DE3889297T2

DE3889297T2 - Ebene Lichtquelle.

Info

Publication number: DE3889297T2
Application number: DE3889297T
Authority: DE
Inventors: Ithussei Chiba; Makoto Oe
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2008-11-15
Also published as: US5126882A; KR890008587A; DE3889297D1; USRE35704E; EP0317250A2; EP0317250B1; CA1312320C; USRE38243E1; KR100319327B1; EP0317250A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine ebene Lichtquelle, spezieller eine ebene Lichtquelle, die vorteilhafterweise als Hintergrundbeleuchtungseinrichtung für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung oder dergleichen verwendet wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Herkömmlicherweise verfügt eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung oder dergleichen im wesentlichen über einen solchen Aufbau, daß eine Lampe im Brennpunkt eines Reflektors mit paraboloidförmigem Querschnitt angeordnet ist, während eine milchigweiße Diffusionsplatte über der Lampe angeordnet ist. Es erfolgten verschiedene Erfindungen zum Optimieren der Konfiguration eines Reflektors, zum Einstellen des Diffusionskoeffizienten einer Diffusionsplatte usw.
Es wurden auch spezielle Konstruktionen geschaffen, die eine Kombination einer linearen Lampe und eines Lichtleiters verwenden, dessen eine Seite an der Lampe liegt, und die Konfiguration des Lichtleiters wird näherungsweise als Punktquelle simuliert und zu einer gekrümmten Oberfläche bearbeitet, um Licht in einer spezieilen Richtung abzustrahlen, oder die Dicke des Lichtleiters wird entlang der Lichtrichtung verändert, oder es wird eine Linsenanordnung verwendet, bei der ein Prismenwinkel abhängig vom Abstand von der Lampe verändert wird, oder es werden Konfigurationen wie die vorstehend beschriebenen geeignet kombiniert. Bei Annäherung an eine Punktquelle kann in fast jedem Fall ein Lichtweg simuliert werden, und es ist möglich, die Konfiguration eines Lichtleiters abhängig vom Abstand in Lichtrichtung durch eine solche Simulation zu bestimmen. Derartige Vorschläge erfolgten bei einer großen Anzahl von Patenten und Gebrauchsmusterregistrierungen. Derartige ebene Lichtquellen sind z. B. in den US-Patenten Nr. 4,126,383; 4,043,636; 4,059,916; 4,373,282; 4,285,889; 4,252,416; 3,546,438; 4,642,736 und 4,648,690 sowie der japanischen Patentoffenlegung Nr. 62-278505 offenbart.
Während beinahe alle ebenen Lichtquellen so konstruiert sind, daß sie Licht so gleichmäßig wie möglich in allen Richtungen abstrahlen, kann es manchmal erwünscht sein, abgestrahltes Licht abhängig von der Anwendung einer ebenen Lichtquelle in eine spezielle Richtung zu konzentrieren.
Z. B. ist es im Fall der Anwendung eines Flüssigkristall- Farbfernsehgeräts für persönlichen Gebrauch mit vergleichsweise kleinem Betrachtungswinkel erforderlich, das Licht nur in einer speziellen Richtung abzustrahlen und die Menge des abgestrahlten Lichts so gleichmäßig wie möglich über die gesamte Abstrahlungsfläche zu verteilen. Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Flüssigkristall-Farbfernsehgeräts. In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 1 eine Flüssigkristallanzeige, 2 das Gehäuse des Flüssigkristall-Farbfernsehgeräts, 3 eine senkrecht auf der Flüssigkristallanzeige 1 stehende Linie und 4 das Auge eines Betrachters. Bei einer Anordnung des genannten Typs ist die Flüssigkristallanzeige 1 um einen Winkel von ungefähr 45º nach oben in bezug auf das Gehäuse 2 geneigt und wird normalerweise in einer Richtung unter einem Winkel von ungefähr 15º in bezug auf die senkrechte Linie von einem Betrachter betrachtet. Demgemäß wäre eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung, die innerhalb eines mit X gekennzeichneten speziellen Winkelbereichs eine höhere Helligkeit bietet als in allen anderen Winkelstellungen dahingehend von Vorteil, daß das abgestrahlte Licht in den speziellen Winkelbereich konzentriert werden könnte. Insbesondere zeigt die Heiligkeit einer solchen ebenen Lichtquelle einen Maximalwert in einer gewünschten Richtung, der mehrfach größer sein kann als der Helligkeitswert einer alternativen ebenen Lichtquelle vom Typ, der Licht gleichmäßig in allen Richtungen abstrahlt. Demgemäß kann dann, wenn eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung mit engem Betrachtungswinkel in einer speziellen Richtung bei einer Anzeigevorrichtung verwendet wird, die Anzeigevorrichtung hohe Helligkeit bei kleinem Stromverbrauch bieten.
