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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung gehört
zum technischen Gebiet der Beleuchtungen und insbesondere zu einer
Oberflächenleuchtvorrichtung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In
einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
(Flüssigkristallanzeige),
die verwendet wird, um einen Anzeigebildschirm eines Personal Computers
des Notebook-Typs
zu bilden, wird eine Hintergrundbeleuchtung verwendet, um die Anzeige
hell und leicht sichtbar zu machen. Eine so genannte Oberflächenleuchtvorrichtung des
Randlichttyps, bei der eine linienförmige Lichtquelle entlang der
Stirnfläche
eines plattenförmigen
Lichtwellenleiters angeordnet ist, um Beleuchtungslicht von einer
Hauptoberfläche
(der entgegengesetzten Oberfläche)
des Lichtwellenleiters zu emittieren, wird verwendet, um Beleuchtungslicht
auf den gesamten Bereich des Anzeigebildschirms möglichst
gleichmäßig zu strahlen,
und um außerdem
den Gesamtaufbau der Anzeigevorrichtung, die die Beleuchtungslichtquelle
enthält,
möglichst
dünn zu
machen. Eine derartige Oberflächenleuchtvorrichtung
des Randlichttyps, die oben beschrieben wurde, ist in den Patenten
JP(U)-3-69184 ,
JP(B)-7-27136 ,
JP(B)-7-27137 usw. beschrieben.
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In
der Oberflächenleuchtvorrichtung
oder Flächenlichtquellenvorrichtung,
die oben beschrieben wurde, wird Licht, das von der linienförmigen Lichtquelle
emittiert wird und auf den Lichtwellenleiter auftrifft, zu der Stirnfläche übertragen,
die in dem Lichtwellenleiter der Auftreffstirnfläche gegenüberliegt, während es von seiner entgegengesetzten
Oberfläche
und seiner hinteren Oberfläche,
die im Wesentlichen parallel zu der entgegengesetzten Oberfläche oder
schräg
zu der entgegengesetzten Oberfläche
verläuft,
wiederholt reflektiert wird. Ein Teil des Lichts wird von der Lichtemissionsfläche des
Lichtleiters durch eine Lichtemissionsstruktur, die im Lichtwellenleiter
gebildet ist, im Verlauf des Lichtdurchgangs emittiert. Das Emissionslicht
hat eine Richtwirkung in einer Richtung, die von einer Betrachtungsrichtung
verschieden ist. Deswegen wird eine Prismenlage oder dergleichen
verwendet, um Licht zu emittieren, wobei die Richtwirkung des Lichts
zu einer geforderten Richtung geändert
wird. In Bezug auf die Prismenlage, die im Patent
JP(U)-3-69184 offenbart ist,
ist ihre Pris menfläche
häufig
so angeordnet, dass die der entgegengesetzten Seite des Lichtwellenleiters
gegenüberliegt,
und Prismenlagen können
verwendet werden, um übereinander
angeordnet zu werden, so dass die Richtungen der Prismensteglinien
zueinander senkrecht verlaufen. Des Weiteren wurde eine Oberflächenleuchtvorrichtung
vorgeschlagen, bei der die Prismenfläche der Prismenlage so angeordnet
ist, dass die der Lichtwellenleiterseite zugewandt ist, wie in den
Patenten
JP(B)-7-27136 und
JP(B)-7-27137 beschrieben
ist.
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Bei
dem Anzeigebildschirm des Personal Computers des Notebooktyps bestand
inzwischen in der letzten Zeit die Forderung nach zunehmender Größe, und
um diese Anforderung zu erfüllen,
bestand außerdem
die Forderung nach einer Oberflächenleuchtvorrichtung
mit einem größeren Bereich.
Selbst wenn der Bereich größer wird,
wie oben beschrieben wurde, muss Beleuchtungslicht erzeugt werden,
das gleichmäßig ist und über die
gesamte Oberfläche
eine möglichst
hohe Intensität
besitzt. Insbesondere in Bezug auf einen Personal Computers des
Notebooktyps oder einen Flüssigkristallmonitor
erfolgt eine Betrachtung aus einem kurzen Abstand von etwa 30 bis
40 cm und deswegen ist der Winkel, unter dem sich das Licht, das
zu den Augen eines Betrachters gerichtet ist, mit der Normallinie
des Bildschirms schneidet, zwischen dem Mittelabschnitt und dem
Umfangsabschnitt des Bildschirms sehr verschieden, wodurch sich
eine Ungleichförmigkeit
der Sichtbarkeit ergibt.
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Das
Patent
JP(A)-7-318729 offenbart
eine Oberflächenleuchtvorrichtung,
bei der eine derartige Fresnel-Linsenlage, bei der der Schnittwinkel
der langen Seite jedes lang gestreckten Prismas zu der Lagenoberfläche vergrößert ist,
wenn sie von der Position neben dem Betrachtungspunkt auf dem Querschnitt
senkrecht zu den lang gestreckten Prismen weit entfernt ist, auf
der Lichtemissionsfläche
des Lichtwellenleiters angeordnet ist, so dass die Linsenfläche als
Lichtemissionsoberfläche
dient, wodurch das Emissionslicht zur Betrachtungsposition oder
zur Augenposition konvergiert wird.
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Bei
einer derartigen Oberflächenleuchtvorrichtung
kann das Emissionslicht zur Betrachtungsposition konvergiert werden.
Die Linsenlage ist jedoch so angeordnet, dass die Linsenfläche als
die Lichtemissionsoberfläche
dient, und das Emissionslicht wird durch die Brechungswirkung der
langen Seite des Prismas fokussiert, so dass der Lichtnutzungsgrad
gering ist und dadurch keine Oberflächenleuchtvorrichtung, die
eine ausreichend hohe Helligkeit besitzt, erreicht werden kann.
Da ferner das Emissionslicht durch die Brechungswirkung der langen
Prismenseite fokussiert wird, muss eine Diffusionslage oder dergleichen
verwendet werden, um das Emissionslicht von dem Lichtwellenleiter
in einer Richtung von etwa 0 bis 30 Grad in Bezug auf die Normallinie
der Lagenoberfläche
abzulenken. Wie oben beschrieben wurde, kann das Emissionslicht
von dem Lichtwellenleiter, der eine hohe Richtwirkung besitzt, nicht
direkt in die Betrachtungsposition fokussiert werden, was eine Verringerung
der Helligkeit zur Folge hat. Da des Weiteren das Emissionslicht,
das durch die Brechungswirkung lediglich der langen Prismenseite
fokussiert wird, kann Licht, das von einer Stirnfläche des Lichtwellenleiters
reflektiert und zurückgeführt wird,
wenn eine linienförmige
Lichtquelle an der anderen Stirnfläche des Lichtwellenleiter angeordnet
wird, nicht in eine vorgeschriebene Richtung fokussiert werden,
und außerdem
kann Licht, das von einer Lichtquelle kommt, die neben der langen
Prismenseite angeordnet ist, wenn linienförmige Lichtquellen an beiden
Stirnflächen
des Lichtwellenleiters vorgesehen sind, nicht in eine vorgeschriebene
Position fokussiert werden, und deswegen ist der Lichtnutzungsgrad
verringert.
