DE10348882A1

DE10348882A1 - Planare Lichtquelle

Info

Publication number: DE10348882A1
Application number: DE10348882A
Authority: DE
Inventors: Daisaku Fujiyoshida Okuwaki; Junji Fujiyoshida Miyashita
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2004-06-03
Also published as: CN1497309A; JP2004146132A; US7011442B2; US20040085750A1; CN100375919C

Abstract

Eine planare Lichtquelle dieser Erfindung ist gebildet mit abgeschrägten bzw. gefasten Teilen an einem oberen Ende der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche, wo die Licht aufnehmende Seitenoberfläche und die Licht aussendende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, und an einem unteren Ende der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche, wo die Licht aufnehmende Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden. Die abgeschrägten bzw. gefasten Teile können die hellen Linien ununterscheidbar bzw. unauffällig machen, die während Beleuchtung erzeugt werden könnten, um zu verhindern, dass sich ein Dunkel-Hell-Randmuster zeigt, wodurch eine mögliche Verschlechterung der Qualität der Flüssigkristallanzeige verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine planare Lichtquelle zum Beleuchten einer Flüssigkristallplatte und ähnlichem von ihrer Rückseite her.

Kleine Flüssigkristallanzeigen wurden in den letzten Jahren in Mobiltelefonen und anderen tragbaren Informationsterminals verwendet, und als Mittel zum Beleuchten solcher Flüssigkristallanzeigen wird eine planare Lichtquelle verwendet. Die planare Lichtquelle ist konstruiert aus einer plattenähnlichen Lichtleiterplatte und Leuchtdioden (LEDs), die angeordnet sind, um zu einer Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte zu weisen. Da die planare Lichtquelle leicht hinsichtlich Größe und Dicke verkleinert werden kann, hat sie breite Anwendung gefunden.

Bei der planaren Lichtquelle tritt von den LEDs ausgesandtes Licht in die Lichtleiterplatte ein und bewegt sich fort, während es wiederholt innerhalb der Lichtleiterplatte reflektiert wird. Das Licht wird von Nuten oder einem texturiertem bzw. strukturiertem Muster, die bzw. das in einer Unterseite der Lichtleiterplatte ausgebildet sind bzw. ist, reflektiert oder gebrochen, bis es aus der Platte austritt. Das von der Oberseite der Lichtleiterplatte ausgesandte Licht bewegt sich zu der Flüssigkristallanzeige hin und beleuchtet diese.

Ein Beispiel einer solchen herkömmlichen planaren Lichtquelle ist in 6 gezeigt (zum Beispiel japanische Patentanmeldung Nr. 2002-093383, 7). 6 zeigt eine Konstruktion aus einer planaren Lichtquelle 110, die LEDs 101 als Lichtquelle besitzt, einer Lichtleiterplatte 102, einem Prismenblatt 103, eine Reflektorplatte 106 und einer Flüssigkristallplatte 107. Die Lichtleiterplatte 102 ist rechteckig und besteht aus einem lichtdurchlässigen Glas oder Harz. Eine Oberseite der Lichtleiterplatte 102 ist mit 102a bezeichnet. Eine Licht aufnehmende Seitenoberfläche, die zu den LEDs 101 weist, ist mit 102c bezeichnet. Eine Unterseite der Lichtleiterplatte 102 ist mit 102b bezeichnet. Die Unterseite 102b ist mit einer Vielzahl asymmetrischer Prismen 102b1 ausgebildet, die zur Oberseite 102a weisen. Die asymmetrischen Prismen 102b1 weisen jeweils eine Abwärtsneigung 102b11 auf, deren Abstand zu der Oberseite 102a in Richtung weg von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c scharf ansteigt, und eine Aufwärtssteigung 102b12, deren Abstand zur Oberseite 102a mäßig abnimmt. Gegenüber der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c sind drei LEDs 101 angeordnet, die auf einem Halteglied 101b getragen sind.

Wenn eine vorbestimmte Elektrizitätsmenge von einer nicht gezeigten Leistungsversorgung an die LEDs 101 geliefert wird, leuchten die LEDs 101 weiß oder in einer vorbestimmten Farbe. Das von den LEDs 101 ausgesandte Licht wird von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c gebrochen, wenn es in die Lichtleiterplatte 102 eintritt. Das Licht, das in die Lichtleiterplatte 102 eingetreten ist, wird zwischen der Oberseite 102a und der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102 mehrfach reflektiert, bevor es von der Oberseite 102a gebrochen wird und die Lichtleiterplatte 102 verlässt. Das Licht tritt dann in das Prismenblatt 103 ein, in dem es spekular reflektiert wird, bis seine Fortbewegungsrichtung in eine Z-Richtung geändert ist. Das sich in Z-Richtung bewegende Licht trifft nun auf die Flüssigkristallplatte 107 auf. Daher geht das Licht durch den Flüssigkristall in einer idealen Richtung hindurch, was eine klare und lebendige Lichtanzeige ermöglicht.

