zur Lichtführungsplatte 11 an der konischen Oberfläche reflektiert wird, schneidet er die Normale der Lichtführungsplatte 11 mit 40° und tritt somit aus. Der Strahl 191b bildet einen Winkel von 20° und schneidet die konische Fläche mit 45° und wird somit reflektiert; dieses reflektierte Licht schneidet die Normale der Lichtführungsplatte 11 mit 20° und kann somit austreten. Der Strahl 191c mit einem Winkel von mehr 20° tritt aus der konischen Oberfläche aus, jedoch kann, da solche Komponenten nur einen kleinen Anteil an der Gesamtheit darstellen, die effektive Nutzung als Beleuchtungsvorrichtung durch die Wahl eines Scheitelwinkels von etwa 130° erreicht werden.
Einzelheiten bezüglich der Dichte und der Größe der konkaven Formen entsprechen ohne Änderung der Beschreibung, die für den Fall der obigen konvexen Formen gegeben worden ist. Das Vorsehen von konkaven Formen auf der Lichtführungsplatte in dieser Weise hat das charakteristische Merkmal, dass im Vergleich zu konvexen Formen, wie oben beschrieben worden ist, diese Formen nicht die Dicke beeinflussen.
Sie sind daher für die Konstruktion einer Notiztafelvorrichtung geeignet, die insgesamt eine Beleuchtungsfunktion aufweist, in der eine Notiztafel als das beleuchtete Objekt verwendet wird, was ermöglicht, eine Notiztafelvorrichtung mit extrem geringer Dicke zu schaffen.
(Dritte Ausführungsform)
27 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Flüssigkristallanzeigetafel für den beleuchteten Körper verwendet wird. Die Lichtführungsplatte 11 ist an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel 2001 angeordnet. Eine Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird gebildet, indem eine reflektierende Platte 2002 an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigetafel 2001 angeordnet wird. Die Lichtführungsplatte 11 hat die Funktion, Lichtstrahlen in Richtung zur Flüssigkristallanzeigetafel 2001 zu lenken und praktisch alle Strahlen, die von der Reflexionsplatte 2002 reflektiert werden, ohne Streuung durchzulassen. Dies ist effektiv, wenn ausreichend externes Licht vorhanden ist, wobei sie mit gelöschter Lichtquelle 2 verwendet wird, da in diesem Fall die Lichtführungsplatte 11 einfach als transparente Platte dient und somit die Erkennbarkeit nicht verringert und keine Auswirkung auf die Anzeigequalität hat. Wenn sie ferner für die Verwendung an dunklen Orten, wo das externe Licht unzureichend ist, eingeschaltet wird, beleuchtet die Lichtführungsplatte 11 die Flüssigkristallanzeigetafel 2001, wobei das von der reflektierenden Platte 2002 reflektierte Licht gerade durchgelassen wird, wobei die Lichtführungsplatte 11 einfach als transparente Platte dient, in derselben Weise wie oben beschrieben worden ist, wenn sie gelöscht ist, so dass dies bei der Aufrechterhaltung einer hohen Erkennbarkeit effektiv ist.
Während ferner im Fall einer Transparenttyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung, in der die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigetafel angeordnet war, der Hell/Dunkel-Kontrast durch das nur einmalige Durchlassen der Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung durch die Flüssigkristallanzeigetafel erzeugt wurde, wird mit der vorliegenden Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung, in der die Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel angeordnet ist, ein höherer Kontrast erhalten, da die Lichtstrahlen von der Beleuchtungsvorrichtung einmal mehr hindurchlaufen, indem sie von der reflektierenden Platte reflektiert werden, nachdem sie die Flüssigkristallanzeigetafel zum ersten Mal durchlaufen haben, was beim Erreichen einer höheren Erkennbarkeit effektiv ist.
28 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer elektronischen Vorrichtung, wie z. B. einem Mobiltelephon, verwendet wird. Der Anzeigeabschnitt des Mobiltelephons 4000 weist eine Anzeige 2000 auf, wie oben beschrieben worden ist. Genauer ist dies vorteilhaft, um eine Energieeinsparung in tragbaren elektronischen Vorrichtungen zu erreichen.
Wie oben beschrieben worden ist, kann eine Oberflächenbeleuchtungsvorrichtung mit kleiner Dicke geschaffen werden, die z. B. für Notiztafeln oder Flüssigkristallanzeigen, die externes Licht verwenden, geeignet ist. Ferner kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung geschaffen werden, in der in Anwendungen, wie z. B. tragbaren elektronischen Computerendgeräten, kein Verlust an Anzeigequalität auftritt, selbst wenn sie mit gelöschter Beleuchtung zur Energieeinsparung an gut beleuchteten Orten verwendet werden, und die einen hohen Kontrast aufweist, wenn die Beleuchtung eingeschaltet ist, mit einem geringen Stromverbrauch unter Verwendung von LEDs oder elektrischen Glühbirnen und dergleichen.
Es ist zu beachten, dass mit der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die durch die obenbeschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen beispielhaft beschrieben worden ist, verschiedene Anwendungen möglich sind. Diese werden beispielsweise in Form einer Zusammenfassung angegeben:

– Beleuchtungsvorrichtung von tragbaren Vorrichtungen, wie z. B. tragbaren Telephonen, kleinen Informationsvorrichtungen oder Uhren.
– Beleuchtungsvorrichtungen für Möbel, wie z. B. Zierregalbeleuchtung, Tripelspiegellichter, oder die Glasteile von Tischen.
– Beleuchtungsvorrichtungen für die Nachtbeleuchtung großer Außenuhren, öffentlicher Karten oder Fahrplananzeigetafeln z. B. an Bushaltestellen und dergleichen.