Jedoch wird bei einem Flüssigkristall-Farbfernsehgerät, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, oder dergleichen keine Punktquelle als Lichtquelle für die Hintergrundbeleuchtungseinrichtung verwendet, mit Ausnahme sehr spezieller Fälle, in denen die Anzeige eine kleine Fläche aufweist. Derzeit verwendete Lichtquellen sind im allgemeinen Volumenlichtquellen wie Fluoreszenzlampen, die nicht als Punktquelle angesehen werden können und die hinsichtlich der Übereinstimmung einer Annäherung an eine Punktquelle sehr schlecht sind. Demgemäß ist es, während solche ebenen Lichtquellen, wie sie im Stand der Technik vorgeschlagen wurden, genaue und komplizierte Konfigurationen aufweisen und hohe Herstellkosten erfordern, schwierig, daß sie solche gewünschte Eigenschaften aufweisen, wie sie oben beschrieben sind.
Daneben ist das von einer solchen Volumenlichtquelle wie einer Fluoreszenzlampe abgestrahlte Licht Diffusionslicht, das nicht gerichtet ist. Streng gesprochen, ist es sehr schwierig, eine gewünschte Richtwirkung unter Verwendung einer Diffusionslicht emittierenden Quelle zu gewährleisten.
Ferner ist es zum Erhalten einer ebenen Lichtquelle kleiner Größe bevorzugt, die Dicke höchstens im wesentlichen so groß auszugestalten, wie es der Durchmesser einer Lichtquellenlampe ist. Jedoch hat eine ebene Lichtquellenvorrichtung des Typs, bei der ein Reflektor mit parabolförmigem Querschnitt unter einer Lampe angeordnet ist, wie oben beschrieben, eine Dicke, die im wesentlichen dem Doppelten bis Vierfachen des Durchmessers der Lampe entspricht. Demgemäß kann die gerade genannte Lichtquellenvorrichtung nicht dem Erfordernis kleiner Größe genügen.
EP-O-167 721 offenbart einen Lichtdiffusor vom Typ mit Kantenbeleuchtung, der eine Lichteinfallebene, eine Lichtübertragungseinrichtung und eine Lichtemissionsebene aufweist. Die Lichtübertragungseinrichtung besteht aus einem Laminat aus mehreren lichtdurchlässigen Platten. Diese Struktur schafft einen Lichtdiffusor, der zu gleichmäßiger ebenen Beleuchtung in der Lage ist und für Zeichenanzeigetafeln, großflächige Anzeigevorrichtungen, Anzeigevorrichtungen für verschiedene Arten von Maschinen sowie Flüssigkristallvorrichtungen verwendbar ist.