7 ist eine Seitenansicht, die einen Pfad von Licht zeigt, das von den LEDs 101 ausgesandt wurde und in die Lichtleiterplatte 102 eingetreten ist. In der Figur tritt ein Lichtstrahl, der von den LEDs 101 unter einem Ausgabe- oder Emittierungswinke θi ausgesandt wurde, in die Licht aufnehmende Sei tenoberfläche 102c der Lichtleiterplatte 102 unter einem Auftreffwinkel von θi ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strahl an dieser Ebene gebrochen und eine Beziehung zwischen dem Auftreffwinkel θi und einem Brechungswinkel θ ist gemäss dem Gesetz von Snellius n·sinθ = sinθi unter der Annahme, dass ein Brechungsindex von Luft 1 ist und ein Brechungsindex der Lichtleiterplatte 102 (aus Polycarbonat oder ähnlichem) n ist. Daraus erhalten wir θ = sin–1((1/n)sinθi) (1)

Wenn beispielsweise die Lichtleiterplatte 102 einen Brechungsindex von n = 1,58 besitzt und θi = 90°, ergibt die Berechnung der Gleichung (1) θ = sin^–1(1/1,58) = 39,3°, und somit ist der kritische Winkel θc = 39,3°.

Es sei jedoch bemerkt, dass der Brechungswinkel θ selbst bei seinem Maximum geringer ist als der kritische Winkel θc, da der Auftreffwinkel in Wirklichkeit geringer ist als maximal 90°. Der kritische Winkel θc der Lichtleiterplatte 102 ist im Allgemeinen ungefähr 40°, so dass der Brechungswinkel θ selbst an seinem Maximum 40° nicht übersteigt. Der Lichtstrahl, der durch die Licht aufnehmende Seitenoberfläche 102c unter der Brechungswinkel θ hindurchgegangen ist, trifft auf die Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102 unter einem Auftreffwinkel θ₁ auf. Wie aus 7 ersichtlich ist, da eine Beziehung von (θ + θ₁ = 90°) zutrifft und der Brechungswinkel θ kleiner oder gleich 40° ist, wie oben beschrieben wurde, ist der Auftreffwinkel θ₁ zu dieser Zeit größer oder gleich 50°, was mehr ist als der kritische Winkel θc von ungefähr 40°. Somit wird der auf die Oberseite 102a auftreffende Strahl unter einem Reflexionswinkel θi total reflektiert.

Das reflektierte Licht trifft dann unter einem Auftreffwinkel von θ₂ = θ₁ – α auf die Aufwärtssteigung 102b12 der Unterseite auf, die einen Neigungswinkel α besitzt. Hier ist der Neigungswinkel α ungefähr 1° bis mehrere Grad.

Der Strahl, der unter einem Auftreffwinkel θ₂ auf die Aufwärtssteigung 102b12 aufgetroffen ist, wird von dieser Oberfläche unter einem Reflexionswinkel θ₂ reflektiert, und trifft dann auf die Oberseite 102a unter einem Auftreffwinkel von θ₃ = θ₂ – α = θ₁ – 2α. Der Strahl wird dann von der Oberseite 102 unter einem Reflexionswinkel θ₃ reflektiert, um auf die Aufwärtssteigung 102b12 unter einem Auftreffwinkel von θ₄ = θ₃ – α = θ₁ – 3α aufzutreffen. Jedes Mal wenn der Lichtstrahl, der zuerst von der Oberseite 102a unter einem Reflexionswinkel θ₁ reflektiert wurde, auf die Aufwärtssteigung 102b12 oder die Oberseite 102a auftrifft, nimmt sein Auftreffwinkel um einen Betrag gleich dem Neigungswinkel α ab. D.h., wenn der Strahl, der zuerst unter einem Reflexionswinkel von θ₁ reflektiert wurde, auf die Aufwärtssteigung 102b12 oder die Oberseite 102a zum N-ten Mal nach wiederholten Reflexionen auftrifft, ist sein Auftreffwinkel θ_N gegeben durch: θN = θ1 – (N – 1)α (2)

Bei dieser Lichtleiterplatte wird das Auftreffen oder die Reflexion von Licht an ihrer Grenzfläche, was bei θ₁ gezeigt ist, als das erste Auftreffen/die erste Reflexion gezählt (d.h. N = 1).

Wenn der abnehmende Auftreffwinkel θ_N die folgende Beziehung zum kritischen Winkel θc besitzt: θN = θ1 – (N – 1)α < θc (3)dann geht der Strahl durch die Oberseite 102 oder die Aufwärtssteigung 102b12 der Unterseite 102b hindurch und tritt aus der Lichtleiterplatte 102 aus. Wenn beispielsweise θ₁ = 52°, α = 1 ° und θc = 40°, dann wird die Bedingung der Gleichung (3) erfüllt, wenn N mehr als 13 ist. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl vierzehnmal oder mehr auf die Oberseite oder Unterseite der Lichtleiterplatte 102 auftreffen muss daher tritt der Strahl nahe der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c nicht nach außen aus. Wenn beispielswei se die Lichtleiterplatte 102 eine Dicke von 1 mm besitzt, tritt der Strahl innerhalb von 3mm Abstand von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c nicht aus der Lichtleiterplatte 102 aus, sondern tritt normalerweise in einem Bereich aus, der mehr als 3 mm entfernt von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c liegt. In dem Bereich, aus dem der Lichtstrahl normalerweise austritt, gibt es keine Lichtintensitätsvariationen.

