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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung und eine
Flüssigkristallanzeige und insbesondere eine Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, die
ein optisches Element verwendet, das eine Licht streuende Wirkung und eine Licht
leitende Wirkung zeigt, d. h. einen "streuenden Lichtwellenleiter" und ein planares
Element, das eine prismatische Wirkung aufweist, d. h. ein "Prismenblatt" und eine
Flüssigkristallanzeige unter Verwendung derselben zur Hintergrundbeleuchtung.
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Eine Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, die einen streuenden Lichtwellenleiter und ein
Prismenblatt verwendet, wird vorgeschlagen und zur Hintergrundbeleuchtung einer
Flüssigkristallanzeige und ähnliches verwendet. Das Prismenblatt wird aus einem
plattenähnlichen optischen Material mit einer Oberfläche (d. h. einer "prismatischen
Oberfläche"), die mit V-förmigen sich wiederholenden Riefelungen gebildet ist,
gebildet.
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Es ist bekannt, daß das Prismenblatt eine Funktion hat, die Eigenschaften der
Ausbreitungsrichtung der Lichtflüsse zu modifizieren. Bei der herkömmlichen
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung ist daher das Prismenblatt ausschließlich auf der
Seite der Austrittsoberfläche des streuenden Lichtwellenleiters angeordnet.
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Fig. 1 zeigt eine Anordnung des grundlegenden Teils einer herkömmlichen
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, bei der ein Prismenblatt verwendet wird. Mit
Bezug auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen streuenden Lichtwellenleiter
mit einem keilförmigen Profil. Der streuende Lichtwellenleiter 1 ist aus einer Matrix
aus beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) und gleichmäßig darin dispergierten
Partikeln zusammengesetzt, wobei die Partikel einen Brechungsindex aufweisen, der
von dem der Matrix verschieden ist. Diese Partikel werden im folgenden als "Partikel
mit verschiedenem Brechungsindex" bezeichnet. Eine relativ dicke Endfläche des
streuenden Lichtwellenleiters 1 stellt die Eintrittsfläche 2 bereit. Eine Lichtquelle (z. B.
Fluoreszenzlampe) L ist in der Nähe der Eintrittsfläche 2 angeordnet.
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Ein Reflektor 3 ist entlang einer Fläche (Rückseite) 6 des streuenden Lichtwellenleiters
1 angeordnet. Eine spiegelnde Silberfolie oder ein diffuses weißes Blatt wird als
Reflektor 3 verwendet. Ein Beleuchtungslicht wird von der anderen Fläche, d. h. einer
Austrittsfläche 5, des streuenden Lichtwellenleiters 1 emittiert. Das Prismenblatt 4 ist
außerhalb der Austrittsfläche 5 angeordnet.
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Zur Vereinfachung der Veranschaulichung ist der Abstand zwischen dem streuenden
Lichtwellenleiter 1 und dem Prismenblatt 4 und der Abstand der prismatischen
Riefelung vergrößert. Eine Oberfläche des Prismenblattes 4 ist aus V-förmigen
prismatischen Flächen 4a und 4b zusammengesetzt, während die andere Fläche eine
flache Fläche (helle Oberfläche) 4e ist, aus der ein Beleuchtungsfluß 4f emittiert wird.
Die Flüssigkristallanzeige wird konstruiert, indem man eine herkömmliche
Flüssigkristallanzeigenvorrichtung (d. h. "Flüssigkristallanzeigenplatte") außerhalb des
Prismenblattes 4 anordnet.
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Da die Dicke des streuenden Lichtwellenleiters 1 mit Abstand von der Eintrittsfläche 2
verringert wird, tritt wiederholt eine Reflexion zwischen der Austrittsfläche 5 und der
geneigten Rückseite 6 in dem streuenden Lichtwellenleiter 1 auf. Als Folge kann eine
gleichmäßige hohe Leuchtdichte erhalten werden.
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Das Licht, das von der Lichtquelle L in den streuenden Lichtwellenleiter 1 eingebracht
wird, wird einem Streu- und Reflexionswirkung ausgesetzt, wenn es zur relativ dünnen
Endfläche 7 geleitet wird. Bei diesem Prozeß tritt allmählich eine Lichtemission von der
Austrittsfläche 5 auf.
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Das Licht, das aus der Austrittsfläche 5 emittiert wird, wird mit einer Richtfähigkeit
versehen und parallelisiert in Abhängigkeit vom Durchmesser (im allgemeinen dem
Korrelationsabstand einer nicht gleichmäßigen Brechungsstruktur) der Partikel mit
verschiedenem Brechungsindex, die in dem streuenden Lichtwellenleiter dispergiert
sind. Mit anderen Worten, das Beleuchtungslicht, das aus der Austrittfläche 5
entnommen wird, hat eine Tendenz, sich bevorzugt in eine spezifische Richtung
auszubreiten.
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Je größer der Durchmesser der Partikel mit verschiedenem Brechungsindex ist (im
allgemeinen je größer der Korrelationsabstand der nicht gleichmäßigen
Brechungsstruktur ist), desto eher ist das aus der Austrittsfläche 5 austretende Licht
parallelisiert. Die bevorzugte Ausbreitungsrichtung (Hauptausbreitungsrichtung des
Beleuchtungsflusses) ist bei einem Winkel von etwa 25º bis 30º zur Austrittsfläche
erhöht, wenn von der Seite der Eintrittsfläche 2 geblickt wird.
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So kann die Funktion des Prismenblattes 4, das in der Oberflächenlichtquelle-
Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird, auf die folgende Art und Weise
beschrieben werden.