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Das
Patent
US 5.555.160 betrifft
eine lichtwellenleitende Tafel zur Oberflächenbeleuchtung und einen Oberflächenleuchtkörper und
offenbart eine Oberflächenleuchtvorrichtung
mit einem plattenförmigen
Lichtwellenleiter, in dem eine Hauptoberfläche als eine Lichtemissionsoberfläche dient
und wenigstens eine Stirnoberfläche
als eine Lichtauftreffoberfläche
dient. Eine Lichtquelle ist so angeordnet, dass sie sich entlang
der Lichtauftreffoberfläche
des Lichtwellenleiters erstreckt. Die Lichtemissionsoberfläche und/oder
die andere Hauptoberfläche
des Lichtwellenleiters sind konkav geformt, um eine homogene Helligkeit
zu erhalten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenleuchtvorrichtung
des Randlichttyps zur Beleuchtung eines Bildschirms zu schaffen,
der aus einem verhältnismäßig kurzen
Abstand betrachtet wird und dessen Bereich ohne Auftreten einer
Ungleichförmigkeit
der Sichtbarkeit einfach vergrößert werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Oberflächenleuchtvorrichtung
von Anspruch 1.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische perspektivische Darstellung, die den Aufbau einer
Ausführungsform
einer Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigt;
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2A bis 2C sind
schematische Darstellungen, die ein spezielles Beispiel einer Lichtemissionsstruktur
der Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigen;
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3 ist
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Prismenlage
der Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigt;
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4 ist
eine schematische Darstellung, die ein weiteres Beispiel einer Prismenlage
der Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigt;
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5 ist
eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Prismenlage
der Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigt;
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6 ist
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Lichtwellenleiters
der Oberflächenleuchtvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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7 ist
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des Lichtwellenleiters
der Oberflächenleuchtvorrichtung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel von Lichtfokussierungsmitteln
der Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigt;
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9 ist
eine schematische Darstellung, die ein Beispiel von Lichtfokussierungsmitteln
der Oberflächenleuchtvorrichtung
zeigt;
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10 ist
eine schematische Darstellung, die eine Messung des Helligkeitsverhältnisses
der Ebene zeigt; und
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11 ist
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Betrachtungsposition
und dem Helligkeitsverhältnis
der Ebene zeigt.
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BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer
Ausführungsform
einer Oberflächenleuchtvorrichtung
oder Planarlichtquellenvorrichtung zeigt.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 12 einen plattenförmigen Lichtwellenleiter mit
einer rechtwinkligen Form und das Bezugszeichen 14, 14 bezeichnet
eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie sich längs der
Stirnfläche
des plattenförmigen
Lichtwellenleiters 12 erstreckt. Die Lichtquelle 14, 14' ist nicht auf eine
spezielle Lichtquelle beschränkt,
sie kann jedoch eine linienförmige
Lichtquelle sein. Die folgende Beschreibung erfolgt unter der Annahme,
dass die Lichtquelle eine linienförmige Lichtquelle ist. Das
Bezugszeichen 16, 16' bezeichnet einen Reflektor, der
an der linienförmigen
Lichtquelle 14, 14' angebracht
ist. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet ein lichtreflektierendes
Element. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Lichtausbreitungsrichtungsumlenkungs-Prismenlage.
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In
dem Lichtwellenleiter 12 ist eine Stirnfläche 12-1,
die sich in Y-Richtung erstreckt, als eine erste Lichtauftrefffläche eingerichtet
und eine Stirnfläche 12-2,
die der ersten Lichtauftrefffläche 12-1 gegenüberliegt, ist
als eine zweite Lichtauftrefffläche
eingerichtet. Eine entgegengesetzte Oberfläche (obere Fläche) 12-3,
die als eine erste Hauptoberfläche
in der X-Y-Ebene dient, die im Wesentlichen senkrecht zu den beiden
Stirnflächen 12-1, 12-2 ist,
ist als eine Lichtemissionsfläche
eingerichtet. Der Lichtwellenleiter 12 hat eine hintere Oberfläche (untere
Fläche) 12-4,
die als eine zweite Hauptoberfläche
in der X-Y-Ebene
an der gegenüberliegenden
Seite zur entgegengesetzten Oberfläche 12-3 dient. Das
lichtreflektierende Element 18 ist an der hinteren Oberfläche 12-4 befestigt.
Ein lichtreflektierendes Element kann des Weiteren wie im Fall der hinteren Oberfläche an anderen
Stirnflächen
als den beiden Lichtauftreffflächen
befestigt sein.
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In
dieser Ausführungsform
sind die beiden gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Lichtwellenleiters 12 als die Lichtauftreffflächen eingerichtet,
wie in 1 gezeigt ist. In der vorliegenden Erfindung ist
es jedoch möglich,
eine der beiden Stirnflächen
als eine Lichtauftrefffläche
einzurichten. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass das lichtreflektierende
Element an der Stirnfläche,
die der Lichtauftrefffläche
gegenüberliegt,
befestigt ist.
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Die
linienförmige
Lichtquelle 14 ist so angeordnet, dass sie an die Stirnfläche 12-1 des
Lichtwellenleiters angrenzt, während
sie sich in Y-Richtung längs
der Stirnfläche 12-1 erstreckt.
Ein Teil des Lichts, das von der linienförmigen Lichtquelle 14 emittiert
wird, wird direkt durch die Lichtauftreffstirnfläche 12-1 in den Lichtwellenleiter 12 eingeleitet,
während
ein anderer Teil des Lichts durch den Reflektor 16 reflektiert
und dann durch die Lichtauftreffstirnfläche 12-1 in den Lichtwellenleiter 12 eingeleitet
wird. Die linienförmige
Lichtquelle 14 ist so angeordnet, dass sie an die Stirnfläche 12-2 des
Lichtwellenleiters angrenzt, während
sie sich in Y-Richtung längs
der Stirnfläche 12-2 erstreckt.
Ein Teil des Lichts, das von der linienförmigen Lichtquelle 14' emittiert wird,
wird direkt durch die Lichtauftreffstirnfläche 12-2 in den Lichtwellenleiter 12 eingeleitet,
während ein
anderer Teil des Lichts durch den Reflektor 16' reflektiert
und dann durch die Lichtauftreffstirnfläche 12-2 in den Lichtwellenleiter 12 eingeleitet
wird. Die Richtung des Lichteinfalls in den Lichtwellenleiter 12 ist
bei der linienförmigen
Lichtquelle 14 und der linienförmigen Lichtquelle 14' entgegengesetzt.
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Das
in den Lichtwellenleiter 12 eingeleitete Licht erleidet
eine wiederholte Reflexion, wie etwa eine Totalreflexion oder dergleichen,
an der hinteren Oberfläche 12-4,
an der das lichtreflektierende Element 18 befestigt ist,
und der Lichtemissionsfläche 12-3 und
wird zu der Stirnfläche
durchgelassen, die der Stirnfläche
gegenüberliegt,
an der es auftrifft. Im Verlauf des Lichtdurchgangs wird ein Teil
des Lichts, das von der hinteren Oberfläche 12-4 emittiert
wird, durch das lichtreflektierende Element 18 reflektiert,
und es wird bewirkt, dass es durch die hintere Oberfläche 12-4 wieder
in den Lichtwellenleiter 12 eingeleitet wird. Im Verlauf
des Lichtdurchgangs wird ein Teil des Lichts von der Lichtemissionsfläche 12-3 emittiert.
Die Lichtemission von der Lichtemissions fläche 12-3 wird hauptsächlich auf
der Grundlage der Wirkung der folgenden lichtemittierenden Struktur
oder des Lichtabgabemechanismus, der im Lichtwellenleiter 12 gebildet
ist, ausgeführt.
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In
der vorliegenden Erfindung ist es vom Standpunkt des Erreichens
einer großen
Helligkeit vorzuziehen, dass das Emissionslicht, das von der Lichtemissionsfläche des
Lichtwellenleiters emittiert wird, Licht mit einer hohen Richtwirkung
ist. Das heißt,
das Emissionslicht hat eine derartige hohe Richtwirkung, dass die Richtung
des maximalen Spitzenwerts der Helligkeitsintensitätsverteilung
des Emissionslichts die Normallinie der Lichtemissionsfläche des
Lichtwellenleiters unter einem Winkel im Bereich von 50° bis 85°, vorzugsweise von
60° bis
80° schneidet,
und die Halbwertsbreite der Verteilung beträgt 10° bis 35°, vorzugsweise 15° bis 30°. Das ist
der Fall, da die Helligkeit ausreichend vergrößert werden kann, indem die
Richtung des maximalen Spitzenwerts auf 50° und darüber und die Halbwertsbreite
auf 35° oder
weniger eingestellt werden, und auch die Richtung des Emissionslichts
kann durch die Prismenlage leicht auf eine gewünschte Richtung geändert werden,
indem der maximale Spitzenwert auf 85° oder weniger und die Halbwertsbreite
auf 10° oder
mehr eingestellt werden.
