DE19915209A1 - Lichtleiterplatte mit trapez- oder rechteckförmigen Mikrostrukturen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zur flächigen Hinterleuchtung einer Anzeige dient. Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtleiterplatte, an der an der Anzeige zugewandten Seitenfläche Mikrostrukturen in der Form von trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen zur Auskopplung des Lichtes aus der Lichtleiterplatte angeordnet sind. Durch diese Erweiterungen ist eine effektive Auskopplung des Lichtes aus der Lichtleiterplatte möglich.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Hinterleuchtung einer flächigen Anzeige nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon aus der WO 98/13 709 eine Frontbeleuchtung für eine flächige Anzeige bekannt, bei der an der Unterseite punktförmige Strukturen mit einem rechteckigen Querschnitt für den Lichtaustritt vorhanden sind. Das aus der Unterseite austretende Licht wird auf eine zu beleuchtende Oberfläche gelenkt, dort reflektiert und durchquert danach den Lichtleiter erneut.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Hinterleuchtung einer Anzeige erfolgt, bei der die Informationsdarstellung folglich auf einer unterschiedlichen Absorption bzw. Transmission des Lichtes in der Anzeige beruht. Gegenüber dem Stand der Technik bietet sich somit der Vorteil, daß Licht die Lichtleiterplatte nicht erneut durchqueren muß. Somit kann die effiziente Auskopplung aus der Lichtleiterplatte durch trapez- oder rechteckförmige Erweiterungen an der der Anzeige zugewandten Seitenfläche der Lichtleiterplatte genutzt werden, ohne daß eine erneute Beeinflussung des von der Anzeige ausgehenden Lichtes durch die Lichtleiterplatte erfolgt. Weiterhin ist es von Vorteil, daß die Erweiterungen linear und parallel zu der ersten Schmalseite der Lichtleiterplatte verlaufen. Gegenüber dem Stand der Technik erhält man durch derartige lineare Strukturen eine effizientere Auskopplung, da die gesamte, für die Auskopplung des Lichtes zur Verfügung stehende Fläche vergrößert wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß die Lichtquelle, deren Licht in die Lichtleiterplatte eingekoppelt wird, stabförmig ist, da hierdurch eine homogene Lichtverteilung über die gesamte Länge des Lichtleiters möglich ist. Eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe ist aufgrund ihrer Effizienz und des ausgestrahlten Farbspektrums hierfür besonders geeignet.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß die Lichtleiterplatte keilförmig ausgeführt ist. Denn da das Licht von der Lichtquelle aus in der Lichtleiterplatte unter Totalreflexion weitergeleitet wird, nehmen in einem keilförmigen Lichtleiter die Winkel, welche die Lichtstrahlen mit der Lichtleiteroberfläche einschließen, zur Keilspitze hin zu. Mit zunehmenden Abstand von der Lichtquelle nimmt damit in der Lichtleiterplatte die Wahrscheinlichkeit zu, daß von der Lichtquelle eingestrahltes Licht aus der Lichtleiterplatte ausgekoppelt wird. Die Effizienz der Auskopplung ist damit in den Bereichen nahe der Lichtquelle geringer, in denen viel Licht zur Auskopplung aus der Lichtleiterplatte zur Verfügung steht, gegenüber Bereichen fern der Lichtquelle, in denen wenig Licht zur Auskopplung zur Verfügung steht. Folglich ist durch die keilförmige Ausführung der Lichtleiterplatte eine bessere Homogenität der Anzeigenhelligkeit möglich.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß die Deckflächen der trapezförmigen Erweiterungen mit den zugehörigen Seitenflächen der trapezförmigen Erweiterung jeweils einen Winkel einschließen, dessen Betrag in einem Bereich von 90 Grad bis 105 Grad liegt. Durch diese Wahl des Winkels ist es möglich, den Winkel, unter dem das Licht aus der Lichtleiterplatte austritt, zu verändern und für die vorgesehene Anwendung zu optimieren, denn bei dem Austritt aus den Rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen findet eine erneute Lichtbrechung statt. Indem die Seitenflächen der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen bezüglich ihres Winkels verändert werden, ändert sich somit auch durch den unterschiedlichen Brechungsvorgang der Lichtaustrittswinkel. Eine bessere Ausrichtung des Austrittwinkels auf einen Betrachter der Anzeige ist somit möglich.

Ferner ist es von Vorteil, sowohl die Höhe, als auch den Abstand der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen voneinander zu begrenzen. Denn durch diese Begrenzung werden Inhomogenitäten der Anzeigenhelligkeit, die durch die Erweiterung hervorgerufen werden können, zumindest weitgehend vermieden. Indem der Abstand der Erweiterung begrenzt ist, ist es möglich, eine große Vielzahl von Erweiterungen auf einer Lichtleiterplatte anzuordnen. Ferner ist allerdings auch der Abstand zwischen zwei Erweiterungen mindestens dreimal größer zu wählen als die Höhe der Erweiterungen beträgt. Hierdurch wird vermieden, daß Licht, das aus einer Erweiterung aus der Lichtleiterplatte ausgekoppelt wird, wieder in die nächste Erweiterung eindringen kann und somit aus der Vorzugsrichtung, die durch die Form der Erweiterung gegeben ist, abgelenkt wird.

