DE69735732T2

DE69735732T2 - Beleuchtungsvorrichtung und diese verwendende Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69735732T2
Application number: DE69735732T
Authority: DE
Inventors: Tatsuaki Suwa-shi FUNAMOTO; Osamu Suwa-shi YOKOYAMA; Satoru Suwa-shi Miyashita; Kanemitsu Suwa-shi KUBOTA
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: DE69735732D1; EP0878720B1; EP0878720B2; US6742907B2; DE69724411T2; EP1341009A2; EP1341009A3; JP2010050100A; EP1341009B1; JP4174687B2; KR100498721B1; DE69724411D1; EP0878720A1; JP4840492B2; DE69724411T3; WO1998013709A1; KR19990071627A; US20030206408A1; EP0878720A4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Anzeigevorrichtung, welche diese verwendet, wobei eine Lichtleiterplatte an der Vorderseite eines beleuchteten Objekts angeordnet ist und dieses beleuchtete Objekt zweidimensional oberflächenbeleuchtet wird, und sie betrifft insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Anzeigevorrichtung, welche diese verwendet, wobei Eigenschaften, wie beispielsweise Beleuchtungsfunktion, Erkennbarkeit, Kontrast und Energieeinsparung, die auf der optischen Diffusionscharakteristik dieser Lichtleiterplatte basieren, stark verbessert werden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlicherweise werden verschiedene Beleuchtungsvorrichtungen eingesetzt, welche die Funktion der Oberflächenbeleuchtung in Bezug auf eine Anzeigevorrichtung aufweisen, die eine planare Beleuchtung erfordert, wie beispielsweise eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige.
Zum Beispiel ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, welche an der Rückseite des zu beleuchtenden Objekts, wie beispielsweise eines Flüssigkristallanzeigefeldes, angeordnet ist; normalerweise ist solch eine Beleuchtungsvorrichtung so ausgelegt, dass sie konstant leuchtet. Es ist auch eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die auf einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige mit einer Reflexionsfunktion montiert ist. Im Falle solch einer Beleuchtungsvorrichtung ist eine Reflexionsplatte an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet, und die Vorrichtung wird durch Beleuchtung, die durch ein externes Licht bereitgestellt wird, eingesetzt. Außerdem ist auch eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, welche zusammen mit einer halbdurchlässigen Reflexionsplatte an der Rückseite eines Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist; diese Beleuchtungsvorrichtung wird zur Reflexion, wenn die Umgebung heller ist, und zur Bereitstellung von Hintergrundlichtbeleuchtung, wenn die Umgebung dunkel ist, verwendet (für solche Vorrichtungen kann zum Beispiel auf die frühe japanische Patentschrift Nr. JP-A-57-049271, die frühe japanische Patentschrift Nr. JP-A-57-054926 und die frühe japanische Patentschrift Nr. JP-A-58-095780 verwiesen werden).
Herkömmliche Beleuchtungsvorrichtungen, welche nur eine Beleuchtungsfunktion haben, litten jedoch an dem Problem, dass der Energieverbrauch, um die Lichtquelle konstant erleuchtet zu halten, groß war; sie konnten zum Beispiel nicht über einen längeren Zeitraum verwendet werden, um Beleuchtung für tragbare Geräte bereitzustellen. Außerdem gab es in den Fall, in dem eine herkömmliche Anzeigevorrichtung, die nur eine Reflexionsfunktion aufweist, auf einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige oder dergleichen montiert wurde, das Problem, dass der Kontrast des Anzeigebildschirms gering war, was es unmöglich machte, sie in einer dunklen Umgebung einzusetzen. Außerdem weisen die Beleuchtungsvorrichtungen, die mit einer halbdurchlässigen Reflexionsplatte eingesetzt werden, unvermeidlicherweise das Problem auf, dass die Anzeige sowohl, wenn sie mit Reflexion verwendet wird, als auch, wenn sie mit Hintergrundlichtbeleuchtung verwendet wird, dunkel ist; diese Technik stellt einen nicht zufrieden stellenden Kompromiss dar und hat sich nicht weit verbreitet.
Unter diesen Umständen wurde vor kurzem zum Beispiel in der frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-06-324331 eine Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, welche an der Vorderseite einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung dieses Vorschlags ist in eine dünne Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige eingebaut und hat die Aufgabe des Gewährleistens eines hohen Kontrasts der Beleuchtung sowohl, wenn erleuchtet, als auch, wenn nicht erleuchtet. Insbesondere ist eine dünne Beleuchtungsvorrichtung an der Oberseite (Vorderseite) einer Flüssigkristallanzeige angeordnet, und eine Reflexionsplatte ist an der Rückseite der Flüssigkristallanzeige angeordnet. Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtleiterplatte und eine Lichtquelle auf, welche an der Endfläche dieser Lichtleiterplatte oder in ihrer Nachbarschaft angeordnet ist. An der optischen Ausgangsfläche der Lichtleiterplatte ist eine Kerbform ausgebildet, welche Flächen, die praktisch parallel zu dieser Fläche sind, und Flächen, die ungefähr senkrecht dazu sind, aufweist. Die Kerbform kann zum Beispiel aus einer Mehrzahl von Rippen oder Vorsprüngen zylindrischer oder prismatischer Form gebildet sein. Die Beleuchtungsvorrichtungen dieser Schriften, die an der Vorderseite angeordnet sind, sind jedoch für stangenförmige oder lineare Lichtquellen ausgelegt. Für solche Lichtquellen werden im Allgemeinen Leuchtstoffröhren eingesetzt, welche eine hohe Lichtemissionsleistung aufweisen; Leuchtstoffröhren benötigen jedoch eine Energie von wenigstens einem bestimmten Niveau und leiden an dem Problem, dass ihr Energieverbrauch nicht darunter herabgesetzt werden kann. Wenn Punktlichtquellen, wie beispielsweise LEDs oder Glühbirnen, eingesetzt wurden, gab es außerdem das Problem, dass, da die Schnittlinien an den Wurzelabschnitten, welche die Rippen oder prismatischen Vorsprünge bilden, und der optischen Ausgangsflächen gerade Linien sind, die Qualität der Beleuchtung dazu neigt, durch eine regelmäßige Reflexion negativ beeinflusst zu werden. Außerdem gab es im Falle von Punktlichtquellen das Problem, dass. eine Ungleichmäßigkeit der Helligkeit durch eine eindimensionale Verteilungssteuerung des Musters der Vorsprünge nicht beseitigt werden konnte. Außerdem waren die Beleuchtungsvorrichtungen, die auf diese Weise an der Vorderseite angeordnet waren, dem Problem ausgesetzt, durch externe Be schädigung der Lichtleiterplatte leicht beeinflusst zu werden, wodurch bewirkt wurde, dass Licht durch Dispersionsreflexion des optischen Flusses von solchen beschädigten Abschnitten emittiert wurde, was den Kontrast des beleuchteten Objekts, wie beispielsweise der Flüssigkristallanzeige, wenn erleuchtet, senkte. Außerdem muss bei solchen Beleuchtungsvorrichtungen der Art, die an der Vorderseite angeordnet waren, ein ausreichender Zwischenraum am Ende der Lichtleiterplatte bereitgestellt werden, um die Lichtquelle vom Betrachter abzuschirmen, da die Lichtquelle an der Endfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wenn sie als Beleuchtung für eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen eingesetzt werden, ist daher eine Einfassung um die Peripherie des Anzeigebereichs erforderlich. Dies führte zu einer Raumvergeudung und erlegte erhebliche Konstruktionsbeschränkungen auf.
JP-U-61-145902 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung, welche eine Lichtleiterplatte, die aus einer durchlässigen flachen Platte mit optischen Extraktionsstrukturen gebildet ist, und eine Punktlichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie einer Endfläche der Lichtleiterplatte gegenüberliegt, aufweist.
In einem Aspekt wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die verschiedenen Probleme einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, zu lösen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine Punktlichtquelle mit geringem Energieverbrauch und hoher Qualität verwendet, und einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, welche diese verwendet.
Außerdem ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit geringem Energieverbrauch und hoher Qualität durch Einsetzen einer Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle und einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, welche diese verwendet. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, bei welcher Beleuchtung ohne Verlust der Reflexionsfunktion erreicht werden kann, und einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Anschlagbrettvorrichtung oder einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, welche diese verwendet, und einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer elektronischen Vorrichtung oder eines Mobiltelefons, welche diese Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige verwenden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer geringen Verschlechterung der Beleuchtungsfunktion durch kostengünstige praktische Mittel und einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, mit einer geringen Verschlechterung der Anzeigequalität.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, bei welcher Lichtstrahlen von einer Lichtquelle, die vom Lichtleiterplattenende entfernt positioniert ist, effektiv in das Innere der Lichtleiterplatte gelenkt werden können, welche Raum sparend ist und ausgezeichnete Konstruktionscharakteristiken aufweist, einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, und einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer elektronischen Vorrichtung oder eines Mobiltelefons, welche diese Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige verwendet.
Außerdem ist vom Gesichtspunkt von Anzeigevorrichtungen, in welche eine Beleuchtungsvorrichtung eingebaut ist, im Hinblick auf herkömmliche Vorrichtungen mit reflektierender Flüssigkristallanzeige für die zuvor erwähnten Anzeigevorrichtungen eine Aufgabe, verschiedene Arten von elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Vorrichtungen mit Flüssigkristallanzeige, tragbare Telefonapparate, Uhren, Kameras oder Datenendgeräte, bereitzustellen, bei welchen die Erzeugung einer hellen Linie, die für den Betrachter störend ist, verhindert werden kann, bei welchen eine Ungleichmäßigkeit der Helligkeit beseitigt werden kann, welche von einer Art sind, in welcher der Energieverbrauch verringert werden kann, und welche außerdem eine qualitativ hoch stehende Beleuchtungsfunktion bieten.
Außerdem wiesen Anschlagbrettvorrichtungen mit einer Beleuchtungsfunktion herkömmlicherweise eine Konstruktion auf, bei welcher ein Gehäuse vorgesehen war, dessen Vorderseite durch ein durchlässiges Glas abgedeckt war, und bei welcher eine Nachricht durch Anordnen einer Lichtquelle am vorderen Rand der Nachricht beleuchtet wurde. Außerdem wiesen sie eine Konstruktion auf, bei welcher die Person, welche sie betrachtete, die Lichtquelle infolge einer optischen Abschirmungsabschnitts, der auch als ein Gehäuse diente, vor der Lichtquelle nicht direkt sehen konnte.
Herkömmliche Anschlagbrettvorrichtungen litten jedoch an dem Problem, dass sie eine ausreichende Dicke aufweisen mussten, damit die ganze Nachricht beleuchtet wurde, und dass der Beleuchtungsunterschied an Stellen, die von der Nachbarschaft der Lichtquelle entfernt waren, groß war.
Außerdem ist in einem weiteren Aspekt in Bezug auf eine Anzeigevorrichtung eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlagbrettvorrichtung bereitzustellen, bei welcher solche Probleme gelöst werden, welche eine geringe Dicke aufweist und bei welcher die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke hoch ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung in einem Aspekt davon eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bereit, welche umfasst:
ein Flüssigkristallanzeigefeld oder eine Flüssigkristallschicht, welche einen Reflektor umfasst; und
eine Beleuchtungsvorrichtung, welche an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefelds oder der Flüssigkristallschicht angeordnet ist und eine Lichtquelle aufweist, die so angeordnet ist, dass sie Licht in eine Lichtleiterplatte mit Durchlässigkeit einführt, wobei die Vorrichtung mit Flüssigkristallsanzeige durch die Beleuchtungsvorrichtung gekennzeichnet ist, welche umfasst:
die Lichtleiterplatte mit Durchlässigkeit, welche eine erste Fläche, auf welcher eine optische Extraktionsstruktur ausgebildet ist, und eine zweite Fläche, welche der ersten Fläche gegenüberliegt und so ausgelegt ist, dass sie dem Flüssigkristallanzeigefeld oder der Flüssigkristallschicht gegenüberliegt; und
wobei, wenn in Verwendung, Licht von der Beleuchtungsvorrichtung, das einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld oder die Flüssigkristallschicht durchgetreten ist, durch den Reflektor reflektiert wird und so ein zweites Mal durch das Flüssigkristallanzeigefeld oder die Flüssigkristallschicht durchtritt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängiger Patentansprüchen enthalten.