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Eine
gerichtete Lichtemissionsstruktur für den Lichtwellenleiter, die
Emissionslicht emittiert, das eine derartige hohe Richtwirkung besitzt,
kann erreicht werden, indem geringe Unebenheiten oder eine unebene Struktur
auf wenigstens einer Oberfläche
der Lichtemissionsfläche
und der hinteren Oberfläche
des Lichtwellenleiters durch Beschichten oder Bedrucken mit einer
weißen
lichtstreuenden Beschichtung oder dergleichen oder durch das Verteilen
von lichtstreuenden Materialien in dem Lichtwellenleiter gebildet
werden. Davon ist das Bilden von geringen Unebenheiten oder das
Verteilen der lichtstreuenden Materialien vom Standpunkt des Erreichens
der hohen Richtwirkung vorzuziehen. Die geringen Unebenheiten können durch
gleichförmiges Aufrauen
oder die Bildung von Linseneinheiten erreicht werden. Vom Standpunkt
des Ausgleichs zwischen der Verbesserung der Helligkeit und dem
Gleichförmigkeitsverhältnis der
Helligkeit in der Lichtemissionsfläche des Lichtwellenleiters
ist der mittlere Neigungswinkel insbesondere vorzugsweise gleich
einem Wert im Bereich von etwa 2° bis
10°. Der
mittlere Neigungswinkel (θa)
kann gemäß ISO4287/1-1984
bestimmt werden, indem die aufgeraute Oberflächenform mit einer Sonde der
Oberflächenrauigkeitsprüfeinrichtung
gemessen wird, um dadurch eine Nei gungsfunktion f(x) zu erhalten,
während
die Koordinate in einer Messrichtung als x eingerichtet wird und
die folgenden Gleichungen (1) und (2) unter Verwendung der erhaltenen
Neigungsfunktion f(x) berechnet werden. Dabei bezeichnet L die Messlänge. Durch
Einstellen des mittleren Neigungswinkels (θa) auf 2° und mehr kann die Emissionsrate
des Emissionslichts von dem Lichtwellenleiter vergrößert werden
(d. h. ihre übermäßige Verringerung
wird verhindert) und dadurch kann die Helligkeit vergrößert werden,
und indem er auf 8° oder
weniger eingestellt wird, kann die Emissionsrate des Emissionslichts
von dem Lichtwellenleiter verringert werden (d. h. ihre übermäßige Vergrößerung wird
verhindert), so dass das Gleichförmigkeitsverhältnis der
Helligkeit in der Lichtemissionsfläche verbessert werden kann.
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Derartige
geringe Unebenheiten können
im Wesentlichen isotrop sein oder Richtwirkungen haben. Ein Bearbeitungsverfahren
zum Bilden isotroper geringer Unebenheiten ist nicht auf ein bestimmtes
Verfahren beschränkt
und es können
ein Verfahren zum Übertragen
einer aufgerauten Oberfläche
einer Metallform durch Heißpressen
unter Verwendung der Metallform mit einer aufgerauten Oberfläche, die
durch chemisches Ätzen unter
Verwendung von Fluorwasserstoffsäure
oder dergleichen gebildet ist, oder unter Verwendung der Metallform,
deren Oberfläche
aufgeraut wird, indem sie mit feinen Partikeln, wie etwa Glaskügelchen
oder dergleichen, bestrahlt wird, ein Verfahren zum Beschichten
mit oder zum Befestigen von transparenten Materialien, um Unregelmäßigkeiten
durch ein Druckverfahren oder dergleichen herzustellen, und ein
Verfahren zur direkten Bearbeitung des Lichtwellenleiters durch
ein Bestrahlungsverfahren, damit er eine aufgeraute Oberfläche besitzt,
ein Ätzverfahren
oder dergleichen verwendet werden.
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Die
geringen Unebenheiten, die die Richtwirkungen haben, können erreicht
werden, indem viele sehr kleine Nute oder Vorsprünge, wie etwa lang gestreckte
Prismen, linsenförmige
Linsen oder dergleichen, ausgebildet werden, die sich im Wesentlichen
parallel zu der Lichtauftrefffläche
des Lichtwellenleiters erstrecken, wobei deren Schrittweite vorzugsweise
etwa 1 μm
bis 2 μm
beträgt.
Die vielen sehr kleinen Nute oder Vorsprünge werden vorzugsweise gebildet,
indem eine Vielzahl lang gestreckte Prismen, die im Querschnitt
dreieckig sind, paral lel zueinander angeordnet werden. Durch das
Bilden derartiger lang gestreckter Prismen kann eine geeignete Emissionslichtverteilung
in Übereinstimmung
mit einem Bereich des Betrachtungswinkels geschaffen werden und
außerdem
kann das Gleichförmigkeitsverhältnis der
Helligkeit des Emissionslichts in der Lichtemissionsfläche verbessert
werden.
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Organische
feine Partikel, wie etwa Harzkügelchen,
oder anorganische feine Partikel, wie etwa Glaskügelchen, können als Lichtstreuungsmaterial
verwendet werden, das im Lichtwellenleiter zu verteilen ist, und es
können
feine lichtdurchlässige
Partikel verwendet werden, die einen Brechungsindex haben, der von
jenem des Materials, das den Lichtwellenleiter bildet, verschieden
ist, und die einen Partikeldurchmesser im Bereich von etwa 2 bis
100 μm,
vorzugsweise im Bereich von etwa 4 bis 50 μm haben. Derartige Lichtstreuungsmaterialien
können
im gesamten Lichtwellenleiter gleichmäßig verteilt sein, mit einer
festen Konzentrationsverteilung verteilt sein oder ungleichmäßig verteilt
sein, indem sie schichtförmig
in der Nachbarschaft der Lichtemissionsfläche oder der hinteren Oberfläche abgelagert
werden. Derartige Lichtstreuungsmaterialien können in Kombination mit der
Struktur mit geringen Unebenheiten, die oben beschrieben wurde,
verwendet werden.
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Der
Lichtwellenleiter kann so entworfen sein, dass er eine feste Dicke
hat, wie in 1 gezeigt ist, dass er eine
so genannte Keilform besitzt, bei der sich die Dicke von der Position
der Lichtauftrefffläche
zu der Position der Stirnfläche,
die der Lichtauftrefffläche
gegenüberliegt,
allmählich
verringert, oder dass er eine solche Form besitzt, bei der sich
die Dicke von beiden Endabschnitten zur Mitte hin allmählich verringert.
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Die 2A bis 2C zeigen
spezielle Beispiele der Lichtemissionsstruktur, die oben beschrieben wurde.
In 2A entspricht die Lichtemissionsstruktur den im
Wesentlichen isotropen geringen Unebenheiten, die auf der Lichtemissionsfläche 12-3 des
Lichtwellenleiters 12 gebildet wurden. Die 2b und 2C zeigen
Beispiele, bei denen eine Vielzahl von sehr kleinen lang gestreckten
Linsen, die sich zueinander parallel erstrecken, als die Lichtemissionsstruktur
auf der Lichtemissionsfläche 12-3 des
Lichtwellenleiters 12 gebildet wurde. In 2b sind
linsenförmige
Linsen als die sehr kleinen lang gestreckten Linsen gebildet und
in 2C sind lang gestreckte Prismen als die sehr kleinen
lang gestreckten Linsen gebildet.
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In
der vorhergehenden Beschreibung ist die Lichtemissionsstruktur,
die die sehr kleine Struktur umfasst, auf der Lichtemissionsfläche 12-3 gebildet,
die gleiche sehr kleine Struktur kann jedoch auf der hinteren Oberfläche 12-4 oder
sowohl auf der Lichtemissionsfläche 12-3 als
auch auf der hinteren Oberfläche 12-4 gebildet
sein, um die Lichtemissionsstruktur zu bilden.