Ferner ist es von Vorteil, an der der Anzeige abgewandten Seite der Lichtleiterplatte einen Reflektor anzuordnen. Hierdurch kann Licht, das aus der der Anzeige abgewandten Seite der Lichtleiterplatte unerwünscht ausgekoppelt worden ist, in den Lichtleiter zurückreflektiert werden, um somit der Auskopplung in Richtung der Anzeige wieder zur Verfügung zu stehen.

Weiterhin ist es von Vorteil, zwischen der Lichtleiterplatte und der Anzeige eine Folie anzuordnen, bei der auf der der Anzeige abgewandten Seite eine Sägezahnstruktur angeordnet ist. Durch eine derartige Folie ist es möglich, das aus der Lichtleiterplatte austretende Licht, das in der Regel unter einem recht großen Winkel bezüglich des Lotes auf die Lichtleiterplatte ausgekoppelt wird, in Lotrichtung umzulenken. Dies ist von Vorteil, da eine Betrachtung einer Anzeige im allgemeinen weitgehend in Lotrichtung auf die Anzeigenoberfläche erfolgt. Es ist dabei ferner von Vorteil, die Sägezahnstruktur derartig zu gestalten, daß die der Lichtquelle zugewandten Flächen in einem Bereich von 45 Grad bis 60 Grad und die der Lichtquelle abgewandten Seitenflächen in einem Winkelbereich von 65 Grad bis 90 Grad zu einer jeweiligen Basis des Sägezahns liegen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, auf der der Anzeige zugewandten Seite der Folie mit der Sägezahnstruktur eine Folie mit der Anzeige zugewandten Mikroprismen vorzusehen, die im wesentlichen senkrecht zu der Sägezahnstruktur verlaufen. Hierdurch erfolgt eine Kollimation der Lichtstrahlen auch senkrecht zu der Ausrichtung der Sägezahnstruktur, wodurch die Lichtstrahlen auch in dieser Richtung möglichst in Lotrichtung zu der Lichtleiterplatte ausgerichtet werden. Die Mikroprismen könne auch in die Folie mit der Sägezahnstruktur integriert werden, indem sie an der der Anzeige zugewandten Seite der Folie mit der Sägezahnstruktur angeordnet werden. Hierdurch kann eine zusätzliche Folie eingespart werden.

Weiterhin ist es von Vorteil, zwischen der ersten Schmalseite der Lichtleiterplatte und der Lichtquelle einen Prismenfilm anzuordnen. Dieser Prismenfilm dient zur Ausrichtung der Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle in den Lichtleiter eingestrahlt werden. So ist es möglich, den Lichtstrahlen schon vor dem Eintritt in den Lichtleiter eine Ausrichtung zu geben, durch die eine spätere Auskopplung aus dem Lichtleiter in einer Vorzugsrichtung erleichtert wird. Weiterhin werden hierdurch Verluste vermieden, die dadurch entstehen können, das Licht in den Lichtleiter in einem Winkel eingekoppelt wird, der eine Ausbreitung des Lichts in dem Lichtleiter unter Totalreflektion nicht erlaubt, da das Licht den Lichtleiter schon nahe der Lichtquelle verläßt. Durch den Prismenfilm kann somit die Homogenität der Anzeigenhelligkeit verbessert werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die zweite Schmalseite der Lichtleiterplatte einen Reflektor aufweist. Hierdurch kann Licht, das aus dem Lichtleiter nicht ausgekoppelt wird und durch die zweite Schmalseite verloren gehen kann, in den Lichtleiter zum Zweck einer späteren Auskopplung zurück reflektiert werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, für eine homogene Hinterleuchtung zwischen der Lichtleiterplatte und der Anzeige einen Diffusor anzuordnen, der durch Lichtstreuung die Homogenität der Anzeigenhelligkeit weiter erhöht.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur flächigen Hinterleuchtung einer Anzeige in einem Querschnitt,

Fig. 2 sowie Fig. 3 andere Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Hinterleuchtung.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Hinterleuchtung in Aufsicht aus Richtung der Anzeige.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Mikrostruktur.

Fig. 6 und 7 zeigen andere, erfindungsgemäße Ausführungen der Mikrostruktur.

Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Lichtleiterplatte mit einem Sägezahnfilm.

Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sägezahnfilms.

Fig. 10 zeigt eine Flüssigkristallanzeige mit einer erfindungsgemäßen Ausführung der flächigen Hinterleuchtung.