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Fig. 2 ist eine Darstellung zum Veranschaulichen des Verhaltens des Lichts in einem
Vertikalschnitt in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Hier bedeutet "vertikal"
"senkrecht zu der Eintrittsfläche 2". Auf der anderen Seite wird "parallel zu der
Eintrittsfläche 2" als "transversal" ausgedrückt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Prismenblatt 4 entlang der Austrittsfläche 5 des
streuenden Lichtwellenleiters 1, wobei dessen prismatische Oberfläche nach innen
gerichtet ist, angeordnet. Ein bevorzugter Wert für den Vertikalwinkel von jedem
Prisma, das auf der prismatischen Oberfläche gebildet ist, ist Φ3 = etwa 60º.
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Die Richtung des Eintritts wird durch einen Pfeil L' angezeigt. Die bevorzugte
Ausbreitungsrichtung des Lichtflusses, der aus der Austrittsfläche 5 emittiert wird,
erfolgt mit einem Winkel von Φ2 = etwa 60º zu einer Linie, die rechtwinkelig zur
Austrittsfläche 5 steht. Wenn der Brechungsindex des streuenden Lichtwellenleiters 1
1,492 (PMMA Matrix) ist, beträgt der Winkel des Eintritts auf die Austrittsfläche 5,
der Φ2 = etwa 60º ergibt, Φ1 = etwa 35º. Ein Lichtstrahl, der der bevorzugten
Ausbreitungsrichtung entspricht, wird "repräsentativer Strahl" genannt und mit dem
Symbol B1 bezeichnet.
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Nachdem der repräsentative Strahl B1, der von der Austrittsfläche 5 emittiert wird,
gerade durch eine Luftschicht AR (Brechungsindex n0 = 1,0) gelangt, trifft dieser auf
der prismatischen Oberfläche 4a des Prismenblattes 4 in im wesentlichen rechten
Winkeln dazu auf (Φ3 = etwa 60º). Es muß angemerkt werden, daß der Prozentanteil
des Auftreffens auf die prismatische Oberfläche 4b auf der gegenüberliegenden Seite
relativ gering ist.
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Der repräsentative Strahl B1 gelangt im wesentlichen gerade zu der prismatischen
Oberfläche 4b auf der gegenüberliegenden Seite durch das Prismenblatt 4 und wird
spiegelnd reflektiert. Der reflektierte Strahl wird auf die flache Fläche 4e des
Prismenblattes 4 in im wesentlichen rechten Winkeln dazu gerichtet und wird von dem
Prismenblatt 4 emittiert. Durch diesen Prozeß wird die bevorzugte
Ausbreitungsrichtung, eine modifizierte Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur
Austrittsfläche 5 ist, etabliert.
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Die bevorzugte modifizierte Ausbreitungsrichtung ist jedoch nicht immer senkrecht zur
Austrittsfläche. Mit anderen Worten, eine beträchtliche Winkeleinstellung wird
ermöglicht, was von dem Material (Brechungsindex) des Prismenblattes 4, dem
Vertikalwinkel 3 des Prismas und dem Material (Brechungsindex) des streuenden
Wellenleiters 1 abhängt.
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Fig. 3 zeigt eine weitere herkömmliche Anordnung eines Prismenblattes. Bei dieser
Anordnung sind die prismatischen Oberflächen des Prismenblattes 4 nach außen
gerichtet. Ein bevorzugter Vertikalwinkel des Prismas ist Φ4 = etwa 70º. Ein
bevorzugter Bereich des Vertikalwinkels für diese Anordnung ist weiter als der für die
Anordnung aus Fig. 2.
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Die Richtung des Eintritts wird durch den Pfeil L' angegeben. Wie im Fall von Fig. 2
wird ein repräsentativer Strahl B2, welcher die bevorzugte Ausbreitungsrichtung
wiedergibt, auf die Austrittsfläche 5 unter dem Winkel Φ1 = etwa 35º gerichtet und
wird größtenteils in die Luftschicht Ar (Brechungsindex n0 = 1,0) emittiert. Zu diesem
Zeitpunkt beträgt der Winkel Φ2 etwa 60º.
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Nachdem Gelangen gerade durch die Luftschicht AR wird der repräsentative Strahl B2
schräg auf die flache Fläche 4e des Prismenblatts 4 gerichtet, folgt einem
Brechungsweg, wie beispielsweise dem, der in Fig. 3 gezeigt ist, und wird von der
Oberfläche 4c mit im wesentlichen rechten Winkeln zu der Austrittsfläche 5 emittiert.
Hier muß angemerkt werden, daß der Prozentanteil für die Emission von der
Oberfläche 4d relativ klein ist.
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Da der Weg für das Licht nach dem Auftreffen auf die flache Fläche 4e sich ändert in
Abhängigkeit von einem Brechungsindex n2 und dem vertikalen Prismawinkel Φ4 des
Prismenblattes 4, wird eine Einstellung der bevorzugten Ausbreitungsrichtung in
Übereinstimmung mit diesen Parametern ermöglicht.
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Die herkömmliche Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, die vorstehend beschrieben ist,
ist dahingehend vorteilhaft, daß deren Tiefe relativ klein ist und daß diese gleichmäßige
helle Beleuchtungsflüsse, die sich in eine gewünschte Richtung ausbreiten, erzeugen
kann.
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Die Flüssigkristallvorrichtung, bei der die vorstehend beschriebene herkömmliche
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung zur Hintergrundbeleuchtung verwendet wird, ist
jedoch nicht zufriedenstellend bei dem makroskopischem visuellen Empfinden der
hellen Oberfläche (obere Fläche des Prismenblattes). Genauer gesagt, wurde es nicht
verwirklicht, eine helle Oberfläche, die eine feine Textur hat, hell, nicht blendend und
auch weiß genug ist, zu erhalten.