US-A-3,840,695 offenbart ein flaches, vakuumfreies Anzeigepaneel, das eine Lichtmodulationsschicht mit einem spannungsabhängigen, optisch aktiven Material aus verdrilltnematischen Flüssigkristallen verwendet, die durch ein Array aus sich gemeinsam erstreckenden, im Vakuum abgeschiedenen, miteinander verbundenen Dünnfilmtransistoren, die vom Rand des flachen Paneels durch elektronische Schieberegister abgerastert werden, in Form einer X-Y-Matrix adressiert wird. Das Paneel wird mit weißem Licht von hinten beleuchtet, das für Farbfernsehanzeige durch ein mosaikförmiges Farbfilter läuft.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine ebene Lichtquelle mit verringerter Dicke anzugeben, die im wesentlichen dem Durchmesser einer Lampe entspricht, so daß sie für Hintergrundbeleuchtung einer Anzeigevorrichtung wie eines Flüssigkristall-Farbfernsehgeräts mit kleiner Größe und kleinem Betrachtungswinkel geeignet ist.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine ebene Lichtquelle anzugeben, die auf einfache Weise Licht erzeugen kann, das in einer Richtung konzentriert ist, in der die Betrachtung durch einen Benutzer erfolgt, ohne daß der Stromverbrauch erhöht ist.
Um diese Aufgaben zu lösen, wird erfindungsgemäß eine ebene Lichtquelle angegeben, mit einer Lichteintrittsfläche an mindestens einem seiner Seitenenden und mit einer ersten Lichtemissionsfläche, die sich rechtwinklig zur Lichteinfallsfläche erstreckt, welches erste Element ferner eine Reflexionsschicht aufweist, die auf seiner der ersten Lichtemissionsfläche abgewandten Fläche ausgebildet ist, und mit einem zweiten Element mit einer Lichteinfallsfläche, die das vom ersten Element emittierte Licht empfängt, und einer zweiten Lichtemissionsfläche, durch die Licht in Richtungen in einem vorgegebenen Winkelbereich abgestrahlt wird, wobei die erste Lichtemissionsfläche und/oder die abgewandte Fläche des ersten Elements Richtwirkungsfunktion aufweisen, um dafür zu sorgen, daß durch die Lichteintrittsfläche einfallendes Licht durch die erste Lichtemissionsfläche in einer schräg zur Richtung des Lichts stehenden Richtung abstrahlt, wobei das zweite Element eine große Anzahl von Prismeneinheiten aufweist, die auf seiner Lichteinfallsfläche ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel und Brechungsindizes der Prismeneinheiten dergestalt sind, daß die Richtung des vom zweiten Element abstrahlenden Lichts einen Winkel im Bereich von 0º bis 20º zu einer Normallinie auf der Richtung des Lichts von der Lichteinfallsfläche des ersten Elements bildet.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung die Relativwinkel eines Flüssigkristall-Farbanzeigegeräts im Betrachtungszustand zeigt;
Fig. 2(a) und 2(b) sind schematische Querschnitte durch eine herkömmliche ebene Lichtquellenvorrichtung;
Fig. 3(a) und 3(b) sind eine schematische perspektivische Darstellung bzw. ein schematischer Querschnitt, die ein erstes Element einer erfindungsgemäßen ebenen Lichtquelle zusammen mit Lampeneinheiten zeigen;
Fig. 4(a) und 4(b) sind Diagramme, die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von einem ersten Element eines Beispiels 1-1 der Erfindung abgestrahlt wird;
Fig. 5(a) ist eine schematische Vorderansicht, die ein Verfahren zum Messen der Winkelverteilung von Licht zeigt, das von einer erfindungsgemäßen ebenen Lichtquelle abgestrahlt wird, und Fig. 5(b) ist eine schematische Darstellung, gesehen in einer Richtung, wie sie durch Pfeilhinweise A-A' in Fig. 5(a) gekennzeichnet ist;
Fig. 6(a) und 6(b) sind schematische Darstellungen, die die Wege von durch ein Prisma laufenden Lichtstrahlen zeigen;