Fig. 11 zeigt die Einkopplung von Licht in eine erfindungsgemäße Lichtleiterplatte.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Lichtleiterplatte 11 in einem Querschnitt dargestellt. Die Lichtleiterplatte 11 verfügt über eine erste Seitenfläche 14, die einer Anzeige zugewandt ist, und einer zweiten Seitenfläche 15, die von der Anzeige abgewandt ist. An der ersten Seitenfläche 14 sind trapez- oder rechteckförmige Mikrostrukturen 12 angeordnet. Die trapez- oder rechteckförmigen Mikrostrukturen 12 sind als Erweiterungen der Lichtleiterplatte 11 ausgebildet und weisen einen trapez- oder rechteckförmigen Querschnitt auf. Zur Vereinfachung der Bezeichnung ist aus den trapez- oder rechteckförmigen Mikrostrukturen ein Element ausgewählt. An der zweiten Seitenfläche 15 ist ein Reflektor 13 angeordnet. An einer ersten Schmalseite 16 ist eine Lichtquelle 10 angeordnet. Gegenüber der ersten Schmalseite 16 befindet sich eine zweite Schmalseite 17.

Die Lichtleiterplatte 11 besteht aus einem möglichst transparenten Material. Vorzugsweise wird als Material PMMA (Polymethylmetacrylat) gewählt. Die Lichtleiterplatte aus PMMA wird vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellt. Der Reflektor 13 ist vorzugsweise eine Metallfolie, eine mit Metall beschichtete Kunststoffolie oder kann auch durch einen reflektierenden Gehäuseboden realisiert werden, der aus Metall besteht oder der metallisch beschichtet ist. Die Lichtquelle 10 ist vorzugsweise eine stabförmige Lichtquelle, die entlang der ersten Schmalseite 16 verläuft. Für die Anwendung eignen sich zum Beispiel eine stabförmige Glühlampe oder in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Kaltkathodenfluoreszenslampe. Die für deren Betrieb erforderliche elektrische Vorschaltungsvorrichtung ist in der Fig. 1 nicht eingezeichnet. Ebenso ist eine zu hinterleuchtende Anzeige, die sich in der Figur oberhalb der ersten Seitenfläche 14 befindet, nicht eingezeichnet.

Das Licht der Lichtquelle 10 wird durch die erste Schmalseite 16 in die Lichtleiterplatte 11 eingekoppelt und breitet sich in der Lichtleiterplatte aus. Ein großer Teil der Lichtstrahlen trifft dabei in einem derart flachen Winkel auf die erste Seitenfläche 14 und auf die zweite Seitenfläche 15, daß die Lichtstrahlen unter Totalreflexion an den genannten Seitenflächen reflektiert werden. Der Reflexionsvorgang kann sich mehrfach wiederholen. Lichtstrahlen, die unter einem hinreichend steilen Winkel auf die zweite Seitenfläche 15 gelangen, können die Lichtleiterplatte 11 durch die zweite Seitenfläche 15 verlassen. Sie treffen nun auf den Reflektor 13, durch den die Lichtstrahlen reflektiert und wieder in die Lichtleiterplatte 11 eingekoppelt werden. Die an der ersten Seitenfläche 14 vorgesehenen trapez- oder rechteckförmige Erweiterungen 12 der Lichtleiterplatte 11 dienen der Auskopplung des Lichts aus der Lichtleiterplatte 11. Um einen Lichtverlust durch die zweite Schmalseite 17 zu vermeiden, kann der Reflektor 13 bis auf die zweite Schmalseite 17 ausgedehnt oder es kann dort zusätzlich ein nicht eingezeichneter, weiterer Reflektor angeordnet sein. Die trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12 sind in der Fig. 1 stark vergrößert dargestellt, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu wahren. Die trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12 sind in der Ausführung gegenüber der Größe der Lichtleiterplatte 11 weitaus kleiner, als in der Zeichnung dargestellt. Ferner ist ihre Anzahl größer als in der Fig. 1 dargestellt.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Hinterleuchtungsvorrichtung dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier und im folgenden die gleichen Bestandteile einer Vorrichtung. Wie in Fig. 1 ist die Fig. 2 als Querschnitt der Vorrichtung dargestellt. Eine Lichtleiterplatte 20 verfügt über eine erste, der Anzeige zugewandte Seitenfläche 14 mit trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12. Die Lichtleiterplatte 20 ist keilförmig ausgeführt und unterscheidet sich von der Lichtleiterplatte 11 in der Fig. 1 nur durch ihre Form, nicht durch das Material. Ferner verfügt die Lichtleiterplatte über eine der Anzeige abgewandte zweite Seitenfläche 21. Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 10 über die erste Schmalseite 16 in die Lichtleiterplatte 20 eingekoppelt werden, werden bei hinreichend flachem Winkel gegenüber der ersten Seitenfläche 14 und der zweiten Seitenfläche 21 unter Totalrefklexion reflektiert. Durch die Keilform der Lichtleiterplatte 20 wird der Auftreffwinkel der Lichtstrahlen bei mehrfacher Totalreflexion gegenüber den beiden Seitenflächen jedoch größer, bis keine Totalreflexion mehr möglich ist. Mit einem steileren Winkel gegenüber den beiden Seitenflächen nimmt jedoch mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle auch die Anzahl der Reflektionen pro Längeneinheit der ersten Seitenfläche 14 zu. Hierdurch wird also in der Lichtleiterplatte 20 mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle 10 die Wahrscheinlichkeit größer, daß Lichtstrahlen in die trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12 eindringen und somit aus der Lichtleiterplatte 20 in Richtung einer Anzeige ausgekoppelt werden. Lichtstrahlen, die die Lichtleiterplatte 20 durch die zweite Seitenfläche 21 verlassen, werden durch den Reflektor 13 reflektiert und wieder in die Lichtleiterplatte 20 eingekoppelt.