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Das Folgende ist eine Erklärung für die vermuteten Gründe für dieses Problem. Das
visuelle Streuvermögen, daß der streuende Lichtwellenleiter 1 der
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, aufweist, ist nicht sehr
stark. Je breiter die helle Oberfläche ist, desto schwächer ist das Streuvermögen, das
gegeben ist, um eine gleichmäßige Helligkeit sicherzustellen. So trifft eine beträchtliche
Menge an reflektiertem Licht von dem Reflektor, der entlang der Rückseite des
streuenden Lichtwellenleiters 1 angeordnet ist, auf die Augen eines Beobachters, ohne
groß Streuwirkungen unterworfen zu sein.
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Als Ergebnis gibt eine spiegelnde Fläche, wie beispielsweise eine Silber- oder
Aluminiumfolie, die als Reflektor 3 verwendet wird, dem Beobachter das visuelle
Empfinden, das einer spiegelnden Fläche eigen ist. Diese visuelle Empfinden umfaßt,
um es so zu sagen, ein "Fehlen an Weiße" und ein "Fehlen an Weichheit" (d. h.
"blendendes Licht"). Bei diesem Problem bezüglich des visuellen Empfinden wird
vermutet, daß es gemeinsam mit der Farbtemperatur und den Eigenschaften der
Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsflusses als auch mit dem Lichtmengenanteil
verbunden ist.
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Wenn ein diffuses weißes Blatt als Reflektor 3 verwendet wird, kann das Fehlen an
Weiße in gewisser Hinsicht verbessert werden. Die Gleichmäßigkeit der Helligkeit der
hellen Oberfläche und die Lichtmengenanteile sind jedoch geringer. Ob der Reflektor
spiegelnd oder diffus ist, eine Ungleichmäßigkeit (d. h. lokale Knitter oder
Unregelmäßigkeiten), wenn vorhanden, der Oberfläche des Reflektors 3 führt weiterhin
zu einer visuellen Ungleichmäßigkeit.
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Folglich ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten
Nachteile der Standes der Technik zu lösen. Die vorliegende Erfindung stellt eine
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung bereit, welche einen hohen Helligkeitspegel
sicherstellt und deren helle Oberfläche ein verbessertes visuelles Empfinden (Weiße und
Weichheit) bewirkt. Auch stellt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkristallanzeige
bereit, bei der die verbesserte Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung zur
Hintergrundbeleuchtung verwendet wird, so daß deren visueller Qualitätsstandard als
auch deren energiesparende Eigenschaft hoch ist.
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Eine Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in
Anspruch 1 definiert, umfaßt einen streuenden Lichtwellenleiter, eine erste Lichtquelle
zur Lichtversorgung von wenigstens einer Seitenendfläche des streuenden
Lichtwellenleiters, einen Reflektor, der in der Nähe der Rückseite des streuenden
Lichtwellenleiters angeordnet ist, und wenigstens ein Prismenblatt, das zwischen dem
streuenden Lichtwellenleiter und dem Reflektor angeordnet ist. Das wenigstens eine
Prismenblatt weist ein prismatische Oberfläche auf, die mit prismatischen Riefelungen
gebildet ist. Die Ausrichtung des Prismenblattes wird so gewählt, daß die prismatische
Oberfläche zum streuenden Lichtwellenleiter gerichtet ist und daß die Laufrichtung der
prismatischen Riefelung in Reihe mit der Richtung der Lichtversorgung von der ersten
Lichtquelle ist.
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Bevorzugt ist der Reflektor, der außerhalb des Prismenblattes weiter angeordnet ist,
spiegelnd.
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Eine Flüssigkristallanzeige, die einen hohen visuellen Qualitätsstandard als auch
hervorragende Energiespareigenschaften sicherstellt, kann bereitgestellt werden, wenn
die obige Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung als Hintergrundbeleuchtung für die
Flüssigkristallanzeige verwendet wird.
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Die grundlegende und wichtigste Eigenschaft der vorliegenden Erfindung liegt darin,
daß wenigstens ein Prismenblatt zwischen dem streuenden Lichtwellenleiter und dem
Reflektor mit einer solchen Ausrichtung angeordnet ist, daß die prismatische Fläche
zum streuenden Lichtwellenleiter gerichtet ist und die prismatischen Riefelung in einer
im wesentlichen parallelen Richtung zur Lichtversorgung verlaufen.
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Dieses Merkmal macht das Verhalten des Lichts in der Nähe der Rückseite des
streuenden Lichtwellenleiters verschieden von dem bei der herkömmlichen Anordnung.
Das heißt, in der Nähe der Rückseite des streuenden Lichtwellenleiters wird eine
beträchtliche Lichtmenge von der ersten Lichtquelle weg geleitet, während es in dem
Prismenblatt eingeschlossen wird. Dieser Prozeß der Lichtleitung umfaßt eine interne
Reflexion und Lichtdivergenz. Als Folge nimmt die Diversität der optischen Wege, die
zu dem Auge eines Beobachters führen, zu, und die visuelle Helligkeit (d. h. "Weiße")
und "Weichheit" sind deutlich verbessert.
