DE69736578T2

DE69736578T2 - Flächenhafte lichtquelle, flüssigkristallanzeigevorrichtung und asymmetrische prismenplatte

Info

Publication number: DE69736578T2
Application number: DE69736578T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Yokohama-shi KOIKE; Eizaburo Setagaya-ku HIGUCHI
Original assignee: Koike Yasuhiro Yokohama; Nitto Jushi Kogyo Co Ltd
Current assignee: Koike Yasuhiro Yokohama; Nitto Jushi Kogyo Co Ltd
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: KR19980703642A; WO1997029398A1; EP0819970B1; EP0819970A4; US5914759A; DE69736578D1; EP0819970A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung, in der eine Lichtstreuungs-Führungsplatte (eine plattenartige lichtstreuende Führung), eine Flüssigkristallanzeige, die die Lichtstreuungs-Führungsplatte für die Beleuchtung von hinten benutzt, und eine asymmetrische Prismentafel verwendet werden, die man dafür vorteilhaft einsetzen kann. In dieser Patentschrift bezeichnet der Begriff "asymmetrische Prismentafel" ein "tafelartiges optisches Element, das eine Prismenoberfläche enthält, die durch zahlreiche Zeilen von asymmetrischen Prismenelementen gebildet wird".
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Lichtquellenvorrichtungen, in denen eine Lichtstreuungs-Führungsplatte und eine Prismentafel verwendet werden, werden vorgeschlagen und für verschiedene Zwecke eingesetzt, beispielsweise für die Hinterleuchtung von Flüssigkristallanzeigen. Eine herkömmliche Prismentafel besteht aus einem plattenartigen Teil, das aus einem optischen Material hergestellt ist, das eine Prismenoberfläche aufweist, die mit sich wiederholenden Zeilen v-förmiger Unregelmäßigkeiten ausgebildet ist. Bekanntlich hat eine solche Prismentafel die Funktion, die Richtungsausbreitungseigenschaften eines Strahls zu verändern.
1 zeigt eine generelle Anordnung einer herkömmlichen Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung, in der eine Lichtstreuungs-Führungsplatte und eine Prismentafel verwendet werden. Eine Lichtstreuungs-Führungsplatte 1, die einen keilförmigen Abschnitt aufweist, besteht aus einer Matrix, die aus Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt ist, und aus einem Material mit einer anderen Brechzahl, das der Matrix beigemischt und dort gleichförmig verteilt ist. Der Ausdruck "Material mit einer anderen Brechzahl" bezeichnet ein Material, das eine Brechzahl aufweist, die sich beträchtlich von der Brechzahl der Matrix unterscheidet.
Eine der Stirnflächen, die die Stirnfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 mit der größeren Dicke ist, dient als Einfallsfläche 2. In der Nähe der Einfallsfläche ist eine Lichtquellenvorrichtung (Fluoreszenzlampe) L angeordnet.
Ein Reflektor 3 ist entlang einer Fläche (der rückwärtigen Oberfläche 6) der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 angeordnet. Der Reflektor 3 besteht aus einem Blatt Silberfolie mit regulärem Reflexionsvermögen oder einem weißen Blatt mit diffuser Reflexion. Beleuchtungslicht erhält man an einer Austrittsfläche 5 an der gegenüberliegenden Seite der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1. Die Prismentafel 4 ist außerhalb der Austrittsfläche 5 angeordnet.
Zur besseren Erkennbarkeit in der Zeichnung sind das Intervall zwischen der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 und den Zeilen der Prismenelemente und der Abstand und die Tiefe der Zeilen der Prismenelemente übertrieben dargestellt. Die innere Oberfläche der Prismentafel 4 ist eine Prismenfläche, die durch wiederholte symmetrische v-förmige Flanken 4a und 4b gebildet wird. Die äußere Oberfläche der Prismentafel 4 bildet eine ebene Fläche (leuchtende Fläche) 4e, aus der ein beleuchtender Strahl 4f austritt. Eine Hinterleuchtungsanordnung für eine Flüssigkristallanzeige kann man aufbauen, indem man eine bekannte Flüssigkristall-Anzeigetafel außerhalb der Prismentafel 4 anordnet.
Die Dicke der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 nimmt mit wachsender Entfernung von der Einfallsfläche 2 ab. Damit erfolgt innerhalb der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in wirksamer Weise eine wiederholte Reflexion. Dadurch weist die Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung eine ausgezeichnete Lichtausnutzung und gleichförmige Leuchtstärke auf.
Das von der Lichtquellenvorrichtung L in die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 eingetragene Licht wird zu einer Stirnfläche 7 geführt, die die kleinere Dicke der Platte bestimmt, und dabei in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 gestreut und reflektiert. Im Zuge dieses Vorgangs wird das beleuchtende Licht nach und nach von der Austrittsfläche 5 ausgesendet.
Das von der Austrittsfläche 5 ausgesendete Licht hat eine bevorzugte Ausbreitungsrichtung, die vom Partikeldurchmesser der Teilchen mit der anderen Brechzahl abhängt, die in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 verteilt sind (allgemein ausgedrückt von der Korrelationsentfernung, die der Struktur mit dem ungleichförmigen Brechungsindex zugeordnet ist). D. h., die Austrittsfläche 5 emittiert einen Strahl, der mehr oder weniger stark kollimiert ist.
Je größer der Durchmesser der Teilchen mit einer anderen Brechzahl ist (allgemein ausgedrückt je größer die Korrelationsentfernung ist, die der Struktur mit dem ungleichförmigen Brechungsindex zugeordnet ist), umso stärker ist das von der Austrittsfläche 5 emittierte Licht kollimiert. Die bevorzugte Ausbreitungsrichtung (die Hauptausbreitungsrichtung der beleuchtenden Strahlen) ist normalerweise eine Richtung, die nach oben einen Winkel von ungefähr 25° bis 30° mit der Austrittsfläche bestimmt, und zwar gesehen von der Einfallsfläche 2.
In dieser Weise funktioniert die Prismentafel 4, wenn sie die Richtungsausbreitungseigenschaften ändert.
2 zeigt eine Ansicht, die das Verhalten des Lichts in einem Schnitt in Längsrichtung der Anordnung in 1 erläutert. Der Begriff "Längsrichtung" bezeichnet eine Richtung, die parallel zu der Richtung ist, in der das Licht der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 zugeführt wird (d. h., senkrecht zur Einfallsfläche 2). Im Gegensatz dazu wird eine Richtung, die senkrecht zu der Richtung ist, in der das Licht der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 (d. h., parallel zur Einfallsfläche 2) zugeführt wird, als "Querrichtung" bezeichnet.
In 2 ist die Prismentafel 4 entlang der Austrittsfläche 5 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 angeordnet, wobei die Prismenseite nach innen zeigt. Ein bevorzugter Winkel ϕ3 für den Spitzenwinkel eines jeden der Prismenelemente, die die Zeile aus Prismenelementen bilden, beträgt ungefähr 60°.
Bezeichnet man die Einfallsrichtung mit dem Pfeil L', so bestimmt die bevorzugte Ausbreitungsrichtung des Strahls, der von der Austrittsfläche 5 emittiert wird, einen Winkel ϕ2 = ungefähr 60° gegen die Normale zur Austrittsfläche 5.
Setzt man voraus, dass PMMA (eines der üblichen Matrixmaterialien, das eine Brechzahl von n = 1,492 hat) als Matrix der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 verwendet wird, so erreicht man mit einem Einfallswinkel von ϕ1 = ungefähr 35° auf der Austrittsfläche 5 einen Winkel ϕ2 = ungefähr 60°.
Ein Strahl, der zu einer derartigen bevorzugten Ausbreitungsrichtung gehört, wird als "repräsentativer Strahl" bezeichnet. In diesem Fall ist der repräsentative Strahl mit dem Bezugszeichen B1 gekennzeichnet.
Der repräsentative Strahl B1, den die Austrittsfläche 5 aussendet, bewegt sich geradlinig durch eine Schicht AR aus Luft (die eine Brechzahl n0 = ungefähr 1,0 aufweist) und trifft anschließend auf eine Flanke 4a der Prismentafel 4, und zwar unter einem Winkel, der nahe am rechten Winkel ist (ϕ3 = ungefähr 60°). Der prozentuale Anteil an Strahlen, die auf eine andere Flanke 4b fallen, ist relativ gering.
Daraufhin bewegt sich der repräsentative Strahl B1 im Wesentlichen geradlinig in der Prismentafel 4 bis zur gegenüberliegenden Flanke 4b und wird dort regulär reflektiert.
Der der regulären Reflexion unterworfene Strahl trifft auf die ebene Fläche 4e der Prismentafel 4, und zwar mit einem Winkel, der nahe am rechten Winkel liegt, und tritt aus der Prismentafel 4 aus. Dieser Vorgang verändert die bevorzugte Ausbreitungsrichtung des Strahls, den die Austrittsfläche 5 aussendet, in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Austrittsfläche 5 ist.
Man kann jedoch die bevorzugte Ausbreitungsrichtung nach der Veränderung gegen die Richtung senkrecht zur Austrittsfläche 5 verschieben. Den Verschiebewinkel gegen die senkrechte Richtung kann man in einem gewissen Ausmaß abhängig vom Spitzenwinkel ϕ3 der Prismentafel 4, dem Material (Brechzahl) der Prismentafel 4 und dem Material (Brechzahl) der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 einstellen.
3 zeigt eine weitere Anordnung der Prismentafel 4 und das Verhalten des Lichts. In dieser Anordnung zeigt die Prismenfläche nach außen. Der Spitzenwinkel ϕ4 eines jeden Prismenelements auf der Prismenfläche beträgt beispielsweise ungefähr 70°.
Bei dieser Anordnung ist der Bereich an Spitzenwinkeln, der bevorzugte Ergebnisse liefert, breiter als in der beschriebenen Anordnung, in der die Prismenfläche nach innen zeigt.
Setzt man voraus, dass die Einfallsrichtung die Richtung ist, die mit dem Pfeil L' gekennzeichnet ist, so fällt ein repräsentativer Strahl B2, der der bevorzugten Ausbreitungsrichtung entspricht, mit einem Winkel ϕ1 = ungefähr 35° auf die Austrittsfläche 5. Der Strahl wird größtenteils in die Schicht AR aus Luft emittiert (die eine Brechzahl n0 = 1,0 hat). Der Austrittswinkel ϕ2 beträgt in diesem Fall ungefähr 60°.
Der repräsentative Strahl B2 bewegt sich geradlinig durch die Schicht AR aus Luft und trifft daraufhin unter einem Winkel auf die ebene Fläche 4e der Prismentafel 4. Der Strahl folgt dem dargestellten Reflexionspfad und wird von einer Fläche 4c der Prismentafel 4 unter einem Winkel nahe am rechten Winkel gegen die Austrittsfläche 5 ausgesendet. Der prozentuale Anteil an Strahlen, die von der anderen Fläche 4d ausgesendet werden, ist relativ bescheiden.
Der Weg des Strahls nach dem Einfall auf die ebene Fläche 4e der Prismentafel 4 hängt von der Brechzahl n2 der Prismentafel 4 und dem Spitzenwinkel ϕ4 des Prismas ab. Man kann daher die bevorzugte Ausbreitungsrichtung einstellen, indem man diese Parameter beeinflusst.
Die beschriebene herkömmliche Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung erfüllt jedoch nicht alle Anforderungen an die Höhe und Gleichverteilung der Helligkeit der leuchtenden Fläche (der oberen Seite der Prismentafel), wenn man sie mit bloßem Auge betrachtet, und den Eindruck der Gedämpftheit, den die Beleuchtung vermittelt.
Anders formuliert kann der Stand der Technik keine leuchtende Fläche liefern, die angenehm ist, nicht glitzert und ausreichend weiß ist. Ein wesentliches Problem stellt die so genannte Reflexionsprojektion dar (das Auftreten von hellen und dunklen Bereichen, die durch Reflexion entstehen). Eine derartige Reflexionsprojektion beeinflusst beispielsweise die Anzeigequalität einer Flüssigkristallanzeige nachteilig.
Man geht davon aus, dass dies dem folgenden Grund zuzuschreiben ist. Die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in der Anordnung in 1 hat vom Betrachtungspunkt aus gesehen keine so starke Streufähigkeit. Diese Tendenz nimmt für größere leuchtende Flächen zu, für die man eine schwächere Streufähigkeit wählt. Dadurch wird eine beträchtliche Lichtmenge vom Reflektor 3 reflektiert, der an der Rückseite der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 angeordnet ist. Diese Lichtmenge trifft auf die Augen des Betrachters, ohne dass sie ausreichend gestreut wird.
Verwendet man als Reflektor 3 ein Blatt mit regulären Reflexionseigenschaften, beispielsweise ein Blatt Silberfolie oder Aluminiumfolie, so erhält man einen optischen Eindruck, der eindeutig einer Oberfläche mit regulärer Reflexion entspricht. Ein derartiger Seheindruck wird vom so genannten "Weiß-Mangel" und dem "Mangel an Weichheit bzw. Glitzereindruck" begleitet. Manchmal kann man durch die Prismentafel Falten oder Rillen sehen.
Man kann davon ausgehen, dass derartige Erscheinungen und die Eindrücke, die sie dem Betrachter vermitteln, nicht nur durch die Höhe der Lichtmenge bestimmt sind, sondern auch durch multifaktorielle Effekte wie die Farbtemperatur und die Richtungsausbreitungseigenschaften des beleuchtenden Strahls.
Die Schwierigkeit mit dem Weißanteil kann man bis zu einem gewissen Grad abmildern, indem man ein weißes Blatt mit diffusen Reflexionseigenschaften als Reflektor 3 verwendet. Dies führt jedoch zu einer verringerten Gleichförmigkeit der Helligkeit und der Höhe der Lichtmenge der leuchtenden Fläche insgesamt. Unabhängig davon, ob der verwendete Reflektor reguläre oder diffuse Reflexionseigenschaften aufweist, kann jegliche Ungleichförmigkeit (z. B. örtliche Falten oder Störungen) auf der Oberfläche des Reflektors 3 sichtbare Ungleichförmigkeiten verursachen.
Der Erfinder gibt die beiden folgenden Vorschläge zur Lösung der beschriebenen Probleme an.