In Fig. 3 ist die Lichtleiterplatte 20 aus Fig. 2 mit einem Reflektor 30 versehen. Der Reflektor 30 in Fig. 3 verläuft parallel zu der zweiten Seitenfläche 21. Ebenso wie der Reflektor 13 dient der Reflektor 30 dazu, Lichtstrahlen, die die Lichtleiterplatte 20 durch die zweite Seitenfläche 21 verlassen, wieder in die Lichtleiterplatte 20 zu reflektieren.

In Fig. 4 ist eine Lichtleiterplatte 50 in Aufsicht aus der Richtung einer Anzeige dargestellt. Die Lichtleiterplatte 50 kann sowohl quaderförmig wie die Lichtleiterplatte 11 in der Fig. 1, als auch keilförmig wie die Lichtleiterplatte 20 in der Fig. 2 ausgeführt sein. Auf der Lichtleiterplatte 50 sind die trapez- oder rechteckfömigen Mikrostrukturen 12 angeordnet, die sich parallel zu der ersten Schmalseite 16 erstrecken. Neben der Lichtleiterplatte 50 ist die Lichtquelle 10 angeordnet, die über einen ersten elektrischen Anschluß 41 und einen zweiten elektrischen Anschluß 42 verfügt. Eine Anzeige, deren Anzeigefläche sich wenigstens teilweise über die in der Fig. 4 in Aufsicht sichtbare Seitenfläche der Lichtleiterplatte 50 erstreckt. ist nicht eingezeichnet.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus der Lichtleiterplatte 50, ein Stück der ersten Seitenfläche 14, dargestellt. Eine erste rechteckförmige Erweiterung 51 und eine zweite rechteckförmige Erweiterung 58 sind in einem Querschnitt dargestellt. Die Blickrichtung entspricht der Ansicht in den Fig. 1-3. Die erste und zweite Erweiterung 51 und 58 sind spezielle Ausführungen der trapez- und rechteckförmigen Mikrostrukturen in den Fig. 1-4. Die Erweiterungen erheben sich über die ersten Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50. Zwischen der ersten rechteckförmigen Erweiterung 51 und der zweiten rechteckförmigen Erweiterung 58 ist ein Abstand 57 gestrichelt eingezeichnet. Die erste rechteckförmige Erweiterung 51 verfügt über eine Deckfläche 54 sowie eine erste, der Lichtquelle 10 zugewandte erste Seitenfläche 55 und eine zweite, der Lichtquelle 10 abgewandte Seitenfläche 56. Die Lichtquelle 10 ist in der Figur selber nicht dargestellt, die Richtung ist jedoch aus den Fig. 1-3 ersichtlich, wobei hierunter nur eine grobe Ausrichtung der Seitenflächen zur Unterscheidung der beiden Seitenflächen der Erweiterung zu verstehen ist. Eine direkte optische Verbindung zwischen der Seitenfläche 55 und der Lichtquelle wird nicht gefordert. Die Deckfläche 54 schließt mit der ersten Seitenfläche 55 einen ersten Winkel 52 und mit der zweiten Seitenfläche einen zweiten Winkel 53 ein. In diesem Ausführungsbeispiel haben sowohl der erste Winkel 52 als auch der zweite Winkel 53 den Wert 90 Grad, so daß die erste Erweiterung 51 rechteckförmig ausgeführt ist. Die zweite Erweiterung 58 entspricht in ihrer Ausführung der ersten Erweiterung 51. Der Abstand 57 zwischen der ersten Erweiterung 51 und der zweiten Erweiterung 58 ist derartig gewählt, daß der Abstand 57 zumindest drei mal größer ist, als sich die erste Erweiterung 51 über die erste Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50 erhebt. Die zweite Erweiterung 58 verfügt über eine erste Seitenfläche 59, die der Lichtquelle 10 zugewandt ist.