Kurze Beschreibung der Figuren
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung einer herkömmlichen
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, bei der ein Prismenblatt verwendet wird;
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Fig. 2 ist eine Darstellung zum Veranschaulichen des Verhaltens von Licht in einem
Vertikalschnitt in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung;
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Fig. 3 ist eine vertikale Schnittdarstellung zum Veranschaulichen des Verhaltens von
Licht in der gleichen Art und Weise wie in Fig. 2 für den Fall, bei dem die
prismatische Oberfläche des Prismenblattes, das in Fig. 1 gezeigt ist, nach außen
gerichtet ist;
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Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 5 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen des Unterschieds in der Leuchtdichte
einer hellen Oberfläche in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder dem
Nichtvorhandensein eines Prismenblattes auf der Rückseite eines streuenden
Wellenleiters gemäß der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform;
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Fig. 6 ist ein weiteres Schaubild zum Veranschaulichen des Unterschieds in der
Leuchtdichte der hellen Oberfläche in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein des Prismenblattes auf der Rückseite des streuenden
Lichtwellenleiters gemäß der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform;
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Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Prismenblattes, das auf der
Rückseite des streuenden Lichtwellenleiters, der in Fig. 4 gezeigt ist, angeordnet ist,
wobei eine perspektivische Darstellung und eine Schnittdarstellung, die von der Seite
einer Lichtquelle aufgenommen und vertikal angeordnet ist; kombiniert sind und
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Fig. 8, 9, 11 und 12 sind kurze schematische Teildarstellungen, die verschiedenartige
Abwandlungen der vorliegenden Erfindung zeigen;
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Fig. 10 zeigt ein Vergleichsbeispiel.
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Fig. 4 zeigt eine Anordnung des grundlegenden Teils einer Ausführungsform gemäß
der vorliegenden Erfindung. Es werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die
gemeinsamen Elemente, die mit der Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, die in Fig. 1
gezeigt ist, geteilt werden, zu bezeichnen. Zur Vereinfachung der Veranschaulichung
sind Fig. 1 und Fig. 4 in seitlicher Anordnungsbeziehung umgekehrt zueinander
angeordnet, und die Dicke der Prismenblätter und ein Reflektor wurden vernachlässigt.
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Die vorliegende Ausführungsform ist äquivalent einer Anordnung, die erhalten wird,
indem man ein weiteres Prismenblatt zu der herkömmlichen Anordnung, die in Fig. I
gezeigt ist, hinzufügt. Genauer gesagt, eine relativ dicke Seitenendfläche eines
streuenden Lichtwellenleiters 1 mit einem keilförmigen Profil stellt eine Eintrittsfläche
2 bereit, und eine Lichtquelle (z. B. eine Fluoreszenzlampe) L ist in der Nähe der
Eintrittsfläche 2 angeordnet. Das Symbol R bezeichnet ein Reflektorblatt (z. B. eine
Silberfolie, nicht gezeigt in Fig. 1), welches bereitgestellt wird, wobei die Rückseite
der Lichtquelle (z. B. eine Fluoreszenzlampe) L eingefaßt ist.
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Ein Prismenblatt 4 ist außerhalb einer Austrittsfläche 5 angeordnet. Die Laufrichtung
der prismatischen Riefelungen des Prismenblattes 4 sind in Reihe mit der transversalen
Richtung des streuenden Lichtwellenleiters 1. Die prismatische Fläche kann nach innen
gerichtet sein (so daß die prismatische Fläche zum streuenden Lichtwellenleiter 1 hin
gerichtet ist) oder nach außen, wie im Fall des Standes der Technik.
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Der streuende Lichtwellenleiter 1 ist, ebenso wie der herkömmliche, aus einer Matrix
beispielsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und einem Material mit
verschiedenem Brechungsindex (z. B. feine auf Silikon basierende Partikel), die
gleichmäßig darin dispergiert sind, zusammengesetzt. Der Gehalt (Gew.-%) des
Materials mit verschiedenem Brechungsindex wird so eingestellt, daß der streuende
Lichtwellenleiter 1 ein geeignetes Streuvermögen aufweist.
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Im allgemeinen wird, je größer die vertikale Größe des streuenden Lichtwellenleiters 1
ist, desto geringer der Gehalt an Material mit verschiedenem Brechungsindex gewählt.
Wenn der streuende Lichtwellenleiter 1 mit einem übermäßigen Streuvermögen
versehen wird, wird die Ausbreitung von Licht zu einem Bereich, der von der
Eintrittsfläche 2 entfernt liegt, behindert, so daß die helle Oberfläche möglicherweise
einem Helligkeitsgradienten ausgesetzt sein kann.
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Auf der anderen Seite ist die Partikelgröße der Partikel mit verschiedenem
Brechungsindex ein Faktor, der die Intensität des Streuvermögens nach vorne für
individuelle Streuprozesse in dem streuenden Lichtwellenleiter 1 beeinflußt. Im
allgemeinen ist, je größer die Partikelgröße ist, desto höher ist das Streuvermögen nach
vorne. Wenn die Partikelgröße relativ groß ist, hat der Lichtfluß, der von der
Austrittsfläche 5 emittiert wird, eine unterschiedliche Richtfähigkeit, wodurch ein
relativ gut parallelisierter Lichtfluß erhalten wird.
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Wenn die Partikelgröße relativ klein ist, verringert sich im Unterschied dazu die
Richtfähigkeit des Lichtflusses, der von der Austrittsfläche 5 emittiert wird.
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Es ist daher bevorzugt, die Partikelgröße in Übereinstimmung mit dem Niveau an
Richtfähigkeit, die für den Beleuchtungsfluß erforderlich ist, einzustellen. Gemäß der
vorliegenden Erfindung werden keine speziellen Einschränkungen im Hinblick auf
solche Bedingungen bezüglich der Zusammensetzung des streuenden Lichtwellenleiters
1, angeordnet wie zuvor ausgeführt, auferlegt.
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Das Folgende ist eine Beschreibung einer Anordnung in der Nähe einer Rückseite 6 des
streuenden Lichtwellenleiters 1, was ein wesentliches Merkmal gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitstellt. Wie bei der herkömmlichen Anordnung wird ein Reflektor 3
parallel zur Rückseite 6 des streuenden Lichtwellenleiters 1 bereitgestellt. Die
Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich jedoch grundlegend
von der herkömmlichen Anordnung dahingehend, daß ein Prismenblatt 8 zwischen der
Rückseite 6 und dem Reflektor 3 angeordnet ist.