Merkmale in Bezug auf die weitere Struktur und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der ausführlichen Be schreibung der beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Ausführungsformen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind eine schematische Querschnittansicht und eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform veranschaulichen, die nicht zur Erfindung gehört, sondern z.B. aus JP-A-06-324331 bekannt ist;
2A und 2B sind Diagramme, welche ein Problem des Standes der Technik veranschaulichen;
3 ist eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Modifikation der zuvor dargelegten Ausführungsform;
4 ist eine Draufsicht, welche eine weitere Ausführungsform darstellt;
5A und 5B sind schematische Querschnittansichten einer Modifikation der zuvor dargelegten weiteren Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm, welches eine weitere Modifikation darstellt;
7A und 7B sind schematische Drauf sichten, welche eine weitere Modifikation darstellen;
8 ist ein Diagramm, welches noch eine weitere Modifikation darstellt,
9A und 9B sind eine schematische Querschnittansicht und eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
10 ist ein detailliertes Diagramm einer konvexen Form, welche ein Strukturelement zur Extraktion von Licht bildet;
11A und 11B sind Diagramme von weiteren konvexen Formen;
12 ist ein Diagramm einer weiteren konvexen Form;
13 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Modifikation der Ausführungsform gemäß 9A und 9B;
14 ist ein detailliertes Diagramm einer konkaven Form, welche ein Strukturelement zur Extraktion von Licht bildet;
15A bis 15D sind Diagramme einer weiteren konkaven Form;
16 ist ein Diagramm einer weiteren konkaven Form;
17 ist eine schematische Querschnittansicht, welche eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
18 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, welche ein Anwendungsbeispiel veranschaulicht;
19 ist eine schematische Querschnittansicht, welche eine Ausführungsform darstellt;
20 ist eine schematische Querschnittansicht einer Modifikation der Ausführungsform gemäß 19;
21 ist eine schematische Teilansicht im Querschnitt welche eine Modifikation einer Anwendung darstellt;
22 ist eine schematische Teilansicht im Querschnitt, welche eine Modifikation einer Anwendung darstellt;
23 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Anwendungsbeispiel darstellt;
24 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Anwendungsbeispiel darstellt;
25 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Anwendungsbeispiel darstellt;
26 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Anwendungsbeispiel darstellt;
27 ist eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
28 ist eine schematische Querschnittansicht, welche eine Modifikation der Ausführungsform gemäß 27 dar- stellt;
29 ist eine Querschnittansicht, welche ein Diagramm einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige nach dem Stand der Technik darstellt;
30 ist eine Querschnittansicht zum Zwecke der Funktionsbeschreibung einer Polarisation einer Polarisationstrennplatte, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
31 ist eine Querschnittansicht zum Zwecke der Funktionsbeschreibung einer weiteren Polarisationstrennplatte, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
32 ist eine Querschnittansicht, welche ein Diagramm einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige darstellt, welche eine Polarisationstrennplatte verwendet, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
33 ist eine Querschnittansicht, welche ein Diagramm einer Vorrichtung mit halbdurchlässiger Flüssigkristallanzeige nach dem Stand der Technik darstellt;
34 ist eine schematische Draufsicht, die zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
35 ist eine schematische Draufsicht, die zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
36A und 36B sind schematische Querschnittansichten einer Ausführungsform gemäß 35;
37 ist eine schematische Querschnittansicht einer Modifikation, welche nicht zur Erfindung gehört;
38 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
39 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
40 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
41 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
42 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Anzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt, die nicht zur Erfindung gehört;
43 ist eine schematische Querschnittansicht in Bezug auf eine weitere Modifikation der Ausführungsform gemäß 42;
44 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Anzeigevorrichtung darstellt, die eine Ausführungsform einsetzt;
45 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anzeigevorrichtung darstellt, die eine Ausführungsform einsetzt;
46 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anzeigevorrichtung darstellt, die eine Ausführungsform einsetzt;
47 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anzeigevorrichtung darstellt, die eine Ausführungsform einsetzt; und
48A bis 48C sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Handbeleuchtungsvorrichtung, welche die vorliegende Erfindung einsetzt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Modifikationen davon werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine Ausführungsform, welche nicht zur beanspruchten Erfindung gehört, sondern bereits aus JP-A-06-324331 bekannt ist, wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In 1A sind eine oder mehrere Punktlichtquellen 2 an der Endfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Wie in 1 dargestellt, ist die Lichtleiterplatte 11 mit Vorsprüngen 12 auf einer Fläche der durchlässigen Platte versehen; die Flächen der Vorsprünge 12 werden in allen Fällen durch Flächen, die praktisch parallel zur optischen Ausgangsfläche 13 (untere Fläche 14) sind, und Flächen, die praktisch senkrecht dazu (Seitenflächen 15) sind, gebildet. Die Lichtleiterplatte 11 wird durch ein durchlässiges Material mit einer Brechzahl von 1,4 oder mehr gebildet. Nachdem der optische Fluss von einer Punktlichtquelle 2 von einer Endfläche 16 eingegeben wird, wie durch den Strahl 19a und den Strahl 19b dargestellt, wird er einer Totalreflexion innerhalb der Lichtleiterplatte 11 unterzogen und nur von den Seitenflächen 15 der Vorsprünge 12 emittiert, so dass die optische Ausgabe von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung groß ist, wodurch ermöglicht wird, dass das beleuchtete Element 6 effektiv beleuchtet wird.
Außerdem kann für das durchlässige Material, das die Lichtleiterplatte 11 bildet, ein durchlässiges Harz, wie beispielsweise Acrylharz, Polycarbonatharz oder amorphes Polyolefinharz usw., oder ein anorganisches durchlässiges Material, wie beispielsweise Glas, oder eine Kombination derselben eingesetzt werden; diese können durch ein Verfahren, wie beispielsweise Verbinden einer Film- oder Harzschicht mit einem Spritzgießteil, wärmehärtbaren Harz, lichthärtbaren Harz, Ätzung, durchlässigen Harz oder einer flachen Glastafel, gebildet werden.
Als Lichtquellen 2 können Leuchtdioden (LEDs) oder Glühbirnen usw. eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren, welche herkömmlicherweise eingesetzt wurden, erfordern diese keine besondere Ausstattung, wie beispielsweise Spannungsaufwärtstransformationsvorrichtungen, sind leichtgewichtig und kompakt und weisen eine ausgezeichnete Sicherheit auf, da sie keine hohen Frequenzen oder hohen Spannungen einsetzen. Außerdem ist die Energiesteuerung leicht, und sie können mit Anwendungen, die einen geringen Energieverbrauch erfordern, leicht zurechtkommen. Vor allem ist die Lebensdauer von LEDs halbdauernd, und was die Farben betrifft, wurden sie vor kurzem mit Rot, Grün, Blau, Mischungen von diesen und weißer Farbe erhältlich. Wenn Glühbirnen eingesetzt werden, sind sie, obwohl ihre Lebensdauer kurz ist, billig und können leicht ausgewechselt werden.
Mit der zuvor dargelegten Konstruktion kann durch Anordnen dieser Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite des beleuchteten Körpers 6 eine Teilzeitbeleuchtung erreicht werden, bei welcher der beleuchtete Körper 6 durch Ausschalten der Beleuchtung unter hellen Bedingungen, wenn genügend externes Licht vorhanden ist, betrachtet wird, wohingegen der beleuchtete Körper durch Einschalten der Beleuchtung unter dunklen Bedingungen, wenn das externe Licht unzureichend ist, betrachtet werden kann.
Als der beleuchtete Körper 6 einer Beleuchtungsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, sind Druckmaterial, wie beispielsweise Druckpapier, oder eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen geeignet.
Wie jedoch in 2A dargestellt, stellte sich heraus, dass die Schnittlinien der optischen Ausgangsfläche 13 der Lichtleiterplatte 11 und der Seitenflächen 15 der Vorsprünge 12 eine winzige gekrümmte Fläche bei der Herstellung aufweisen, so dass etwas reflektiertes Licht 19c zur Fläche 17 gegenüber der optischen Ausgangsfläche (der Betrachterseite) entweicht, was durch den Betrachter als helle Punkte erkannt werden kann. Wie in 2B dargestellt, sind, wenn die Vorsprünge 12 die Form von Rippen aufweisen und diese Schnittlinien gerade Linien sind, die Punktlichtquelle 2, die zuvor erwähnten hellen Punkte und der Betrachter in derselben Ebene angeordnet, mit dem Er gebnis, dass bestimmte Stellen auf der Lichtleiterplatte für den Betrachter als helle Punkte erscheinen, und diese hellen Punkte bewegen sich mit der Bewegung des Auges des Betrachters. Dies beeinflusst die Erkennbarkeit des beleuchteten Körpers 6 negativ. Im Gegensatz dazu kann mit der zum Beispiel zylindrischen Form der Vorsprünge 12, wie in dieser Ausführungsform, ungeachtet der Beobachtungsposition des Betrachters eine gleichmäßige Erkennbarkeit erreicht werden, da sich die hellen Punkte in der Ebene der Lichtleiterplatte 11 nicht bewegen.
Was die Größe der Vorsprünge 12 betrifft, sollte diese, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts etwa 380 nm bis 700 nm beträgt, wenigstens etwa 5 μm betragen, um Beugungseffekte zu vermeiden, und um die Größe der Vorsprünge 12 derart zu machen, dass sie mit freiem Auge nicht zu sehen sind, sollte sie kleiner als 300 μm sein. Abgesehen davon ist die Größe der Vorsprünge vom Gesichtspunkt der Einfachheit bei der Herstellung wünschenswerterweise über etwa 10 μm und unter 100 μm. Bezüglich des Verhältnisses der Höhe und der Breite der Vorsprünge 12 (d.h. des Durchmessers in dem Fall, in dem diese ungefähr zylindrisch sind) kann dieses unter 1:1 sein, da der Höhenwinkel eines Lichtstrahls innerhalb der Lichtleiterplatte 11 in der planaren Richtung kleiner als 45° ist; und tatsächlich wird eine zufrieden stellende Leistung bis zu einem Verhältnis von etwa 1:2 geboten, da Strahlen von unter 20° mehr als 90% darstellen.
Eine weitere Modifikation ist in 3 dargestellt. 3 stellt ein Beispiel dar, in welchem punktförmige optische Extraktionsformen 12x, wie zuvor beschrieben (optische Extraktionsstrukten), in der Nachbarschaft der Punktlichtquellen 2 spärlich und weiter weg von den Punktlichtquellen 2 dichter verteilt sind. Die optische Flussdichte in der Lichtleiterplatte 11 ist in der Nachbarschaft der Punktlichtquellen 2 hoch, aber die Lichtstrahlen werden durch die optischen Extraktionsformen 12x diffundiert und, da die Dichte des optischen Flusses mit zunehmender Entfernung von den Punktlichtquellen 2 abnimmt, sind die optischen Extraktionsformen 12x in kontinuierlicher Weise dichter angeordnet. Dadurch kann eine gleichmäßigere Beleuchtung erreicht werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In 4 ist ein stangenförmiger optischer Streukörper 18 an wenigstens einer Endfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet, und außerdem ist eine Punktlichtquelle 2 an einer Endfläche orthogonal zur axialen Richtung des stangenförmigen Streukörpers 18 angeordnet. Der stangenförmiger Streukörper 18 hat die Funktion des Leitens des optischen Flusses der Punktlichtquelle 2, die an seiner Endfläche so angeordnet ist, derart, dass der optische Fluss von der Oberfläche des stangenförmigen Streukörpers 18 mittels des Diffusionsmaterials, das in seinem Inneren enthalten ist und/oder optischer Diffusionsformen, die an seiner Oberfläche angeordnet sind, gleichmäßig zerstreut, um dadurch die Funktion des Umwandelns der Punktlichtquelle in eine lineare Lichtquelle bereitzustellen. Licht, das von der Oberfläche des stangenförmigen Streukörpers 18 eingegeben wird, wird zur Endfläche 16 der Lichtleiterplatte 11 geführt und innerhalb der Lichtleiterplatte 11 geleitet. Die zuvor beschriebenen optischen Extraktionsstrukturen sind an der Oberfläche der Lichtleiterplatte 11 ausgebildet, aber, selbst wenn die optischen Diffusionsformen herkömmliche Rippenformen oder Prismenformen sind, können helle Linien an bestimmten Stellen, wie beispielsweise solche, die erzeugt werden würden, wenn eine Punktlichtquelle direkt auftreffen würde, nicht auftreten. Für den stangenförmigen Streukörper 18 könnte ein Streukörper, welcher durchlässige Körper 22a mit einer Brechzahl, die sich von der des durchlässigen Harzes unterscheidet, wie in 5A, oder ein Streukörper, der mit einem optischen Diffusionsmuster 22b durch Drucken oder dergleichen auf die Oberfläche des durchlässigen Harzes ausgebildet ist, wie in 5B, eingesetzt werden.
Zum Beispiel könnte, wie in 6 dargestellt, als Lichtquelle eine kurze Leuchtstoffröhre 231 entlang einer optischen Eingangsseitenendfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet werden. In diesem Zusammenhang bedeutet „kurze Leuchtstoffröhre" kürzer als die Länge der optischen Eingangsseitenendfläche der Lichtleiterplatte. Der optische Umwandlungswirkungsgrad dieser Leuchtstoffröhre beträgt etwa 10 bis 20 lm/W, was höher als der Wirkungsgrad einer LED ist, welche etwa 5 lm/W hat, und, da sie kurz ist, kann sie mit geringer Energie erleuchtet werden.