In die Lichtleiterplatte 50 eingekoppelte Lichtstrahlen treffen entweder direkt oder nach einer Reflexion an der zweiten Seitenfläche 15 bzw. 21 nun entweder auf die erste Seitenfläche 14 oder treten in eine rechteckförmige Erweiterung ein, zum Beispiel in die erste rechteckförmige Erweiterung 51. Treffen Lichtstrahlen auf die erste Seitenfläche 14, so werden die Lichtstrahlen im allgemeinen in einem derartig flachen Winkel auftreffen, daß sie unter Totalreflexion an der ersten Seitenfläche reflektiert werden. Tritt ein Lichtstrahl jedoch in die erste rechteckförmige Erweiterung 51 ein, so trifft er im allgemeinen auf die zweite Seitenfläche 56 der rechteckförmigen Erweiterung 51. Auf diese zweite Seitenfläche 56 trifft der Lichtstrahl jedoch in einem Winkel, der nahe bei einem lotrechten Auftreffen liegt. Eine Totalreflexion an der zweiten Seitenfläche 56 ist damit nicht möglich. Vielmehr wird der Lichtstrahl an der zweiten Seitenfläche gebrochen und verläßt die Lichtleiterplatte 50. Die Höhe der rechteckförmigen Erweiterung 51 ist deshalb mindestens drei mal größer als der Abstand zu der zweiten rechteckförmigen Erweiterung 58, damit Lichtstrahlen, die die erste rechteckförmige Erweiterung 51 verlassen, nicht wieder durch die erste Seitenfläche 59 der zweiten rechteckigen Erweiterung 58 in die Lichtleiterplatte eingekoppelt werden.

In Fig. 6 ist eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen trapez- oder rechteckförmigen Mikrostruktur 12. Die Ansicht entspricht ansonsten der Fig. 5, weshalb in der Fig. 6 auch nur eine einzelne, erfindungsgemäße Ausführung der Mikrostruktur dargestellt ist, die ebenfalls in einer Vielzahl auf der Lichtleiterplatte 50 angeordnet ist. Eine trapezförmige Erweiterung 61 weist zwischen einer Deckfläche 64 und einer ersten, der Lichtquelle 10 zugewandten Seitenfläche 65 einen ersten Winkel 62 auf, der 90 Grad beträgt. Zwischen der Deckfläche 64 und einer zweiten, der Lichtquelle angewandten Seitenfläche 66 weist die trapezförmige Erweiterung 61 einen zweiten Winkel 63 auf. Dieser Winkel liegt in einem Bereich zwischen 90 Grad und 105 Grad. Durch die Vergrößerung des Winkels 63 auf einen Wert über 90 Grad wird der Auftreffwinkel von Lichtstrahlen auf die zweite Seitenfläche 66 verändert. Damit verändert sich auch der Winkel der aus der Lichtleiterplatte 50 an der trapezförmigen Erweiterung 61 austretenden Lichtstahlen. Der Abstand zu der nächsten trapezförmigen Erweiterung entspricht dem Abstand 57 in Fig. 5, die daher in der Fig. 6 nicht dargestellt ist.

In Fig. 7 ist eine trapezförmige Erweiterung 71 mit einer ersten Deckfläche 74 dargestellt, wobei die erste Deckfläche 74 mit einer ersten Seitenfläche 75 einen ersten Winkel 72 einschließt, der in einem Bereich von 90 Grad bis 105 Grad liegt. Ebenfalls liegt der von der ersten Deckfläche 74 und einer zweiten Seitenfläche 76 eingeschlossene zweite Winkel 73 in einem Bereich von 90 Grad bis 105 Grad. Hierdurch ist eine symmetrische Gestaltung der trapezförmigen Erweiterung 71 möglich. Die Ansicht entspricht den Fig. 5 und 6.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Lichtleiterplatte 50 keilförmig ausgeführt, wobei die breite Seite des Keils, die erste Schmalseite 16, die der Lichtquelle 10 zuweist, eine Dicke von 4 mm aufweist. Die erste Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50 hat die Abmessung 110 mm × 78 mm. Die längere Kante der Seitenfläche 14 weist der Lichtquelle 10 zu und begrenzt die erste Schmalseite 16. Auf der ersten Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50 sind ca. 200 trapezförmige Erweiterungen entsprechend der trapezförmigen Erweiterung 71 in Fig. 7 angeordnet. Sowohl der erste Winkel 72 als auch der zweite Winkel 73 betragen jeweils 100 Grad. Die trapezförmigen Erweiterungen haben dabei eine Höhe von 30 µm über der ersten Seitenfläche 14 und die Deckfläche 74 hat eine Breite von 20 µm. Der Abstand zwischen zwei trapezförmigen Erweiterungen beträgt ca. 280 µm.

In einem anderen Ausführungsbeispiel auf einer Lichtleiterplatte 50 in gleicher Flächengröße der ersten Seitenfläche 14 ausgeführt. Es sind 520 trapezförmige Erweiterungen parallel zueinander angeordnet. Die Deckfläche 54 hat eine Breite von 40 µm und die trapezförmigen Erweiterungen haben eine Höhe von 30 µm.

In den beiden genannten Ausführungsbeispielen ist der Abstand der trapezförmigen Erweiterungen zueinander, wie auch ihre Abmaße über die gesamte erste Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50 konstant. Es ist jedoch auch möglich, die Verteilung und die Abmaße der trapezförmigen Erweiterungen über die erste Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50 zu variieren. Hierdurch kann eine bessere Homogenität der Helligkeit des ausgekoppelten Lichtes über die gesamte erste Seitenfläche 14 erreicht werden. Die Variationen sind an unterschiedliche verwendete Lichtleiterplattengeometrien anzupassen.