Jedoch besitzen herkömmliche Hintergrundbeleuchtungseinheiten unter Verwendung einer solchen Lichtleiterplatte 102 häufig die folgenden Probleme. Wie in einer Draufsicht von 8 gezeigt ist, zeigen sich in einem Bereich S1 innerhalb von 3–4 mm von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c der Lichtleiterplatte 102 mehrere helle Linien (in 8 sind die hellen Linien mit dicken Linien schraffiert gezeigt). S2 stellt einen Bereich oder ein Gebiet dar, in dem sich keine hellen Linien zeigen. Es wird angenommen, dass die auffälligen hellen Linien 14 wie folgt hervorgerufen werden. Wie in 10 gezeigt ist, treten die von den LEDs 101 emittierten Lichtstrahlen in die Lichtleiterplatte 102 von einem Kantenteil 102d ein, wo die Licht aufnehmende Seitenoberlläche 102c und die Oberseite 102a der Lichtleiterplatte 102 sich schneiden.

In 11, die eine „Lichtquellen-Direktionalität einer LED" darstellt, sind diejenigen Strahlen, die von den LEDs 101 ausgesandt werden und den Kantenteil 102d erreichen, Licht, das sich in einer Richtung bewegt, die einem schraffiert gezeigten Bereich SL entspricht.

Wenn der Kantenteil 102d eine raue Oberfläche besitzt anstatt einer Spiegeloberfläche, dann treten die Lichtstrahlen von den LEDs 101 in den Kanten- bzw. Randteil 102d nicht durch normale Brechung, sondern durch Streuung ein. D.h. von dem Kantenteil 102d bewegt sich eine Vielzahl von Strahlen durch die Lichtleiterplatte 102 in unterschiedlichen Richtungen, was den Kantenteil 102d so aussehen lässt, als wäre er beleuchtend. Somit kann der Kantenteil 102d als sekundäre Lichtquelle angesehen werden. Eine ähnliche sekundäre Lichtquelle tritt auch am unteren Kantenteil 102e der Lichtleiterplatte 102 auf, wo die Licht aufnehmende Seitenoberfläche 102c und die Unterseite 102b sich schneiden. Bei der herkömmlichen Lichtleiterplatte 102 sind die Kantenteile 102d, 102e fast unter rechtem Winkel ausgebildet, so dass ihre Übertragbarkeit in einem Gießprozess schlecht, was ihre Oberfläche rau macht was wiederum zur Folge hat, dass sekundäre Lichtquellen leicht gebildet werden.

Hinsichtlich der sekundären Lichtquelle, die an dem Kantenteil 102d leuchtet, kann der Auftreffwinkel θb, den das Licht von der sekundären Lichtquelle bezüglich der Aufwärtssteigung 102b12 der Unterseite 102b besitzt, kleiner sein als der kritische Winkel θc, wie in 9 gezeigt ist. In diesem Fall, wie durch einen Strahl s21 dargestellt ist, geht der Lichtstrahl durch die Aufwärtssteigung 102b12 hindurch und wird dann von der Reflektorplatte 106 unter der Steigung reflektiert, um in die Lichtleiterplatte 102 erneut einzutreten und durch die Oberseite 102a hindurchzugehen, wodurch die Lichtleiterplatte 102 nach oben beleuchtet wird. Da der Bereich dieser Lichtemission breit ist, werden keine hellen Linien erzeugt.

In einem Fall, wo der Auftreffwinkel θb größer ist als der kritische Winkel θc, wird der Strahl von der Aufwärtssteigung 102b12 reflektiert und tritt durch die Oberseite 102a aus, wie durch einen Strahl s22 gezeigt ist. Die Anzahl von Malen, die der Strahl durch Reflexion auf die Oberseite oder Unterseite auftrifft, bevor er aus der Lichtleiterplatte 102 austritt, ändert sich abhängig von einer Differenz zwischen dem Auftreffwinkel θb und dem kritischen Winkel 8c, wie oben erklärt wurde. Wenn die Differenz ansteigt, steigt auch die Anzahl von Malen, die der Strahl auf die Oberseite oder Unterseite auftreffen muss. Dies wird in größerer Einzelheit beschrieben unter Bezugnahme auf 10. In 10 repräsentieren ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ Lichtflüsse, die von dem Kantenteil 102d ausgehen, und es wird angenommen, dass ein Winkelbereich jedes Flusses kleiner ist als der Neigungswinkel α der Aufwärtssteigung 102b12. Hinsichtlich der Brechungswinkel dieser Lichtflüsse an der Oberseite 102a, während sie aus der Lichtleiterplatte 102 austreten, wird angenommen, dass der Brechungswinkel des Lichtflusses ϕ₁ am kleinsten ist, wobei die jenigen von ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ in dieser Reihenfolge in Stufen des Neigungswinkels α progressiv ansteigen.

Die Winkel der Lichtflüsse ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ seien ϕ_d1, ϕ_d2, ϕ_d3 bzw. ϕ_d4. Es sei angenommen, dass diese Brechungswinkel die folgenden Beziehungen mit dem krischen Winkel θc besitzen: ϕd1 = 1,5α + θc ϕd2 = 2,5α + θc ϕd3 = 3,5α + θc ϕd4 = 4,5α + θc (4)

Wie in 10 gezeigt ist, treffen alle Lichtflüsse ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ zum ersten Mal auf die Grenzfläche oder die Aufwärtssteigung 102b12 auf, und ihre Auftreffwinkel zu diesem Zeitpunkt sind:
θ_d1 – α, θ_d2 – α, θ_d3 – α, bzw. θ_d4 – α.