Fig. 7(a) und 7(b) sind eine schematische, perspektivische Ansicht bzw. ein schematischer Querschnitt, die ein erstes Element einer erfindungsgemäßen ebenen Lichtquelle zusammen mit Lampeneinheiten zeigen;
Fig. 8(a) bis 8(f) sind Diagramme, die Winkelverteilungen von Licht aus verschiedenen ersten Elementen der Erfindung zeigen;
Fig. 9(a) und 9(b) sind schematische Darstellungen, die ein Verfahren zum Messen der Winkelverteilung von Licht veranschaulichen;
Fig. 10 und 11 sind schematische Querschnitte, die verschiedene erfindungsgemäße ebene Lichtquellen zusammen mit Lampen zeigen;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, die nur eine weitere, andere erfindungsgemäße ebene Lichtquelle zeigt;
Fig. 13 und 14 sind schematische Querschnitte, die nur noch weitere, andere erfindungsgemäße ebene Lichtquellen zeigen;
Fig. 15 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Linseneinheit eines ersten Elements zeigt;
Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht für den Fall des Beispiels 1-1 zeigen;
Fig. 17(a), 17(b) und 17(c) sind Diagramme, die Winkelverteilungen von Licht für den Fall eines anderen Beispiels 1-2 zeigen;
Fig. 18(a), 18(b) und 18(c) sind Diagramme, die Winkelverteilungen von Licht für den Fall eines weiteren Beispiels 1-3 zeigen;
Fig. 19(a) und 19(b) sind Diagramme, die Winkelverteilungen von Licht für den Fall einer ebenen Lichtquellenvorrichtung bei einem Vergleichsbeispiel zeigen;
Fig. 20 ist ein schematischer Querschnitt, der ein erstes Element zeigt, bei dem Linseneinheiten stabförmige Dreieck- Lentikulärlinsen sind;
Fig. 21 ist ein schematischer Querschnitt, der ein anderes erstes Element zeigt, bei dem Linseneinheiten konkave Zylinder-Lentikulärlinsen sind;
Fig. 22 ist ein schematischer Querschnitt, der ein weiteres erstes Element zeigt, bei dem Linseneinheiten konvexe, polygonale, stabförmige Lentikulärlinsen sind;
Fig. 23(a) und 23(b) sind Querschnitte, die noch weitere erste Elemente zeigen, bei denen Linseneinheiten verschiedene anisotrope Lentikulärlinsen sind;
Fig. 24 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Art zum Messen der Winkelverteilung von Licht aus einem ersten Element vom Umkehrtyp veranschaulicht;
Fig. 25(a) und 25(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ersten Elementen im Fall eines Vorwärts- bzw. Umkehrtyps emittiert wird, wobei konvexe Zylinder-Lentikulärlinsen verwendet werden;
Fig. 26(a) und 26(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ersten Elementen im Fall des Vorwärts- bzw. Umkehrtyps abgestrahlt wird, wobei stabförmige Dreieck-Lentikulärlinsen verwendet werden;
Fig. 27(a) und 27(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ersten Elementen im Fall des Vorwärts- bzw. Umkehrtyps abgestrahlt wird, wobei konkave Zylinder-Lentikulärlinsen verwendet werden;
Fig. 28(a) und 28(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ersten Elementen im Fall des Vorwärts- bzw. des Umkehrtyps abgestrahlt wird, wobei polygonale, stabförmige Lentikulärlinsen verwendet werden;
Fig. 29(a) und 29(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ersten Elementen im Fall des Vorwärts- bzw. Umkehrtyps abgestrahlt wird, wobei verschiedene anisotrope Lentikulärlinsen verwendet werden;
Fig. 30(a) und 30(b) sind schematische Querschnitte, die verschiedene ebene Lichtquellen vom Vorwärts- und Umkehrtyp zeigen, die jeweils verschiedene konkave Zylinder-Lentikulärlinsen zusammen mit einer Lampe verwenden;
Fig. 31(a) und 31(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das durch eine ebene Lichtquelle vom Vorwärts- bzw. Umkehrtyp, die konkexe Zylinder-Lentikulärlinsen verwenden, abgestrahlt wird;