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Die Konstruktion des Prismenblattes 8 selbst kann ähnlich zu der des Prismenblattes 4
außerhalb der Austrittsfläche 5 sein. Das Prismenblatt 8 ist so angeordnet, daß dessen
prismatische Oberfläche nach innen und zum streuenden Lichtwellenleiter 1 gerichtet
ist. Die Ausrichtung der prismatischen Riefelungen, die auf der prismatischen Fläche
gebildet sind, wird so gewählt, daß die prismatischen Riefelungen in die vertikale
Richtung des streuenden Lichtwellenleiters 1 zeigen.
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Es kann entweder ein spiegelnder oder diffuser Reflektor als Reflektor 3 verwendet
werden. Es ist jedoch ratsam, den ersteren (z. B. eine Silberfolie) zu verwenden, um ein
höheres Helligkeitsniveau sicherzustellen.
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Im Stand der Technik ist, wie zuvor ausgeführt, das visuelle Empfinden einem Problem
ausgesetzt, wenn ein spiegelnder Reflektor 3 verwendet wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jedoch der spiegelnde Reflektor verwendet werden, ohne daß ein
solches Problem auftritt.
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Die Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform oder
einer weiteren Ausführungsform, die später erwähnt wird, kann als
Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige verwendet werden. In diesem Fall
wird eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigenplatte LP (teilweise durch eine
gestrichelte Linie angezeigt) außerhalb des Prismenblattes 4 angeordnet.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde eine im Handel erhältliche
Fluoreszenzlampe zur Hintergrundbeleuchtung als Lichtquelle L (d. h. als erste
Lichtquelle) verwendet. Wenn diese angeschaltet war und makroskopisch von außerhalb
des Prismenblattes 4 beobachtet wurde, wurde eine zufriedenstellende "Weichheit" und
"Weiße" festgestellt. Die visuellen Eigenschaften wie beispielsweise "Weichheit" und
"Weiße" können nicht ohne weiteres nur durch herkömmliche Photometrie unter
Verwendung eines Leuchtdichte-Meßgerätes gezeigt werden.
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Zwei Meßergebnisse werden folglich zuerst beschrieben, welche zeigen, daß die
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kapazität
besitzt, ein hohes Leuchtdichteniveau bereitzustellen. Nachfolgend werden Gründe für
die bemerkenswerte Verbesserung beim visuellen Empfinden beschrieben.
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Die Fig. 5 und 6 sind Schaubilder, die den Unterschied der Leuchtdichte in
Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Prismenblattes 8
gemäß der Erfindung, die in Fig. 4 gezeigt ist, zeigen.
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In diesen beiden Schaubilder repräsentiert die Ordinatenachse die Leuchtdichte der
hellen Fläche (d. h. der äußeren Fläche des Prismenblattes 4), während die
Abszissenachse die Richtung der Leuchtdichtemessung (d. h. die Blickrichtung des
Leuchtdichte-Meßgerätes) repräsentiert. Die Leuchtdichte ist in cd (Candela)/m²
angegeben.
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Unter Bezug auf Fig. 5 wurde die Richtung der Leuchtdichte-Messung einem Winkel-
Scannen innerhalb des Vertikalschnitts des streuenden Lichtwellenleiters 1 unterworfen.
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Unter Bezug auf Fig. 6 wurde auf der anderen Seite die Richtung der Leuchtdichte-
Messung einem Winkel-Scannen innerhalb des transversalen Schnitts des streuenden
Lichtwellenleiters 1 unterworfen. Die Art und Weise des Festlegens der Winkel Θ und
Θ' ist in Fig. 4 gezeigt.
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Genauer gesagt, der Winkel Θ repräsentiert einen Vorwärtstiltwinkel (Θ > 0º) oder
einen Rückwärtstiltwinkel (Θ < 0º) im Hinblick auf die Vertikale g zur hellen
Oberfläche. Auch repräsentiert der Winkel Θ' einen nach links gerichteten Tiltwinkel
(Θ' > 0º) oder einen nach rechts gerichteten Tiltwinkel (Θ' < 0º), wenn man von der
Seite der Eintrittsfläche 2 blickt unter Bezug auf die Vertikale g zur hellen Oberfläche.
Die Richtung der Vertikalen g entspricht einer Richtung, die durch Θ = Θ' = 0
gegeben ist.
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In jedem Schaubild repräsentiert eine dicke Linie ein Ergebnis für die vorliegende
Erfindung, während eine dünne Linie ein Ergebnis für eine Anordnung wiedergibt, das
durch Entfernen des Prismenblatts 8 von der vorliegenden Ausführungsform erhalten
wird. Das letztere ist äquivalent zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Diese
Ergebnisse umfassen die folgenden Umstände.
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(1) Das Vorhandensein des Prismenblattes 8 bewirkt in keinem der gesamten
Schaubilder von Fig. 5 und 6, daß die Form verändert wird.
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(2) Wie aus dem Schaubild von Fig. 5 ersichtlich ist, bewirkt das Vorhandensein des
Prismenblatts 8, daß die frontale Leuchtdichte in dem Vertikalschnitt des streuenden
Lichtwellenleiters 1 um etwa 10% verbessert wird, und hält Licht davor zurück, in
Richtungen mit Winkeln von ±30º oder mehr emittiert zu werden.
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(3) Wie aus dem Schaubild von Fig. 6 ersichtlich ist, bewirkt das Vorhandensein des
Prismenblatts 8, daß die Leuchtdichte in dem transversalen Schnitt des streuenden
Lichtwellenleiters 1 insgesamt verstärkt wird, insbesondere in Bezug auf die frontale
Richtung. Die Steigerungsrate der Leuchtdichte in frontaler Richtung beträgt etwa 10
%.