(1) Entlang der Rückseite der Lichtstreuungs-Führungsplatte wird eine eigene Prismentafel angeordnet. Diese Prismentafel ist so ausgerichtet, dass die Zeilen der Prismenelemente parallel zur Richtung verlaufen, in der das Licht zugeführt wird (japanische Patentschrift Nr. H7-74671).

Dieser erste Vorschlag löst die beschriebenen Probleme. Man benötigt jedoch zwei Prismentafeln dafür, und es sind weitere Verbesserungen nötig, damit man eine kompakte Struktur und geringere Herstellungskosten erzielt.

(2) Man verwendet eine doppelseitige Prismentafel als Prismentafel, die auf der Seite der Austrittsfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte angeordnet ist (japanische Patentschrift Nr. H7-213964, siehe auch JP-A-07-270708). Diese doppelseitige Prismentafel ist mit Zeilen aus Prismenelementen auf beiden Seiten ausgebildet, die senkrecht zueinander verlaufen.

Die Prismentafel ist derart ausgerichtet, dass die Zeilen mit den Prismenelementen auf der inneren Prismenfläche parallel zur Einfallsfläche verlaufen und dass die Zeilen mit den Prismenelementen auf der äußeren Prismenfläche senkrecht zur Einfallsfläche verlaufen.
Der Spitzenwinkel der Prismen auf der inneren Prismenfläche ist mit einem Winkel entworfen, bei dem Licht, das sich von der Lichtstreuungs-Führungsplatte in der bevorzugten Ausbreitungsrichtung ausbreitet, im Wesentlichen in einer Vorwärtsrichtung in der Prismentafel geführt wird.
Im Gegensatz ist der Spitzenwinkel der Prismen auf der äußeren Prismenfläche so entworfen, dass das im Wesentlichen in einer Vorwärtsrichtung in der Prismentafel geführte Licht in eine Richtung verschoben wird, die im Wesentlichen senkrecht zu Lichtzuführrichtung verläuft, und anschließend invertiert (zurückgeworfen) wird. Ein üblicher Wert für einen derartigen Prismenspitzenwinkel ist 90°, und der tatsächliche Bereich für diesen Winkel liegt zwischen ungefähr 70° und ungefähr 130°.
Dieser zweite Vorschlag verbessert die Höhe und Gleichförmigkeit der Helligkeit, unterdrückt Reflexionen und verbessert das Erscheinungsbild (Weißanteil und Weichheit) der leuchtenden Fläche und löst zugleich die Probleme, die der beschriebene erste Vorschlag nicht löst.
Für das Beleuchtungslicht, das beispielsweise für die Hinterleuchtung von Flüssigkristallanzeigen verwendet wird, werden jedoch zunehmend höhere Qualitäten gefordert. Zu diesen Anforderungen gehören die jüngst entstandenen folgenden Bedürfnisse.

(1) Weitere Verbesserung des Helligkeitspegels einer Anzeige, falls sie in einer Hauptbetrachtungsrichtung betrachtet wird (im Wesentlichen die Vorwärtsrichtung).
(2) Es liegen Forderungen nach Merkmalen vor, beispielsweise dass der Helligkeitspegel mit einer zunehmenden Winkelabweichung von der Hauptbetrachtungsrichtung (im Wesentlichen der Vorwärtsrichtung) allmählich abnimmt, und dass die Ausgabe von Beleuchtungslicht in den Betrachtungsrichtungen soweit wie möglich unterdrückt wird, in der eine Betrachtung wenig wahrscheinlich ist, damit eine nutzlose Beleuchtung vermieden wird. Um eine solche Forderung zu erfüllen, muss man eine optische Ausgabe in Richtungen, die von der Vorwärtsrichtung um 30 Grad oder mehr abweichen, so weit wie möglich unterdrücken.

Eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung gemäß dem beschriebenen Vorschlag ist hinsichtlich derartiger Anforderungen nicht zufriedenstellend. Insbesondere weist diese Vorrichtung kein Leistungsmerkmal auf, das die im obigen Punkt (2) genannte Forderung erfüllt. Dies geht aus einer Ausführungsform hervor, die im Weiteren zu Vergleichszwecken beschrieben wird.
Die Tatsache, dass ungenutztes Beleuchtungslicht in Richtungen ausgegeben wird, die stark von der Vorwärtsrichtung abweichen, belegt, dass es nach wie vor einen Bedarf für Verbesserungen im unter (1) beschriebenen Punkt gibt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, eine Prismentafel für eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung bereitzustellen, in der der Helligkeitspegel gesehen aus der Hauptbetrachtungsrichtung (im Wesentlichen der Vorwärtsrichtung) verbessert wird.
Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine Prismentafel für eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung bereitzustellen, in der der Helligkeitspegel mit einer zunehmenden Winkelabweichung von der Hauptbetrachtungsrichtung (im Wesentlichen der Vorwärts richtung) allmählich abfällt, und in der die Ausgabe von ungenutztem Beleuchtungslicht in Richtungen unterdrückt wird, die stark von der wesentlichen Vorwärtsrichtung abweichen.
Es ist eine dritte Aufgabe der Erfindung, eine Prismentafel bereitzustellen, die die Anwendbarkeit einer Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung für Flüssigkristallanzeigen verbessert.
Gemäß der Erfindung wird eine Prismentafel zum Gebrauch beim Ändern der Richtungsausbreitungseigenschaften von Licht bereitgestellt, das eine Austrittsfläche einer Lichtstreuungs-Führungsplatte aussendet, die eine Einfallsfläche hat, die Licht aufnimmt, wobei die Prismentafel eine erste Oberfläche aufweist, auf der Reihen von Prismenelementen in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, und eine zweite Oberfläche, auf der Reihen von Brechungselementen in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind, die senkrecht zur ersten Richtung ist,
wobei die Reihen der Brechungselemente auf der zweiten Oberfläche mit Oberflächen versehen sind, die bewirken, dass ein Strahl, der in der Prismentafel im Wesentlichen in einer Vorwärtsrichtung geleitet wird, in die erste Richtung verschoben wird und anschließend zur ersten Oberfläche zurückgeworfen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen der Prismenelemente auf der ersten Oberfläche von abwechselnden Wiederholungen einer Neigung gebildet werden, die einen ersten relativ kleinen Neigungswinkel bezüglich der Dickenrichtung der Prismentafel hat, und einer Neigung, die einen zweiten relativ großen Neigungswinkel bezüglich der Dickenrichtung hat, und dass die Neigungen, die den zweiten Neigungswinkel aufweisen, hin zur Einfallsfläche gerichtet sind, wogegen die Neigungen, die den ersten Neigungswinkel aufweisen, weg von der Einfallsfläche gerichtet sind.
Eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung, die an die Erfindung angepasst ist, umfasst eine Lichtstreuungs-Führungsplatte, eine primäre Lichtquellenvorrichtung, die an der Seite der Lichtstreuungs-Führungsplatte angeordnet ist und Licht zur Einfallsfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte sendet, eine Prismentafel, die entlang einer Austrittsfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte angeordnet ist, und einen Reflektor, der auf der Seite angeordnet ist, die der Austrittsfläche gegenüberliegt.
Die entlang der Austrittsfläche angeordnete Prismentafel ist gemäß der folgenden Bedingungen (1) bis (6) aufgebaut und ausgelegt.