Außerdem sind die Vorsprünge (vorspringenden Formen), welche die optischen Extraktionsstrukturen bilden, die in der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, nicht unbedingt auf die zuvor beschriebenen beschränkt. Die verformten, säulenförmigen Vorsprünge zum Beispiel, die in 7A, 7B und 8 dargestellt sind, könnten als ein Ersatz für diese gebildet werden. Im Falle von 7A sind elliptische säulenförmige Vorsprünge 232 auf zweidimensionale Art und Weise auf der Lichtleiterplatte 11 angeordnet; für eine Leuchtstoffröhre 233, die als eine lineare Lichtquelle eingesetzt wird, kann die optische Ausgangsleistung durch Anordnen der Richtung der Hauptachse der Ellipse senkrecht zur Lichtleitrichtung (Linie, welche die Lichtquelle und die kürzeste Entfernung des Vorsprungs verbindet) erhöht werden. Auch im Fall von 7B, in welcher elliptische säulenförmige Vorsprünge 232 zweidimensional auf der Lichtleiterplatte 11 angeordnet sind, kann die optische Ausgangsleistung für eine LED, die als Punktlichtquelle eingesetzt wird, durch Anordnen der Hauptachsrichtung der Ellipse senkrecht zur Lichtleitrichtung (Linie, welche die Lichtquelle und die kürzeste Entfernung des Vorsprungs verbindet) gleichermaßen erhöht werden. Außerdem sind in der Konstruktion, die in 8 dargstellt ist, säulenförmige Vorsprünge 233 in Form eines abgerundeten Dreiecks gleichermaßen auf eine zweidimensionale Weise auf der Lichtleiterplatte angeordnet. In diesem Fall ist es in Abhängigkeit von der Anzahl und der Richtung der Lichtquellen wünschenswert, Bögen der Vorsprünge, welche den größten Radius haben, senkrecht zur Lichtleitrichtung anzuordnen, da die optische Ausgangsleistung dadurch erhöht werden kann.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In 9A ist eine Lichtquelle 2 an der Endfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Wie in 9A dargestellt, ist die Lichtleiterplatte 11 mit konvexen Formen 11A auf einer Fläche der durchlässigen Platte versehen; die Flächen der konvexen Formen 11A werden durch Flächen gebildet, die einen Winkel von weniger als etwa 30° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 bilden. Die Lichtleiterplatte 11 ist aus einem durchlässigen Material mit einer Brechzahl von wenigstens 1,4 gebildet; wenn die Brechzahl zum Beispiel 1,4 ist, ist der kritische Winkel 45°, und alle Lichtstrahlen, die von der Endfläche 16 eingegeben werden, können optisch durch die Lichtleiterplatte 11 geleitet werden. Konkret weist, wie durch den Lichtstrahl 19a oder den Lichtstrahl 19b dargestellt, der optische Fluss von der Lichtquelle 2, wenn von der Endfläche 16 eingegeben, einen Vektor von weniger als etwa 45° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 auf und erfährt eine wiederholte Totalreflexion innerhalb der Lichtleiterplatte 11. Wenn diese zu gegebener Zeit die konvexen Formen 11A erreichen, bilden Lichtstrahlen, welche an den Flächen der konvexen Formen 11A reflektiert wurden, mit der Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 einen ziemlich großen Winkel, der größer als etwa 45° ist, und können daher von der Lichtleiterplatte 11 ausgegeben werden. Eine große Menge von Licht wird daher von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung ausgegeben, und der beleuchtete Körper 6 kann effektiv beleuchtet werden.
Wie in 10 dargestellt, werden Flächen der konvexen Formen 11A durch Flächen mit einem Winkel von weniger als 30° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 gebildet. Da die meisten Komponenten der Strahlen, welche sich durch die Lichtleiterplatte 11 fortpflanzen, einen Winkel von weniger als 20° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 aufweisen, kommen die meisten Strahlen, welche durch die Lichtleiterplatte 11 geleitet werden, bei mehr als dem kritischen Winkel an den Flächen der konvexen Formen 11A an, so dass das reflektierte Licht von einer anderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 ausgegeben werden kann.
11A stellt ein Beispiel dar, in welchem die konvexe Form eine konische Fläche (konvexe Form 11Aa) ist; 11B stellt ein Beispiel dar, in welchem sie eine pyramidale Form (konvexe Form 11Ab) ist; 11C stellt ein Beispiel dar, in welchem sie eine sphärische Fläche (konvexe Form 11Ac) ist; und 11D stellt ein Beispiel dar, in welchem sie eine unregelmäßig geformte Fläche (konvexe Form 11Ad) ist. Wie bereits erwähnt, kann die Form frei gewählt werden, solange die Flächen einen Winkel von weniger als 30° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 aufweisen, aber konische Flächen, wie in 11A dargestellt, oder eine Form, die darauf basiert, sind vorteilhaft, da der Winkel der Fläche fixiert werden kann und die Richtungswirkung der Oberflächenrichtung beseitigt wird.
12 stellt ein Beispiel dar, in welchem die konvexen Formen konische Flächen mit einem Spitzenwinkel von etwa 130° sind. Wenn ein Strahl 91a parallel zur Lichtleiterplatte 11 an der konischen Fläche reflektiert wird, bildet er einen Winkel von etwa 40° in Bezug auf die Normale der Lichtleiterplatte 11 und wird ausgegeben. Der Strahl 91b, welcher einen Winkel von 20° bildet, bildet mit der konischen Fläche einen Winkel von 45° und wird daher reflektiert; der reflektierte Strahl bildet dann einen Winkel von 20° mit der Normalen der Lichtleiterplatte 11 und kann daher ausgegeben werden. Der Strahl 91c mit einem Winkel von mehr als 20° kann von der konischen Fläche ausgegeben werden, aber solche Komponenten stellen nur einen kleinen Anteil der Gesamtheit dar, so dass durch Wählen eines Spitzenwinkels von etwa 130° eine effektive Verwendung als Beleuchtung möglich ist.
Für das durchlässige Material, welches die Lichtleiterplatte 11 bildet, kann ein durchlässiges Harz, wie beispielsweise Acrylharz, Polycarbonatharz oder amorphes Polyolefinharz, ein anorganisches durchlässiges Material, wie beispielsweise Glas, oder ein Verbundstoff dieser eingesetzt werden, und sie könnten durch ein Verfahren, wie beispielsweise Verbinden einer Film- oder Harzschicht mit einem Spritzgießteil, wärmehärtbaren Harz, lichthärtbaren Harz, Ätzung oder durchlässigen Harz oder einer flachen Glasplatte gebildet werden. Als Lichtquelle 2 könnte eine Leuchtstoffröhre, eine Glühbirne oder eine Leuchtdiode (LED) usw. eingesetzt werden. Leuchtstoffröhren haben den Vorteil, dass bei geringer Energie eine hohe Beleuchtungsstärke zu erwarten ist und leicht Weißlicht erhalten werden kann. LEDs weisen eine halbdauernde Lebenszeit auf, und die Schaltungsanordnung ist einfach, da sie bei niedriger Spannung angetrieben werden können, und sie weisen einen hohen Sicherheitsgrad hinsichtlich Brandgefahr, Verursachens von Elektroschocks usw. auf. Was die Farbe betrifft, so wurden sie vor kurzem neben Rot, Grün und Blau in Mischfarben und/oder Weiß erhältlich, so dass sie in Abhängigkeit von der Anwendung allgemein verwendet werden können. Glühbirnen haben den Nachteil einer kurzen Lebensdauer, sind aber billig und können leicht ausgewechselt werden.
Diese konvexen Formen 11A können in jedem gewünschten Flächenverhältnis in Bezug auf die Fläche der Beleuchtungseinheit bereitgestellt werden. Obwohl ein Erhöhen des Flächenverhältnisses der konvexen Formen 11A es ermöglicht, den Wirkungsgrad der Beleuchtung zu erhöhen, da das Verhältnis von senkrecht durchfallenden Strahlen abnimmt, vermindert es jedoch die Erkennbarkeit. Tatsächlich ist das Einstellen eines Flächenverhältnisses von über 50% undurchführbar, und das Einstellen eines Flächenverhältnisses von etwa 10% ist für eine Teilzeitbeleuchtung unter dunklen Bedingungen geeignet. In dem Fall, in dem die Dichte geändert wird, um eine Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke zu erreichen, wie zuvor beschrieben, liegt außerdem, wenn das Verhältnis etwa 10% beträgt, das Flächenverhältnis von senkrechten Durchlässigkeitsbereichen in einem Bereich von etwa 80 bis 90%, so dass in Abhängigkeit von der Position keine Ungleichmäßigkeit der Erkennbarkeit wahrgenommen wird.
Hinsichtlich der Größe der konvexen Formen 11A sollte, da die Wellenlänge von sichtbarem Licht von etwa 380 nm bis 700 nm ist, die Größe wenigstens etwa 5 μm betragen, wenn keine Effekte infolge von Beugung auftreten sollen, und sie sollte außerdem wünschenswerterweise unter etwa 300 μm sein, damit die konvexen Formen 11A für das freie Auge nicht wahrnehmbar sind. Daneben ist vom Gesichtspunkt der Einfachheit der Herstellung die Größe der konvexen Formen 11 vorzugsweise über etwa 10 μm und unter 100 μm.
Mittels der zuvor dargelegten Konstruktion kann eine Teilzeitbeleuchtung erreicht werden, bei welcher die vorliegende Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite eines beleuchteten Körpers 6 angeordnet wird, der beleuchtete Körper 6 bei ausgeschalteter Beleuchtung betrachtet werden kann, wenn das externe Licht hell genug ist, und der beleuchtete Körper 6 unter dunklen Bedingungen bei eingeschalteter Beleuchtung betrachtet werden kann, wenn das externe Licht unzureichend ist. Beispiele für solch einen beleuchteten Körper 6, auf welchen eine Beleuchtungsvorrichtung, wie zuvor dargelegt, angewendet werden kann, umfassen Druckmaterial, wie beispielsweise Druckpapier, oder Flüssigkristallanzeigen usw. Das modifizierte Beispiel, das in 13 dargestellt ist, ist ein Beispiel, in welchem konvexe Formen, wie zuvor beschrieben (der Fall, in dem diese konische Formen sind, ist in 14 dargestellt), in der Nachbarschaft der Lichtquellen 2 spärlich, aber bei zunehmender Entfernung von den Punktlichtquellen 2 dichter verteilt sind. Die optische Flussdichte in der Lichtleiterplatte 11 ist in der Nachbarschaft der Lichtquellen 2 hoch, aber die optische Flussdichte sinkt mit der Entfernung von den Lichtquellen 2 weggehend infolge der Diffusion der Strahlen durch die konvexen Formen 11A, so dass die konvexen Formen 11A auf eine in kontinuierlicher Weise dichter angeordnet sind. Dadurch kann eine gleichmäßige Beleuchtung ereicht werden.
Wie in 14 dargestellt, werden die Flächen der konkaven Formen 11B durch Flächen mit einem Winkel von weniger als etwa 30° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 gebildet. Da die meisten Komponenten der Strahlen, welche sich durch die Lichtleiterplatte 11 fortpflanzen, Winkel unter etwa 20° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 aufweisen, erreichen die meisten Strahlen, welche durch die Lichtleiterplatte 11 geleitet werden, die Oberflächen der konkaven Formen 11B bei über dem kritischen Winkel, so dass dieses reflektierte Licht von einer anderen Fläche der Lichtleiterplatte 11 ausgegeben werden kann.
15A stellt ein Beispiel dar, in welchem die konkaven Formen konische Flächen (konkave Formen 11Ba) sind; 15B stellt ein Beispiel dar, in welchem sie pyramidale Flächen (konkave Formen 11Bb) sind; 15C stellt ein Beispiel dar, in welchem sie sphärische Flächen (konkave Formen 11Bc) sind; und 15D stellt ein Beispiel dar, in welchem sie unregelmäßig geformte Flächen (konkave Formen 11Bd) sind. Solange der Winkel, welchen diese Flächen bilden, unter etwa 30° in Bezug auf die Ebene parallel zur Lichtleiterplatte 11 ist, wie bereits erwähnt, kann ihre Form frei gewählt werden, aber eine konisch Fläche, wie in 15A dargestellt, oder eine Fläche mit einer Form, die darauf basiert, ist vorteilhaft, da der Winkel fixiert werden kann und die Richtungswirkung beseitigt wird.
16 stellt ein Beispiel dar, in welchem die konkave Form eine konische Fläche mit einem Spitzenwinkel von etwa 130° ist. Wenn ein Strahl 191a parallel zur Lichtleiterplatte 11 an der konischen Fläche reflektiert wird, schneidet er die Normale der Lichtleiterplatte 11 bei 40° und wird daher ausgegeben. Der Strahl 191b, welcher einen Winkel von 20° bildet, schneidet die konische Fläche bei 45° und wird daher reflektiert; dieser reflektierte Strahl schneidet die Normale der Lichtleiterplatte 11 bei 20° und kann daher ausgegeben werden. Der Strahl 191c mit einem Winkel von über 20° wird von der konischen Fläche ausgegeben, aber da solche Komponenten nur einen kleinen Anteil der Gesamtheit darstellen, kann durch Wählen eines Spitzenwinkels von etwa 130° eine effektive Verwendung als Beleuchtung erreicht werden.
Einzelheiten, welche die Dichte und die Größe der konkaven Formen betreffen, stimmen ohne Änderung mit der Beschreibung überein, die für den Fall der zuvor dargelegten konvexen Formen erfolgte.
Die Bereitstellung von konkaven Formen auf der Lichtleiterplatte auf diese Weise weist das charakteristische Merkmal auf, dass im Gegensatz zu den konvexen Formen, wie zuvor beschrieben, diese Formen die Dicke nicht beeinflussen.