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Wie
in 2A gezeigt ist, werden Lichtstrahlenbündel, die
in den Lichtwellenleiter 12 von den linienförmigen Lichtquellen 14, 14 eingeleitet
werden, durch die Lichtemissionsstruktur in Richtungen nach schräg oben mit
einem bestimmten Pegel emittiert, damit sie annehmbare Richtwirkungen
haben (z. B. im Bereich von 50 Grad bis 85 Grad in Bezug auf die
Normallinie N der Hauptoberfläche
des Lichtwellenleiters: die Emissionsrichtungen von Licht anhand
des Lichts, das von der linienförmigen
Lichtquelle 14 emittiert wird [angegeben durch eine durchgehende
Linie] und von Licht anhand des Lichts, das von der linienförmigen Lichtquelle 14' emittiert wird
[angegeben durch eine unterbrochene Linie] sind im Wesentlichen
symmetrisch in Bezug auf die Normallinie N des Lichtwellenleiters).
Tatsächlich
besitzt jedoch das von der Lichtemissionsfläche 12-3 emittierte
Licht eine Verteilung in der Ausbreitungsrichtung in der X-Z-Ebene.
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Des
Weiteren können
in Kombination mit der oben beschriebenen Lichtemissionsstruktur
lang gestreckte Prismen, die sich im Wesentlichen in der senkrechten
Richtung zu der Lichtauftrefffläche
erstrecken, auf der Lichtemissionsfläche oder der hinteren Oberfläche des
Lichtwellenleiters gebildet werden, um die Emissionslichtverteilung
in der Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der lang gestreckten
Prismen einzugrenzen. Der Scheitelwinkel von jedem der lang gestreckten
Prismen ist vorzugsweise auf 120 bis 150° eingestellt. Das ist der Fall,
da die Helligkeit einer Oberflächenleuchtvorrichtung
verbessert werden kann, indem der Scheitelwinkel jedes lang gestreckten
Prismas auf 120° oder
größer eingestellt
wird, und eine Emissionslichtverteilung mit einer geeigneten Spreizung
kann in Übereinstimmung
mit dem Bereich des Betrachtungswinkels erreicht werden, indem der
Scheitelwinkel jedes lang gestreckten Prismas auf 150° oder kleiner
eingestellt wird. Der Scheitelwinkel jedes lang gestreckten Prismas
wird vorzugsweise in einem Bereich von 120° bis 145° eingestellt, wobei ein Bereich
von 125° bis
140° stärker bevorzugt
ist.
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Eine
Kunststofflage mit einer reflektierenden Metallablagerungsschicht,
die auf ihrer Oberfläche
gebildet ist, kann als das lichtreflektierende Element 18 verwendet
werden, das an der hinteren Oberfläche 12-4 des Lichtwellenleiters 12 befestigt
ist. Das lichtreflektierende Element 18 kann eine regelmäßige Reflexionsfunktion
oder eine diffuse Reflexionsfunktion haben. Alternativ kann ein
lichtreflektierendes Element 18 mit einer profilierten
Reflexionsfunktion, bei der die Reflexionsrate teilweise verändert ist
oder die Rate des Reflexionsbereichs teilweise verändert ist,
verwendet werden, um die Lichtemission von der Lichtemissionsfläche 12-3 des
Lichtwellenleiters über
die gesamte Oberfläche
gleichförmig
zu machen. Das lichtreflektierende Element 18 kann gebildet
werden, indem die Reflexionslage, die oben beschrieben wurde, weggelassen
wird und eine Reflexionsschicht auf der hinteren Oberfläche 12-4 des
Lichtwellenleiters durch Metallablagerung oder dergleichen gebildet
wird.
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Die
Lichtstrahlenbündel,
die von der Lichtemissionsfläche 12-3 des
Lichtwellenleiters 12 emittiert werden und Richtwirkungen
haben, breiten sich aus oder bewegen sich voran im Wesentlichen
in Richtungen schräg
nach oben und werden in die Lichtausbreitungsrichtungsumlenkungs-Prismenlage 20,
die angrenzend an die Lichtemissionsfläche 12-3 angeordnet
ist, eingeleitet. Die Prismenlage 20 hat eine Wirkung zum
Verändern
der Ausbreitungsrichtung oder Fortbewegungsrichtung von Licht, das
im Wesentlichen schräg
in Bezug auf die Richtung der Normallinie der Lage auftrifft (die
Richtung der Normallinie N des Lichtwellenleiters 12), in
eine gewünschte
Richtung (d. h. Umsetzen der Ausbreitungsrichtung). Die Richtung
der Normallinie der Lage kann z. B. als die gewünschte Richtung verwendet werden.
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3 zeigt
ein Beispiel der Prismenlage 20. Die Prismenlage 20 umfasst
einen Prismenabschnitt 20a der unteren Seite mit einer
unteren Oberfläche,
die als eine Prismenoberfläche
dient, und eine obere Oberfläche
mit einem flachen Ebene sowie einen Basisabschnitt 20b des
Typs der Unterseitenlage. Der Prismenabschnitt 20a kann
durch ein Harzmaterial des mit einem aktiven Energiestrahl härtbaren
Typs aufgebaut sein und der Basisabschnitt kann aus Polyesterharz,
Acrylharz, Polycarbonatharz, Vinylchloridharz, Polymethacrylimidharz
oder dergleichen gebildet sein. Eine polarisierende Lage oder eine
Polarisationsumsetzungslage oder eine Lichtstreuungslage können gelegentlich
als Basisabschnitt 20b verwendet werden. Die Prismenlage 20 kann
aus dem glei chen Material einteilig gebildet sein, ohne den Prismenabschnitt 20a und
den Basisabschnitt 20b voneinander zu unterscheiden.
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Ein
lichtdurchlässiges
Harzmaterial mit einem Doppelbrechungsindex von 0,02 oder kleiner
kann als das Material der Prismenlage 20, insbesondere
gelegentlich als das Material des Prismenabschnitts 20a verwendet
werden. Des Weiteren kann ein lichtdurchlässiges Harzmaterial, das lichtdurchlässige Partikel
enthält, die
einen mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von 1 μm bis 50 μm haben und
im Brechungsindex von dem lichtdurchlässigen Harz um 0,002 und mehr
verschieden sind, als Prismenlage 20 und insbesondere als Prismenabschnitt 20a verwendet
werden. Dieses Material besitzt eine Lichtstreuungseigenschaft.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist die Auftreffoberfläche 20-1 der
Prismenlage 20 als eine Prismenoberfläche eingestellt, an der eine
Vielzahl von Säulenprismen
der Y-Richtung parallel zueinander angeordnet sind. Licht, das von
dem Lichtwellenleiter 12 emittiert und in die Prismenlage 20 eingeleitet
wird, erleidet eine interne Reflexion durch die Prismenfläche, breitet
sich in die Richtung der Lagennormallinie N aus und tritt von der
Emissionsoberfläche 20-2 aus.
Wie in 3 gezeigt ist, erleiden Licht, das von der linienförmigen Lichtquelle 14 emittiert
wird [angegeben durch eine durchgehende Linie] und Licht, das von
der linienförmigen
Lichtquelle 14' emittiert
wird [angegeben durch eine unterbrochene Linie] durch die Oberflächen an
den gegenüberliegenden Seiten
jedes Prismas eine interne Reflexion.
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4 zeigt
ein weiteres Beispiel der Prismenlage 20. Sowohl die untere
Oberfläche
(Auftreffoberfläche)
als auch die obere Oberfläche
(Emissionsoberfläche)
der Prismenlage 20 sind als Prismenflächen eingerichtet. Die untere
Oberfläche
(Auftreffoberfläche)
ist als die Prismenoberfläche
wie die in 3 gezeigte Prismenoberfläche entworfen,
und die obere Oberfläche
(Emissionsoberfläche)
ist entworfen, indem lang gestreckte Prismen, die jeweils einen
Scheitelwinkel im Bereich von etwa 80 Grad bis 140 Grad haben, zueinander
parallel angeordnet werden. Alle Prismen der Auftreffoberfläche 20-1 erstrecken
sich in der Y-Richtung
und alle Prismen der Emissionsoberfläche 20-2 erstrecken
sich im Wesentlichen längs
der X-Richtung senkrecht zur Y-Richtung. Alle Prismen der Auftreffoberfläche 20-1 lenken
Licht hauptsächlich
durch ihre Wirkung der internen Reflexion in der X-Z-Ebene ab und
alle Prismen der Emissionsoberflä che 20-2 lenken
Licht hauptsächlich
durch ihre Brechungswirkung in der Y-Z-Richtung ab.