In Fig. 8 ist eine erfindungsgemäße Lichtleiterplatte 50 in einem Querschnitt dargestellt. An der ersten Seitenfläche 14 sind rechteckige oder trapezförmige Erweiterungen 12 angeordnet. Auch hier sind wie in den folgenden Fig. 10 und 11 die trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12 größer und vereinfacht dargestellt. Ihre Ausführung erfolgt auch hier vorzugsweise gemäß der Beschreibung zu den Fig. 5-7. Ferner ist der erste Teil der ersten Schmalseite 16 dargestellt, der an die erste Seitenfläche 14 anschließt. Weiterhin ist ein Ausschnitt der Lichtquelle 10 dargestellt. An der ersten Seitenfläche 14 ist eine Sägezahnfolie 80 angeordnet, die an ihrer der Lichtleiterplatte 50 zugewandten Seite eine Struktur aus Sägezähnen 81 aufweist.

In der Fig. 8 ist ein Sägezahn 81 mit einem Bezugszeichen versehen. An einer der Lichtleiterplatte abgewandten Seitenfläche 82 weist die Sägezahnfolie 80 Mikroprismen auf, deren brechende Kante senkrecht zu den rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen 12 der Lichtleiterplatte 50 verläuft. Die Sägezahnfolie 80 dient dazu, das durch die rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen 12 aus der Lichtleiterplatte 50 ausgekoppelte Licht zur Anzeige hin umzulenken.

In Fig. 9 ist ein Ausschnitt der Sägezahnfolie 80 vergrößert dargestellt. Ein Sägezahn 81 verfügt über eine erste Seitenfläche 92 die der Lichtquelle 10 zuweist und eine zweite Seitenfläche 93 die von der Lichtquelle abweist. Ferner verfügt der Sägezahn 81 über eine Basis 96, die gestrichelt dargestellt ist. Die erste Seitenfläche 92 des Sägezahns schließt mit der Basis 96 einen ersten Winkel 94 ein. Die zweite Seitenfläche 93 schließt mit der Basis 96 einen zweiten Winkel 95 ein. An der der Lichtquelle abgewandten Seite der Sägezahnfolie 80 sind Mikroprismen 97 angeordnet, die senkrecht zu den rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen auf der Lichtleiterplatte verlaufen. Die Mikroprismen sind als flache Prismen ausgeführt, d. h. ein brechender Winkel 98 der Mikroprismen 97 ist größer als 100 Grad. Die Mikroprismen 97 liegen dicht aneinander.

Licht, das aus der Lichtleiterplatte 50 durch die rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen ausgekoppelt wird, tritt im allgemeinen flach aus der Lichtleiterplatte aus. Der Austrittswinkel wird im wesentlichen durch die trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12, insbesondere durch den Winkel der der Lichtquelle 10 abgewandten Seitenfläche 56, 66 bzw. 76 beeinflußt. Da eine Anzeigefläche vorteilhafterweise parallel zu der Lichtleiterplatte 50 verläuft, wird der Austrittswinkel gegenüber dem Lot auf eine Anzeigenoberfläche damit groß. Da eine Anzeige jedoch in der Regel in Lotrichtung betrachtet wird, muß auch das Licht der Hinterleuchtung vorzugsweise in Lotrichtung auf die Anzeige auftreffen. Treffen nun die Lichtstrahlen auf die Sägezahnfolie 80, so werden die Lichtstrahlen durch die erste Seitenfläche 92 des Sägezahns 81 in die Sägezahnfolie eindringen. Sie treffen danach auf die zweite Seitenfläche 93 wo sie unter Totalreflexion reflektiert werden. Das Licht verläßt die Sägezahnfolie 80 durch die Seitenfläche 82 nun nahezu senkrecht gegenüber der erste Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 50. Durch die auf der Oberfläche 82 der Sägezahnfolie 80 angeordneten Mikroprismen 97 erfolgt ferner eine Kollimation senkrecht zu der Ausrichtung der trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12, so daß die Lichtstrahlen nun lotrecht zu der ersten Seitenfläche 14 verlaufen und auch lotrecht auf eine Anzeige treffen, da diese parallel zu der ersten Seitenfläche 14 ausgerichtet ist.

Eine geeignete Umlenkung des Lichtes ergibt sich bei einer Wahl des ersten Winkels 94 des Sägezahns 81 in einem Bereich zwischen 65 Grad und 90 Grad und bei einer Wahl des zweiten Winkels 95 in einem Bereich zwischen 45 und 60 Grad. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Wahl des ersten Winkels von 80 Grad und des zweiten Winkels von 50 Grad herausgestellt.