Sie sind daher zum Konstruieren einer Anschlagbrettvorrichtung geeignet, welche als ein Ganzes eine Beleuchtungsfunktion aufweist, bei welcher eine Nachricht als das beleuchtete Objekt verwendet wird, wodurch es ermöglicht wird, eine Anschlagbrettvorrichtung mit einer äußerst geringen Dicke bereitzustellen.
17 stellt ein Beispiel dar, in welchem ein Flüssigkristallanzeigefeld für den beleuchteten Körper eingesetzt wird. Die Lichtleiterplatte 11 ist an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 2001 angeordnet. Eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige ist durch Anordnen einer Reflexionsplatte 2002 an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 2001 ausgebildet. Die Lichtleiterplatte 11 hat die Funktion des Lenkens von Lichtstrahlen zum Flüssigkristallanzeigefeld 2001 und des Durchlassens praktisch aller Strahlen, die von der Reflexionsplatte 2002 reflektiert werden, ohne Dispersion. Dies ist effektiv, wenn sie, falls genügend externes Licht vorhanden ist, bei ausgeschalteter Lichtquelle 2 verwendet wird, da in diesem Fall die Lichtleiterplatte 11 einfach als eine durchlässige Platte fungiert und daher weder die Erkennbarkeit nicht verringert noch eine Auswirkung auf die Qualität der Anzeige hat. Wenn sie zur Verwendung an dunklen Orten, wo das externe Licht unzureichend ist, eingeschaltet wird, beleuchtet außerdem die Lichtleiterplatte 11 das Flüssigkristallanzeigefeld 2001, und das Licht, das durch die Reflexionsplatte 2002 reflektiert wird, wird gerade durchgelassen, wobei die Lichtleiterplatte 11 einfach auf dieselbe Weise, wie zuvor beschrieben, wenn ausgeschaltet, als eine durchlässige Platte fungiert, so dass dies bei der Aufrechterhaltung von hoher Erkennbarkeit effektiv ist.
Während außerdem im Falle einer Vorrichtung mit durchlässiger Flüssigkristallanzeige, in welcher die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet war, der Hell/Dunkel-Kontrast durch den nur einmaligen Durchtritt von Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung durch das Flüssigkristallanzeigefeld erzeugt wurde, wird bei der vorliegenden Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher die Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist, da Lichtstrahlen von der Beleuchtungsvorrichtung noch einmal durchtreten, indem sie durch die Reflexionsplatte reflektiert werden, nachdem sie zuerst durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchgetreten sind, ein höherer Kontrast erhalten, was beim Erreichen einer besseren Erkennbarkeit effektiv ist.
18 stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung in einer elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einem Mobiltelefon, eingesetzt wird. Der Anzeigeabschnitt des Mobiltelefons 4000 weist eine Anzeige 2000 auf, wie zuvor beschrieben. Dies ist insbesondere beim Erreichen von Energieeinsparung bei tragbaren elektronischen Geräten vorteilhaft. Wie bereits erwähnt, kann eine dünnflächige Beleuchtung bereitgestellt werden, welche zum Beispiel für Anschlagbretter oder Flüssigkristallanzeigen, die von externem Licht Gebrauch machen, geeignet sind. Außerdem kann eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bereitgestellt werden, bei welcher es in Anwendungen, wie beispielsweise tragbaren elektronischen Computerendgeräten, selbst bei Verwendung mit ausgeschalteter Beleuchtung wegen Energieeinsparungszwecken an gut erleuchteten Orten keinen Verlust von Anzeigequalität gibt und welche kontrastreich ist, wenn die Beleuchtung bei geringem Energieverbrauch unter Verwendung einer Leuchtstoffröhre, von LEDs oder Glühbirnen usw. eingeschaltet wird.
Eine Ausführungsform, in welcher ein Flüssigkristallanzeigefeld als der beleuchtete Körper eingesetzt wird, ist in 19 dargestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung 101 ist an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 102 angeordnet. Eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige ist durch Anordnen einer Reflexionsplatte 103 an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 102 ausgebildet. Die Beleuchtungsvorrichtung 101 hat die Funktion, dass sie Strahlen auf das Flüssigkristallanzeigefeld 102 lenkt und Strahlen, die von der Reflexionsplatte 103 reflektiert werden, mit kaum einer Dispersion durchlässt. Dies wird angewendet, wenn das externe Licht ausreichend ist und die Beleuchtungsvorrichtung 101 ausgeschaltet ist; in diesem Fall agiert die Beleuchtungsvorrichtung 101 einfach als eine durchlässige Platte, und daher beeinträchtigt sie die Erkennbarkeit nicht und bewirkt, dass die Qualität der Anzeige nicht beeinflusst wird. Außerdem beleuchtet die Beleuchtungsvorrichtung 101bei Verwendung mit eingeschalteter Beleuchtung an dunklen Orten, wo nicht genügend externe Licht vorhanden ist, das Flüssigkristallanzeigefeld 102 und, wenn die Beleuchtungsvorrichtung 101 auf dieselbe Weise wie in dem zuvor beschriebenen Fall, in dem die Beleuchtung ausgeschaltet war, einfach als eine durchlässige Platte fungiert, wird reflektiertes Licht, das von der Reflexionsplatte 103 herrührt, direkt durchgelassen, wodurch der Vorteil verliehen wird, dass eine hohe Erkennbarkeit aufrechterhalten wird.
Außerdem gibt es im Gegensatz zu der Vorrichtung mit durchlässiger Flüssigkristallanzeige, bei welcher die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist und der Hell/Dunkel-Kontrast durch Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung, die nur einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchtreten, erzeugt wird, bei der Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, bei welcher, wie in der vorliegenden Erfindung, die Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist, den Vorteil hinsichtlich des Erhaltens einer hohen Erkennbarkeit, dass der Kontrast infolge der Tatsache, dass Lichtstrahlen von der Beleuchtungsvorrichtung durch Reflexion von der Reflexionsplatte, nachdem sie einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchgetreten sind, ein weiteres Mal durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchtreten, weiter erhöht wird.
Eine weitere Ausführungsform ist in 20 dargestellt. Eine Lichtleiterplatte 11 ist direkt auf die Oberseite der Flüssigkristallanzeige gelegt, und eine Polarisationsplatte 104 auf die Lichtleiterplatte ist ferner gelegt. Flüssigkristallanzeigen weisen eine Polarisationsplatte oben beziehungsweise eine Polarisationsplatte unten auf; die Polarisationsachse der Polarisationsplatte 104 auf der Oberseite der Lichtleiterplatte ist so ausgeführt, dass sie diesen entspricht. Da diese Polarisationsplatte die Menge von Licht, das über die Lichtleiterplatte gestreut wird, trennt, kann sie die Erkennbarkeit der Flüssigkristallanzeige verbessern.
Wie bereits erwähnt, kann eine dünnflächige Beleuchtung bereitgestellt werden, die für Anschlagbretter oder Anzeigen usw. geeignet ist, welche externes Licht verwenden. Außerdem kann in Anwendungen, wie beispielsweise tragbaren elektronischen Computerendgeräten, eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bereitgestellt werden, bei welcher die Qualität der Anzeige nicht herabgesetzt wird, wenn sie an gut erleuchteten Orten zum Zwecke der Energieeinsparung mit ausgeschalteter Beleuchtung verwendet wird, und welche bei Beleuchtung einen hohen Kontrast bereitstellt.
Die Modifikation, die in 21 dargestellt ist, ist eine Beispiel, in welchem eine Linsenform 18e auf der Seitenfläche am nächsten zur LED 2 von Spalt 16e ausgebildet ist. Die Linsenform 18e verhindert eine Dispersion, wenn Strahlen von der LED 2 in den Spalt 16e emittiert werden, und hat die Wirkung, zu veranlassen, dass sie effektiv wieder in die Lichtleiterplatte eingegeben werden.
In der Modifikation, die in 22 dargestellt ist, ist ein Reflexionselement 21f hinter der LED 2 angeordnet. Da die LED 2 eine Punktlichtquelle ist, wird etwas Licht auch in der Rückwärtsrichtung der Lichtleiterplatte 11 geleitet; dieses wird daher mittels des Reflexionselements 21f vorwärts reflektiert. Außerdem kann durch Ausführen des Reflexionselements 21f als einen konkaven Spiegel der Höhenwinkel in Bezug auf die Ebene der Lichtleiterplatte 11 auf unter 45° oder einen Winkel in der Nähe davon komprimiert werden.
Da bei der Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige der vorliegenden Erfindung eine Anzeige mit einer Beleuchtungsfunktion mit einem sehr geringen Energieverbrauch durchgeführt werden kann, ist sie in Bezug auf tragbare elektronische Vorrichtungen vorteilhaft. Tragbare elektronische Vorrichtungen umfassen Mobiltelefone (23), Informationsendgeräte (24), Uhren (25) oder Kameras (26).
Wie bereits erwähnt, kann eine dünnflächige Beleuchtung bereitgestellt werden, die für Anschlagbretter oder Anzeigen geeignet ist, die von externem Licht Gebrauch machen. Außerdem kann in Anwendungen, wie beispielsweise tragbaren Informationsendgeräten, eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bereitgestellt werden, bei welcher die Qualität der Anzeige selbst dann nicht verloren geht, wenn sie an gut erleuchteten Orten zum Zwecke der Energieeinsparung mit ausgeschalteter Beleuchtung verwendet wird, und welche einen hohen Kortrast bei geringem Energieverbrauch bereitstellt, wenn die Anzeige durch Verwenden von LEDs oder Glühbirnen beleuchtet wird.
Außerdem können elektronische Vorrichtungen, wie beispielsweise tragbare Telefone oder Informationsendgeräte, mit einer langen Batterielebensdauer mit geringem Energieverbrauch bereitgestellt werden.
Ein Beispiel, in welchem ein Flüssigkristallanzeigefeld als der beleuchtete Körper eingesetzt wird, ist in 27 dargestellt. Die Lichtleiterplatte 11 ist an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 2001 angeordnet. Eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige ist durch Anordnen einer Reflexionslatte 2002 an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 2001 ausgebildet. Die Lichtleiterplatte 11 hat die Funktion des Lenkens von Strahlen zum Flüssigkristallanzeigefeld 2001 und des Durchlassens von Strahlen, welche von der Reflexionsplatte 2002 reflektiert werden, mit kaum einer Dispersion. Dies ist bei Verwendung bei ausgeschalteter Lichtquelle 2 effektiv, wenn genügend externes Licht vorhanden ist, da es in diesem Fall keine Auswirkung auf die Qualität der Anzeige gibt, da die Lichtleiterplatte 11 einfach als eine durchlässige Platte fungiert und die Erkennbarkeit nicht beeinträchtigt. Es ist auch bei Verwendung mit ausgeschalteter Lichtquelle an dunklen Orten, wenn nicht genügend externes Licht vorhanden ist, beim Aufrechterhalten einer hohen Erkennbarkeit effektiv, da die Lichtleiterplatte 11 das Flüssigkristallanzeigefeld 2001 beleuchtet und Licht, das von der Reflexionsplatte 2002 reflektiert wird, direkt durchgelassen wird, wobei die Lichtleiterplatte 11 auf dieselbe Weise, wie wenn die Beleuchtung ausgeschaltet ist, wie zuvor beschrieben, einfach als eine durchlässige Platte fungiert.
Außerdem werden im Gegensatz zu einer Vorrichtung mit durchlässiger Flüssigkristallanzeige, in welcher die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet war und der Hell/Dunkel-Kontrast durch Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung, die einmal durch die Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige durchtraten, erhalten wurde, bei der Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher diese Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist, Vorteile hinsichtlich einer bessere Erkennbarkeit infolge eines höheren Kontrasts erhalten, da die Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung, nachdem sie einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchgetreten sind, von der Reflexionsplatte reflektiert werden und daher nochmals durchtreten.
28 stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Leuchtdiode (LED) 2 als Lichtquelle auf einer Leiterplatte 2003 angeordnet ist und das Flüssigkristallanzeigefeld 2001, die Reflexionsplatte 2002 und der Lichtleiter 11 als eine Einheit dargestellt sind. Solch eine Konstruktion kann durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bewerkstelligt werden.
Die Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige wird in elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefonen, verwendet; eine Anzeige 2000, wie zuvor beschrieben, kann im Anzeigeabschnitt eines Mobiltelefons bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere bei der Energieeinsparung in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung effektiv.
Wie bereits bei den vorhergehenden Ausführungsformen und Modifikationen davon (siehe z.B. 27 und 28) erwähnt, kann eine dünnflächige Beleuchtung bereitgestellt werden, die für Anschlagbretter und Flüssigkristallanzeigen usw. geeignet ist, die externes Licht verwenden. Außerdem kann in Anwendungen, wie beispielsweise elektronischen Computerendgeräten zur tragbaren Verwendung, eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bereitgestellt werden, bei welcher bei Verwendung mit ausgeschalteter Beleuchtung an gut erleuchteten Orten, um Energie zu sparen, die Qualität der Anzeige nicht negativ beeinflusst wird, während bei Verwendung mit eingeschalteter Beleuchtung unter Verwendung einer Leuchtstoffröhre, von LEDs oder Glühbirnen usw. bei geringem Energieverbrauch ein hoher Kontrast erhalten werden kann.