Aus der Gleichung (4) sind alle diese Auftreffwinkel größer als der kritische Winkel θc, und die Lichtflüsse werden daher durch die Aufwärtssteigung 102b12 reflektiert. Die reflektierten Lichtflüsse treffen ein zweites Mal auf die Grenzfläche oder die Oberseite 102a auf, und ihre Auftreffwinkel zu diesem Zeitpunkt sind:
θ_d ₁ – 2α < θc, θ_d ₂ – 2α > θc, θ_d3 – 2α > θc und θ_d4 – α > θc.

Nur der Auftreffwinkel des Lichtflusses ϕ₁, θ_d ₁ – 2α, ist kleiner als der kritische Winkel θc, und dieser Fluss ϕ₁ mit einer Breite b₁ tritt aus der Oberseite 102a aus.

Die übrigen Flüsse ϕ₂, ϕ₃, ϕ₄ werden von der Oberseite 102a reflektiert und treffen ein drittes Mal auf die Grenzfläche auf, dieses Mal auf die Aufwärtssteigung 102b12, und aus der Gleichung (4) sind ihre Auftreffwinkel:
θ_d2 – 3α < θc, θ_d3 – 3α > θc, θ_d4 – 3α > θc.

Nur der Auftreffwinkel des Lichtflusses ϕ₂, θ_d1 – 3α, ist kleiner als der kritische Winkel θc, und der Fluss ϕ₂ mit einer Breite b₂ tritt von der Aufwärtssteigung 102b12 aus. In ähnlicher Weise ergibt ein viertes Auftreffen auf die Grenzfläche, dass der Lichtfluss ϕ₃ mit einer Breite b₃ aus der Oberseite 102a austritt. Beim fünften Auftreffen tritt der Fluss ϕ₄ mit einer Breite b₄ aus der Aufwärtssteigung 102b12 aus.

Wie oben beschrieben wurde treten diese Flüsse aufeinanderfolgend nach außen aus entsprechend der Anzahl von Malen, die das Licht auf die Grenzflächen aufgetroffen ist. Die Breite des Lichtflusses beim Verlassen der Lichtleiterplatte 102 steigt progressiv an, entsprechend der Anzahl des Auftreffens auf eine Grenzfläche. Die Breiten des Lichtflusses erfüllen die folgende Beziehung:
b₁ < b₂ < b₃ < b₄

Dies kann wie folgt erklärt werden. Obwohl die Flüsse ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ den gleichen Winkelbereich besitzen, steigt die tatsächliche Breite jedes Flusses proportional zur Länge des Flusspfades an. Je größer die Anzahl von Malen ist, die der Fluss auf die Grenzflächen auftrifft, desto länger wird der Flusspfad und desto größer wird die tatsächliche Breite des Flusses. In 10 wird der Fluss, der von der Aufwärtssteigung 102b12 der Unterseite ausgetreten ist, von der Reflektorplatte 106 reflektiert, wie in 9 gezeigt ist, und tritt in die Lichtleiterplatte 102 ein, bevor er auf der Oberseite 102a austritt. Es wird daher für möglich gehalten, diesen Lichtfluss in der gleichen Art und Weise zu behandeln, als ob er gleich aus der Oberseite 102a ausgetreten wäre.

Bei der folgenden Diskussion werden die ausgehenden Lichtstrahlen mit den Flüssen ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ und ϕ₄ von 10 in Beziehung zu den in 8 gezeigten hellen Linien 14➀, 14➁ , 14➂ , 14➃ betrachtet. Ein austretendes Licht mit dem Fluss ϕ₁ mit der Breite b₂, wie es in 10 gezeigt ist, ist am nächsten zur Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c angeordnet, und besitzt die schmalste Breite, so dass angenommen wird, dass es der hellen Linie 14➀ von 8 entspricht. Ein austretendes Licht mit dem Fluss ϕ₂ mit der Breite b₂, wie es in 10 gezeigt ist, ist am zweitnächsten zur Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c angeordnet, und seine Breite ist geringfügig breiter als b1. Somit wird angenommen, dass dieser Fluss zu der hellen Linie 14➁ von 8 passt. In ähnlicher Weise wird angenommen, dass das austretende Licht mit dem Flüssen ϕ₃, ϕ₄, wie es in 10 gezeigt ist, den hellen Linien 14➂ bzw. 14➃ entspricht.

Wenn der Brechungswinkel des Flusses ϕ₄ auf der Oberseite 102a, wie in 10 gezeigt ist, ansteigt, steigt auch die Anzahl von Malen an, die der Fluss auf die Grenzfläche auftrifft, bevor aus der Lichtleiterplatte 102 austritt, und die Position, an der er die Lichtleiterplatte 102 verlässt, ist weiter weg von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c, was die Breite des ausgehenden Flusses erhöht, wovon wiederum angenommen wird, dass es eine Lichtmenge pro Einheitsfläche oder die Helligkeit vermindert. Dies stimmt mit der Tatsache überein, dass je weiter die hellen Linien, die in der Draufsicht der Lichtleiterplatte 102 von 8 mit dicken Linien schraffiert gezeigt sind, von der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 102c entfernt sind, die Breite der hellen Linien ansteigt, was sie weniger auffällig macht. Daher wird angenommen, dass die deutlichen hellen Linien, wie beispielsweise in 8 gezeigt sind, hervorgerufen werden durch das Vorhandensein solcher Lichtstrahlen die von dem Kantenteil 02d ausgesandt werden und die aus der Lichtleiterplatte 102 nach einer relativ kleinen Anzahl von Auftreffen auf die Grenzfläche (1–4 Mal) austreten.