Ferner ist es auch möglich, die Oberfläche der Sägezahnfolie 80 völlig plan zu gestalten und die Mikroprismen auf einer zusätzlichen Folie, deren der Sägezahnfolie 80 zugewandte Oberfläche glatt ist, anzuordnen. Dieses Ausführungsbeispiel ist nicht in der Zeichnung dargestellt.

In Fig. 10 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Verwendung zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallzelle dargestellt. Das Licht einer stabförmigen Lichtquelle 10 wird in eine keilförmige Lichtleiterplatte 20 eingekoppelt. Die Lichtquelle 10 wird von einem ersten Reflektor 100 umgeben. An der Lichtleiterplatte 20 ist ein zweiter Reflektor 102 angeordnet. Dieser überdeckt die zweite Seitenfläche 21 der Lichtleiterplatte 20 sowie eine zweite Schmalseite 107 der Lichtleiterplatte 20, wobei die zweite Schmalseite 107 der erste Schmalseite 16 gegenüberliegt. Auf der ersten Seitenfläche 14 der Lichtleiterplatte 20 ist die ebenfalls vereinfacht dargestellte Sägezahnfolie 80 angeordnet. Auf der der Lichtleiterplatte abgewandten Seite der Sägezahnfolie 80 befindet sich eine Diffusorfolie 103.

Oberhalb der Diffusorfolie 103 befindet sich eine Flüssigkristallzelle 104, die als Anzeige dient. Die Flüssigkristallzelle 104 besteht aus zwei transparenten Substraten 105, z. B. Glasplatten, zwischen denen nicht eingezeichnete Flüssigkristallmoleküle angeordnet sind. Auf die transparenten Substrate 105 sind jeweils an der Außenseite Polarisatorfolien 106 auflaminiert. Die Flüssigkristallzelle 104 ist über ihre Fläche in Bildpunkte unterteilt, die einzeln elektrisch ansteuerbar sind. Die einzelnen Bildpunkte, die für die Ansteuerung erforderlichen Bildpunktelektroden, die Ansteuerungselektronik und die Flüssigkristallmoleküle sind in der Fig. 10 nicht dargestellt. Ebenfalls ist die für den Betrieb der Lichtquelle 10 erforderliche elektrische Ansteuerung nicht dargestellt. Die dargestellte Vorrichtung befindet sich in einem ebenfalls nicht eingezeichneten Gehäuse, das die für den Betrieb erforderlichen elektrischen Komponenten aufnehmen kann.

Die Sägezahnfolie 80 sowie die Diffusorfolie 103 sind vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Durch die Diffusorfolie 103 werden verbliebene Inhomogenitäten der Anzeigenhelligkeit beseitigt. Hierzu weist die Diffusorfolie z. B. streuende Partikel auf. Der erste Reflektor 100 ist vorzugsweise ein streuender Reflektor, der z. B. aus einem weißen Kunststoffmaterial hergestellt ist. Der zweite Reflektor 102 ist vorzugsweise ein nicht streuender Reflektor aus einer Metallfolie oder einer metallisch beschichteten Kunststoffolie. Der zweite Reflektor 102 erstreckt sich außerdem über die zweite Schmalseite 107, so daß Lichtstrahlen, die bis zu dieser Schmalseite gelangen, wieder in die Lichtleiterplatte 20 zurückreflektiert werden.

Die von der Lichtquelle 10 erzeugten Lichtstrahlen werden durch die erste Schmalseite 16 in die Lichtleiterplatte 20 eingekoppelt und durch die an der Seitenfläche 14 angeordneten trapez- oder rechteckförmigen Erweiterungen 12 ausgekoppelt. Durch die Sägezahnfolie 80 werden die ausgekoppelten Lichtstrahlen in Richtung der Flüssigkristallzelle 104 umgelenkt und kollimiert.

Durch den ersten der beiden Polarisatoren 106 wird das auf die als Anzeige fungierende Flüssigkristallzelle eintreffende Licht polarisiert und je nach elektrischer Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte durch den Flüssigkristall zwischen den beiden transparenten Substraten 105 in seiner Polarisationseigenschaft beeinflußt oder nicht. In Abhängigkeit von dieser Beeinflussung werden die Lichtstrahlen durch den zweiten der beiden Polarisatoren 106 entweder absorbiert oder können die Flüssigkristallzelle 104 verlassen. So entsteht für einen Betrachter durch die Flüssigkristallzelle 104 ein Bildeindruck. Anstelle der Flüssigkristallzelle 104 kann auch eine unveränderliche Anzeige, z. B. eine Kunststoffplatte mit einem unveränderlichen Aufdruck verwendet werden, bei dem durch Variation der Lichttransmission ein Bildeindruck entsteht. Eine derartige Verwendung ist z. B. bei einem Verkehrsschild möglich.