Vom Gesichtspunkt einer Anzeigevorrichtung, auf welcher eine Beleuchtungsvorrichtung montiert ist, die einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt, werden nun Techniken des Standes der Technik in Bezug auf solche Anzeigevorrichtungen beschrieben, wobei eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige als ein Beispiel herangezogen wird.
Vorrichtungen mit reflektierender Flüssigkristallanzeige sind Anzeigevorrichtungen, welche durch minimale Ströme betrieben werden können, und haben eine beträchtliche Entwicklung und Popularität als Informationsübertragungsmedien zum Beispiel in Uhren, elektronischen Kalkulatoren, tragbaren Telefonen, kleinformatigen Informationsvorrichtungen und verschiedenen Arten von elektrischen Haushaltsprodukten erreicht. Es wurden verschiedene Anzeigebetriebsarten entwickelt, welche die TN-Art (gedrillte nematische nach engl. twisted nematic), die STN-Art (supergedrillte nematische nach engl. super twisted nematic) und die ferroelektrische Art umfassen.
29 ist eine Querschnittansicht einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, die zurzeit allgemein eingesetzt wird. 21 und 22 sind eine obere beziehungsweise eine untere Leiterplatte, und diese sind mit jeweiligen durchlässigen Elektrodenfilmen 26, 27 und 28 auf ihren einander gegenüberliegenden Oberflächen versehen. 29 ist eine Flüssigkristallschicht, die zwischen dieser oberen und dieser unteren Leiterplatte 21 und 22 eingefügt ist; die Anzeigebetriebsart, wie beispielsweise TN-Betriebsart, STN-Betriebsart oder ferroelektrische Betriebsart, wie zu vor beschrieben, kann durch Auswählen des Flüssigkristallmaterials und der Flüssigkristallmolekülanordnung dieser Flüssigkristallschicht 29 nach Belieben ausgewählt werden, aber die Basisstruktur im Querschnitt der Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige ist so, wie in 29 dargestellt. 23 ist eine obere Polarisationsplatte, 24 ist eine untere Polarisationsplatte, und 25 ist eine Reflexionsplatte. Als Nächstes wird die Grundfunktionsweise beschrieben. Einfallendes Licht 30, 31 wird durch Durchtreten durch die obere Polarisationsplatte 23 polarisiert. Danach werden seine optischen Eigenschaften innerhalb der Flüssigkristallschicht in Abschnitten, an welchen eine Spannung angelegt ist (wobei in diesem Fall angenommen wird, dass es sich um die Bereiche handelt, die zwischen der durchlässigen Elektrode 26 und der durchlässigen Elektrode 28 eingeschoben sind) und Abschnitten, an welchen keine Spannung angelegt ist (wobei in diesem Fall angenommen wird, dass es sich um die Bereiche handelt, die zwischen der durchlässigen Elektrode 27 und der durchlässigen Elektrode 28 eingeschoben sind), geändert, und folglich nehmen die Polarisationsachsen der jeweiligen polarisierten Strahlen 30 und 31 Orientierungen, die praktisch orthogonal zueinander sind, an, bevor sie die untere Polarisationsplatte 24 erreichen. Durch optimales Einstellen der Orientierung der Polarisationsachse der unteren Polarisationsplatte, wie in 29 dargestellt, wird der ankommende Strahl 30 durch diese Polarisationsplatte 24 absorbiert und erzeugt das Erscheinungsbild einer schwarzen Anzeige, während der ankommende Strahl 31 durch diese untere Polarisationsplatte 24 durchtritt und von der Reflexionsplatte 25 reflektiert wird, so dass er durch nochmaliges Durchtreten durch die untere Polarisationsplatte 24 durch die Flüssigkristallschicht 29 und die obere Polarisationsschicht 23 nach außen ausgegeben wird. Das Erscheinungsbild der Anzeige von Abschnitten, an welchen Spannung angelegt wird, ist daher weiß (oder genauer gesagt, grau). Die zuvor dargelegte Wirkung ist allen Flüssigkristallschichten ge meinsam, einerlei ob von der TN-Art, der STN-Art oder der ferroelektrischen Art, wie zuvor beschrieben. Eine ausführliche Beschreibung der Prinzipien der Funktionsweise wird in der Bezugsquelle 1 („Liquid Crystal Device Handbook", veröffentlicht vom Japanischen Institut für Technischen Fortschritt (Nippon Gakujutsu Shinkokai) Nr. 142, veröffentlicht von Nikkan Kogyo Shinbunsha, Seite 303-386). Eine große Herausforderung in Bezug auf Vorrichtungen mit reflektierender Flüssigkristallanzeige ist, wie eine Vorrichtung mit einer hellen reflektierenden Anzeige realisiert werden kann. Obwohl in aktuellen Vorrichtungen mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, wie zuvor beschrieben, eine angemessen zufrieden stellende schwarze Farbe in den schwarzen Anzeigeabschnitten angezeigt wird, gelingt es den weißen Anzeigeabschnitten überhaupt nicht, die Weiße eines gewöhnlichen Papiers zu erreichen, wodurch eine Anzeige erzeugt wird, die an etwas schlecht erleuchteten Orten äußerst schwer zu sehen ist. Die Gründe, warum die gewünschte weiße Anzeige nicht erhalten werden kann, sind folgende:

(1) Etwa 60% des einfallenden Lichts 31 werden durch die obere Polarisationsplatte 23 absorbiert, so dass nur der Rest von etwa 40% des Lichts die Flüssigkristallschicht 29 erreicht.
(2) Außerdem werden an der unteren Polarisationsplatte 24 etwa 5% des Lichts absorbiert, und dann werden an der Reflexionsplatte 25 etwa 10% absorbiert, wonach an der unteren Polarisationsplatte 24 etwa 5% absorbiert werden und an der oberen Polarisationsplatte 23 etwa 5% absorbiert werden.

Als Ergebnis beträgt die Intensität I des Lichts 32, das als weißes Licht nach außen zurückkehrt: I ≅ 0,40 × 0,95 × 0,9 × 0,95 × 0,95 × I0 ≅ 0,3 × I0 (1) (wobei I0 die Intensität des einfallenden Lichts 31 ist).
Folglich wird ein Schirm einer Helligkeit von nur etwa 30% von der des einfallenden Lichts erhalten. Demnach war die herkömmliche Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige im Vergleich zu Papier, das eine weiße Farbe mit einer Reflexionshelligkeit von 70 bis 80% des einfallenden Lichts anzeigt, eine Anzeigevorrichtung, die dunkel und schwer zu sehen war.
Wenn jedoch die Polarisationstrennplatten mit einer Polarisationstrennfunktion, wie in Bezugsbeispiel 1 ((PCT WO-A-95/17692) und Bezugsbeispiel 2 (J. Phys, D: Appl. Phys. Bd. 8, 1995, S. 1441-1448) dargestellt, anstelle der Reflexionsplatte 25 eingesetzt werden, kann die Intensität des Ausgangslichts im Prinzip auf etwa 36% des einfallenden Lichts erhöht werden; dies stellt im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, die in 29 dargestellt ist, eine Verbesserung der Helligkeit von etwa 20% dar. Es wird erwartet, dass dies in Zukunft eine viel versprechende Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige darstellt. 30 ist ein Beispiel einer neuartigen Polarisationstrennplatte, die auf dem zuvor erwähnten Bezugsbeispiel 1 basiert, und sie ist ein Funktionsdiagramm einer Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte. Diese Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 35 weist einen Mehrschichtfilm aus mehr als 100 Schichten (in 30 sind nur vier Schichten dargestellt) auf, in welchem durchlässige Filme von zwei Arten A und B abwechselnd laminiert sind. Diese Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 35 hat eine Polarisationstrennfunktion, wodurch sie von dem Licht 36, das von der Oberseite der Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 35 eingegeben wird, nur eine Polarisationskomponente (S-Welle oder P-Welle) durchlässt (37) und die andere Polarisationskomponente (P-Welle oder S-Welle) reflektiert (38). Es ist daher klar, dass im Gegensatz zur herkömmlichen Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige kein Licht absorbiert wird, so dass das Licht wirksam verwendet werden kann.
31 ist ein Beispiel einer weiteren Polarisationstrennplatte, die auf dem zuvor erwähnten Bezugsbeispiel 2 basiert; diese weist eine Struktur auf, in welcher eine Viertelwellenlängenplatte 41, cholesterinische Flüssigkristallschicht 42 und eine optische Absorptionsplatte 43 laminiert sind. Ihre Funktion ist dieselbe wie jene der zuvor beschriebenen Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte; eine Polarisationskomponente 44 (in diesem Fall Licht mit einer Polarisationsachse parallel zur Ebene der Figur) wird durch die Viertelwellenlängenplatte 41 und die cholesterinische Flüssigkristallschicht 42 durchgelassen (46) und erreicht die darunter liegende optische Absorptionsschicht 43. Die andere Polarisationskomponente 45 (Licht mit einer Polarisationsachse senkrecht zur Ebene der Figur) wird durch die Viertelwellenlängenplatte 41 und die cholesterinische Flüssigkristallschicht 42 reflektiert und wird reflektiertes Licht 47. Hinsichtlich der ausführlichen Prinzipien der zuvor beschriebenen Polarisationstrennung ist auf die zuvor erwähnten Bezugsbeispiele 1 und 2 zu verweisen.
32 ist eine Querschnittansicht einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, welche diese Polarisationstrennplatte verwendet. 51 und 52 sind eine obere beziehungsweise eine untere Leiterplatte, welche durchlässige Elektrodenfilme 55, 56 und 54 auf einander gegenüberliegenden Flächen aufweisen. Es wird hier die zuvor beschriebene Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte eingesetzt, wobei 59 eine obere Polarisationsplatte, 53 eine Flüssigkristallschicht und 57 eine Polarisationstrennplatte ist. Natürlich wäre die Grundwirkung unverändert, wenn eine Polarisationstrennplatte bestehend aus einer Kombination der zuvor beschriebenen Viertelwellenlängenplatte mit einer cholesterinischen Flüssigkristallschicht stattdessen verwendet werden würde. 58 ist ein Licht absorbierendes Teil, welches abgesehen von Schwarz jede gewünschte Farbe, wie beispielsweise Rot, Grün oder Blau, haben kann. Als Nächstes wird die Wirkungsweise der Anzeige beschrieben. Ankommende Strahlen 60, 61 werden durch die obere Polarisationsplatte 59 in polarisiertes Licht umgewandelt und bewegen sich jeweils in der Flüssigkristallschicht 53 vorwärts. Wie bereits erwähnt, ist die optische Bedingung dieser Flüssigkristallschicht 53 im Beeich 63, in welchem eine Spannung angelegt wird, und dem Bereich 64, in welchem keine Spannung angelegt wird, verschieden, so dass die jeweiligen ankommenden Strahlen 60 und 61, nachdem sie durch diese Flüssigkristallschicht 53 durchgetreten sind, diese Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 57 mit einer Polarisation erreichen, in welcher ihre jeweiligen Polarisationsachsen ungefähr in rechten Winkeln zueinander ausgerichtet sind. Die optische Achse dieser Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 57 ist so eingestellt, dass der ankommende Strahl 60 unverändert durch diese Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 57 durchtritt und absorbiert wird, wenn er das Licht absorbierende Teil 58 erreicht. Schwarz, d.h. die Färbung des Lichts absorbierenden Teils 58, wird daher im Bereich 63 erzeugt, in welchem eine Spannung angelegt ist. Dagegen wird der ankommende Strahl 61 an der Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 57 reflektiert und als Ausgangsstrahl 62 nach außen ausgegeben. Der Bereich 64, an den keine Spannung angelegt ist, stellt ein weißfarbenes Erscheinungsbild (genauer gesagt, graues Erscheinungsbild) dar. Da in diesem Fall die Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 57 und das Licht absorbierende Teil 58 anstelle der unteren Polarisationsplatte 24 und der Reflexionsplatte 25 in 29 eingesetzt werden, wird der ankommende Strahl 61 reflektiert, ohne einen Verlust infolge einer optischen Absorption zu erleiden, und es wird dadurch eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige erhalten, welche heller als die herkömmliche Anzeigevorrichtung von 29 ist. Das heißt, während etwa 60% des ankommenden Strahls 61 durch die obere Polarisationsplatte 59 absorbiert wurden, wird bei der Mehrschichtfilm-Polarisations-Reflexionsplatte 57 das Licht unverändert ohne optische Absorption reflektiert und kann daher als reflektiertes Licht 62 nach außen emittiert werden, wobei es lediglich einer optischen Absorption von etwa 5% durch die obere Polarisationsplatte 59 bei seinem zweiten Durchtritt dadurch unterzogen wird. Die Intensität des reflektierten Lichts 62 wird daher durch folgende Gleichung (2) angezeigt: I ≌ 0,4 × 0,95 × I0 ≌ 0,38 × I0 (2)(wobei I die optische Intensität des Ausgangsstrahls 62 und I0 die optische Intensität des Eingangsstrahls 61 ist).
Auch wenn weitere 5% von optischem Verlust infolge der Streuung von Licht usw. an der Polarisationstrennplatte zu berücksichtigen sind, kann eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige erhalten werden, in welcher die Helligkeit im Vergleich zu Gleichung (1) um etwa 20% besser ist. Es ist daher wünschenswert, dass Polarisationstrennplatten, wie zuvor beschrieben, in zukünftigen Vorrichtungen mit reflektierenden Flüssigkristallanzeige anstelle der herkömmlichen unteren Polarisationsplatte eingesetzt werden sollten, um die Helligkeit zu verbessern und die Betrachtung zu erleichtern. Es gibt jedoch ein erhebliches Problem.