Bei der obigen Beschreibung wurde der Kantenteil 102d der 9 als sekundäre Lichtquelle beschrieben. In einem Fall, wo der untere Kantenteil 102e ebenfalls als sekundäre Lichtquelle funktioniert, erzeugen Lichtstrahlen, deren Auftreffwinkel auf die Oberseite 102a größer ist als der kritische Winkel, helle Linien gemäss dem gleichen Prinzip wie oben beschrieben. Diese hellen Linien neigen dazu, auffälliger zu sein, wenn ein Glied zur Einschränkung einer Richtung des Lichtes, wie beispielsweise das Prismenblatt 103 von 6 oder ein Diffusionsblatt (nicht gezeigt) oberhalb der Lichtleiterplatte 102 angebracht ist. Obwohl die obige Beschreibung als ein Beispielfall für helle Linien einer Konstruktion angenommen hat, bei der eine Reflexionsoberfläche der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102 aus asymmetrischen Prismen 102b1 gebildet ist, ist das Prinzip der Erzeugung der hellen Linien ebenfalls anwendbar auf andere Konstruktionen, bei denen die Reflexionsoberfläche auf der Unterseite 102b der Lichtleiterplatte 102 aus symmetrischen Prismen gebildet ist oder mit einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster aus zurückgesetzten und erhabenen Teilen, die gebildet werden durch Drucken, Oberflächentexturierung oder Punktbildung. D.h., dass es selbst in diesen Fällen, solange eine sekundäre Lichtquellen an den Kantenteilen 102d, 102e der Lichtleiterplatte 102 erzeugt wird, es ein Problem gibt, dass helle Linien erscheinen, wenn die Lichtleiterplatte 102 beleuchtet wird. Wenn diese hellen Linien erzeugt werden, zeigen sich helle und dunkle Ränder, die die Erscheinung der planaren Lichtquelle stören bzw. beeinträchtigen.

Die vorliegende Erfindung wurde erreicht, um die vorgenannten Probleme zu überwinden, die bei der herkömmlichen Technik angetroffen werden, und sieht eine planare Lichtquelle vor, die eine Lichtleiterplatte und eine beleuchtende Lichtquelle, beispielsweise LEDs, besitzt, die gegenüber einer Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet sind, und wobei die planare Lichtquelle eine Bildung eines dunkel-hell Randmusters, hervorgerufen durch helle Linien, verhindern kann.

Als erste Mittel zum Erreichen des obigen Ziels sieht die vorliegende Erfindung eine planare Lichtquelle vor, die folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen lichtdurchlässigen Material, die mit einer Licht aussendenden Oberfläche an der Oberseite davon und einer Reflexionsoberfläche an einer Unterseite davon ausgebildet ist; und eine beleuchtende Lichtquelle, die gegenüber einer Licht aufnehmenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei von der beleuchtenden Lichtquelle in die Licht aufnehmende Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte kommendes Licht in seinem Lichtpfad umgewandelt wird durch Wirkungen der Reflexionsoberfläche und der Licht aussendenden Oberfläche der Lichtleiterplatte, um einen planaren Lichtfluss von der Licht emittierenden Oberfläche auszusenden; wobei abgeschrägte bzw. gefaste Teile vorgesehen sind an einem oberen Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Licht emittierende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, sowie an einem unteren Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden.

Als zweite Mittel zum Erreichen des obigen Ziels sieht die vorliegende Erfindung eine planare Lichtquelle vor, bei der gekrümmte Teile vorgesehen sind an einem oberen Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Licht emittierende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, sowie an einem unteren Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden.

Als dritte Mittel zum Erreichen des obigen Ziels sieht die vorliegende Erfindung eine planare Lichtquelle vor, bei der ein abgeschrägter bzw. gefaster Teil vorgesehen ist entweder am oberen Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Licht emittierende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, oder an einem unteren Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangen de Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, und ein gekrümmter Teil ist an dem anderen Ende vorgesehen.

Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist ein Glied zum Einschränken einer Lichtübertragungsrichtung gegenüber der Licht emittierenden Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet, und das Lichtübertragungsrichtungseinschränkungsglied ist ein Prismenblatt.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte mindestens teilweise aus einer Vielzahl von Prismen gebildet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel besitzt die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte eine oberflächentexturierte Reflexionsoberfläche und eine aus einer Vielzahl von Prismen gebildete Reflexionsoberfläche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
1 ist ein erklärendes Diagramm, das eine planare Lichtquelle gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht auf die planare Lichtquelle von 1.
3 ist ein erklärendes Diagramm, das eine planare Lichtquelle gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein erklärendes Diagramm, das eine planare Lichtquelle gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein erklärendes Diagramm, das eine planare Lichtquelle gemäss einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Hintergrundbeleuchtungseinheit unter Verwendung einer herkömmlichen Lichtleiterplatte zeigt.
7 ist ein erklärendes Diagramm, das einen normalen Reflexionspfad in der herkömmlichen Lichtleiterplatte von 6 zeigt.
8 ist eine Draufsicht, die einen Zustand von beleuchtendem Licht in der herkömmlichen Lichtleiterplatte von 6 zeigt.
9 ist ein erklärendes Diagramm, das einen abnormalen Reflexionspfad in der herkömmlichen Lichtleiterplatte von 6 zeigt.
10 ist ein erklärendes Diagramm, das den abnormalen Pfad von Licht in der Lichtleiterplatte von 6 zeigt.
11 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Richtungscharakteristik einer LED-Lichtquelle zeigt.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei 1(a) eine perspektivische Ansicht der planaren Lichtquelle 10 darstellt, wobei 1(b) eine Seitenansicht derselben darstellt, und wobei 1(c) eine vergrößerte Ansicht eines Teils A in 1(b) darstellt.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 LEDs als eine Lichtquelle, 2 eine Lichtleiterplatte, 3 ein Prismenblatt, 6 eine Reflektorplatte und 7 eine Flüssig kristallplatte. Die Lichtleiterplatte 2 ist in der Draufsicht rechteckig und ist aus einem lichtdurchlässigen Harz, wie beispielsweise Polycarbonat, gebildet. 2a bezeichnet eine Oberseite der Lichtleiterplatte 2, und 2b eine Unterseite. Mit 2c ist eine Licht aufnehmende Seitenoberfläche 2c bezeichnet, die zu den LEDs 1 weist. Die Unterseite 2b ist mit einer Vielzahl asymmetrischer Prismen 2bp ausgebildet. Die asymmetrischen Prismen 2bp besitzen jeweils eine Abwärtsneigung 2bp1 und eine Aufwärtssteigung 2bp2. Die Abwärtsneigung 2bp1 ist so konfiguriert, dass ihr Abstand zu der Oberseite 2a scharf ansteigt, wenn sich ein Punkt von Interesse auf der Neigung weg von der Licht empfangenden Seitenoberfläche 2c bewegt. Die Aufwärtssteigung 2bp2 ist so konfiguriert, dass ihr Abstand zu der Oberseite 2a moderat abnimmt.
Mit 2d ist ein abgeschrägter bzw. gefaster Teil bezeichnet, der an einem Schnittpunkt zwischen der Licht empfangenden Seitenoberfläche 2c und der Oberseite 2a der Lichtleiterplatte 2 ausgebildet ist. Mit 2e ist ein weiterer abgeschrägter bzw. gefaster Teil bezeichnet, der an einem Schnittpunkt zwischen der Licht empfangenden Seitenoberfläche 2c und der Unterseite 2b der Lichtleiterplatte 2 ausgebildet ist. Ein Neigungswinkel des gefasten Teils 2d ist beispielsweise ungefähr 45°, wie in 1(c) gezeigt ist.
Wenn bei dieser Konstruktion eine vorbestimmte Elektrizitätsmenge von einer nicht gezeigten Leistungsversorgung an die LEDs 1 geliefert wird, leuchten die LEDs 1 in weiß oder in einer vorbestimmten Farbe. Von den Lichtstrahlen, die von den LEDs ausgesandt werden, besitzt einer, der in die Lichtleiterplatte 2 durch die Licht empfangende Seitenoberfläche 2c (mit Ausnahme der gefasten Teile 2d, 2e) eingetreten ist, wie durch eine gepunktete Linie in 1(b) gezeigt ist, einen kleineren Brechungswinkel als der kritische Winkel der Lichtleiterplatte 2, so dass gemäss dem gleichen Prinzip wie es bei dem herkömmlichen Fall von 7 erklärt wurde, wenn der Strahl zuerst die Oberseite 2a oder die Unterseite 2b erreicht, sein Auftreffwinkel auf der Oberfläche (θ₁ in 7) größer ist als der kritische Winkel und der Strahl somit total reflektiert wird. Dann wird der Strahl wiederholt zwischen der Oberseite 2a und der Unterseite 2b reflektiert, wie es durch die gepunktete Linie in 1(b) gezeigt ist, wobei der Auftreffwinkel um einen Neigungswinkel der Neigung bzw. Steigung (äquivalent zu α in 7) bei jeder Reflexion abnimmt. Wenn der Auftreffwinkel geringer ist als der kritische Winkel, wird der Strahl gebrochen und tritt nach außen aus. Der Lichtstrahl, der einem normalen Pfad gefolgt und aus der Oberseite 2a der Lichtleiterplatte 2 ausgetreten ist, tritt in das Prismenblatt 3 ein. Der in das Prismenblatt 3 eingetretene Strahl wird in dem Prismenblatt 3 spekular reflektiert, bis er seine Fortbewegungsrichtung in eine Z-Richtung ändert. Das sich in Z-Richtung bewegende Licht trifft nun auf die Flüssigkristallplatte 7 auf. Daher geht das Licht durch den Flüssigkristall in einer idealen Richtung hindurch, wodurch eine klare und lebendige Bildanzeige ermöglicht wird.
Wie in einer vergrößerten Ansicht von 1(c) gezeigt ist, besitzen eine Kante 2d1, an der gefaste Teil 2d und die Oberseite 2a einander schneiden, und eine Kante 2d2, an der der gefaste Teil 2d und die Licht aufnehmende Seitenoberfläche 2c sich schneiden, Schnittwinkel θ_d1 und θ_d2 von mehr als 90°, was eine gute Übertragbarkeit während des Form- bzw. Gussprozesses der Lichtleiterplatte 2 gewährleistet. Somit werden die Oberflächen der Kanten 2d1, 2d2 kaum so rau wie bei der herkömmlichen Lichtleiterplatte 2. Daher wird an den Kanten 2d1, 2d2 kaum eine sekundäre Lichtquelle erzeugt, wie sie bei der herkömmlichen Lichtleiterplatte beobachtet wird. Auch wird an dem unteren gefasten Teil 2e in 1(b) nicht leicht eine sekundäre Lichtquelle gebildet, und zwar aus dem gleichen Grund wie oben beschrieben.
Daher können bei der planaren Lichtquelle 10 gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel die auffälligen hellen Linien häufig vermieden werden, die bei der herkömmlichen Lichtleiterplatte beobachtet werden.