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Die 5 bis 8 sind
schematische Darstellungen, die spezielle Beispiele von Lichtfokussierungsmitteln
zeigen.
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Die
in 5 gezeigten Lichtfokussierungsmittel werden gebildet,
indem die mehreren lang gestreckten Prismen der Prismenlage 20 in
einer speziellen Form entworfen werden. 5 zeigt
die Form der Vielzahl von lang gestreckten Prismen der Prismenlage.
Die Prismenlage 20 umfasst eine Vielzahl von Säulenprismen, die
sich in der Y-Richtung erstrecken und parallel zueinander an einer
Oberfläche
der Prismenlage (die Auftreffoberfläche 20-2) angeordnet
sind, die so angeordnet ist, dass sie der Lichtemissionsfläche 12-3 des
Lichtwellenleiters 12 zugewandt ist. Der Scheitelwinkel α jedes Prismas
und die Änderungsrate γ des Neigungswinkels β zur Normallinie
N der Lage in Bezug auf die Richtung der Prismenanordnung oder die
Richtung des Prismenfelds (X-Richtung) senkrecht zu der Erstreckungsrichtung
(Y-Richtung) aller Prismen sind so eingestellt, dass die folgenden
Bedingungen erfüllt
sind: 55 Grad ≤ α ≤ 75 Grad 0,2 Grad/cm ≤ γ ≤ 1,5 Grad/cm
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Dabei
ist die Neigung β zur
Normallinie N der Lage jedes Prismas als ein Winkel definiert, bei
dem sich die Symmetrieebene der beiden Flächen jedes Prismas mit der
Lagennormallinie N schneidet, und die Vorzeichen sind so eingestellt,
dass die in 5 gezeigte Richtung als ein
positives Vorzeichen und die entgegengesetzte Richtung als ein negatives
Vorzeichen festgelegt sind. Die Änderungsrate γ von β in Bezug
auf die Richtung der Prismenanordnung stellt eine Veränderung
von β bei
jeder Verschiebung um eine Abstandseinheit (1 cm) in der positiven
Richtung (in 8 in der Richtung nach rechts)
in Bezug auf X dar.
-
Bei
der Prismenlage 20 ist β in
der Mitte in Bezug auf die Richtung der Prismenanordnung (die Mittellinie
CL der Prismenlage 20 in der X-Z-Ebene) auf null Grad eingestellt.
Demzufolge ist die Form der Prismenoberfläche (Auftreffoberfläche 20-1)
so entworfen, dass sie in Bezug auf die Mittellinie CL symmetrisch
ist.
-
Durch
das Entwerfen der Prismenoberfläche
in der oben beschriebenen Form wird Licht, das durch jedes Prisma
intern reflektiert wird (siehe 3), in der
X-Z-Ebene als Ganzes fokussiert (in Übereinstimmung mit dem Abstand
von CL wird der Ablenkungswinkel größer, wenn der Abstand größer wird),
und das Licht wird in die Umgebung der Position eines Betrachters,
der um einen Abstand von 30 bis 40 cm von CL entfernt ist, fokussiert,
nachdem es durch die Lage geschickt wurde.
-
Die
Schrittweite der Prismenanordnung oder die Schrittweite des Prismenfelds
ist nicht auf eine bestimmte Schrittweite beschränkt, sie ist jedoch vorzugsweise
auf einen Wert im Bereich von 10 bis 1000 μm eingestellt, wobei ein Wert
im Bereich von 15 bis 100 μm
stärker
bevorzugt ist.
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Des
Weiteren werden α, β und γ der Prismenlage 20 im
Folgenden beschrieben.
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Scheitelwinkel α
-
Wenn
die Oberfläche
der Anordnung aus lang gestreckten Prismen der Prismenlage so angeordnet ist,
dass sie der Lichtemissionsfläche
des Lichtwellenleiters zugewandt ist, wird Licht, das auf der Lichtemissionsoberfläche der
Prismenlage in einer schrägen
Richtung zur Richtung der Normallinie der Lichtemissionsfläche des
Lichtwellenleiters auftrifft, von der Fläche jedes lang gestreckten
Prismas durch die Wirkung der Totalreflexion reflektiert und unter
einem Winkel zur Richtung der Normallinie der Lichtemissionsfläche abgelenkt. Wie
oben beschrieben wurde, wird die Ausbreitungsrichtung des auftreffenden
Lichts durch die Wirkung der Totalreflexion der lang gestreckten
Prismen geändert,
so dass der Lichtnutzungsgrad verbessert werden kann und es kann
eine Intensitätsverteilung
des Emissionslichts einer Oberflächenleuchtvorrichtung
erreicht werden, die im Wesentlichen der Intensitätsverteilung
des Emissionslichts von dem Lichtwellenleiter entspricht. Demzufolge
kann die Richtung von Licht mit einer Verteilung, die durch den
Lichtwellenleiter in geeigneter Weise festgelegt wird, effizient
in eine Soll-Richtung geändert
werden. In diesem Fall werden die Scheitelwinkel der Prismen der
lang gestreckten Prismen der Prismenlage auf einen Wert im Bereich
von 55 bis 75° eingestellt,
wobei die Scheitelwinkel aller lang gestreckten Prismen feststehend
ist. In diesem Winkelbereich kann die Richtung des Lichts mit der
Totalreflexion zur der Soll-Richtung geändert werden. Der Scheitelwinkel
der Prismen ist vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 60° bis 70° eingestellt.
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Änderungsrate γ
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Die
lang gestreckten Prismen der Prismenlage werden so angeordnet, dass
die lang gestreckten Prismen, die einen Neigungswinkel β haben, der
0 Grad am nächsten
ist, an der Mittenposition angeordnet sind, und die Neigungswinkel β der anderen
lang gestreckten Prismen werden allmählich größer, wenn sie von den an der
Mittenposition angeordneten lang gestreckten Prismen weiter entfernt
sind. Die Änderung
des Neigungswinkels β der
lang gestreckten Prismen kann kontinuierlich sein (d. h. der Neigungswinkels β wird bei jedem
lang gestreckten Prisma von den nacheinander angeordneten lang gestreckten
Prismen geändert)
oder schrittweise (d. h. eine Prismengruppe wird aus jeweils einigen
der lang gestreckten Prismen von den nacheinander angeordneten lang
gestreckten Prismen gebildet und der Neigungswinkel β ist innerhalb
der gleichen Prismengruppe feststehend, während er sich für jede Prismengruppe ändert).
Die Änderungsrate γ pro 1 cm ist
jedoch auf einen Wert im Bereich von 0,2° bis 1,5° eingestellt. Ist die Veränderungsrate
kleiner als 0,2 Grad/cm würde
die Fokussierungsposition des Emissionslichts weit entfernt von
der Oberfläche
der Oberflächenleuchtvorrichtung
liegen. Außerdem
ist es sehr schwierig ein Prismenmuster mit einer kleinen Änderungsrate
herzustellen. Wenn dagegen die Änderungsrate
größer als
1,5 Grad/cm ist, würde
die Fokussierungsposition nahe an der Oberfläche der Oberflächenleuchtvorrichtung
liegen. Insbesondere dann, wenn die Änderungsrate schrittweise geändert wird,
besteht eine Tendenz, dass die Gleichförmigkeit geringer wird, da
die Änderungspunkte
des Neigungswinkels β sichtbar
sind. Die Änderungsrate γ wird vorzugsweise
auf einen Wert im Bereich von 0,4 Grad/cm bis 1,2 Grad/cm eingestellt,
wobei ein Wert im Bereich von 0,5 Grad/cm bis 1 Grad/cm stärker bevorzugt
ist.