Dies ist das Beleuchtungsverfahren unter dunklen Bedingungen. Wie bereits erwähnt, muss in den meisten Fällen bei einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallan zeige eine Beleuchtungsvorrichtung auf einer elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Uhr, einem tragbaren Telefon oder einem Datenendgerät, montiert werden, um eine zufrieden stellende Anzeigefunktion bei Nacht zu erreichen. Um diesen Bedarf zu decken, wird in einer herkömmlichen Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, wie in 29 dargestellt, eine halbdurchlässige Reflexionsplatte 68 als die Reflexionsplatte einer Vorrichtung 65 mit Flüssigkristallanzeige eingesetzt, wie in der Vorrichtung mit halbdurchlässiger Flüssigkristallanzeige, die in 33 dargestellt ist. Viele Arten solcher halbdurchlässigen Reflexionsplatten 68 wurden vermarktet, aber normalerweise werden 80% des Lichts reflektiert, und 10% des Lichts werden durchgelassen (die restlichen 10% stellen den optischen Absorptionsverlust in der Reflexionsschicht dar). Folglich fungiert die Vorrichtung in einer gut erleuchteten Umgebung als eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, in welcher 80% des einfallenden Lichts von der oberen Fläche reflektiert werden. Dagegen wird in einer dunklen Umgebung das Licht von einem Licht emittierenden Körper 70, der an der Rückseite der Vorrichtung 65 mit Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, durch diese halbdurchlässige Reflexionsplatte 68 mit einer Durchlässigkeit von 10% von der Rückseite darauf gerichtet, wodurch es ermöglicht wird, die Anzeige zu lesen. Der Licht emittierende Körper 70, der an der Rückseite angeordnet ist, wie in 33 dargestellt, weist wenigstens eine Lichtleiterplatte 66 und eine Reflexionsplatte 69 auf, die an der Unterseite angeordnet ist, ähnlich wie die Lichtemissionsquelle 67, die am Ende der Lichtleiterplatte 66 angeordnet ist. Als dieser Licht emittierende Körper wird Licht, das von einer Lichtemissionsquelle 67 emittiert wird, in diese Lichtleiterplatte 66 geleitet und durch ein optisches Streugitter, das auf dieser Lichtleiterplatte 66 vorgesehen ist, gestreut, so dass Licht von der oberen Fläche dieser Lichtleiterplatte 66 ausgegeben wird; als eine alternative Art von Licht emittierendem Körper wird jedoch häufig ein planarer EL- oder Elektrolumineszenzlicht emittierender Körper in Uhren usw. verwendet.
Solch ein Licht emittierender Körper, der an der Rückseite angeordnet ist, kann in der neuen verbesserten Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, die in 32 dargestellt ist, nicht eingesetzt werden. Der Grund dafür ist, dass, wie in 32 dargestellt, Licht von der Rückseite durch die optische Absorptionsschicht 58 abgefangen wird, so dass kein Licht in die obere Fläche eingeführt werden kann. Wenn die optische Absorptionsschicht 58 teilweise durchlässig gemacht wird (zum Beispiel mit einem optischen Durchlässigkeitsgrad von 10%), wäre natürlich eine Rückseitenbeleuchtung auf dieselbe Weise wie herkömmlicherweise möglich; es gibt jedoch zwei Probleme.
Das erste davon ist, dass, da in der reflektierenden Anzeige nicht 100% des Lichts durch die schwarzen Anzeigeabschnitte absorbiert werden können, eine eher graulich schwarze Anzeige erzeugt wird, so dass das Anzeigekontrastverhältnis herabgesetzt wird. Zweitens wird, wie aus den Prinzipien einer Polarisationstrennplatte klar ersichtlich ist, eine Weiß/Schwarz-Anzeige auf dem Anzeigeschirm völlig umgekehrt (Weißanzeige → Schwarzanzeige, Schwarzanzeige → Weißanzeige), wenn Licht sie von der Vorderseite trifft und wenn das Licht sie von der Rückseite trifft; dies ist nicht besonders wünschenswert.
Wie bereits erwähnt, blieben bei dem Beleuchtungsverfahren in einer dunklen Umgebung einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher die Helligkeit unter Verwendung einer Polarisationstrennplatte verbessert wird, erhebliche Probleme bestehen, indem das herkömmliche Rückseitenbeleuchtungsverfahren nicht verwendet werden kann. Demgemäß ist in einer Vorrichtung mit heller reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher eine Polarisationstrennplatte, wie zuvor beschrieben, anstelle der herkömmlichen unteren Polarisationsplatte und der Reflexionsplatte eingesetzt wird, die Verwendung einer Frontalbeleuchtung, wie in der frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-6-289391 oder frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-6-324331 dargestellt, d.h. eine Beleuchtungsvorrichtung der durchlässigen Art, die an der Vorderseite der Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, vorteilhaft beim Erreichen einer Anzeigelesefunktion in einer dunklen Umgebung.
Andererseits werden als Lichtemissionsquellen für Vorrichtungen mit Flüssigkristallanzeige, die in kleinformatigen tragbaren elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise tragbaren Telefonen, Uhren, Kameras oder Datenendgeräten, wie zuvor beschrieben, eingesetzt werden, allgemein Punktlichtquellen, wie beispielsweise LEDs (Leuchtdioden) oder Glühbirnen, verwendet. Im Gegensatz zu den Leuchtstoffröhren, welche herkömmlicherweise eingesetzt wurden, erfordern diese keine speziellen Spannungsaufwärtstransformationsvorrichtungen und sind leichtgewichtig und kompakt; außerdem weisen sie eine ausgezeichnete Sicherheit auf, da sie keine hohen Frequenzen oder hohen Spannungen verwenden und keine Funkstörungsquelle bilden. Außerdem ist die Energiesteuerung leicht, und sie können mit einem geringen Energieverbrauch leicht zurechtkommen.
Vor allem ist die Lebensdauer von LEDs halbdauernd, und was die Farbe betrifft, wurden vor kurzem Rot, Grün, Blau, Mischungen von diesen und Weiß möglich. Wenn Glühbirnen eingesetzt werden, ist ihre Lebensdauer zwar kurz, aber sie sind billig und können leicht ausgewechselt werden. Aus diesen Gründen werden Punktlichtquellen, wie beispielsweise LEDs und Glühbirnen, als Lichtquellen zur Beleuchtung der Anzeigen von kleinformatigen tragbaren Vorrichtungen, wie zuvor beschrieben, am meisten bevorzugt.
Demgemäß stellte sich heraus, dass, wenn eine Lichtleiterplatte (2A ist eine Teilansicht im Querschnitt, und 2B ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtheit), welche rippenförmige Vorsprünge verwendet, wie in 2A und 2B dargestellt, die zuvor beschrieben wurden, in einer Frontalbeleuchtungsanordnung, die in der frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-6-289391 und der frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-6-324331 dargestellt wird, wie zuvor beschrieben, und eine Frontalbeleuchtung, in welcher eine Punktlichtquelle, wie beispielsweise eine LED oder Glühbirne, als Lichtemissionsquelle am Ende dieser Lichtleiterplatte angeordnet war, eingesetzt wurden, etwas reflektiertes Licht 19c zur Fläche 17 gegenüber der optischen Ausgangsfläche (d.h. zum Betrachter hin) entweicht, da der Schnittlinienabschnitt der optischen Ausgangsfläche 13 der Lichtleiterplatte 11 und der Seitenfläche 15 der Vorsprünge 12 im Aufbau eine winzige gekrümmte Fläche aufweist, und dies vom Betrachter als helle Punkte wahrgenommen werden kann. Wenn, wie in 2B dargestellt, die Vorsprünge 12 die Form von Rippen aufweisen, so dass diese Schnittlinienabschnitte gerade Linien sind, sind die Punktlichtquelle 14, die zuvor erwähnten hellen Punkte und der Betrachter in derselben Ebene angeordnet, so dass bestimmte Stellen auf der Lichtleiterplatte für den Betrachter als helle Punkte erscheinen; diese hellen Punkte erscheinen an der Wurzel der rippenförmigen Vorsprünge, so dass sie insgesamt kontinuierliche helle Linien zu erzeugen scheinen, und diese hellen Linien bewegen sich mit der Bewegung der Augen des Betrachters. Es stellte sich heraus, dass dies die Erkennbarkeit einer Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher das beleuchtete Objekt unter dieser Frontalbeleuchtung angeordnet ist, stark beeinflusst.
Demgemäß ist in einer Anzeigevorrichtung gemäß den Ausführungsformen gemäß 30 bis 41 in einer Vorrichtung mit heller reflektierender Flüssigkristallanzeige, welche eine Polarisationstrennplatte, wie zuvor beschrieben, einsetzt, eine Aufgabe, das Auftreten dieser hellen Linien, welche durch eine regelmäßige Reflexion an der Wurzel der Rippenformen erzeugt werden, wenn eine Punktlichtquelle, wie beispielsweise eine LED oder Glühbirne, als die Lichtemissionsquelle unter Verwendung einer Frontalbeleuchtung als das Mittel zur Beleuchtung verwendet wird, zu verhindern und außerdem das Problem des Beseitigens von Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke zu lösen, welche durch die eindimensionale Anordnung des Vorsprungsmusters infolgedessen, dass die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist, erzeugt wird; eine Aufgabe ist auch, eine Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bereitzustellen, bei welcher durch Verwenden einer Punktlichtquelle Energieverbrauch eingespart werden kann und welche mit Mitteln für eine qualitativ hoch stehende Beleuchtung versehen ist, und außerdem verschiedene Arten von elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise tragbare Telefonapparate, Uhren, Kameras oder Datenendgeräte, bereitzustellen, in welchen der Anzeigeabschnitt mit solch einer Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige versehen ist.
34 stellt ein Beispiel dar, in welchem auf einer Lichtleiterplatte 11 optische Extraktionsformen 12x in Punktform, wie zuvor beschrieben, in der Nachbarschaft von Punktlichtquellen 2 spärlich und weggehend von den Punktlichtquellen 2 dichter verteilt sind. Obwohl die optische Flussdichte in der Lichtleiterplatte 11 in der Nachbarschaft der Punktlichtquellen 2 hoch ist, werden die Strahlen durch die optischen Extraktionsformen 12x diffundiert, so dass bei zunehmender Entfernung von den Punktlichtquellen 2 die optische Flussdichte abnimmt; die optischen Extraktionsformen 12x sind daher mit zunehmend größerer Dichte angeordnet. Dadurch kann eine gleichmäßigere Beleuchtung erhalten werden.
Es stellte sich auch heraus, dass bei dieser Ausführungsform die zuvor beschriebenen hellen Punkte gleichmäßig auf der Oberfläche der Lichtleiterplatte 11 verteilt wurden und die starken linearen hellen Linien, welche die Leichtigkeit des Sehens der Anzeige beeinträchtigen und welche zuvor ein Problem verursachten, nicht erzeugt werden. Außerdem stellte sich heraus, dass ungeachtet der Betrachtungsposition eine gleichmäßige Erkennbarkeit erhalten wird. Demnach wurden bei einer elektronischen Vorrichtung, welche ein Frontallicht gemäß dieser Ausführungsform verwendet, dieselben Vorteile bestätigt.
In 35 ist eine durchlässige Platte oder durchlässige Folie 128 an der Fläche 17 gegenüber der optischen Ausgangsfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Die Lichtleiterplatte 11 und die durchlässige Platte oder die durchlässige Folie 128 sind nicht zusammengeklebt, sondern weisen eine Luftschicht zwischen ihnen auf. Wenn auch nur eine leichte Beschädigung der Oberfläche der Lichtleiterplatte 11 vorliegt, werden die Strahlen, die durch ihr Inneres geleitet werden, reflektiert, und die Beschädigung kann als helle Punkte oder helle Linien von der Oberfläche erkannt werden. Diese sind nicht nur unattraktiv als Beleuchtung, die an der Vorderseite des beleuchteten Körpers 86 angeordnet wird, sondern sie reduzieren infolge eines geringeren Anzeigekontrasts auch die Erkennbarkeit ernstlich. Da jedoch eine Luftschicht zwischen der durchlässigen Platte oder der durchlässigen Folie 128 und der Lichtleiterplatte 11 eingefügt ist, kann der optische Fluss von den Lichtquellen 2 nicht darin eintreten, so dass, selbst wenn eine Beschädigung derselben vorliegt, dies nicht als helle Punkte oder helle Linien erscheinen kann. Da in diesem Fall die relative Fläche der Beschädigung außerdem sehr klein ist, ist die Auswirkung auf das beleuchtete Objekt 86 hinsichtlich der Erkennbarkeit nur sehr gering. Damit diese Lichtleiterplatte 11 zur Vorderseitenbeleuchtung verwendet wird, ist das Vorhandensein solch einer durchlässigen Platte oder solch einer durchlässigen Folie 128 wünschenswert. Als die durchlässige Platte oder die durchlässige Folie 128 kann durchlässiges Harz, wie beispielsweise Acrylharz, Polycarbonatharz oder amorphes Polyolefinharz, oder ein anorganisches durchlässiges Material, wie beispielsweise Glas, eingesetzt werden.