(1) Die Prismentafel enthält Zeilen mit Prismenelementen auf einer ersten Oberfläche (Innenfläche) der Tafel und Zeilen mit Prismenelementen oder Linsenelementen auf einer zweiten Oberfläche (Außenfläche) der Tafel.

Die Innenfläche ist eine Fläche, die Beleuchtungslicht von der Lichtstreuungs-Führungsplatte aufnimmt. Die Außenfläche ist eine Fläche, von der das Beleuchtungslicht nach außen abgegeben wird.

(2) Die Zeilen mit Prismenelementen auf der Innenfläche und die Zeilen mit Prismenelementen oder Linsenelementen auf der Außenfläche sind in zueinander senkrechten Richtungen (einer ersten und einer zweiten Richtung) angeordnet.
(3) Die Prismentafel ist derart ausgerichtet, dass die Richtung, in der die Zeilen mit Prismenelementen auf der Innenfläche angeordnet sind (der ersten Richtung), parallel zur Einfallsfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte ist (senkrecht zur Richtung, in der Licht zugeführt wird). Unter dieser Bedingung für die Ausrichtung ist die Richtung, in der die Zeilen der Prismenelemente oder Linsenelemente auf der Außenfläche angeordnet sind (die zweite Richtung), offenkundig senkrecht zur Einfallsfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte (parallel zur Richtung, in der Licht zugeführt wird).
(4) Die Zeilen der Prismenelemente oder Linsenelemente auf der Außenfläche sind so ausgebildet, dass Licht, das in der Prismentafel in Vorwärtsrichtung geführt wird, in eine Richtung verschoben wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung ist, in der das Licht zugeführt wird, und anschließend zur Innenfläche zurückgeworfen wird.
(5) Ist die Außenfläche eine Prismenfläche, so haben die Zeilen der Prismenelemente bevorzugt einen Prismenspitzenwinkel im Bereich 70° bis 130°. Der besonders bevorzugte Wert für diesen Bereich liegt beispielsweise bei 96°.
(6) Die Zeilen der Prismenelemente, die auf der inneren Prismenfläche ausgebildet sind, werden von sich wiederholenden Mustern mit einer Flanke gebildet, die einen relativ kleinen ersten Neigungswinkel hat, und einer Flanke, die einen zweiten relativ großen Neigungswinkel hat, wobei die Flanken abwechselnd angeordnet sind. Damit ist die Innenfläche eine Fläche, auf der eine Vielzahl von asymmetrischen Prismennuten ausgebildet und ausgerichtet sind.
(7) Die Flanken mit dem zweiten Neigungswinkel der Zeilen der Prismenelemente, die auf der Innenfläche ausgebildet sind, sind hin zur Einfallsfläche gerichtet. Durch diese Bedingung sind die Flanken mit dem erstem Neigungswinkel offensichtlich entgegengesetzt zur Einfallsfläche gerichtet.
(8) Der erste relativ kleine Neigungswinkel beträgt bevorzugt ungefähr 15°. Ein bevorzugter Wert für den zweiten relativ großen Neigungswinkel beträgt ungefähr 32,5 °.
(9) Die Dicke der Lichtstreuungs-Führungsplatte nimmt bevorzugt mit wachsender Entfernung von der Einfallsfläche ab. In der Regel ist die Lichtstreuungs-Führungsplatte im Querschnitt keilförmig aufgebaut. Entlang einer der Stirnflächen, die die größere Dicke der Lichtstreuungs-Führungsplatte bestimmt, ist eine Lichtzuführanordnung untergebracht.

Eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung, die die Merkmale aufweist, die in den obigen Punkten (1) bis (9) beschrieben sind, kann man in bekannter Anordnungsweise zum Hinterleuchten einer Flüssigkristalltafel verwenden. Der Gebrauch einer derartigen Hinterleuchtung erlaubt nicht nur das Einsparen von elektrischer Energie, sondern stellt darüber hinaus eine Flüssigkristallanzeige mit ausgezeichneter Betrachtungsqualität bereit.
Eine Prismentafel in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Bedingungen (1) bis (8) kann man als neuartige optische Funktionsvorrichtung ansehen, die eine asymmetrische Prismenoberfläche aufweist. Im Vergleich mit der oben beschriebenen doppelseitigen Prismentafel, die eine symmetrische Prismentafel ist (siehe die japanische Patentschrift Nr. H7-213964), ist diese asymmetrische Prismentafel dadurch gekennzeichnet, dass sie wirksam Licht, das auf Flanken mit einem relativ geringen Neigungswinkel einfällt, in Licht umwandelt, das sich in der Dickenrichtung ausbreitet.
Die Erfindung verbessert zudem die Eigenschaften einer Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung oder einer Flüssigkristallanzeige gemäß dem beschriebenen zweiten Vorschlag (japanische Patentschrift Nr. H7-213964). Diese Verbesserung der Eigenschaften beruht auf den Merkmalen der asymmetrischen Prismentafel, die von der Erfindung vorgeschlagen wird.
Beleuchtungslicht, das die Austrittsfläche der Lichtstreuungs-Führungsplatte emittiert, wird in die asymmetrische Prismentafel über die Flanken eingeführt, die einen relativ kleinen Neigungswinkel haben, und wirksam in Licht umgewandelt, das sich in der Dickenrichtung der Prismentafel ausbreitet.
Das Licht, das der wirksamen Richtungsänderung unterworfen worden ist, erreicht die Außenfläche, wird in eine Richtung verschoben, die senkrecht zur Zuführrichtung des Lichts ist, und anschließend hin zur Lichtstreuungs-Führungsplatte zurückgeworfen. Der Beschreibung in 3 kann man entnehmen, dass ein beträchtlicher Anteil des Lichts, das sich in Richtungen ausbreitet, die um die bevorzugte Ausbreitungsrichtung eines repräsentativen Strahls herum verteilt sind, einem Vorgang des Konvergierens von Licht unterzogen wird, das sich in Querrichtung ausbreitet (einer Richtung senkrecht zur Richtung, in der das Licht zugeführt wird), und zwar hin zur Vorwärtsrichtung, damit die Helligkeit gesehen aus der Vorwärtsrichtung stärker wird.
Ein gewisser Prozentsatz des repräsentativen Strahls, der wie beschrieben zurückgeführt wird, wird in Licht umgewandelt, das um den repräsentativen Strahl herum verteilt ist, indem es verschiedene Pfade durchläuft und schließlich von der Außenfläche der Prismentafel abgestrahlt wird.
Diese Abläufe erlauben es, dass die Lichtstrahlen, die schließlich wirksam von der Außenfläche der asymmetrischen Prismentafel emittiert werden, unterschiedliche Vorgeschichten aufweisen. Dadurch verbessert sich der visuelle Eindruck, den sie liefern, und die Reflexionsprojektion in der Nähe der Einfallsfläche wird unterdrückt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Ansicht, die eine Anordnung einer herkömmlichen Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung erläutert;
2 das Verhalten von Licht in einem Querschnitt entlang der Längsrichtung der Anordnung in 1;
3 eine Querschnittsansicht, die das Verhalten von Licht in einer Anordnung erläutert, in der die Prismentafel in 1 oder 2 umgedreht ist;
4 eine Ansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung erläutert;
5(a) und 5(b) Ansichten zum Erläutern der Merkmale einer asymmetrischen Prismentafel der Erfindung, wobei 5(a) die Lichtausbreitung in einer herkömmlichen symmetrischen Prismentafel darstellt und 5(b) die Lichtausbreitung in einer asymmetrischen Prismentafel der Erfindung;
6 Beispiele für die bevorzugten Neigungswinkel ϕa und ϕb einer asymmetrischen Prismentafel der Erfindung und die Wirkungsweisen der Winkel;
7 das Verhalten von Licht in der Nähe einer äußeren Prismenfläche einer Prismentafel, die einen passenden Prismenspitzenwinkel ϕ4 aufweist;
8 das Verhalten von Licht in der Nähe der äußeren Prismenfläche der Prismentafel für einen zu großen Prismenspitzenwinkel ϕ4;
9 das Verhalten von zurückgeführten Strahlen D1 und D2 in der Nähe einer inneren Prismenfläche;
10(a) eine Kurve der Messergebnisse der Winkeleigenschaften von Beleuchtungslicht in einem Querschnitt in Längsrichtung einer symmetrischen Prismentafel in der Anordnung in 4 und unter den Bedingungen nach 6, und 10(b) eine Kurve der Ergebnisse einer ähnlichen Messung der Winkeleigenschaften, die in einem Querschnitt in Querrichtung unter den gleichen Messbedingungen auftreten;
11 eine Kurve der Winkeleigenschaften gemessen in einer Anordnung, die genau so gestaltet ist wie die Anordnung für die Ergebnisse in 10(a) und 10(b), wobei jedoch die Prismentafel entfernt ist;
12 eine skizzierte Teildarstellung einer ersten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
13 eine skizzierte Teildarstellung einer zweiten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
14 eine skizzierte Teildarstellung einer dritten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
15 eine skizzierte Teildarstellung einer vierten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
16 eine Ansicht, die eine fünfte alternative Ausführungsform der Erfindung darstellt, in der eine Prismentafel verwendet wird, die eine Prismenfläche und eine Linsenfeldfläche aufweist;
17 erläutert die Wirkungsweise von Zeilen mit Linsenelementen, die auf einer Außenfläche einer Prismentafel ausgebildet sind, die eine Prismenfläche und eine Linsenfläche aufweist;
18 erläutert die Konfiguration von Linsenelementen einer Prismentafel, die in einer Anordnung verwendet werden, aus der die in 19(a) und 19(b) angegebenen Messergebnisse stammen;
19(a) eine Kurve der Winkeleigenschaften von Beleuchtungslicht in einem Querschnitt in Längsrichtung der Anordnung aus 16 unter den Bedingungen in 6, und 19(b) eine Kurve der Winkeleigenschaften für einen Schnitt in Querrichtung.
BESCHREIBUNG DER BESTEN ART, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
4 zeigt eine Anordnung der wesentlichen Teile einer Ausführungsform der Erfindung. Zur besseren Erkennbarkeit in der Zeichnung sind das Intervall zwischen einer Lichtstreuungs-Führungsplatte und den Zeilen der Prismenelemente und der Abstand und die Tiefe der Zeilen der Prismenelemente übertrieben dargestellt.
Diese Ausführungsform ist eine Struktur, die man erhält, wenn man die Prismentafel 4 in der herkömmlichen Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung in 1 durch eine Prismentafel 4' der Erfindung ersetzt.
Eine Stirnfläche, die die größere Dicke einer Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 bestimmt, die einen keilförmigen Querschnitt aufweist, dient als Einfallsfläche 2. In der Nähe der Einfallsfläche ist eine Lichtquellenvorrichtung (Fluoreszenzlampe) L angeordnet. Die Rückseite der Lichtquellenvorrichtung (Fluoreszenzlampe) L ist bevorzugt von einem Reflektor umgeben, der aus einem Blatt Silberfolie oder einem ähnlichen Teil besteht (nicht dargestellt). Entlang der rückwärtigen Fläche 6 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 ist ein Reflektor 3 angeordnet. Als Reflektor 3 verwendet man ein Blatt Silberfolie mit regulärem Reflexionsvermögen oder ein weißes Blatt mit diffuser Reflexion.
Beleuchtungslicht entnimmt man an einer Austrittsfläche 5 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1. Die asymmetrische Prismentafel 4' einer Bauart mit doppelt orthogonaler Prismenoberfläche ist außerhalb der Austrittsfläche 5 angeordnet. Eine Flüssigkristallanzeige entsteht dadurch, dass man eine bekannte Flüssigkristall-Anzeigetafel LP (durch die gestrichelte Linie dargestellt) außerhalb der Prismentafel 4' anordnet.
Wie bei der Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung in 1 nimmt die Dicke der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 mit zunehmender Entfernung von der Einfallsfläche 2 ab. Wie beschrieben verbessert dies die Wirksamkeit der Lichtausnutzung und die Gleichförmigkeit des Leuchtens.