– Beleuchtungsvorrichtungen Von z. B. Schiebedächern oder Abdeckungen für Kraftfahrzeuge.
– Beleuchtungsvorrichtungen für medizinische Geräte, wie z. B. Spiegellichter in der Zahnmedizin.
– Beleuchtungsvorrichtungen, die bei der Beleuchtung von kompakten Nachschlagewerken, der Beleuchtung für Lesematerial während des Fluges oder eine Außenkartenbeleuchtung verwendet werden.
– Beleuchtungsvorrichtungen, die für Vitrinenbeleuchtung oder für die Beleuchtung von Anzeigen oder Kunstgalerieausstellungen verwendet werden.
– Beleuchtungsvorrichtungen, die für Dachaufsatzbeleuchtung, Bilderrahmenbeleuchtung oder für kleine Haushaltsgegenstände wie z. B. die Bildrahmenbeleuchtung verwendet werden.
– Beleuchtungsvorrichtung für Gebäude, wie z. B. Beleuchtung für Fenster, Duschräume, Nachtbeleuchtung von Eingängen, Innenwandbeleuchtung oder Beleuchtung von in Wänden eingesetzten Rahmen.
– Beleuchtungsvorrichtungen für z. B. die Produktbeleuchtung von automatischen Verkaufsmaschinen, die Beleuchtung von Wasser in Schwimmbecken und die Beleuchtung von Außen-Firmenzeichentafeln und dergleichen.

Es gibt einen sehr großen Bereich von industriellen Anwendungen, wie die oben beschriebenen.
Von diesen ist ein Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung, die z. B. in einer Außenkartenbeleuchtung verwendet wird, in den 29A bis 29C, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung bilden, gezeigt. Diese Vorrichtung weist eine hervorragende Beweglichkeit und eine kompakte Größe auf, so dass sie in der Handfläche gehalten werden kann (z. B. die Größe etwa einer Postkarte). In dieser Beleuchtungsvorrichtung sind die transparenten Schutzfolien 236 jeweils auf die oberen und unteren Flächen einer Lichtführungsplatte 235 geklebt, wobei reflektierende Folien 237 jeweils auf die drei Seitenflächen geklebt sind. Die Funktionen der Lichtführungsplatte 235, der Schutzfolien 236 und der reflektierenden Folien 237 sind die gleichen oder äquivalent zu den bereits beschriebenen. Ein rechteckiges kastenförmiges Gehäuse 236 ist auf dem verbleibenden optischen Eintrittsseitenabschnitt der Lichtführungsplatte 235 montiert, um somit einen Teil derselben abzudecken. Innerhalb dieses Gehäuses sind eine Batterie 239, die eine Stromquelle bildet, eine Beleuchtungsschaltung (Inverter) 240, eine Leuchtstoffröhre 241, die eine lineare Lichtquelle bildet, und ein Schalter 242 und dergleichen aufgenommen. Die Leuchtstoffröhre 241 ist durch einen Reflektor 242 abgedeckt. Die Beleuchtungsschaltung 240 kann somit die Leuchtstoffröhre 241 mit Strom von der Batterie 239 aufleuchten lassen, wenn es erforderlich ist, so dass die obenbeschriebenen Maßnahmen und Wirkungen erzielt werden können. Somit kann eine Hand-Typ-Beleuchtungsvorrichtung mit einer bequemen hochwertigen Beleuchtungsfunktion, mit der eine Karte im Freien betrachtet werden kann, geschaffen werden.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung, die an der Vorderseite eines beleuchteten Objekts (6) angeordnet ist, umfassend: eine Lichtleiterplatte (11) aus einer transparenten flachen Plattenform, die mit punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen (11A, 11B) gebildet ist; und eine Lichtquelle (2); die einer Endfläche (16) dieser Lichtleiterplatte zugewandt angeordnet ist, wobei die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist; wobei die punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen eine konische Form, eine pyramidenförmige Form oder eine Form aufweisen, die auf einer konischen Form beruht, und an der Fläche (17) gegenüber einer optischen Ausgangsfläche (13) gebildet sind, die dem beleuchteten Objekt (6) zugewandt ist; und die punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen eine konstante Neigung von weniger als etwa 30 Grad in Bezug auf die Fläche (17) gegenüber der optischen Ausgangsfläche (13) haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei konkave Element als die punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen vorgesehen sind und die konkaven Elemente (11B) eine Neigungsfläche von weniger als etwa 30° haben; und wobei die konkaven Elemente (11B) relativ spärlich in der Nähe der Punktlichtquelle (2) verteilt sind und zunehmend dichter mit zunehmendem Abstand zu der Punktlichtquelle.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Extraktionsstrukturen relativ spärlich in der Nähe der Punktlichtquelle verteilt sind und zunehmend dichter mit zunehmendem Abstand zu der Punktlichtquelle.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei optische Diffusionselemente als die punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen an der Fläche (17) gegenüber der optischen Ausgangsfläche (13) angeordnet sind, die dem beleuchteten Objekt der Lichtleiterplatte zugewandt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Leuchtdiode (LED) als Punktlichtquelle verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine elektrische Glühbirne als Punktlichtquelle verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein blattförmiges transparentes Element (7) der Fläche (17) gegenüber der optischen Ausgangsfläche (13) zugewandt angeordnet ist, die dem beleuchteten Objekt (6) der Lichtleiterplatte zugewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei konvexe Elemente (11A) als die punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die konvexen Elemente relativ spärlich in der Nähe der Punktlichtquelle verteilt sind und zunehmend dichter mit zunehmendem Abstand zu der Punktlichtquelle.