Es ist zu beachten, dass, wenn die durchlässige Folie 128 so ausgeführt ist, dass sie auch zum Zweck einer durchlässigen Abdeckplatte zum Schutz des Abschnitts mit der Flüssigkristallanzeige dient, die in elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise tragbaren Telefonnapparaten, Uhren, Kameras oder Datenendgeräten, normalerweise verwendet wird, die Anzahl von Komponenten verringert werden kann, und eine Herabsetzung der Leistung der reflektierenden Anzeige infolge von Oberflächenreflexion kann verringert werden, was wünschenswert ist.
In 36 ist ein stangenförmiger optischer Streukörper 1318 als ein Lichtleiter an wenigstens einer Endfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet; außerdem sind Punktlichtquellen 2 an der Endfläche des stangenförmigen optischen Streukörpers 1318 angeordnet. Der stangenförmige optische Streukörper 1318 hat die Funktion des gleichmäßigen Zerstreuens des optischen Flusses von der Oberfläche des stangenförmigen optischen Streukörpers 1318 mittels der optischen Diffusionsformen, die auf seiner Oberfläche angeordnet sind, und der Diffusionselemente, die in sein Inneres eingeknetet sind, um eine lineare Lichtquelle zu erzeugen. Licht, das von der Oberfläche des stangenförmigen optischen Streukörpers 1318 eingegeben wird, wird zur Endfläche 16 der Lichtleiterplatte 11 geleitet, und es wird innerhalb der Lichtleiterplatte 11 geleitet. Optische Extraktionsformen, wie zuvor beschrieben, sind auf der Oberfläche der Lichtleiterplatte 11 ausgebildet, aber es wurde bestätigt, dass, selbst wenn die optischen Extraktionsformen Rippenformen oder zylindrische Formen sind, wie in der frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-6-289391 oder der frühen japanischen Patentschrift Nr. JP-A-6-324331 dargestellt, helle Punkte an bestimmten Stellen, als würde eine Punktlichtquelle direkt darauf scheinen, wie in 28 dargestellt, nicht auftreten können.
Im stangenförmigen optischen Streukörper 1318, wie in 36A dargestellt, sind durchlässige Körper 1422a mit verschiedenen Brechzahlen in das durchlässige Harz eingeknetet, oder es könnte ein optisches Diffusionsmuster 1422b durch Drucken auf die Oberfläche des durchlässigen Harzes gebildet werden, wie in 36B dargestellt.
37 ist ein Frontallicht, das einen stangenförmigen optischen Streukörper 1602 wie jene, die in 73A oder 73B dargestellt sind, und eine Lichtleiterplatte 11 mit rippenförmigen Vorsprüngen 1612 aufweist; abgesehen von diesen sind Punktlichtquellen, wie beispielsweise LEDs, an den Endflächen dieses stangenförmigen optischen Streukörpers 1602 angeordnet, obgleich diese in der Zeichnung nicht dargstellt sind. Wie bereits erwähnt, wird Licht von der Seitenfläche des stangenförmigen optischen Streukörpers 1602 praktisch gleichmäßig ausgegeben und in die Lichtleiterplatte 11 eingegeben, und es beleuchtet den beleuchteten Körper, indem es von den Seitenflächen der rippenförmigen Vorsprünge nach unten ausgegeben wird. Auf diese Weise kann, da das Licht von den Punktlichtquellen, wie es war, mittels des stangenförmigen optischen Streukörpers 1602 in eine lineare Lichtquelle umgewandelt wird, bevor es in die Lichtleiterplatte 11 eingegeben wird, selbst mit einer Lichtleiterplatte mit rippenförmigen Vorsprüngen ein helles Frontallicht, das gleichmäßig ist, ohne Erzeugung von hellen Punkten oder hellen Linien, wie beispielsweise jenen, die ein Problem waren, wie zuvor beschrieben, realisiert werden.
Bei Einsetzen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen werden bei Beleuchtung keine hellen Linien erzeugt, wie beispielsweise jene, die zuvor ein Problem verursachten, und es wird eine Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige erhalten, bei welcher die Anzeige hell und leicht zu erkennen ist.
Während bei einer herkömmlichen Vorrichtung mit durchlässiger Flüssigkristallanzeige, in welcher eine Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist, ein Hell-Dunkel-Kontrast durch Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung erhalten wird, welche nur einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchgelassen werden, werden bei der Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher, wie in der vorliegenden Erfindung, die Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angeordnet ist, die Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung, nachdem sie einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld durchgetreten sind, von der Reflexionsplatte reflektiert und treten nochmals dadurch hindurch, so dass dies dahingehend vorteilhaft, dass infolge eines besseren Kontrasts eine bessere Erkennbarkeit erreicht wird.
Außerdem tragen bei der herkömmlichen Vorrichtung mit halbdurchlässiger Flüssigkristallanzeige, in welcher ein Licht emittierender Körper an der Rückseite angeordnet ist, wie zuvor beschrieben, nur etwa 10% des Beleuchtungslichts zur Beleuchtung der Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige bei, da die Beleuchtung von der Rückseite durch die halbdurchlässige Reflexionsplatte mit einem Durchlässigkeitsgrad von etwa 10% erfolgt. Im Gegensatz dazu können, wenn dieses Frontallicht eingesetzt wird, mehr als 50% des Beleuchtungslichts zur Beleuchtung der Vorrichtung mit reflektierender Flüssigkristallanzeige beitragen, wodurch der Energienutzungsgrad enorm verbessert wird, da eine Energiereduktion ermöglicht wird. Dies ist besonders vorteilhaft für tragbare elektronische Miniaturvorrichtungen, deren Energiequellen in erster Linie Batterien sind.
38 stellt einen tragbaren Telefonapparat dar, wobei eine Vorrichtung 171 mit Flüssigkristallanzeige eingebaut ist, welche eine helle reflektierende Flüssigkristallanzeige, in welcher eine Polarisationstrennplatte und eine optische Absorptionsschicht, wie zuvor beschrieben, anstelle der herkömmlichen unteren Polarisationsplatte und Reflexionsplatte eingesetzt werden, und ein Frontallicht gemäß irgendeiner der die vorliegende Erfindung veranschaulichenden Ausführungsformen gemäß 30 bis 36, das auf der Oberseite dieser Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, aufweist.
In einer hellen Umgebung wird mittels eines externen Lichts durch Ausschalten der Lichtquelle des Frontallichts das Erscheinungsbild einer hellen und leicht erkennbaren Anzeige erhalten, während in einer dunklen Umgebung das Lesen der Anzeige durch Einschalten der Lichtquelle dieses Frontallichts erreicht werden kann. In diesem Fall kann der Energieverbrauch eingeschränkt und die Lebensdauer der Batterie verlängert werden, da, wie bereits erwähnt, der Anzeigeschirm im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung mit halbdurchlässiger Flüssigkristallanzeige mit wenig Energie beleuchtet werden kann. Außerdem kann, wie bereits erwähnt, eine Nachtbeleuchtung erreicht werden, welche hell und leicht zu sehen, sowie gleichmäßig ist, selbst wenn Punktlichtquellen, wie beispielsweise LEDs oder Glühbirnen, ohne Erzeugung von hellen Linien eingesetzt werden.
39 stellt eine Uhr dar, in welcher eine Vorrichtung 181 mit Flüssigkristallanzeige eingebaut ist, welche eine helle reflektierende Flüssigkristallanzeige, in welcher eine Polarisationsplatte und ein optischer Absorptionsspiegel, wie zuvor beschrieben, anstelle der unteren Polarisationstrennplatte und der Reflexionsplatte des Standes der Technik eingesetzt werden, und ein Frontallicht, wie in irgendeiner der Ausführungsformen 17 bis 24 dargestellt, das auf der Vorderseite dieser Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, aufweist. Auch in dieser Ausführungsform kann eine Uhr realisiert werden, bei welcher [die Anzeige] gleichmäßig und leicht zu sehen ist, ohne dass helle Linien erzeugt werden, wie zuvor beschrieben, und bei welcher der Energieverbrauch eingeschränkt und die Lebensdauer der Batterie verlängert werden kann.
40 stellt ein Datenendgerät dar, in welches eine Vorrichtung 191 mit Flüssigkristallanzeige eingebaut ist, welche eine Flüssigkristallanzeige der hellen reflektierenden Art, in welcher eine Polarisationstrennplatte und eine optische Absorptionsschicht, wie zuvor beschrieben, anstelle der unteren Polarisationsplatte und der Reflexionsplatte des Standes der Technik eingesetzt werden, und ein Frontallicht gemäß irgendeiner Ausführungsform gemäß den 30 bis 37, das auf der Oberseite dieser Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, aufweist. Auch in diesem Beispiel kann ein Datenendgerät realisiert werden, bei welchem die Anzeige ohne Erzeugung von hellen Linien, wie zuvor beschrieben, gleichmäßig und leicht zu sehen ist und bei welchem dennoch der Energieverbrauch eingeschränkt und die Lebensdauer der Batterie verlängert wird. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Datenendgeräte vorteilhaft, die häufig in vergleichsweise dunklen Umgebungen, wie beispielsweise Lagerhäusern, verwendet werden.
41 stellt eine Kamera dar, in welche Vorrichtungen (201 und 202) mit Flüssigkristallanzeige eingebaut sind, welche eine Vorrichtung mit heller reflektierender Flüssigkristallanzeige, in welcher eine Polarisationstrennplatte und eine optische Absorptionsschicht, wie zuvor beschrieben, anstelle der unteren Polarisationsplatte und der Reflexionsplatte des Standes der Technik eingesetzt werden, und ein Frontallicht, wie in irgendeiner der Ausführungs formen gemäß den 30 bis 37 dargestellt, das an der Vorderseite dieser Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, aufweisen. In diesem Beispiel kann eine Kamera realisiert werden, bei welcher die Anzeige ohne Erzeugung von hellen Linien, wie zuvor beschrieben, gleichmäßig und leicht zu sehen ist und bei welcher dennoch der Energieverbrauch eingeschränkt und die Lebensdauer der Batterie verlängert wird.
Wie bereits erwähnt, können mit den Ausführungsformen gemäß den 30 bis 41 und ihren Modifikationen Vorrichtungen mit Flüssigkristallanzeigen mit einem gleichmäßigen und hellen Frontallicht, das Energie sparend betrieben wird und an der Vorderseite einer hellen reflektierenden Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, unter Verwendung einer Polarisationstrennplatte realisiert werden. Außerdem ist es effektiv, diese Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige insbesondere auf einer tragbaren Vorrichtung, wie beispielsweise einem tragbaren Telefon, einer Uhr, einem Datenendgerät oder einer Kamera, zu montieren, die häufig in dunklen Umgebungen verwendet werden.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In 42 ist eine Nachricht 56 innerhalb eines dünnen kastenförmigen Gehäuses 53 angeordnet, und eine Lichtleiterplatte 11 ist auf der Seite des Betrachters der Nachricht angeordnet und bedeckt sie vollständig. Lichtquellen 2 sind am Rand des Gehäuses 53 untergebracht und benachbart zur Endfläche 16 der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Die Lichtquellen 2 können nicht direkt gesehen werden, da sie durch ein Abschirmungsteil 54 der Randvorderseite des Gehäuses 53 vor dem Betrachter verborgen sind. Die Lichtleiterplatte 11 ist mit Vorsprüngen 12 auf einer Fläche der durchlässigen Platte versehen, wie in 1A oder 1B dargestellt; alle Flächen der Vorsprünge 12 werden durch Flächen, welche praktisch parallel zur optischen Ausgangsfläche 13 (untere Flächen 14) sind, und Flächen, welche ungefähr senkrecht dazu (Seitenflächen 15) sind, gebildet. Die Lichtleiterplatte 11 ist aus einem durchlässigen Material mit einer Brechzahl über etwa 1,4 gebildet. Der optische Fluss von. den Lichtquellen 2 wird von der Endfläche 16 eingegeben, wie durch den Strahl 19a und den Strahl 19b dargestellt, und wird innerhalb der Lichtleiterplatte 11 wiederholt total reflektiert, bevor er nur von den Seitenflächen 15 der Vorsprünge 12 austritt, so dass die Menge von Licht, die von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung ausgegeben wird, groß ist und die Nachricht 56 effektiv beleuchtet werden kann.
Als das durchlässige Material, welches die Lichtleiterplatte 11 bildet, kann ein durchlässiges Harz, wie beispielsweise Acrylharz, Polystyrolharz, Polycarbonatharz oder amorphes Polyolefinharz usw., ein durchlässiger Film, wie beispielsweise Polyolefinharz oder Polyesterharz, wie beispielsweise Polyethylenterephthalatharz, oder ein anorganisches durchlässiges Material, wie beispielsweise Glas, oder Verbundstoffe davon eingesetzt werden. Beispiele für Herstellungsverfahren, die eingesetzt werden können, umfassen: Verfahren, wie beispielsweise Verbinden einer Film- oder Harzschicht mit einem Spritzgießteil, Strangpressteil, Thermofixierungsformteil, Licht- oder Ultravioletthärtungsformteil, Ätzung, durchlässigen Kunststoff oder einer flachen Glasplatte, und das Verfahren des Bildens durch Übertragen einer durchlässigen Harzplatte und/oder eines durchlässigen Films durch Walzenformen usw.