In die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 eingebrachtes Licht wird zu einer Stirnfläche 7 geführt, die die geringere Dicke der Platte bestimmt. Dabei wird das Licht in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 gestreut und reflektiert. Während dieses Vorgangs wird Beleuchtungslicht allmählich von der Austrittsfläche 5 emittiert.
Wie bereits beschrieben besitzt das von der Austrittsfläche 5 abgestrahlte Licht eine bevorzugte Ausbreitungsrichtung, die vom Partikeldurchmesser der Teilchen mit der anderen Brechzahl abhängt, die in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 verteilt sind (allgemein ausgedrückt von der Korrelationsentfernung, die der Struktur mit dem ungleichförmigen Brechungsindex zugeordnet ist). D. h., die Austrittsfläche 5 emittiert einen kollimierten Beleuchtungsstrahl.
Je größer der Durchmesser der in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 verteilten Teilchen mit einer anderen Brechzahl ist (allgemein ausgedrückt je größer die Korrelationsentfernung ist, die der Struktur mit dem ungleichförmigen Brechungsindex zugeordnet ist), umso schärfer ist das von der Austrittsfläche 5 emittierte Licht kollimiert. Die bevorzugte Ausbreitungsrichtung (die Hauptausbreitungsrichtung der beleuchtenden Strahlen) ist normalerweise eine Richtung, die nach oben einen Winkel von ungefähr 25° bis 30° mit der Austrittsfläche bestimmt, und zwar gesehen von der Einfallsfläche 2.
Die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 kann man wie im herkömmlichen Fall aus einem Material ausbilden, das man beispielsweise dadurch erhält, dass man ein Material mit einer anderen Brechzahl (z. B. Siliconteilchen) gleichförmig in einer Matrix aus Polymethylmethacrylat (PMMA) verteilt. Der beigemischte prozentuale Anteil des Materials mit einer anderen Brechzahl (in Gewichtsprozent) wird so eingestellt, dass die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 eine geeignete Streufähigkeit aufweist.
Generell gilt, dass der Prozentsatz des beigemischten Materials mit einer anderen Brechzahl umso geringer ist, je größer die Längsabmessung der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 ist. Ist die Streufähigkeit der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 zu groß, so verhindert sie die Lichtausbreitung in Bereiche, die von der Einfallsfläche 2 entfernt sind. Dies kann zu einem Helligkeitsgradienten auf der leuchtenden Fläche führen.
Die Teilchengröße der Partikel mit anderer Brechzahl ist einer der Faktoren, die die Höhe der Vorwärtsstreuneigung während jedes Streuvorgangs in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 bestimmen. Allgemein gilt, dass die Vorwärtsstreuneigung umso stärker ist je größer die Teilchen sind. Sind die Partikel relativ groß, so ist die bevorzugte Ausbreitungsrichtung des Strahls, den die Austrittsfläche 5 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 aussendet, klar definiert und liefert einen Beleuchtungsstrahl, der einem kollimierten Strahl gleicht. Sind dagegen die Teilchen relativ klein, so geht die Ausgeprägtheit der bevorzugten Ausbreitungsrichtung des Strahls, den die Austrittsfläche 5 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 aussendet, verloren.
Die Teilchengröße stellt man bevorzugt abhängig von der Höhe der Richtwirkung ein, die für den Beleuchtungsstrahl erforderlich ist. Gemäß der Erfindung unterliegt die Zusammensetzung des Materials, aus der die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 aufgebaut ist, keinen besonderen Einschränkungen.
Es wird nun der Aufbau und die Funktion der Prismentafel 4' beschrieben, die Prismenflächen auf beiden Seiten besitzt.
Auf der Prismentafel 4', siehe 4, sind Flanken 4a und 4b als Einheit wiederholt auf der Innenfläche der Prismentafel 4' so ausgebildet, dass sie darauf Zeilen von Prismenelementen bilden. Auf der Außenfläche sind Flanken 4c und 4d als Einheit wiederholt so ausgebildet, dass sie darauf Zeilen von Prismenelementen bilden. Wie bei der Prismentafel 4 in 1 verlaufen die Zeilen der Prismenelemente, die auf der Innenfläche ausgebildet sind, in einer Richtung parallel zur Einfallsfläche 2. Dagegen verlaufen die Zeilen der Prismenelemente, die auf der Außenfläche ausgebildet sind, in einer Richtung senkrecht zur Einfallsfläche 2.
Dabei ist es wichtig, dass die Neigungswinkel ϕa und ϕb der Flanken 4a bzw. 4b so entworfen sind, dass der Zusammenhang ϕa < ϕb erfüllt ist. Anders formuliert wird ein Zusammenhang ϕa = ϕb, der für eine symmetrische Prismentafel gilt, bei der asymmetrischen Prismentafel der Erfindung nicht erfüllt.
Man beachte, dass im Kontext dieser Patentschrift die Neigungswinkel der Flanken 4a und 4b der jeweiligen Prismenelementzeilen mit Hilfe der Dickenrichtung N der Prismentafel 4 als Bezug (Neigungswinkel von 0°) definiert werden.
Beim Einbau der Prismentafel 4' in die Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung wählt man die Ausrichtung der Flanken 4a so, dass ein repräsentativer Lichtstrahl, der der bevorzugten Ausbreitungsrichtung von gerichtetem Licht entspricht, das aus der Austrittsfläche 5 austritt, im Wesentlichen auf die Flanken 4a trifft.
Im Einzelnen zeigen die Flanken 4a zur Einfallsfläche 2, und die Flanken 4b zeigen weg von der Einfallsfläche 2. Dadurch wird Licht, das unter einem Winkel (eine Hauptkomponente des Lichts, das die Austrittsfläche 5 aussendet) auf die Flanken 4a trifft, wirksam in die Vorwärtsrichtung in der Prismentafel 4' geführt.
5(a) und 5(b) zeigen Ansichten, mit denen man die Gründe für diese Anordnung erklären kann. 5(a) zeigt, wie die Strahlen S1 und S2, die unter einem Winkel auf eine symmetrische Prismentafel treffen, dort weitergeleitet werden. 5(b) zeigt, wie Strahlen S1 und S2, die den Strahlen in 5(a) gleichen, unter einem Winkel auf eine asymmetrische Prismentafel der Erfindung treffen und dort weitergeleitet werden.
Die Strahlen S1 und S2 zeigen eine skizzenhafte Darstellung der Bandbreite der Ausbreitungsrichtung des Lichts, das tatsächlich von der Austrittsfläche 5 ausgesendet wird und auf eine Flanke 4a trifft. Der diagonal einfallende Strahl S1 entspricht einem Strahl, der einen relativ kleinen Erhebungswinkel hat (sich in einer Richtung ausbreitet, die weiter von der Vorwärtsrichtung entfernt ist), wogegen der diagonal einfallende Strahl S2 einem Strahl entspricht, der einen relativ großen Erhebungswinkel besitzt (sich in einer Richtung ausbreitet, die näher an der Vorwärtsrichtung ist).
Die Flanken 4a und 4b, siehe 5(a), der symmetrischen Prismentafel weisen den gleichen Neigungswinkel ϕ0 auf. Der Neigungswinkel ϕ0 beträgt eine Hälfte des Prismenspitzenwinkels und liegt in der Regel bei ungefähr 30°. Der Strahl S1 trifft auf eine Flanke 4a, erreicht anschließend eine weitere Flanke 4b und lässt sich in seiner Richtung einfach hin zur Vorwärtsrichtung ändern (Totalreflexion).
Dagegen kann der Strahl S2 nicht auf die Flanke 4b treffen, da er unzureichend gebrochen wird (Brechung in einer Richtung, die den Erhebungswinkel verringert), wenn er auf die Flanke 4a trifft. Damit ist es wahrscheinlich, dass er direkt zur äußeren Prismenfläche läuft.
Die Neigungswinkel ϕa und ϕb der Flanken 4a und 4b, siehe 5(b) bei der asymmetrischen Prismentafel der Erfindung erfüllen den Zusammenhang ϕa < ϕb. Der Neigungswinkel ϕb entspricht dem Neigungswinkel ϕ0 in 5(a). Damit kann man ϕb in 5(b) im Wesentlichen als gleich zu ϕ0 ansehen; er hat in der Regel ungefähr 30°. Der Strahl S1 trifft auf eine Flanke 4a, erreicht anschließend eine weitere Flanke 4b und lässt sich in seiner Richtung einfach hin zur Vorwärtsrichtung ändern (Totalreflexion). Dies entspricht vollständig dem Fall in 5(a).
Der Strahl S2 trifft verglichen mit dem Strahl in 5(a) leichter auf die Flanke 4b, da er relativ stärker gebrochen wird (Brechung in einer Richtung, die den Erhebungswinkel verringert), wenn er auf die Flanke 4a trifft.
Damit nimmt die asymmetrische Prismentafel eine Richtungsänderung hin zur Vorwärtsrichtung vor, die wirksamer ist als die Richtungsänderung, die die symmetrische Prismentafel bewirkt, bei der die entsprechenden Flanken 4b im Wesentlichen den gleichen Neigungswinkel haben.
Um die Wirksamkeit der Richtungsänderung zu verbessern ist es anders ausgedrückt vorteilhafter, den Neigungswinkel ϕa der Flanke 4a, auf die Licht einfällt, kleiner auszulegen als den Neigungswinkel ϕb der Flanke 4b, die für die Richtungsänderung verwendet wird (ϕa < ϕb), als die Flanken 4a und 4b mit gleichen Neigungswinkeln zu entwerfen.