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Durch
das Einstellen des Neigungswinkels β der lang gestreckten Prismen
in der Mittelposition auf 0 Grad, kann die Richtung des Emissionslichts
an dieser Position auf die Richtung der Normallinie eingestellt werden.
Das ist zu bevorzugen, da eine Oberflächenleuchtvorrichtung mit einer
großen
Helligkeit an der Normallinie gebildet werden kann. In der vorliegenden
Erfindung entspricht die Position unmittelbar über der Ortsposition des mittigen
lang gestreckten Prismas im Wesentlichen der Betrachtungsposition
(Punkt der Betrachtungsposi tion). Es ist deswegen zu bevorzugen,
dass das mittige lang gestreckte Prisma, dessen Neigungswinkel 0
Grad beträgt
oder 0 Grad am nächsten
ist, an der Mittenposition der Prismenlage in Bezug auf die Richtung
der Anordnung der lang gestreckten Prismen angeordnet ist.
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Durch
das Einstellen des Scheitelwinkels aller lang gestreckten Prismen
der Prismenlage auf einen festen Wert und das Verändern ihrer
Neigungswinkel β,
können
selbst dann, wenn linienförmige
Lichtquellen an beiden Enden des Lichtwellenleiters angeordnet werden,
Lichtstrahlenbündel
von beiden linienförmigen Lichtquellen
zu der gleichen Position fokussiert werden. Deswegen wird die Prismenlage
in geeigneter Weise bei einem Flüssigkristallmonitor
oder einer großflächigen Oberflächenleuchtvorrichtung,
die zur Werbung verwendet wird, einer Werbeanzeige oder dergleichen
angewendet. Selbst dann, wenn eine linienförmige Lichtquelle lediglich
an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet wird, kann Licht,
das von dem anderen gegenüberliegenden
Ende reflektiert und zurückgeleitet
wird, zu der gleichen Position fokussiert werden, so dass der Lichtnutzungsgrad
verbessert werden kann. Das ist der Fall, da Licht, das von einer
Seite relativ zu der Anordnungsrichtung der lang gestreckten Prismen
auftrifft, durch die Prismenfläche
an der gegenüberliegenden
Seite zu der Lichtauftreffseite jedes lang gestreckten Prismas total
reflektiert wird, so dass Lichtstrahlenbündel, die sowohl von der rechten
als auch von der linken Seite auftreffen, durch die entsprechenden
Prismenflächen
jedes lang gestreckten Prismas total reflektiert oder hiervon emittiert
werden können.
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Neigungswinkel β
-
Der
Neigungswinkel β der
lang gestreckten Prismen der Prismenlage kann in Übereinstimmung
mit der Brennpunktposition des Emissionslichts und der Größe der Oberflächenleuchtvorrichtung
eingestellt werden. Er wird jedoch vorzugsweise auf einen Wert im
Bereich von –20° bis +20° eingestellt,
wobei ein Wert im Bereich von –15° bis +15° stärker bevorzugt
ist, von dem Standpunkt ausgehend, dass das Emissionslicht zu einer
normalen Betrachtungsposition in einem Abstand von einigen zehn
Zentimetern von der Prismenlage fokussiert werden kann, und außerdem kann
das Prismenmuster leicht hergestellt werden usw.
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Lichtfokussierungsmittel,
die in den 6 und 7 gezeigt
sind, werden gebildet, indem der Lichtwellenleiter in einer speziellen
Form entworfen wird. Das heißt,
die 6 und 7 zeigen spezielle Beispiele, wenn
der Lichtwellenleiter mit einer Lichtfokussierungsfunktion ausgestattet
ist.
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In
dem Lichtwellenleiter, der in 6 gezeigt
ist, werden die Lichtfokussierungsmittel gebildet, indem die Lichtemissionsfläche 12-3 des
Lichtwellenleiters 12 in Bezug auf die X-Richtung senkrecht
zu der Richtung der linienförmigen
Lichtquelle in eine konkave Form gekrümmt ist. Das heißt, dies
ermöglicht,
dass das Licht, das von der Lichtemissionsfläche 12-3 emittiert
wird, als Ganzes in der X-Z-Ebene divergiert wird (in Übereinstimmung
mit dem Abstand von der Mittellinie CL der Z-Richtung in der X-Z-Ebene
des Lichtwellenleiters 12, wobei der Ablenkungswinkel bei
einem größeren Abstand
größer wird),
wodurch Licht, das durch die Prismenlage 20, die in den 3 oder 4 gezeigt
ist, geschickt wird, um die interne Reflexion des Prismas von der Auftreffoberfläche 20-1 zu
erleiden, in der X-Z-Ebene im fokussierten Zustand gehalten wird.
Der Krümmungsgrad
(die Krümmung)
wird in Übereinstimmung
mit der Position des Betrachters eingestellt, so dass das Licht zur
Umgebung der Position des Betrachters fokussiert wird, nachdem es
durch die Prismenlage geschickt wurde.
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In
dem Lichtwellenleiter, der in 7 gezeigt
ist, werden die Lichtfokussierungsmittel gebildet, indem die hintere
Oberfläche 12-4 des
Lichtwellenleiters 12 in Bezug auf die X-Richtung senkrecht
zur Richtung der linienförmigen
Lichtquelle in die konkave Form gekrümmt wird (d. h., die obere
Oberfläche
des lichtreflektierenden Elements 18[die gemeinsame Fläche mit
dem Lichtwellenleiter 12] ist in eine konvexe Form gekrümmt). Bei
diesem Aufbau wird das Licht, das durch die hintere Oberfläche 12-4 geschickt
wird und von der Lichtemissionsfläche 12-3 emittiert
wird, als Ganzes in der X-Z-Ebene divergiert, so dass das Licht,
welches durch die in den 3 und 4 gezeigte
Prismenlage 20 geschickt wird, damit es die interne Prismenreflexion
von der Auftreffoberfläche 20-1 erleidet,
in der X-Z-Ebene im fokussierten Zustand gehalten wird. Der Krümmungsgrad
(die Krümmung)
wird in Übereinstimmung
mit der Position des Betrachters eingestellt, so dass das Licht
zur Umgebung der Position des Betrachters fokussiert wird, nachdem
es durch die Prismenlage geschickt wurde.
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In
dem Lichtwellenleiter, der in 8 gezeigt
ist, werden die Lichtfokussierungsmittel gebildet, indem die obere
Oberfläche
(Emissionsoberfläche) 20-2 der
Prismenlage 20 in Bezug auf die X-Richtung senkrecht zu
der Richtung der linienförmigen
Lichtquelle in eine konvexe Form gekrümmt wird. Das heißt, bei
diesem Aufbau wird das Licht, das die interne Prismenreflexion von
der Auftreffoberfläche 20-1 erleidet
und von der Prismenlage durch die obere Oberfläche 20-2 emittiert
wird, als Ganzes in der X-Z-Ebene im fokussierten Zustand gehalten.
Der Krümmungsgrad
(die Krümmung)
wird in Übereinstimmung
mit der Position des Betrachters eingestellt, so dass das Licht
zur Umgebung der Position des Betrachters fokussiert wird.
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Im
Folgenden werden die Materialien des Lichtwellenleiters und der
Prismenlage sowie deren Herstellungsverfahren beschrieben.
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Der
Lichtwellenleiter und die Prismenlage können aus Kunstharz gebildet
sein, das einen hohen Lichtdurchlassgrad besitzt. Als ein derartiges
Kunstharz können
Methacrylharz, Acrylharz, Polycarbonatharz oder Vinylchloridharz
verwendet werden. Insbesondere Methacrylharz ist in Bezug auf Lichtdurchlassgrad,
Wärmewiderstand,
dynamische Eigenschaften und Bearbeitungsfähigkeit zur Formgebung ausgezeichnet
und ist optimal. Da ein derartiges Methacrylharz vorzugsweise als
ein Harzmaterial verwendet wird, das hauptsächlich Methylmethacrylat enthält, beträgt die Menge
an Methylmethacrylat mindestens 80 Gew.-%.