2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines in der planaren Lichtquelle 10 erzeugten beleuchtenden Lichts zeigt. Bei diesem Beispiel besitzt die Lichtleiterplatte 2 keine auffälligen Linien über einen gesamten Bereich R, anders als bei der herkömmlichen planaren Lichtquelle, bei der sich die deutlichen hellen Linien zeigen. Wenn ferner ein Glied zum Einschränken der Rich tung der Lichtübertragung, wie beispielsweise ein Prismenblatt oder eine Diffusionsplatte gegenüber der Oberseite der Lichtleiterplatte 2 angeordnet ist, zeigen sich die deutlichen hellen Linien bei der herkömmlichen planaren Lichtquelle. Bei dieser Erfindung jedoch können diese hellen Linien leicht beseitigt werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle gemäss dieser Erfindung beschrieben. 3 zeigt die planare Lichtquelle des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei 3(a) eine Seitenansicht der planaren Lichtquelle 20 darstellt, wobei 3(b) eine vergrößerte Ansicht eines Teils B in 3(a) darstellt. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 2f einen gekrümmten Teil, der im Querschnitt bogenförmig ist und an einer Schnittstelle zwischen der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c und der Oberseite 2a der Lichtleiterplatte 2 gebildet ist. Das Bezugszeichen 2g bezeichnet einen gekrümmten Teil, der im Querschnitt bogenförmig ist und an einer Schnittstelle zwischen der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c und der Unterseite 2b der Lichtleiterplatte 2 gebildet ist. Im übrigen ist die Konstruktion fast die gleiche wie die der planaren Lichtquelle 10 von 1, und somit wird eine genaue Beschreibung davon weggelassen. Da die zwei gekrümmten Teil 2f und 2g mäßig gekrümmte Oberflächen besitzen, wird die Übertragbarkeit während des Gießens der Lichtleiterplatte 2 verbessert. Dies trägt dazu bei, dass verhindert wird, dass ihre Oberflächen rau ausgebildet werden, wie sie es bei den herkömmlichen Kantenteilen sind, was es seinerseits leicht macht, die Bildung einer sekundären Lichtquelle zu verhindern. Infolge dessen zeigen sich keine auffälligen hellen Linien, wie sie bei der herkömmlichen Lichtleiterplatte beobachtet werden. In 3(a) bezeichnet eine gepunktete Linie einen normalen Pfad eines Strahls, der von den LEDs 1 ausgesandt wird und in die Lichtleiterplatte 2 eintritt.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle gemäss dieser Erfindung beschrieben. 4 ist eine Seitenansicht der planaren Lichtquelle 30 des dritten Ausführungsbeispiels. Die planare Lichtquelle 30 des dritten Ausführungsbeispiels ist eine Variation des ersten Ausfüh rungsbeispiels von 1. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 2bh eine strukturierte bzw. texturierte Reflexionsoberfläche, die auf der Unterseite 2b der Lichtleiterplatte 2 nahe dem unteren gefasten Teil 2e gebildet ist. Im Übrigen ist die Konstruktion fast die gleiche wie die der planaren Lichtquelle 10 in 1, und somit wird eine genaue Beschreibung davon weggelassen. Die texturierte Reflexionsoberfläche 2bh besitzt ein unregelmäßiges Muster aus feinen zurückgesetzten und erhabenen Teilen. Daher bewegen sich einige der Strahlen, die von der texturierten Reflexionsoberfläche 2bh gestreut werden, direkt zu der Oberseite 2a, und einige treten nach unten aus. Diejenigen gestreuten Strahlen, die aus der Unterseite 2b der Lichtleiterplatte 2 ausgetreten sind, werden von der Reflektorplatte 6 reflektiert, um erneut in die Lichtleiterplatte 2 einzutreten und sich zu der Oberseite 2a hin zu bewegen. Zusätzlich zu den Lichtpfaden, die die asymmetrischen Prismen 2bp verwenden, gibt es weitere Lichtpfade, die die texturierte Reflexionsoberfläche 2bh verwenden. Infolge dessen kann Licht auch aus diesem Bereich der Oberseite 2a der Lichtleiterplatte nach oben emittiert werden, welcher nahe zu der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c ist, wodurch gestattet wird, dass die Beleuchtungsfläche bzw. der Beleuchtungsbereich nahe der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c erweitert bzw. vergrößert wird. In dem dritten Ausführungsbeispiel kann die Verwendung der oberen und unteren gefasten Teile 2d, 2e auch leicht die Bildung solcher sekundärer Lichtquellen verhindern, wie sie an den herkömmlichen Kantenteilen der Lichtleiterplatte 2 gebildet werden, wodurch die hellen Linien unauffällig werden, wenn die Planare Lichtquelle 30 beleuchtet wird.
Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der planaren Lichtquelle gemäss dieser Erfindung beschrieben. 5 ist eine Seitenansicht, die eine planare Lichtquelle 40 des vierten Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 5 gezeigt ist, ist die Lichtleiterplatte mit einem gekrümmten Teil 2f, welcher im Querschnitt bogenförmig ist, an einer Schnittstelle zwischen der Oberseite 2a und der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c der Lichtleiterplatte 2 ausgebildet. An dem Schnittpunkt zwischen der Unterseite 2b und der Licht empfangenden Seitenoberfläche 2c besitzt die Lichtleiterplatte einen gefasten Teil 2e. Bei dieser planaren Lichtquelle 40 macht das Vorhandensein des gekrümmten Teils 2f und des gefasten Teils 2e die Erzeugung der sekundären Lichtquelle unwahrscheinlich wegen des schon erklärten Prinzips. Wenn die planare Lichtquelle beleuchtet wird, zeigen sich daher keine hellen Linien.
In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die gesamte Unterseite der Lichtleiterplatte der planaren Lichtquelle oder ein Großteil davon aus asymmetrischen Prismen gebildet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Beispielsweise kann die gesamte untere Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte oder ein Großteil davon aus symmetrischen Prismen gebildet werden oder mit einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster aus zurückgesetzten und erhabenen Teilen, die durch Drucken, Oberflächentexturierung oder Punktbildung gebildet werden. Auch in diesem Fall kann das Vorsehen des gefasten Teils 2e und des gekrümmten Teils 2f an den oberen und unteren Kanten der Licht aufnehmenden Seitenoberfläche 2c der Lichtleiterplatte 2 die Bildung der sekundären Lichtquelle verhindern, wodurch die hellen Linien beseitigt werden oder weniger auffällig gemacht werden, die anderenfalls durch das beleuchtende Licht gebildet würden.
Wie oben beschrieben wurde, kann die planare Lichtquelle gemäss der vorliegenden Erfindung die hellen Linien ununterscheidbar bzw. unauffällig machen, die während der Beleuchtung erzeugt werden, um zu verhindern, dass sich ein Dunkel-Hell-Randmuster zeigt, wodurch eine mögliche Verschlechterung der Qualität der Flüssigkristallanzeige verhindert wird.