In Fig. 11 ist zwischen der Lichtquelle 10 und der Lichtleiterplatte 20, von der ein Ausschnitt dargestellt ist, ein zusätzlicher Prismenfilm 110 angeordnet. Mikroprismen verlaufen an einer der Lichtleiterplatte zugewandten Oberfläche des Prismenfilms 110 parallel zur Lichtquelle 10 und weisen mit ihrer brechenden Kante in Richtung der Lichtleiterplatte 20. Durch den Prismenfilm 110 wird das Licht der Lichtquelle 10 kollimiert, so daß das Licht möglichst geradlinig in die Lichtleiterplatte 20 eintritt und die Lichtstrahlen sowohl mit der ersten Seitenfläche 14 als auch mit der zweiten Seitenfläche 21 möglichst flache Winkel einschließen. Hierdurch wird vermieden, daß bereits ein Großteil des in die Lichtleiterplatte 50 eintretenden Lichtes in einem Bereich der Lichtleiterplatte nahe der Lichtquelle ausgekoppelt wird, da die zu großen Auftreffwinkel auf die erste und zweite Seitenfläche keine Lichtleitung unter Totalreflektion in der Lichtleiterplatte ermöglichen.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Hinterleuchtung einer flächigen Anzeige (104), insbesondere einer Flüssigkristallanzeige, mit einer Lichtleiterplatte (11, 20, 50), wobei Licht einer Lichtquelle (10) in eine erste Schmalseite (16) der Lichtleiterplatte einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der flächigen Anzeige (104) zugewandten Seitenfläche (14) der Lichtleiterplatte eine Mikrostruktur (12) mit einer Vielzahl von Erweiterungen (51, 61, 71) der Lichtleiterplatte angeordnet ist, wobei die Erweiterungen parallel zu der ersten Schmalseite (16) der Lichteiterplatte verlaufen und wobei der Querschnitt der Erweiterungen rechteckförmig oder trapezförmig ist.

2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) stabförmig ist, insbesondere eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterplatte (20, 50) keilförmig ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckflächen (54, 64, 74) der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen jeweils parallel zu der der Anzeige zugewandten Seitenfläche (14) der Lichtleiterplatte verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckflächen (54, 64, 74) der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen mit den zugehörigen Seitenflächen (55, 56, 65, 66, 75, 76) der trapezförmigen Erweiterungen jeweils einen Winkel (52, 53, 62, 63, 72, 73) einschließen, deren Betrag jeweils in einem Bereich von 90 Grad bis 105 Grad liegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen (51, 61, 71) kleiner als ein Viertel der maximalen Dicke der Lichtleiterplatte ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand (57) der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen variabel ist, wobei der Abstand der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen (51, 61, 71) voneinander nicht größer als drei Hundertstel der Ausdehnung der Lichtleiterplatte von der ersten Schmalseite (16) bis zu einer zweiten Schmalseite (17) ist, die der ersten Schmalseite gegenüberliegt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand einer rechteck- oder trapezförmigen Erweiterung (51, 61, 71) zu den unmittelbar benachbarten Erweiterungen mindestens dreimal größer als die Höhe der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterung ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der rechteck- oder trapezförmigen Erweiterungen nicht breiter als ein Hundertstel der Ausdehnung der Lichtleiterplatte von der ersten Schmalseite (16) bis zu der zweiten Schmalseite (17) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterplatte an der der Anzeige abgewandten Seitenfläche (15, 21) einen Reflektor (13, 30) aufweist, der vorzugsweise nichtstreuend ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Seitenfläche (14) der Lichtleiterplatte, die der Anzeige zugewandt ist, und der Anzeige (104) eine Folie (80) angeordnet ist, die auf einer ersten zu dem Lichtleiter weisenden Seite eine Sägezahnstruktur mit einer Vielzahl von Sägezähnen (81) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezähne (81) über eine erste, der Lichtquelle zugewandte Seitenfläche (91) und eine zweite, der Lichtquelle abgewandte Seitenfläche (93) verfügen, wobei die erste Seitenfläche (92) zu einer Basis des Sägezahns (96) in einem ersten, der Lichtquelle abgewandten Winkel (94) in einem Bereich von 65 bis 90 Grad liegt und die zweite Seitenfläche (93) zu der Basis des Sägezahns (96) in einem zweiten, der Lichtquelle zugewandten Winkel (95) in einem Bereich von 45 bis 60 Grad liegt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (80) über eine der Lichtleiterplatte abgewandte Seitenfläche (82) verfügt, die der Anzeige (104) zugewandt ist und auf der eine Vielzahl von Mikroprismen (97) angeordnet ist, wobei die Mikroprismen im wesentlichen senkrecht zu der Sägezahnstruktur verlaufen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-12, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtleiterplatte abgewandte Seitenfläche (82) der Folie (80) plan ist und über der Folie ein Prismenfilm angeordnet ist, an dessen der Anzeige zugewandten Seite eine Vielzahl von Mikroprismen angeordnet sind, wobei die Mikroprismen im wesentlichen senkrecht zu der Sägezahnstruktur verlaufen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (10) und der ersten Schmalseite (16) der Lichtleiterplatte ein Prismenfilm (110) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schmalseite (17) der Lichtleiterplatte einen Reflektor (102) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtleiterplatte und der Anzeige ein Diffusor (103) angeordnet ist.