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Wenn
eine derartige Oberflächenstruktur,
bei der die lang gestreckte Linsen, wie etwa lang gestreckte Prismen,
linsenförmige
Linsen oder dergleichen des Lichtwellenleiters und die Prismenlage
angeordnet sind, oder eine Oberflächenstruktur mit einer aufgerauten
Oberfläche
gebildet wird, kann sie durch Heißpressen einer transparenten
Kunstharzplatte mit einem Formelement, das eine gewünschte Oberflächenstruktur
aufweist, gebildet werden. Wenn der Lichtwellenleiter und die Prismenlage
durch Extrusionsformen, Spritzgießen oder dergleichen gebildet
werden, können
sie gleichzeitig geformt werden. Wenn der Lichtwellenleiter und
die Prismenlage unter Verwendung von durch Wärme aushärtendem oder durch Licht aushärtendem
Harz oder dergleichen hergestellt werden, können sie gleichzeitig geformt
werden. In diesem Fall können
der Lichtwellenleiter und die Prismenlage so hergestellt werden,
dass der innere Abschnitt hiervon und der Oberflächenabschnitt hiervon, der
eine aufgeraute Oberflächenstruktur
oder die Struktur aus einer Anordnung mit lang gestreckten Linsen,
die die linsenförmigen
Linsen oder lang gestreckte Prismen umfasst, besitzt, einen unterschiedlichen
Brechungsindex aufweisen. Des Weiteren kann eine aufgeraute Oberflächenstruktur,
die durch die Aktivierung von Energie härtbares Harz oder einen Abschnitt
mit einer Struktur aus einer Anordnung von lang gestreckten Linsen,
lang gestreckten Prismen oder dergleichen umfasst, auf einem transparenten
Basiselement gebildet sein, wie etwa eine transparente Filmschicht
oder eine Lage, die aus Polyesterharz, Acrylharz, Vinylchloridharz,
Polymethacrylimidharz oder dergleichen gebildet ist. Die Lage, die
die aufgeraute Struktur oder die Struktur aus einer Anordnung von
lang gestreckten Linsen aufweist, die oben beschrieben wurde, kann
durch Adhäsion,
Fusion oder andere Verfahren einteilig mit einem anderen transparenten
Basiselement verbunden sein. Als das durch die Aktivierung von Energie
härtbare
Harz können
multifunktionale (Meth-)Acrylverbundstoffe, Vinylverbundstoffe,
Allylverbundstoffe, Metallsalze von (Meth-)Acrylsäure oder
dergleichen verwendet werden.
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Die
Lichtfokussierungsmittel der 5 bis 8 realisieren
den Brennpunktzustand in der X-Z-Ebene. Wenn jedoch die Emissionsoberfläche der
Prismenlage die lang gestreckten Prismen zum Ablenken von Licht
in der Y-Z-Ebene unter Verwendung der Prismenbeugungswirkung aufweist,
wie in 4 gezeigt ist, kann der Brennpunktzustand in der
Y-Z-Ebene realisiert werden. 9 zeigt
schematisch ein Beispiel der Lichtfokussierungsmittel in der Y-Z-Ebene,
die oben beschrieben wurden.
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Die
Lichtfokussierungsmittel, die in 9 gezeigt
sind, werden gebildet, indem die untere Oberfläche (Auftreffoberfläche) 20-1 der
Prismenlage 20 in Bezug auf die Richtung (Y-Richtung) der
linienförmigen
Lichtquelle in die konvexe Form gekrümmt wird. Das heißt bei diesem
Entwurf, dass Licht, das durch die obere Oberfläche 20-2 gebeugt und
von der Prismenlage emittiert wurde, als Ganzes in der Y-Z-Ebene
im Brennpunktzustand gehalten wird (in Übereinstimmung mit dem Abstand
von CL, wobei der Ablenkwinkel größer ist, da die Entfernung
größer ist).
Der Krümmungsgrad
(Krümmung)
wird in Übereinstimmung
mit der Position des Betrachters eingestellt, so dass das Licht
in die Umgebung der Position des Betrachters fokussiert wird.
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Um
den Brennpunktzustand in der Y-Z-Ebene zu realisieren, wenn die
Emissionsoberfläche
der Prismenlage die Anordnung aus lang gestreckten Prismen enthält, um Licht
in der Y-Z-Ebene unter Verwendung der Prismenbeugungsaktion abzulenken,
wie in 4 gezeigt ist, können die Lichtemissionsfläche 12-3 oder die
hintere Oberfläche 12-4 des
Lichtwellenleiters 12 in der Y-Z-Ebene in die konvexe Form gekrümmt sein.
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Die
Lichtfokussierung in der Y-Z-Ebene wird, wie oben beschrieben wurde,
unabhängig
von der Lichtfokussierung in der X-Z-Ebene ausgeführt. Des
Weiteren können
eine Vielzahl von Lichtfokussierungsmitteln in der X-Z-Ebene und
eine Vielzahl von Lichtfokussierungsmitteln in der Y-Z-Ebene, wie
oben beschrieben wurde, in gegenseitiger Kombination verwendet werden.
In diesem Fall kann der Krümmungsradius
der Krümmung
jedes Teils usw. in geeigneter Weise eingestellt werden, um den
Brennpunktzustand zu einer gewünschten
Position zu realisieren.
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In
der vorhergehenden Beschreibung befindet sich der Betrachter an
CL und CL bewegt sich durch die Mittelposition in Bezug auf die
X-Richtung der Prismenlage 20. Die Position des Betrachters
befindet sich jedoch nicht notwendigerweise auf der Linie in der
Z-Richtung, die durch die Mittelposition der Prismenlage 20 verläuft. Der
Lichtwellenleiter 12, das reflektierende Element 18 und
die Prismenlage 20 können
z. B. lediglich durch den rechten Seitenabschnitt in Bezug auf Cl
von 8 konstruiert sein, so dass der Betrachter auf
CL blickt (in diesem Fall ist CL nicht die Mittellinie der Prismenlage 20).
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Eine
Oberflächenleuchtvorrichtung,
die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht und eine Prismenlage
umfasst, wie in 5 gezeigt ist, wird im Folgenden
durch das folgende Beispiel und das Vergleichsbeispiel beschrieben.
Die Messung der entsprechenden Eigenschaften in dem Beispiel und
dem Vergleichsbeispiel wurden folgendermaßen ausgeführt:
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Messung des mittleren Neigungswinkels
(θa)
-
Die
Messung wurde gemäß ISO4287/1-1987
ausgeführt.
Die Oberflächenrauigkeit
der aufgerauten Oberfläche
wurde bei einer Antriebsgeschwindigkeit von 0,03 mm/s unter Verwendung
einer Sonde der Oberflächenrauigkeitsprüfeinrichtung
(SURFCOM 570A, hergestellt von Tokyo Seiki Co., Ltd.) unter Ver wendung
von 010-2528 (1 μm
R, konisch 55°,
diamantförmig)
als eine Sonde gemessen. Auf der Grundlage eines Diagramms, das
durch diese Messung erreicht wurde, wurde die durchschnittliche
Linie hiervon subtrahiert, um die Neigung zu korrigieren, und der
durchschnittliche Neigungswinkel wurde durch die oben beschriebenen Gleichungen
(1) und (2) berechnet.
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Messung der Halbwertsbreite
der Verteilung der Helligkeitsintensität
-
Eine
Kaltkatodenröhre
wurde als Lichtquelle verwendet und eine Gleichspannung von 14 V
wurde an einen Inverter (HIU-742A, hergestellt von Harison Electric
Co., Ltd.) angelegt, um die Kaltkatodenröhre bei einer hohen Frequenz
einzuschalten. Eine schwarze Lage mit einem Stiftloch mit einem
Durchmesser von 4 mm wurde auf dem Lichtwellenleiter so befestigt,
dass das Stiftloch in der Mitte des Lichtwellenleiters angeordnet war,
wobei der Abstand zwischen dem Lichtwellenleiter und einer Luminanzmesseinrichtung
(nt-1°,
hergestellt von Minolta Co., Ltd.) so eingestellt wurde, dass ein
Messkreis einen Durchmesser von 8 bis 9 mm hatte und die Rotationswelle
eines Goniometers, die parallel zur Erstreckungsrichtung der Kaltkatodenröhre und
durch das Stiftloch verlief, wurde so eingestellt, dass sie sich
um das Rotationszentrum dreht. Nachdem 30 Minuten oder mehr als
Alterungsdauer der Kaltkatodenröhre
verstrichen waren, wurde die Leuchtintensitätsverteilung des Emissionslichts
durch die Luminanzmesseinrichtung gemessen, während die Drehwelle bei einem
Winkelintervall von 5° von
+80° auf –80° gedreht
wurde. Der maximale Spitzenwinkel und die Halbwertsbreite (der Spreizwinkel
der Verteilung bei der Hälfte
des Spitzenwerts) der Leuchtintensitätsverteilung wurden bestimmt.