6 zeigt Beispiele von bevorzugten Neigungswinkeln ϕa und ϕb. Die Bedeutungen und Werte der Bezugszeichen, die in 6 jedem Winkel zugewiesen sind, werden im Folgenden erklärt.
ϕ2; Winkel der Ausbreitungsrichtung eines Strahls B3, der Licht darstellt, das von der Austrittsfläche 5 ausgesendet wird. Beispielsweise beträgt ϕ2 ungefähr 63°, falls die Matrix der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 aus Polymethylmethacrylat hergestellt ist (PMMA mit einer Brechzahl von 1,492).
ϕa, ϕb; beispielsweise Neigungswinkel ϕa = 15° und ϕb = 32,5° gemessen gegen die Bezugsrichtung (die Dickenrichtung der Prismentafel) N, die die Bedingung ϕ2 = ungefähr 63° erfüllen.
ϕ1; Neigungswinkel des repräsentativen Strahls B3 auf der Flanke 4a. ϕ1 beträgt unter der genannten Bedingung ungefähr 12°.
ϕ2; Winkel unter dem der repräsentative Strahl B3 an der Flanke 4a gebrochen wird. Unter der genannten Bedingung beträgt ϕ2 = ungefähr 8°.
ϕ3; Winkel bei dem der repräsentative Strahl B3 an der Flanke 4b reflektiert wird (Totalreflexion). Unter der genannten Bedingung beträgt ϕ3 = ungefähr 34°.
ϕ4; Winkel unter dem sich der repräsentative Strahl B3 nach der Reflexion (Totalreflexion) an der Flanke 4b erhebt. Unter der genannten Bedingung gilt ϕ4 = ungefähr 91,5° ((90° – 32,5°) + 34°).
7 zeigt eine Ansicht, die das Verhalten von Licht in der Umgebung der Außenfläche der Prismentafel 4' erläutert. Sie zeigt einen Abschnitt einer der Prismenelementzeilen gesehen von der Lichtquellenvorrichtung. Repräsentative Strahlen, die sich in der Prismentafel 4' hin zur Vorwärtsrichtung ausbreiten, sind mit den Bezugszeichen C1 und C2 bezeichnet.
Beträgt der Prismenspitzenwinkel ϕ4 der Prismenelementzeilen an der Außenfläche ungefähr 90°, so wird das gesamte bzw. das meiste Licht, das durch die repräsentativen Strahlen C1 und C2 dargestellt wird, intern an den Flanken 4c und anschließend 4d reflektiert (dabei handelt es sich normalerweise um eine Totalreflexion) oder an den Flanken 4d und anschließend 4c. Dadurch werden sie in seitlicher Richtung verschoben, und sie werden zu Rückkehrstrahlen D1 und D2 (Strahlen, die sich in umgekehrter Richtung ausbreiten).
9 zeigt eine Ansicht, die das Verhalten der Rückkehrstrahlen D1 und D2 in der Nähe der Innenfläche erläutert. Der größte Teil der Rückkehrstrahlen wird in die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 zurückgeführt. Das in die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 zurückgeführte Licht wird in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 einem zweiten Streuvorgang unterworfen sowie einem Reflexionsvorgang an der rückwärtigen Fläche 6 bzw. dem Reflektor 3 und anschließend wieder von der Austrittsfläche 5 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 ausgesendet, damit es nochmals auf die Prismentafel 4' trifft.
Bei diesem Vorgang durchläuft das Licht eine Vielzahl von Pfaden. Daher hat sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts beträchtlich erweitert, wenn es erneut auf die Prismentafel 4' trifft. Ein beträchtlicher Teil des Lichts fällt unter geringen Winkeln auf die Flanken 4c oder 4d, siehe die Darstellung bei C3 und C4, und wird von dort in Form der Strahlen D3 und D4 in Vorwärtsrichtung ausgesendet.
Durch das Ausbilden der Außenfläche der Prismentafel 4' als Prismenfläche ist es also möglich, zu verhindern, dass Licht direkt von der Prismentafel 4' ausgesendet wird ohne dass es irgendeinem Rückkehrweg folgt.
Anders ausgedrückt haben Strahlen, die vom gleichen mikroskopischen Bereich der Außenfläche der Prismentafel 4' abgestrahlt werden, zahlreiche unterschiedliche Wege durchlaufen und erzeugen dadurch ein gleichförmiges und weiches Beleuchtungslicht. Insbesondere wird die Erzeugung einer ungleichförmigen Beleuchtung durch Reflexionsprojektion in Bereichen nahe an der Einfallsfläche verhindert, indem die direkte Aussendung von starken Komponenten in der Ausbreitungsrichtung unterdrückt wird.
7 und 9 beruhen auf der Annahme, dass sich die repräsentativen Strahlen C1 und C2 im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung ausbreiten und dass der Prismenspitzenwinkel ϕ4 ungefähr 90° beträgt. Man kann jedoch einen ähnlichen Effekt erwarten, falls die Ausbreitungsrichtung der repräsentativen Strahlen C1 und C2 und der Prismenspitzenwinkel ϕ4 in einem gewissen Ausmaß von diesen Bedingungen abweichen.
Ein praktisch umsetzbarer Bereich für den Prismenspitzenwinkel ϕ4 liegt zwischen 70° und 130°. Ein kleinerer Prismenspitzenwinkel als 70° führt zu einer beträchtlichen Verringelung des Konvergenzeffekts, der die Ausbreitungsrichtung des Lichts in die Vorwärtsrichtung in einer Ebene in der Querrichtung bündelt. Dadurch wird die Helligkeit der Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung geringer.
Ist der Prismenspitzenwinkel ϕ4 zu groß, so wird ein Hauptteil der repräsentativen Strahlen C1 und C2, die sich im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung bewegen, direkt von den Flanken 4c und 4d abgestrahlt. Dadurch kann man keine Aufspaltung der Pfadverläufe des Lichts erwarten, das die Prismentafel 4' emittiert.
8 zeigt ein Beispiel einer derartigen Situation für einen Fall, bei dem gilt ϕ4 = 160°. Ein Hauptteil der repräsentativen Strahlen C1 und C2, siehe 8, die sich im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung bewegen, wird von den Flanken 4c und 4d in Form der abgestrahlten Strahlen D1 und D2 direkt emittiert.
Die umgekehrte Ausbreitung (Rückkehr) durch Totalreflexion erfolgt für einen einfallenden Strahl, der mit dem Bezugszeichen C5 bezeichnet ist, unter einem Winkel. Dies trägt wenig zur Aufspaltung der Pfadverläufe des Lichts bei, das die Prismentafel 4' emittiert.
10(a) und 10(b) zeigen Kurven mit den Messergebnissen der Winkeleigenschaften von Beleuchtungslicht in der Anordnung in 4 unter den Bedingungen nach 6. Beide Kurven zeigen sowohl die Messergebnisse für symmetrische Prismentafeln als auch für asymmetrische Prismentafeln unter den gleichen Messbedingungen. Ferner zeigt 11 eine Kurve der Winkeleigenschaften für die Anordnung, mit der die Kurven in 10(a) und 10(b) gewonnen wurden. Dabei sind jedoch die Prismentafeln entfernt, um die Wirkung der Prismentafel 4' herauszustellen.
In jeder dieser Kurven ist auf der Ordinate die Helligkeit der leuchtenden Flächen (der Außenflächen der Prismentafeln 4 und 4') gemessen in cd (Candela)/m² aufgetragen. Die Abszisse stellt die Richtung dar, in der die Helligkeit gemessen wird (die Richtung der Sichtlinie des Helligkeitsmessgeräts). Für 10(a) und 11 erfolgte ein Winkeldurchlauf in der Richtung der Sichtlinie des Helligkeitsmessgeräts in einem Abschnitt der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in deren Längsrichtung. Für 10(b) erfolgte ein Winkeldurchlauf in der Richtung der Sichtlinie des Helligkeitsmessgeräts in einem Abschnitt der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in deren Querrichtung.
In beiden Kurven stellt der Winkel 0° die Vorwärtsrichtung dar.
Wie die Kurve in 11 zeigt, besitzt die Lichtstreuungs-Führungsplatte, die eine Matrix enthält, die aus Polymethylmethacrylat hergestellt ist (PMMA mit einer Brechzahl von 1,492), einen deutlichen Spitzenwert des emittierten Lichts in einer Richtung von un gefähr 63° im Längsschnitt.
In 10(a) stellt die Kurve G1 das Ergebnis des Durchlaufs im gleichen Längsschnitt für die Anordnung dar, aus der das Ergebnis in 11 stammt, jedoch mit einer hinzugefügten asymmetrischen Prismentafel (ϕa = 15°, ϕb = 32,5°). Die Kurve G2 stellt das Ergebnis des Durchlaufs im gleichen Längsschnitt für die Anordnung dar, aus der das Ergebnis in 11 stammt, jedoch mit einer hinzugefügten symmetrischen Prismentafel (mit einem Prismenspitzenwinkel von 65°).
In ähnlicher Weise stellt in 10(b) die Kurve G3 das Ergebnis des Durchlaufs im Querschnitt für die Anordnung dar, aus der das Ergebnis in 11 stammt, jedoch mit einer hinzugefügten asymmetrischen Prismentafel (ϕa = 15°, ϕb = 32,5°). Die Kurve G4 stellt das Ergebnis des Durchlaufs im gleichen Querschnitt für die Anordnung dar, aus der das Ergebnis in 11 stammt, jedoch mit einer hinzugefügten symmetrischen Prismentafel (mit einem Prismenspitzenwinkel von 65°).
Aus den Messergebnissen kann man die folgenden Resultate entnehmen.