Claims

Planare Lichtquelle, die folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen lichtdurchlässigen Material, die mit einer Licht aussendenden Oberfläche auf der Oberseite davon und einer Reflexionsoberfläche auf einer Unterseite davon ausgebildet ist; und eine beleuchtende Lichtquelle, die gegenüber einer Licht aufnehmenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei von der beleuchtenden Lichtquelle in die Licht aufnehmende Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte kommendes Licht hinsichtlich seines Lichtpfades umgewandelt wird durch Wirkungen der Reflexionsoberfläche und der Licht aussendenden Oberfläche der Lichtleiterplatte, um einen planaren Lichtfluss aus der Licht aussendenden Oberfläche auszusenden; wobei abgeschrägte bzw. gefaste Teile vorgesehen sind an einem oberen Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Licht aussendende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, sowie an einem unteren Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden.
Planare Lichtquelle, die folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen lichtdurchlässigen Material, die mit einer Licht aussendenden Oberfläche auf der Oberseite davon und einer Reflexionsoberfläche auf einer Unterseite davon ausgebildet ist; und eine beleuchtende Lichtquelle, die gegenüber einer Licht aufnehmenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei von der beleuchtenden Lichtquelle in die Licht aufnehmende Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte kommendes Licht hinsichtlich seines Lichtpfades umgewandelt wird durch Wirkungen der Reflexionsoberflä che und der Licht aussendenden Oberfläche der Lichtleiterplatte, um einen planaren Lichtfluss aus der Licht aussendenden Oberfläche auszusenden; wobei gekrümmte Teile vorgesehen sind an einem oberen Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Licht aussendende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, sowie an einem unteren Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden.
Planare Lichtquelle, die folgendes aufweist: eine Lichtleiterplatte aus einem plattenartigen lichtdurchlässigen Material, die mit einer Licht aussendenden Oberfläche auf der Oberseite davon und einer Reflexionsoberfläche auf einer Unterseite davon ausgebildet ist; und eine beleuchtende Lichtquelle, die gegenüber einer Licht empfangenden Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist; wobei von der beleuchtenden Lichtquelle in die Licht aufnehmende Seitenoberfläche der Lichtleiterplatte kommendes Licht hinsichtlich seines Lichtpfades umgewandelt wird durch Wirkungen der Reflexionsoberfläche und der Licht aussendenden Oberfläche der Lichtleiterplatte, um einen planaren Lichtfluss von der Licht aussendenden Oberfläche auszusenden; wobei ein gefaster Teil vorgesehen ist entweder an einem oberen Ende der Licht empfangenden Seitenoberfläche, wo die Licht empfangende Seitenoberfläche und die Licht aussendende Oberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, oder an einem unteren Ende der Licht aussendende Seitenoberfläche, wo die Licht aussendende Seitenoberfläche und die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte sich schneiden, und ein gekrümmter Teil ist an dem anderen Ende vorgesehen.
Planare Lichtquelle gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Glied zum Einschränken einer Lichtübertragungsrichtung gegenüber der Licht aussendenden Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist.
Planare Lichtquelle gemäss Anspruch 4, wobei ein Glied zum Einschränken der Lichtübertragungsrichtung ein Prismenblatt ist.
Planare Lichtquelle gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte mindestens teilweise aus einer Vielzahl von Prismen gebildet ist.
Planare Lichtquelle gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Reflexionsoberfläche der Lichtleiterplatte eine oberflächentexturierte Reflexionsoberfläche und eine aus einer Vielzahl von Prismen gebildete Reflexionsoberfläche besitzt.