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Messung des Helligkeitsverhältnisses
der Ebene
-
Eine
Kaltkatodenröhre
wurde als Lichtquelle verwendet und eine Gleichspannung von 14 V
wurde an einen Inverter (HIU-742A, hergestellt von Harison Electric
Co., Ltd.) angelegt, um die Kaltkatodenröhre bei einer hohen Frequenz
einzuschalten. Die Position der Luminanzmesseinrichtung (nt-1°, hergestellt
von Minolta Co., Ltd.), die so angeordnet wurde, dass sie von der
Oberfläche
der Oberflächenleuchtvorrichtung
bei einem Abstand von 30 cm beabstandet gehalten wurde, wurde verändert, um
die Helligkeit an insgesamt drei Punkten der Mittelposition der
Oberflächenleuchtvorrichtung
und den beiden Positionen, die sich um 8 cm weit entfernt von der
Mittelposition zur rechten und linken Seite in der Richtung senkrecht
zur Kaltkatodenröhre
befinden, zu messen, und das Verhältnis der Werts der minimalen
Helligkeit zum Wert der maximalen Helligkeit bei diesen gemessenen
Helligkeitswerten wurde als ein Luminanzverhältnis der Ebene eingesetzt.
-
[Beispiel 1]
-
Acrylharz
(ACRYPET VH5#000, hergestellt von Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) wurde
einem Spritzgießen unterzogen
durch die Verwendung einer Metallform mit einer Oberfläche als
eine spiegelglatte Oberfläche
und der anderen Oberfläche
als eine aufgeraute Oberfläche,
die durch Ausführen
einer Strahlbearbeitung unter Verwendung von Glaskügelchen
mit einem Durchmesser im Bereich von 125 bis 149 μm (FGB-120,
hergestellt von Fuji Manufacturing Works Co., Ltd.) aus einem Abstand
von 10 cm bei einem Sprühdruck
von 4 kg/cm2 gebildet wurde, um einen keilförmigen Lichtwellenleiter
zu erreichen, der eine spiegelglatte Oberfläche als eine Hauptoberfläche und
eine aufgeraute Oberfläche
mit einem mittleren Neigungswinkel von 2,9° als die andere Hauptoberfläche aufweist,
die Abmessungen von 195 mm_253 mm und eine maximale Dicke von 3
mm und eine minimale Dicke von 1 mm besitzt. Die Kaltkatodenröhre wurde
längs einer
Seite mit der Länge
von 253 mm (lange Seite) des Lichtwellenleiters angeordnet, so dass
sie einer seitlichen Stirnfläche
(der Abschnitt mit der Dicke von 3 mm) zugewandt ist, die der langen
Seite des Lichtwellenleiters entspricht. Eine reflektierende Lichtdiffusionslage
(E60, hergestellt durch Toray Industries, Inc.) wurde an der anderen
seitlichen Stirnfläche angebracht,
eine reflektierende Lage wurde so angeordnet, dass die gegenüberliegende
Fläche
(hintere Oberfläche)
der aufgerauten Oberfläche
zugewandt ist, und ein Lichtquellenreflektor (kundenseitig hergestellte
reflektierende Silberlage, hergestellt durch Reiko Co., Ltd.) wurde
angeordnet. Der auf diese Weise gebildete Aufbau wurde in den Rahmenkörper installiert.
Der maximale Spitzenwert der Leuchtintensitätsverteilung des Emissionslichts
bevor die Prismenlage an dem Lichtwellenleiter montiert wurde, erschien
bei einem Winkel 70° von
der Normalenlinienrichtung und die Halbwertsbreite hiervon betrug
27°.
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Des
Weiteren wurden viele lang gestreckte Prismen mit einem Scheitelwinkel
von 65,4° und
einer Schrittweite von 50 μm
parallel zueinander auf einer Polyesterlage mit der Dicke von 188 μm mit einer
aufgerauten Oberfläche
unter Verwendung eines durch Ultraviolettlicht härtbaren Harzes des Acryltyps
so angeordnet, dass ein lang gestrecktes Prisma mit einem Neigungswinkel
von 0° an
der Mittenposition in Bezug auf die Richtung der Anordnung aus lang
gestreckten Prismen angeordnet wurde und die Änderungsrate des Neigungswinkels
0,7161 Grad/cm betrug, wodurch eine Prismenlage mit den Abmessungen
195 mm_253 mm gebildet wurde. Der Neigungswinkel jedes lang gestreckten
Prismas wurde auf einen Wert im Bereich von –7° bis +7° eingestellt.
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Die
auf diese Weise gebildete Prismenlage wurde so angeordnet, dass
ihre Oberfläche
der Anordnung aus lang gestreckten Prismen der Lichtemissionsfläche des
Lichtwellenleiters zugewandt war und die Prismensteglinie parallel
zu der Lichtauftrefffläche
des Lichtwellenleiters verlief. Der gemessene Wert der Normallinienhelligkeit
der auf diese Weise gebildeten Oberflächenleuchtvorrichtung betrug
2425 cd/cm2.
-
Wie
in 10 gezeigt ist, wurde die Helligkeit an der Mittelposition
T0 an der Oberflächenleuchtvorrichtung in Bezug
auf die X-Richtung und die Helligkeit an jeder der Positionen T1, T2, die sich um
8 cm von der Mittelposition in der X-Richtung nach der rechten und
der linken Seite befanden, durch Luminanzmesseinrichtungen gemessen,
die an den Positionen S0, S1,
S2 angeordnet waren, die sich in einem Abstand
d = 30 cm von der Oberflächenleuchtvorrichtung
bzw. unmittelbar über
T0, T1, T2 befanden. Das Helligkeitsverhältnis der
Ebene wurde auf der Grundlage der gemessenen Werte berechnet. Das
Ergebnis ist in einer graphischen Darstellung von 11 gezeigt.
-
[Vergleichsbeispiel 1]
-
Eine
Oberflächenleuchtvorrichtung
wurde in der gleichen Weise wie das Beispiel 1 hergestellt, mit
der Ausnahme, dass eine Prismenlage, bei der die Neigungswinkel
sämtlicher
lang gestreckter Prismen auf 0° eingestellt
war, verwendet wurde. Die gemessenen Werte der Normallinienhelligkeit
der gebildeten Oberflächenleuchtvorrichtung
betrug 2430 cd/cm2.
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Des
Weiteren wurde die Helligkeit in der gleichen Weise wie beim Beispiel
1 gemessen und das Helligkeitsverhältnis der Ebene wurde berechnet.
Das Ergebnis ist in der graphischen Darstellung von 11 gezeigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist aus den Ergebnissen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel
1, die oben beschrieben wurden, offensichtlich, dass ein hohes Helligkeitsverhältnis der
Ebene in einem ausgedehnten Betrachtungsbereich erreicht werden
kann.
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[Industrielle Anwendbarkeit]
-
Wie
oben beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Oberflächenleuchtvorrichtung
des Randlichttyps geschaffen werden, deren Fläche leicht vergrößert werden
kann, ohne dass eine Ungleichförmigkeit
in der Sichtbarkeit einer Bildschirm- oder Bildebene auftritt, die
in einem kurzen Abstand betrachtet wird, indem Beleuchtungslicht
so emittiert wird, dass das Licht zu der Betrachtungsposition fokussiert wird.