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Somit kann in dem Fall, in dem das Prismenblatt auf der Rückseite des streuenden
Lichtwellenleiters angeordnet ist, der Beleuchtungsfluß in eine gewünschte Richtung (in
diesem Fall in die frontale Richtung) wirksam gestrahlt werden, ohne die allgemeine
Richtfähigkeitseigenschaft der herkömmlichen Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung zu
schädigen.
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Unter Bezug auf Fig. 7 wird der Grund, warum das visuelle Empfinden durch die
Verwendung des Prismenblatts 8 beträchtlich verbessert wird, nun beschrieben.
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Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Prismenblatts, das auf der
Rückseite des streuenden Lichtwellenleiters, der in Fig. 4 gezeigt ist, angeordnet ist,
wobei man eine perspektivische Darstellung und eine Schnittdarstellung, die von der
Seite der Lichtquelle aufgenommen und vertikal angeordnet ist, kombiniert.
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Wie zuvor ausgeführt, ist das Prismenblatt 8 so angeordnet, daß die prismatische
Oberfläche der Rückseite 6 (nicht gezeigt in Fig. 7; siehe Fig. 4) des streuenden
Lichtwellenleiters 1 zugewandt ist. Eine sehr dünne Luftschicht (nicht gezeigt) existiert
zwischen dem Prismenblatt 8 und dem Reflektor (Silberfolie) 3.
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Die prismatische Oberfläche des Prismenblatts 8 ist mit prismatischen Riefelungen
gebildet, die aus geneigten Oberflächen 8a und 8b zusammengesetzt sind. Die
Laufrichtung der prismatischen Riefelungen ist in Reihe mit der vertikalen Richtung des
streuenden Lichtwellenleiters 1. Der Wert des vertikalen Prismenwinkels ist nicht
speziell beschränkt und kann in einem normalen Winkelbereich liegen (z. B. etwa 60º
bis 110º).
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Nun laßt uns die Ausbreitungsrichtung des Lichts von der Rückseite 6 des streuenden
Lichtwellenleiters 1 zu dem Prismenblatt 8 überlegen. Der größte Teil des Lichts,
welcher repräsentativ mit dem Symbol C1 bezeichnet ist, wird auf die eine geneigte
Oberfläche 8a jeder prismatischen Riefelung gerichtet und gelangt in den Raum
innerhalb des Prismenblatts 8.
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Ein Teil des Lichts wird reflektiert (in einigen Fällen vollständig reflektiert) durch die
flache Oberfläche des Prismenblatts 8 und der Rest durch die Oberfläche der Silberfolie
3. Diese Lichtbestandteile folgen im wesentlichen dem gleichen Weg und beträchtliche
Anteile davon gelangen aus den anderen geneigten Oberflächen 8b der prismatischen
Oberfläche in die Luftschicht.
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Der Teil des Lichts, der in die Luftschicht hinaus gelangt ist, wird in den streuenden
Lichtwellenleiter 1 gerichtet, während der Rest wieder zum Prismenblatt 8 gelangt. Der
Weg C1 für dieses Licht ist nicht wesentlich verschieden von dem, der ohne das
Vorhandensein des Prismenblatts 8 erhalten wird.
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Auf der anderen Seite wird Licht, das durch den Weg C2 wiedergeben ist, auf die eine
geneigte Oberfläche 8a jeder prismatischen Riefelung gerichtet, tritt in das Prismenblatt
8 ein, und gelangt zur anderen geneigten Oberfläche 8b. Der größte Teil des Lichts
gelangt zur flachen Oberfläche des Prismenblatts 8, nachdem es reflektiert ist (in
einigen Fällen vollständig reflektiert). Viel von dem Licht gelangt vorübergehend aus
dem Prismenblatt 8 und wird erneut auf das Prismenblatt 8 gerichtet, nachdem es von
der Oberfläche der Silberfolie 3 reflektiert wurde. Danach gelangt das Licht aus den
anderen geneigten Oberflächen 8b der prismatischen Oberfläche in die Luftschicht.
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Ein Teil des Lichts, der in die Luftschicht gelangte, wird in den streuenden
Lichtwellenleiter 1 gerichtet, während der Rest erneut zu dem Prismenblatt 8 gelangt.
Der Weg C2 für dieses Licht ist beträchtlich verschieden von dem, der ohne das
Vorhandensein des Prismenblatts 8 erhalten wird.
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Das Vorhandensein des Prismenblatts 8 impliziert hier, daß Bereiche, in denen der
Brechungsindex größer ist als in der umgebenden Luftschicht in die vertikale Richtung
des streuenden Lichtwellenleiters 1 verteilt werden. Somit hat das Prismenblatt 8 eine
Funktion, das Licht von der Lichtquelle L wegzuleiten, während es darin das Licht
einschließt, das aus der Rückseite 6 des streuenden Lichtwellenleiters 1 herausgelangte.
Da das Licht, das in dem Prismenblatt 8 eingeschlossen ist, wiederholt darin reflektiert
wird, gibt es einen allgemeinen Effekt, die Ausbreitungsrichtung des Lichtes zu streuen.
Wie es auch durch die Betrachtung der Wege C1 und C2 abgeleitet werden kann, erhält
dieser Effekt jedoch im Unterschied zu einem allgemein ungerichteten Streueffekt eine
definitive Richtfähigkeit aufrecht.
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Folglich wird die Fähigkeit, Licht zu einem von der Lichtquelle L entfernten Bereich zu
leiten, ziemlich verstärkt. Weiterhin kann ein Verlust von Licht, der einem
"rückenlaufenden Licht", das an die Lichtquelle L gebunden ist, zuzuordnen ist, nicht
ohne weiteres verursacht werden.