Als Lichtquelle 2 kann eine Leuchtstoffröhre, Glühbirne oder Leuchtdiode (LED) usw. eingesetzt werden. Von Leuchtstoffröhren kann erwartet werden, dass sie eine hohe Helligkeit für geringe Energie aufweisen und leicht Weißlicht liefern können, so dass sie für Anschlagbrettanwendungen geeignet sind. LEDs weisen eine halbdauernde Lebensdauer auf und können bei einer niedrigen Spannung angetrieben werden, so dass die Schaltungsanordnung einfach und die Sicherheit groß ist. Was die Farbe betrifft, wurden vor kurzem neben Rot, Grün und Blau Mischungen dieser Farben und auch Weißlicht erhältlich. Glühbirnen leiden an dem Nachteil einer kurzen Lebensdauer, sind aber billig und können leicht ausgewechselt werden.
Mit der zuvor dargelegten Konstruktion kann durch Anordnen der vorliegenden Anschlagbrettvorrichtung vor einer Nachricht eine Anschlagbrettvorrichtung realisiert werden, in welcher unter hellen Bedingungen, wenn genügend externes Licht vorhanden ist, die Nachricht bei ausgeschalteter Beleuchtung gesehen werden kann, während unter dunklen Bedingungen bei unzureichendem externem Licht die Nachricht bei eingeschalteter Beleuchtung gesehen werden kann, wodurch eine Teilzeitbeleuchtung mit äußerst geringer Dicke bereitgestellt wird. Eine weitere Senkung des Energieverbrauchs kann auch aus der Tatsache erhalten werden, dass, wenn beleuchtet, die Beleuchtung an einer Stelle ist, die äußerst dicht bei der Lichtquelle ist.
Was die Größe der Vorsprünge 12 betrifft, muss diese, da die Wellenlänge von sichtbarem Licht von etwa 380 nm bis 700 nm beträgt, wenigstens etwa 5 μm betragen, um Beugungseffekte zu vermeiden, und sie ist wünschenswerterweise unter etwa 1 mm, wenn die Vorsprünge 12 nicht so groß sein sollen, dass sie mit freiem Auge erkennbar sind. Außerdem ist hinsichtlich des Verhältnisses von Höhe und Breite der Vorsprünge 12 (d.h. des Durchmessers, wenn die Vorsprünge ungefähr zylindrisch sind), da für Strahlen innerhalb der Lichtleiterplatte 11 der Höhenwinkel in der planaren Richtung unter 45° ist, ein Verhältnis von eins zu eins oder weniger zufrieden stellend; da tatsächlich Strahlen von unter 20° mehr als 90% darstellen, wird eine zufrieden stellende Leistung bei Verhältnissen von bis zu 1 zu 2 erhalten.
In 43 ist eine durchlässige Platte oder eine durchlässige Folie 8 auf der Fläche 17 gegenüber der optischen Ausgangsfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Die Lichtleiterplatte 11 und die durchlässige Platte oder die durchlässige Folie 8 sind nicht zusammengeklebt, sondern weisen eine Luftschicht dazwischen auf. Wenn nur eine leichte Beschädigung der Oberfläche der Lichtleiterplatte 11 vorliegt, werden Strahlen, welche durch das Innere davon geleitet werden, daran reflektiert und können als helle Punkte oder helle Linien von der Oberfläche erkannt werden. Diese sind nicht nur unattraktiv als Beleuchtung der Durchlässigkeitsart, sondern sie reduzieren infolge eines geringeren Kontrasts auch die Erkennbarkeit ernstlich. Da jedoch eine Luftschicht zwischen der durchlässigen Platte oder der durchlässigen Folie 8 und der Lichtleiterplatte 11 eingefügt ist, kann der optische Fluss von den Lichtquellen 2 nicht darin eintreten, so dass, selbst wenn eine Beschädigung vorliegt, keine hellen Punkte oder hellen Linien erzeugt werden können. Da in diesem Fall die relative Fläche der Beschädigung außerdem sehr klein ist, ist die Auswirkung auf die Nachricht 56 hinsichtlich der Erkennbarkeit nur sehr gering. Damit diese Lichtleiterplatte 11 als Beleuchtung verwendet wird, die an der Vorderseite angeordnet wird, ist das Vorhandensein einer durchlässigen Platte oder einer durchlässigen Folie 8 unerlässlich. Für die durchlässige Platte oder die durchlässige Folie 8 kann durchlässiges Harz, wie beispielsweise Acrylharz, Polycarbonatharz oder amorphes Polyolefinharz, oder ein anorganisches durchlässiges Material, wie beispielsweise Glas, eingesetzt werden.
44 stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Anschlagbrettvorrichtung für ein Verkehrszeichen 800 verwendet wird. Es kann ein Zeichen realisiert werden, welches unter Verwendung von Strahlen von Autoscheinwerfern selbst bei Nacht leicht zu erkennen ist, ohne die Reflexionsfunktion, welche ein Verkehrszeichen besitzt, zu beeinträchtigen.
45 stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Anschlagbrettvorrichtung als ein Bushaltestellenzeichen 801 verwendet wird. Ein Anzeigehinweis kann mit geringem Energieverbrauch erreicht werden.
46 stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Anschlagbrettvorrichtung in einem Bilderrahmen 802 verwendet wird. Es kann ein Bilderrahmen realisiert werden, der an dunklen Orten erkannt werden kann.
47 stellt ein Beispiel dar, in welchem eine Anschlagbrettvorrichtung in einem Ziffernblatt 803 verwendet wird. Es kann eine Beleuchtung mit geringem Energieverbrauch für Uhren usw., die an öffentlichen Plätzen angeordnet sind, erreicht werden.
Wie bereits bei einer Ausführungsform, die nicht zur Erfindung gehört, und Anwendungsbeispielen davon erwähnt, können eine Anschlagbrettvorrichtung und Zeichen usw., welche die Anschlagbrettvorrichtung verwenden, mittels einer einfachen Konstruktion bereitgestellt werden, welche eine Beleuchtungsfunktion mit geringer Dicke und eine hohe Gleichmäßigkeit der Beleuchtung aufweisen und welche Energiesparen ermöglichen.
Es ist zu erwähnen, dass mit der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche durch die zuvor beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen veranschaulicht wurde, verschiedene Anwendungen möglich sind, welche die bereits beschriebenen Anzeigevorrichtungen umfassen. Diese werden als Beispiele in der Form einer Zusammenfassung noch einmal angegeben:

– Beleuchtungsvorrichtungen von tragbaren Vorrichtungen, wie beispielsweise tragbaren Telefonen, kleinformatigen Informationsvorrichtungen oder Uhren
– Beleuchtungsvorrichtungen für Einrichtungen, wie beispielsweise dekorative Regalbeleuchtung, Tripelspiegellichter oder die Glasteile von Tischen
– Beleuchtungsvorrichtungen für nächtliche Beleuchtung von großen, im Freien befindlichen Uhren, öffentlichen Karten oder Fahrplananzeigetafeln zum Beispiel an Bushaltestellen usw.
– Beleuchtungsvorrichtungen zum Beispiel von Schiebedächern oder Verkleidungsteilen von Automobilen
– Beleuchtungsvorrichtungen für medizinische Geräte, wie beispielsweise Spiegellichter in der Zahnmedizin
– Beleuchtungsvorrichtungen, die bei der Beleuchtung von kompakten Nachschlagewerken, Beleuchtung für Lesematerial an Bord oder Beleuchtung für Freiluftkarten verwendet werden
– Beleuchtungsvorrichtungen, die zur Schaukastenbeleuchtung oder zur Beleuchtung von Anzeigen oder Kunstgalerieausstellungen verwendet werden
– Beleuchtungsvorrichtungen, die zur Jalousiebeleuchtung, Fotorahmenbeleuchtung oder für kleine Haushaltsgegenstände, wie beispielsweise Bilderrahmenbeleuchtung, verwendet werden
– Beleuchtungsvorrichtungen für Gebäude, wie beispielsweise Beleuchtung für Fenster, Duschräume, Nachtbeleuchtung von Eingängen, Innenwandbeleuchtung oder Beleuchtung von Rahmen, die in Wände eingebaut sind
– Beleuchtungsvorrichtungen zum Beispiel zur Produktbeleuchtung von Verkaufsautomaten, Beleuchtung des Wassers in Schwimmanlagen und Beleuchtung für im Freien befindliche Firmenschilder usw.

Es gibt eine sehr große Vielfalt von industriellen Anwendungen, wie beispielsweise die zuvor dargelegten.
Von diesen ist ein Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung, die zum Beispiel in einer Freiluftkartenbeleuchtung eingesetzt wird, in 48A bis 48C dargestellt. Die Vorrichtung weist eine ausgezeichnete Tragbarkeit auf, wobei sie solch eine kompakte Größe, dass sie in der Handfläche getragen werden könnte (zum Beispiel etwa die Größe einer Ansichtskarte). In dieser Beleuchtungsvorrichtung sind durchlässige Schutzfolien 236 an der oberen beziehungsweise unteren Fläche einer Lichtleiterplatte 235 befestigt, und Reflexionsfolien 237 sind jeweils auf den drei Seitenflächen befestigt. Die Funktionen der Lichtleiterplatte 235, der Schutzfolien 236 und der Reflexionsfolien 237 sind dieselben wie jene, die bereits beschrieben wurden, oder entsprechen diesen. Ein rechteckiges kastenförmiges Gehäuse 238 ist auf dem Restabschnitt der optischen Eingangsseitenfläche der Lichtleiterplatte 235 montiert, so dass es einen Teil davon bedeckt. Innerhalb dieses Gehäuses 238 ist eine Batterie 239, welche eine Energiequelle darstellt, ein Beleuchtungsstromkreis (Inverter) 240, eine Leuchtstoffröhre 241, welche eine lineare Lichtquelle darstellt, und ein Schalter 244 usw. untergebracht. Die Leuchtstoffröhre 241 ist durch einen Reflektor 242 bedeckt. Der Beleuchtungsstromkreis 240 kann dadurch die Leuchtstoffröhre 241 mit Energie von der Batterie 239 erleuchten, wenn nötig, so dass die zuvor beschriebenen Wirkungen und Effekte erhalten werden können. Dadurch kann eine Handbeleuchtungsvorrichtung mit einer praktischen, qualitativ hoch stehenden Beleuchtungsfunktion bereitgestellt werden, womit eine Karte im Freien betrachtet werden kann.

Claims

Vorrichtung mit Flüssigkristallanzeige, umfassend: ein Flüssigkristallanzeigefeld (2001) oder eine Flüssigkristallschicht (29), welche einen Reflektor (2002) umfasst; und eine Beleuchtungsvorrichtung, welche an der Vorderseite des Flüssigkristallanzeigefelds (2001) oder der Flüssigkristallschicht (29) angeordnet ist und eine Lichtquelle (2) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie Licht in eine Lichtleiterplatte (11) mit Durchlässigkeit einführt, wobei die Vorrichtung mit Flüssigkristallsanzeige durch die Beleuchtungsvorrichtung gekennzeichnet ist, welche umfasst: die Lichtleiterplatte (11) mit Durchlässigkeit, welche eine erste Fläche, auf welcher eine optische Extraktionsstruktur ausgebildet ist, und eine zweite Fläche, welche der ersten Fläche gegenüberliegt und so ausgelegt ist, dass sie dem Flüssigkristallanzeigefeld (2001) oder der Flüssigkristallschicht (29) gegenüberliegt; und wobei, wenn in Verwendung, Licht von der Beleuchtungsvorrichtung, das einmal durch das Flüssigkristallanzeigefeld (2001) oder die Flüssigkristallschicht (29) durchgetreten ist, durch den Reflektor (2002) reflektiert wird und so ein zweites Mal durch das Flüssigkristallanzeigefeld (2002) oder die Flüssigkristallschicht (29) durchtritt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Extraktionsstruktur eine Mehrzahl von konvexen Elementen (11a bis 11d) aufweist, welche jeweils die Form eines Punktes haben.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die konvexen Elemente (11a bis 11d) in der Nachbarschaft der Lichtquelle (2) verhältnismäßig spärlich und weggehend von der Lichtquelle (2) zunehmend dichter verteilt sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Licht, das von der Lichtquelle (2) leuchtet, durch die zweite Fläche ausgegeben wird, durch den Reflektor (2002) reflektiert wird, durch die Lichtleiterplatte (11) durchtritt und von der ersten Fläche ausgegeben wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Extraktionsstruktur eine geneigte Fläche von weniger als 30° aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (2) aus einer Gruppe bestehend aus einem LED, einer Glühbirne und einem Fluoreszenzlicht ausgewählt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Extraktionsstruktur eine Größe von über 5 μm und unter 300 μm aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Reflektor aufweist, der auf wenigstens einem anderen Ende der Lichtleiterplatte als dem Ende, an dem die Lichtquelle (2) gegenüberliegt, vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine durchlässige Platte aufweist, die an der ersten Fläche vorgesehen ist, wobei ein Spalt zwischen der ersten Fläche und der durchlässigen Platte ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquellenfläche eine Endfläche der Lichtleiterplatte (11) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtquellenfläche eine zweite Fläche der Lichtleiterplatte (11) ist.