(1) Sowohl in der Längsrichtung als auch der Querrichtung liefert die symmetrische oder die asymmetrische Prismentafel Beleuchtungslicht, das seinen Spitzenwert im Wesentlichen in Vorwärtsrichtung aufweist.
(2) Aus dem Vergleich der Kurven G1 und G3 mit den Kurven G2 und G4 geht jedoch hervor, dass die asymmetrische Prismentafel einen Spitzenhelligkeitswert liefert, der 10 bis 20 Prozent größer ist als der Wert, den man mit der symmetrischen Prismentafel erreicht.
(3) Die Kurve G2 der Kurven in 10(a) zeigt eine Verringerung der Helligkeit Q1 in einer Richtung, die relativ nahe an der Vorwärtsrichtung liegt (in der Nähe von –15°). Im Gegensatz dazu zeigt sie eine Zunahme der Helligkeit Q2 in einer Richtung, die relativ weit von der Vorwärtsrichtung entfernt ist (in der Nähe von –40°). Eine derartige unerwünschte Charakteristik ist in der Kurve G1 für die asymmetrische Prismentafel nahezu beseitigt, die nur eine geringe Spur Q3 zeigt.

Aus den obigen Angaben geht klar hervor, dass die Anordnung, in der eine asymmetrische Prismentafel verwendet wird, beträchtliche Verbesserungen gegenüber der Anordnung aufweist, in der eine symmetrische Prismentafel verwendet wird, und zwar sowohl hinsichtlich der Helligkeit in der Richtung des Spitzenwerts (im Wesentlichen der Vorwärtsrichtung) als auch der Form der Helligkeitskurve.
Die Erfindung kann man an Oberflächen-Lichtquellenvorrichtungen oder Flüssigkristallanzeigen in verschiedenen anderen Anordnungen anpassen. Beispielsweise sind verschiedene Abwandlungen hinsichtlich der Form der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 und der Anzahl und Form der Lichtquellenvorrichtungen L möglich. 12 bis 15 zeigen Beispiele für derartige Abwandlungen in Form von skizzierten Teilansichten. Die Anordnungen, Positionen, Funktionen, Ausrichtungen usw. der asymmetrischen Prismentafel oder anderer Komponenten werden nicht beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden.
12 zeigt eine Anordnung, in der eine Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in Form einer ebenen Platte verwendet wird und eine Lichtquellenvorrichtung L entlang einer Stirnfläche der Platte angeordnet ist (eine erste alternative Ausführungsform). Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform in 4 nur durch die Querschnittsgestalt der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1.
In der Anordnung in 13 wird eine Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in Form einer ebenen Platte verwendet sowie zwei Lichtquellenvorrichtungen L, die an den gegenüberliegenden Stirnflächen der Platte angeordnet sind (eine zweite alternative Ausführungsform). Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform in 4 durch die Querschnittsgestalt der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 und die Anzahl der verwendeten Lichtquellenvorrichtungen L.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Ausrichtung der Flanken auf der Innenfläche der Prismentafel 4' entlang der Mittellinie F-F umgekehrt worden ist. Im Einzelnen werden die Flanken mit einem kleineren Neigungswinkel so ausgebildet, dass sie auf der rechten Seite der Mittellinie F-F zur rechten Lichtquellenvorrichtung L zeigen, und die Flanken mit einem kleineren Neigungswinkel werden so ausgebildet, dass sie auf der linken Seite der Mittellinie F-F zur linken Lichtquellenvorrichtung L zeigen.
In der Anordnung in 14 wird eine Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 verwendet, die eine Kombination aus geraden keilförmigen Strukturen darstellt, wobei die keilförmigen Teile aneinander anstoßen (eine dritte alternative Ausführungsform). An jeder Seite der Platte ist eine Lichtquellenvorrichtung L angeordnet. Wie im Fall von 14 dargestellt wird die Ausrichtung der Flanken auf der Innenfläche der Prismentafel 4' entlang der Mittellinie F-F umgekehrt. Im Einzelnen werden die Flanken mit einem kleineren Neigungswinkel so ausgebildet, dass sie auf der rechten Seite der Mittellinie F-F zur rechten Lichtquellenvorrichtung L zeigen, und die Flanken mit einem kleineren Neigungswinkel werden so ausgebildet, dass sie auf der linken Seite der Mittellinie F-F zur linken Lichtquellenvorrichtung L zeigen.
In der Anordnung in 15 ist die Rückseite der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 bogenförmig gestaltet, und an jeder Seite ist eine Lichtquellenvorrichtung L angebracht (eine vierte alternative Ausführungsform).
In diesem Fall wird die Ausrichtung der Flanken auf der Innenfläche der Prismentafel 4' wiederum an der Mittellinie F-F umgekehrt. Im Einzelnen werden die Flanken mit einem kleineren Neigungswinkel so ausgebildet, dass sie auf der rechten Seite der Mittellinie F-F zur rechten Lichtquellenvorrichtung L zeigen, und die Flanken mit einem kleineren Neigungswinkel werden so ausgebildet, dass sie auf der linken Seite der Mittellinie F-F zur linken Lichtquellenvorrichtung L zeigen.
Die in den beschriebenen Ausführungsformen verwendeten Prismentafeln sind doppelt orthogonale Prismenflächen, bei denen Prismenflächen mit einer Vielzahl Prismenelementzeilen auf beiden Seiten der Tafel ausgebildet sind. Es ist jedoch nicht unerlässlich, dass die Außenfläche einer solchen Prismentafel eine Prismenfläche ist.
Eine grundlegende optische Funktion, die für die Außenfläche einer Prismentafel erforderlich ist, besteht darin, dass sie einen Strahl in einer seitlichen Richtung verschiebt und anschließend die Richtung des Strahls zur Innenfläche umsetzt (damit eine Rückkehrlichtkomponente erzeugt wird). Daher kann man die Prismenelementzeilen auf der Außenfläche der Prismentafel 4' mit doppelt orthogonalen Prismenflächen, die in den beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, durch Linsenelementzeilen ersetzen, die ähnliche Wirkungen wie Prismenelemente bieten.
16 zeigt eine Ansicht, die eine fünfte alternative Ausführungsform der Erfindung erläutert, in der eine derartige Prismentafel mit einer Prismenfläche und einer Linsenfeldfläche verwendet wird. Wie in 4 ist zur besseren Erkennbarkeit in der Zeichnung das Intervall zwischen der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 und den Zeilen der Prismenelemente und der Abstand und die Tiefe der Zeilen der Prismenelemente übertrieben dargestellt.
Die fünfte Ausführungsform entspricht einer Anordnung, die man erhält, wenn man die asymmetrische Prismentafel 4' mit zwei orthogonalen Prismenflächen, die Prismenelementzeilen auf ihren beiden Seiten aufweist, in der Ausführungsform in 4 durch eine Prismentafel 4'' mit einer Prismenfläche und einer Linsenfeldfläche ersetzt.
In der Nähe einer Lichteinfallsfläche, die die größere Dicke einer Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 bestimmt, die einen keilförmigen Querschnitt aufweist, ist eine Lichtquellenvorrichtung (Fluoreszenzlampe) L angeordnet. Die Prismentafel 4'' ist so ausgerichtet, dass die Zeilen der auf der Außenfläche der Tafel ausgebildeten Linsenelemente in einer Richtung verlaufen, die im Wesentlichen senkrecht zur Einfallsfläche ist (Lichtquellenvorrichtung L).
Die Konfiguration und Funktion der anderen Komponenten neben der Prismentafel 4'' unterscheiden sich nicht von der Ausführungsform in 4 und werden nicht beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden. Wie in der Anordnung in 4 wird eine Flüssigkristallanzeige dadurch aufgebaut, dass man eine bekannte Flüssigkristall-Anzeigetafel LP (nicht dargestellt) außerhalb der Prismentafel 4'' anbringt.
In die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 eingebrachtes Licht wird zu einer Stirnfläche geführt, die die geringere Dicke der Platte bestimmt. Dabei wird das Licht in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 gestreut und an einem Reflektor 3 reflektiert. Während dieses Vorgangs wird Beleuchtungslicht allmählich hin zur Prismentafel 4'' emittiert.
Die Struktur der Prismentafel 4'' und die Struktur und Funktion der Innenfläche (asymmetrische Prismenfläche) gleichen im Allgemeinen der Prismentafel 4' und werden nicht beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden.
Kurz gesagt sind Zeilen mit asymmetrischen Prismenelementen wie in 5(b) oder 6 sich wiederholend auf der Innenfläche der Prismentafel 4'' ausgebildet. Wie bereits erwähnt erzeugt die Wirkung derartiger Prismenelementzeilen wirkungsvoll Licht, das sich in der Prismentafel 4'' in Vorwärtsrichtung bewegt.
Wie im Fall der Prismentafel 4' erreicht Licht, das sich in der Prismentafel 4'' in Vorwärtsrichtung bewegt, schließlich die Innenfläche der Linsenelementzeilen, die auf der Außenfläche der Prismentafel 4'' ausgebildet sind.
17 zeigt die allgemeine Anordnung der Linsenelementzeilen, die auf der Außenfläche der Prismentafel 4'' ausgebildet sind, für die Bauart mit Prismenflächen und Linsenfeldflächen, und das Verhalten von Licht in der Nähe der Linsenelementzeile analog zu 7. 17 zeigt einen Querschnitt einer der Linsenelementzeilen gesehen von der Lichtquellenvorrichtung L. Repräsentative Strahlen, die sich in der Prismentafel 4'' in Vorwärtsrichtung ausbreiten, sind mit den Bezugszeichen C1 und C2 bezeichnet.
Der repräsentative Strahl C1 stellt Licht dar, das sich in einer Ebene fortbewegt, die in Querrichtung zur Vorwärtsrichtung liegt. Der repräsentative Strahl C2 stellt Licht dar, das sich in einer Ebene in der Querrichtung fortbewegt, und zwar in einer Richtung, die einen geringen Winkel gegen die Vorwärtsrichtung aufweist.
Die Linsenelementzeilen haben im Allgemeinen ein halbzylindrisches Profil und enthalten zumindest in einem Teil der Elemente eine konvex gekrümmte Oberfläche. In dieser Ausführungsform ist eine konvex gekrümmte Oberfläche eingebaut, die in Spitzennähe glatt ist. Alle oder die meisten Linsenelemente können als konvex gekrümmte Oberflächen ausgebildet werden. Weiterhin kann man eine konkav gekrümmte Oberfläche in dem Tal zwischen benachbarten Linsenelementzeilen unterbringen.
Ein Hauptteil eines repräsentativen Strahls C1, der in der Nähe eines derartigen Spitzenabschnitts auftrifft, wird als Beleuchtungsstrahl D1 in der Vorwärtsrichtung abgestrahlt. Im Gegensatz dazu wird ein beträchtlicher Teil bzw. der Hauptanteil eines repräsentativen Strahls C1, der auf einen von der Spitze entfernten Bereich trifft, abhängig vom Einfallswinkel aufgrund der inneren Reflexion in Querrichtung verschoben und einer zweiten inneren Reflexion unterworfen, damit ein Rückkehrstrahl D1 entsteht.
Ferner wird ein Hauptteil eines repräsentativen Strahls C2, der in der Nähe einer solchen Spitze auftrifft, diagonal in einer Ebene in der Querrichtung als Beleuchtungsstrahl D1 emittiert. Ein beträchtlicher Teil bzw. der Hauptanteil eines repräsentativen Strahls C2, der auf einen von der Spitze entfernten Bereich trifft, wird abhängig vom Einfallswinkel aufgrund der inneren Reflexion in Querrichtung verschoben, obwohl sich der Lichtweg geringfügig vom Weg des repräsentativen Strahls C1 unterscheidet, und einer, zweiten inneren Reflexion unterworfen, damit ein Rückkehrstrahl D1 entsteht.
Das Verhalten der Rückkehrstrahlen D1 und D2 in der Nähe der Innenfläche gleicht dem Verhalten in der Prismentafel 4'. Insbesondere wird wie anhand von 9 beschrieben ein Hauptteil der Rückkehrstrahlen in die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 zurückgeleitet. Das in die Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 zurückgeführte Licht wird in der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 erneut gestreut und an der rückwärtigen Fläche oder dem Reflektor 3 reflektiert. Anschließend wird es wieder von der Austrittsfläche 5 der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 abgestrahlt, damit es erneut auf die Prismentafel 4'' trifft.
Bei diesem Vorgang tritt eine Vielzahl von Lichtpfaden auf. Daher hat sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts beträchtlich erweitert, wenn es erneut auf die Prismentafel 4'' trifft. Somit ist die Verteilung der Lichtpfade für das erneut auftreffende Licht in der Querebene erweitert. Dies verstärkt Komponenten in diagonalen Richtungen, die in 17 durch die repräsentativen Strahlen C2 dargestellt sind.
Damit liefert ein Mechanismus, der der Prismentafel 4 gleicht, unterschiedliche Lichtwege, die auf der Erzeugung von Rückkehrstrahlen beruhen. Anders ausgedrückt haben Strahlen, die vom gleichen mikroskopischen Bereich der Außenfläche der Prismentafel 4'' in die Vorwärtsrichtung abgestrahlt werden (in einer Ebene in der Längsrichtung), zahlreiche unterschiedliche Wege durchlaufen und erzeugen dadurch ein gleichförmiges und weiches Beleuchtungslicht.
Insbesondere wird die Erzeugung einer ungleichförmigen Helligkeit durch Reflexionsprojektion in Bereichen nahe an der Einfallsfläche verhindert, indem die direkte Aussendung von starken Komponenten in der Ausbreitungsrichtung unterdrückt wird.
An der Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung in 16 kann man verschiedene Abwandlungen vornehmen, beispielsweise für Anordnungen mit einer doppelt orthogonalen Prismentafel. Beispielsweise kann man in den alternativen Anordnungen gemäß der beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsform (siehe 12 bis 15) die Prismentafel 4' mit doppelt orthogonalen Prismenflächen durch eine Prismentafel mit einer Linsenfeldelemente-Prismenfläche ersetzen.
19(a) und 19(b) sind Kurven, die die Messergebnisse der Winkeleigenschaften von Beleuchtungslicht in der Anordnung in 16 zeigen. Es wurde eine Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 mit einer Standardgröße von 4 Inch verwendet. Die Bedingungen für die Innenfläche (Prismenfläche) der Prismentafel 4'' stimmen mit den Bedingungen in 6 überein. Ferner stimmen die Bedingungen für die Außenfläche (Linsenfeldfläche) der Prismentafel 4'' mit den Bedingungen in 18 überein.
Insbesondere ist ein Tangentialwinkel von 60° an beiden Kantenabschnitten einer jeden Linsenelementzeile eingerichtet, und es ist eine konvex gekrümmte Fläche angebracht, die einen Gradienten hat, der sich zur Spitze hin allmählich verkleinert.
In jeder dieser Kurven ist auf der Ordinate die Helligkeit der leuchtenden Fläche (der Außenfläche der Prismentafeln 4'') gemessen in cd (Candela)/m² aufgetragen. Die Abszisse stellt die Richtung dar, in der die Helligkeit gemessen wird (die Richtung der Sichtlinie des Helligkeitsmessgeräts). Für 19(a) erfolgte ein Winkeldurchlauf in der Richtung der Sichtlinie des Helligkeitsmessgeräts in einem Abschnitt der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in deren Längsrichtung. Für 19(b) erfolgte ein Winkeldurchlauf in der Richtung der Sichtlinie des Helligkeitsmessgeräts in einem Abschnitt der Lichtstreuungs-Führungsplatte 1 in deren Querrichtung.
In beiden Kurven stellt der Winkel 0° die Vorwärtsrichtung dar.
Aus den Messergebnissen kann man die folgenden Resultate entnehmen.