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Auf diese Art und Weise bewirkt das Prismenblatt 8, daß das Licht von der Rückseite 6
verschiedenartig gestreut wird, während eine glatte lichtleitende Wirkung erzeugt wird
(siehe Divergenz von C1 und C2). Somit kann die Oberfläche der Silberfolie 3 an einer
direkten visuellen Reflektion gehindert werden, während man die Helligkeit des
Beleuchtungsflusses aufrecht erhält, so daß der Beobachter "Weiße" wahrnehmen kann.
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Diese Wirkung sollte aus den folgenden zwei Beobachtungsergebnissen verstanden
werden. Erstens, wenn die Silberfolie 3 durch das Prismenblatt 4 und den streuenden
Lichtwellenleiter 1 beobachtet wird, wobei die Lichtquelle L der
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung aus Fig. 4 ausgeschaltet ist, sieht die Silberfolie 3
weiß aus. Dies zeigt, daß die Oberfläche der Silberfolie 3 bei dieser Bedingung nicht
direkt beobachtet werden kann.
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Wenn die Silberfolie 3 durch das Prismenblatt 4 und den streuenden Lichtwellenleiter 1
beobachtet wird, wobei das Prismenblatt 8 aus der Anordnung von Fig. 4 entfernt ist
und wobei die Lichtquelle L ausgeschaltet ist, wird auf der anderen Seite die
Erscheinung der Silberfolie 3 reflektiert, wie sie ist, und eine Farbe (dunkles Silber),
das von der weißen Farbe verschieden ist, wird direkt beobachtet.
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Obgleich die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform hier im Detail beschrieben wurde, ist
die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Genauer
gesagt, zwei oder mehr Prismenblätter 8 körnen zwischen dem Reflektor 8 und der
Rückseite 6 des streuenden Lichtwellenleiters 1 angeordnet sein.
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In diesem Fall wird der zuvor erwähnte geordnete Lichtstreueffekt verstärkt. Auch
können die flachen Oberflächen des Prismenblattes 8 satiniert werden, damit diese ein
Lichtstreuvermögen aufweisen.
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Die Form des streuenden Lichtwellenleiters 1, die Anzahl und Form der Lichtquellen
L, etc. kann auch verschiedenartig abgewandelt werden. Die Fig. 8, 9, 11 und 12 sind
kurze Teildarstellungen, die auflistend veranschaulichende Beispiele der Abwandlungen
zeigen. In Verbindung mit diesen Abwandlungen, werden einzelne Beschreibungen des
allgemeinen Aufbaus der Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung, Anordnungen und
Funktionen der einzelnen Bauelemente und die Anordnung und Ausrichtung der
Prismenblätter weggelassen.
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Mit Bezug zuerst auf Fig. 8 wird ein planarer streuender Lichtwellenleiter 1 verwendet
und eine Lichtquelle L an einer Seitenendfläche des Wellenleiters angeordnet. Diese
Abwandlung unterscheidet sich von der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform lediglich
im Profil des streuenden Lichtwellenleiters 1.
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Mit Bezug auf Fig. 9 wird ein planarer streuender Lichtwellenleiter 1 verwendet und
eine Lichtquelle L ist auf jeweils sich zwei gegenüberliegenden Seitenendflächenden des
Wellenleiters angeordnet. Diese Abwandlung unterscheidet sich von der in Fig. 4
gezeigten Ausführungsform im Profil des streuenden Lichtwellenleiters 1 und bei der
Anordnung und Anzahl von verwendeten Lichtquellen L.
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Mit Bezug auf das in Fig. 10 gezeigte Vergleichsbeispiel werden ein planarer
streuender Lichtwellenleiter 1 und eine L-förmige Lichtquelle verwendet. In diesem
Fall ist die Hauptrichtung der Lichtversorgung in Reihe mit der Richtung einer
diagonalen Linie des streuenden Lichtwellenleiters 1. Folglich wird die Ausrichtung der
prismatischen Riefelungen des Prismenblattes 8, die zwischen dem streuenden
Lichtwellenleiter 1 und dem Reflektor 3 angeordnet sind, so gewählt, daß sich die
Riefelungen in Richtung einer diagonalen Linie erstrecken, die die zuvor erwähnte
diagonale Linie kreuzt.
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Unter Bezug auf Fig. 11 weist ein verwendeter streuender Lichtleiter 1 ein Profil auf,
das aus zwei aneinanderstoßenden geraden Keilen zusammen gesetzt ist. Eine
Lichtquelle L ist an jedem Ende des Wellenleiters angeordnet.
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Unter Bezug auf Fig. 12 weist die Rückseite eines verwendeten streuenden
Lichtwellenleiters 1 die Form einer Wölbung auf. Eine Lichtquelle L ist an jedem Ende
des Wellenleiters angeordnet.
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Schließlich wird eine ergänzende Erläuterung für das Material der Prismenblätter und
des streuenden Lichtwellenleiters, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, sowie ein Herstellungsverfahren dafür angegeben.
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Verschiedenartige Materialien, die auf Polymeren basieren, können als Materialien für
die Prismenblätter und den streuenden Lichtwellenleiter verwendet werden. Die
Tabellen 1 und 2 zeigen typische Beispiele für die Materialien.
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Da ein Prismenblatt normalerweise transparent ist, können diese Materialien direkt
verwendet werden. Wenn die flache Oberfläche des Prismenblatts satiniert ist, ist das
herkömmliche Strahlverfahren oder ähnliches anwendbar. Auch das allgemein bekannte
Kunststoffilm-Formverfahren ist für die Bildung der V-Rillen, die einen vorgegebenen
vertikalen Prismenwinkel bereitstellen, anwendbar.