(1) Sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung wird ein Beleuchtungslicht erzeugt, das einen deutlichen Spitzenwert im Wesentlichen in der Vorwärtsrichtung hat.
(2) Sowohl in der Längsrichtung als auch in der Querrichtung hat die Helligkeitskurve ein gut eingestelltes Profil mit einer geeigneten Breite und einer hohen Symmetrie.

Aus der obigen Darstellung geht hervor, dass die Prismentafel 4'' mit der Linsenfeldflächen-Prismenfläche wie die beschriebenen asymmetrischen Prismentafeln ausgezeichnete Eigenschaften sowohl hinsichtlich der Helligkeit in Spitzenwertrichtung (im Wesentlichen der Vorwärtsrichtung) als auch der Form der Helligkeitskurve zeigt.
Zum Schluss erfolgt eine ergänzende Beschreibung der Materialien für die Prismentafel und die Lichtstreuungs-Führungsplatte, die in der Erfindung verwendet werden, und die Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen dieser Teile.
Für die in der Erfindung verwendete Prismentafel und Lichtstreuungs-Führungsplatte kann man verschiedene Polymermaterialien als Basis (Matrix) verwenden. In Tabelle 1 und 2 sind gängige Matrixmaterialien dargestellt.
Man kann diese Materialien unverändert verwenden, da eine Prismentafel normalerweise ein durchsichtiges Bauteil ist. Sollen ebene Flächen der Prismentafel satinartig bearbeitet werden, so kann man bekannte Strahlverfahren einsetzen. Man kann bekannte Kunststofffilm-Formungsverfahren zum Ausbilden einer Prismenfläche einsetzen, die einen gewünschten Prismenspitzenwinkel hat, und einer Linsenfeldfläche, die eine gewünschte Form hat. Eine Lichtstreuungs-Führungsplatte, bei der ein Polymermaterial als Grundlage dient, kann man mit Hilfe der folgenden Herstellungsverfahren fertigen.
Eines der Verfahren besteht darin, einen Formungsvorgang zu verwenden, der einen Schritt enthält, in dem zwei oder mehr Polymerarten gemischt und gemahlen werden. Die zwei oder mehr Polymermaterialarten in beliebiger Gestalt (z. B. Pellets) und mit Brechzahlen, die sich voneinander unterscheiden, werden gemischt, erwärmt und gemahlen (Misch- und Mahlschritt). Das gemischte und gemahlene Flüssigmaterial wird mit ho hem Druck in eine Metallform einer Spritzgussmaschine gespritzt. Anschließend wird es abgekühlt und verfestigt, damit man ein gespritztes Produkt erhält. Die Gestalt der Metallform ist so entworfen, dass man eine gewünschte Lichtstreuungs-Führungsplatte erhält.
Die zwei oder mehr Polymerarten mit unterschiedlichen Brechzahlen, die gemischt und gemahlen wurden, vermischen sich vor dem Verfestigen nicht vollständig miteinander. Dadurch verfestigen sie sich mit ungleichförmigen (schwankenden) lokalen Konzentrationen und liefern ein gespritztes Produkt mit gleichförmigem Streuvermögen.
Das gemischte und gemahlene Material kann man in einen Zylinder einer Strangpressmaschine einspritzen und in üblicher Weise extrudieren, damit man ein gewünschtes gepresstes Produkt erhält.
Für die Kombination und das Mischungsverhältnis einer derartigen Polymermischung stehen zahlreiche Möglichkeiten offen. Man bevorzugt, sich auf die Brechzahl eines jeden Materials und die Festigkeit und Eigenschaften der Struktur mit ungleichförmigen Brechzahlen zu konzentrieren, die durch den Formungsvorgang erzeugt wird (Streuung und Beleuchtungsparameter E, Korrelationsentfernung a, quadratischer Mittelwert τ der Schwankung der Dielektrizitätszahl).
Gängige Polymermaterialien, die man verwenden kann, sind in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
Gemäß einem weiteren Verfahren zum Herstellen von Materialien, die eine Lichtstreuungs-Führungsplatte bilden, wird ein Material in Form von Partikeln mit einer Brechzahl, die sich von der Brechzahl des Polymermaterials unterscheidet, gleichmäßig im Polymermaterial verteilt (der Unterschied in der Brechzahl beträgt 0,001 oder mehr).
Zu den Verfahren, die für eine gleichmäßige Verteilung eines Materials in Partikelform verwendbar ist, gehört die Suspensionspolymerisation. Bei diesem Verfahren wird ein Material in Partikelform einem Monomer zugesetzt. Bei dem Material in Partikelform wird eine Polymerisationsreaktion durch Eintauchen in heißes Wasser in Gang gesetzt, damit das Material in Partikelform gleichmäßig verteilt wird. Dadurch erhält man ein Polymermaterial. Dieses Rohmaterial kann man formen, um eine Lichtstreuungs-Führungsplatte mit gewünschtem Aufbau herzustellen.
Eine Suspensionspolymerisation kann man mit verschiedenen Materialkombinati onen in der Form von Partikeln und Monomeren ausführen (Kombinationen der Partikelkonzentrationen, der Partikelgröße, der Brechzahlen usw.), damit man zahlreiche Materialarten erhält. Diese Materialien kann man gezielt mischen und formen, um Lichtstreuungs-Führungsplatten herzustellen, die unterschiedliche Merkmale aufweisen. Die Partikelkonzentration lässt sich leicht dadurch steuern, dass man ein Polymer beimischt, das keinerlei Partikelmaterial enthält.
Ein weiteres anwendbares Verfahren für die gleichförmige Verteilung eines Materials in Partikelform besteht im Mischen und Mahlen eines Polymermaterials und eines Materials in Partikelform. In diesem Fall kann das Mahlen und Formen (Pelletieren) wiederum mit verschiedenen Materialkombinationen in Form von Partikeln und Monomeren erfolgen (Kombinationen der Partikelkonzentrationen, der Partikelgröße, der Brechzahlen usw.). Diese Materialien kann man gezielt mischen und formen, um Lichtstreuungs-Führungsplatten mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen.
Zudem kann man den Polymermischvorgang und den Mischvorgang für ein Material in Partikelform wie beschrieben kombinieren. Beispielsweise kann man beim Mischen und Mahlen von Polymeren mit unterschiedlichen Brechzahlen ein Material in Partikelform zumischen. Da diese Herstellungsverfahren bekannt sind, werden die Fertigungsbedingungen usw. nicht mehr ausführlich beschrieben.
Die oben ausführlich beschriebenen Merkmale kann man wie folgt zusammenfassen.

(1) Man ordnet eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung an, die gesehen in der Hauptbetrachtungsrichtung (im Wesentlichen der Vorwärtsrichtung) einen verbesserten Helligkeitspegel aufweist.
(2) Man ordnet eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung an, bei der der Helligkeitspegel mit zunehmender Winkelabweichung von der Hauptbetrachtungsrichtung (im Wesentlichen der Vorwärtsrichtung) allmählich abfällt, und in der die Ausgabe von Beleuchtungslicht in Betrachtungsrichtungen unterdrückt wird, in der eine Betrachtung weniger wahrscheinlich ist, um eine nutzlose Beleuchtung zu vermeiden.
(3) Derartige Eigenschaftsverbesserungen erhöhen die Anwendbarkeit einer Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung für die Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige.
(4) Die Erfindung stellt eine neuartige asymmetrische Prismentafel bereit, die man für derartige Oberflächen-Lichtquellenvorrichtungen oder Flüssigkristallanzeigen einsetzen kann.

Claims

Prismentafel (4', 4'') zum Gebrauch beim Ändern der Richtungsausbreitungseigenschaften von Licht, das eine Austrittsfläche (5) einer Lichtstreuungs-Führungsplatte (1) aussendet, die eine Einfallsfläche (2) hat, die Licht aufnimmt, wobei die Prismentafel eine erste Oberfläche aufweist, auf der Reihen von Prismenelementen in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, und eine zweite Oberfläche, auf der Reihen von Brechungselementen in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind, die senkrecht zur ersten Richtung ist, wobei die Reihen der Brechungselemente auf der zweiten Oberfläche mit Oberflächen versehen sind, (z. B. 4c, 4d), die bewirken, dass ein Strahl, der in der Prismentafel (4', 4'') im Wesentlichen in einer Vorwärtsrichtung geleitet wird, in die erste Richtung verschoben wird und anschließend zur ersten Oberfläche zurückgeworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen der Prismenelemente auf der ersten Oberfläche von abwechselnden Wiederholungen einer Neigung (4a) gebildet werden, die einen ersten relativ kleinen Neigungswinkel (Φa) bezüglich der Dickenrichtung (N) der Prismentafel (4', 4'') hat, und einer Neigung (4b), die einen zweiten relativ großen Neigungswinkel (Φb) bezüglich der Dickenrichtung (N) hat, und dass die Neigungen (4b), die den zweiten Neigungswinkel (Φb) aufweisen, hin zur Einfallsfläche (2) gerichtet sind, wogegen die Neigungen (4a), die den ersten Neigungswinkel (Φa) aufweisen, weg von der Einfallsfläche (2) gerichtet sind.
Prismentafel nach Anspruch 1, wobei die Brechungselemente Prismenelemente sind.
Prismentafel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite relativ große Neigungswinkel (Φb) ungefähr 32,5 Grad beträgt.
Prismentafel nach Anspruch 3, wobei der erste relativ kleine Neigungswinkel (Φa) ungefähr 15 Grad beträgt und der zweite relativ große Neigungswinkel (Φb) ungefähr 32,5 Grad beträgt.
Prismentafel nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder 4 wenn abhängig von Anspruch 2, wobei der Prismenspitzenwinkel der Reihen von Prismenelementen auf der zweiten Oberfläche ungefähr 96 Grad beträgt.
Prismentafel nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder 4 wenn abhängig von Anspruch 2, wobei der Prismenspitzenwinkel der Reihen von Prismenelementen auf der zweiten Oberfläche im Bereich von 70 Grad bis 130 Grad liegt.
Prismentafel nach Anspruch 1 oder Anspruch 3 oder 4 wenn nicht abhängig von Anspruch 2, wobei die Brechungselemente Linsenelemente sind.
Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung, umfassend eine Lichtstreuungs-Führungsplatte (1), eine Hauptlichtquellenvorrichtung (L), die auf einer Seite der Lichtstreuungs-Führungsplatte (1) angeordnet ist und Licht in eine Einfallsfläche (2) der Lichtstreuungs-Führungsplatte (1) einstrahlt, eine Prismentafel (4), die entlang einer Austrittsfläche (5) einer Lichtstreuungs-Führungsplatte (1) angeordnet ist, und einen Reflektor (3), der auf einer Oberfläche gegenüber der Austrittsfläche (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismentafel (4', 4'') gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch gestaltet und so angeordnet ist, dass die erste Richtung parallel zur Einfallsfläche (2) der Lichtstreuungs-Führungsplatte (1) ausgerichtet ist, und dass die Prismenneigungen (4b), die den zweiten Neigungswinkel (Φb) aufweisen, hin zur Einfallsfläche (2) gerichtet sind, wogegen die Prismenneigungen (4a), die den ersten Neigungswinkel (Φa) aufweisen, weg von der Einfallsfläche gerichtet sind.
Flüssigkristallanzeige, die umfasst: eine Flüssigkristalltafel; und eine Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung, die der Beleuchtung von hinten dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung gemäß Anspruch 8 gestaltet ist.