Tabelle 1
Tabelle 2
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Ein streuender Lichtwellenleiter, der auf einem Polymermaterial beruht, kann mittels
der folgenden Verfahren hergestellt werden.
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Gemäß einem der Verfahren umfaßt ein Formverfahren eine Stufe des Knetens von
zwei oder mehr Polymeren. Genauer gesagt, zwei oder mehr Polymermaterialien mit
verschiedenen Brechungsindizes werden gemischt, erwärmt und zusammen geknetet
(Knetstufe). Obgleich die Materialien in der Knetstufe in irgendeiner gewünschten Form
vorliegen können, stehen beispielsweise Pellet-Materialien zur Verfügung.
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Das geknetete flüssigkeitsartige Material wird unter hohem Druck in eine Form einer
Spritzgießmaschine injiziert. Nach dem Abkühlen und Verfestigen wird es aus der Form
entnommen, worauf ein streuender Lichtwellenleiter mit einer Formgebung, die der der
Form entspricht, erhalten wird.
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Die zwei oder mehr Polymere mit unterschiedlichen Brechungsindizes können nicht
vollständig durch Kneten zusammen gemischt werden. Bei dem Verfestigungsprozeß
werden daher Ungleichmäßigkeiten (Schwankung) in bezug auf die lokale
Konzentration festgelegt, und ein gleichmäßiges Streuvermögen wird erhalten.
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Weiterhin kann ein geformtes Stück des streuenden Lichtwellenleiters durch Injizieren
des gekneteten Materials in einen Zylinder eines Extruders und Extrudieren desselben
auf herkömmliche Art und Weise erhalten werden.
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Die Kombination und das Mischungsverhältnis dieser Polymermischungen können aus
sehr breiten Bereichen ausgewählt werden und müssen lediglich im Hinblick auf den
Unterschied beim Brechungsindex und die Stärke und Eigenschaften einer
ungleichmäßigen Brechungsstruktur, die beim Formverfahren erzeugt wird, eingestellt
werden. Im allgemeinen können die Stärke und Eigenschaften der nichtgleichmäßigen
Brechungsstruktur eines streuenden Lichtwellenleiters in bezug auf einen Streuungs-
Bestrahlungs-Parameter E, Korrelationsabstand a, etc. beschrieben werden.
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Typische Beispiele von zur Verfügung stehenden Polymermaterialien sind oben in den
Tabellen 1 und 2 gezeigt.
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Gemäß einem weiteren Herstellungsverfahren für das Material des streuenden
Lichtwellenleiters wird ein Partikelmaterial mit einem Brechungsindex, der von dem
des Polymermaterials verschieden ist, in diesem gleichmäßig dispergiert. Im
allgemeinen ist in diesem Fall wenigstens ein Brechungsindexunterschied von 0,001
oder mehr erforderlich.
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Das Suspensionspolymerisationsverfahren ist eines der zur Verfügung stehenden
Verfahren zum gleichmäßigen Dispergieren des Partikelmaterials in dem Polymer.
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Gemäß dem Suspensionspolymerisationsverfahren wird das Partikelmaterial mit einem
Monomer gemischt und eine Polymerisationsreaktion wird auf eine solche Art und
Weise durchgeführt, daß diese in heißem Wasser suspendiert wird, worauf ein
Polymermaterial, in dem das Partikelmaterial gleichmäßig darin dispergiert ist, erhalten
wird. Der streuenden Lichtwellenleiter mit einer gewünschten Konfiguration kann
hergestellt werden, indem man das Polymermaterial als Rohmaterial formt.
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Viele Arten von Materialien können hergestellt werden, indem man die
Suspensionspolymerisation für verschiedenartige Kombinationen (Kombinationen von
Partikelkonzentration, Partikeldurchmesser, Brechungsindex, etc.) von
Partikelmaterialien und Monomeren durchführt. Ein streuender Lichtwellenleiter mit diversen
Eigenschaften kann hergestellt werden, indem man diese Materialien selektiv mischt
und formt. Auch kann die Partikelkonzentration ohne weiteres durch Mischen von
Polymeren, die keine Partikelmaterialien enthalten, gesteuert werden.
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Gemäß noch einem weiteren Verfahren, das für die gleichmäßige Dispersion von
Partikelmaterial zur Verfügung steht, werden ein Polymermaterial und ein
Partikelmaterial geknetet. Auch in diesem Fall können viele Arten von Materialien
durch Kneten und Formen (Pelletieren) verschiedenartige Kombinationen
(Kombinationen von Partikelkonzentration, Partikeldurchmesser, Brechungsindex, etc.)
von Partikelmaterialien und Polymeren hergestellt werden. Ein streuender
Lichtwellenleiter mit diversen Eigenschaften kann durch selektives Mischen und
Formen dieser Materialien hergestellt werden.
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Das zuvor erwähnte Polymermischverfahren und das Partikelmaterial-
Dispersionsverfahren können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können
Polymere mit verschieden Brechungsindizes mit Partikelmaterial weiter beladen
werden, wenn sie gemischt und geknetet werden.
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Da diese Herstellungsverfahren allgemein bekannt sind, wird eine detaillierte
Beschreibung derselben weggelassen.
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Wie hier beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Oberflächenlichtquelle-
Vorrichtung bereit, welche ein hohes Helligkeitsniveau sicherstellt und dessen helle
Oberfläche ein verbessertes visuelles Empfinden ("Weiße" und "Weichheit") bewirkt.
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Auch wird eine Flüssigkristallanzeige bereitgestellt, bei der die verbesserte
Oberflächenlichtquelle-Vorrichtung als Hintergrundbeleuchtung der
Flüssigkristallanzeige verwendet wird, so daß deren visueller Qualitätsstandard als auch deren
Energiespareigenschaft hoch ist.