Fig. 32(a) und 32(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ebenen Lichtquellen vom Vorwärts- bzw. Umkehrtyp, die stabförmige Dreieck-Lentikulärlinsen verwenden, abgestrahlt wird;
Fig. 33(a) und 33(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ebenen Lichtquellen vom Vorwärts- bzw. Umkehrtyp, die konkave Zylinder-Lentikulärlinsen verwenden, abgestrahlt wird;
Fig. 34(a) und 34(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von ebenen Lichtquellen vom Vorwärts- bzw. Umkehrtyp, die polygonale, stabförmige Lentikulärlinsen verwenden, abgestrahlt wird;
Fig. 35(a) und 35(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von einer ebenen Lichtquelle vom Vorwärts- bzw. Umkehrtyp, die verschiedene anisotrope Lentikulärlinsen verwenden, abgestrahlt wird;
Fig. 36(a) bis 36(f) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen von Licht zeigen, das von verschiedenen erfindungsgemäßen Oberflächen-Lichtquellen abgestrahlt wird;
Fig. 37 ist ein Diagramm, das die Winkelverteilung von Licht zeigt, das von einer Oberflächen-Lichtquellenvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel abgestrahlt wird; und
Fig. 38 ist ein Diagramm, das die Winkelverteilung von Licht zeigt, das von einer ebenen Lichtquelle vom Typ mit Θ&sub1; = Θ&sub2; gemäß der Erfindung abgestrahlt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bevor bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, wird zunächst das Grundkonzept einer erfindungsgemäßen ebenen Lichtquelle beschrieben.
Der Brechungsindex eines Lichtleiters gegenüber Luft beträgt im allgemeinen ungefähr n = 1,5 bis 1,6, und im Fall einer Konfiguration, wie sie in Fig. 2(a) dargestellt ist, bei der eine Lichteinfallfläche 11 und eine Lichtemissionsfläche 12 eines Lichtleiters 10 sich rechtwinklig zueinander erstrekken (d. h. Konfiguration mit Kantenbeleuchtung), beträgt der kritische Winkel, unter dem im Prinzip kein Licht durch die Oberfläche 12 abgestrahlt wird, ungefähr 45º. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bezugsziffer 14 in Fig. 2(a) eine Lichtquelle wie eine Fluoreszenzlampe repräsentiert, 15 einen Reflektor für die Fluoreszenzlampe 15 und 13 eine Reflexionsschicht, die auf der der Oberfläche 12 gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters 10 ausgebildet ist.
Im allgemeinen ist entweder die Oberfläche 12 als Lichtdiffusionsfläche 12a ausgebildet, oder die Reflexionsschicht 13 ist als Licht-Diffusion/Reflexion-Schicht 13a ausgebildet, wie in Fig. 2(b) dargestellt. Für die vorliegende Aufgabe, gemäß der abgestrahltem Licht Richtwirkung zu verleihen ist, können derartige Einrichtungen jedoch nicht als solche verwendet werden, da vom Lichtleiter 10 abgestrahltes Licht diffuses Licht wird.
So wird der Aufbau einer Vorrichtung in Betracht gezogen bei dem eine Anzahl linearer Konvexlinsen 16 mit demselben Profil an einer Emissionsfläche so ausgebildet sind, daß sie sich in einer Richtung rechtwinklig zur Lichtrichtung erstrecken, während eine Reflexionsschicht 13 auf einer dein Emissionsfläche gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet ist und lineare Lichtquellen 14 wie Fluoreszenzlampen parallel zu der linearen Konvexlinsen 16 an entgegengesetzten Enden des ersten Elements angeordnet sind. Fig. 3(a) ist eine schematische perspektivische Darstellung, die einen solchen Aufbau zeigt, wie er gerade vorstehend beschrieben wurde, und Fig. 3(b) ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 3(a).
Bei einer solchen geometrischen Positionsbeziehung fällt die Richtung des abgestrahlten Lichts in einen Winkelbereich von 40 bis 60º in bezug auf die Normallinie auf der imaginären Ebene der Lichtemissionsfläche mit den konvexen Linsen 16, und wenig Licht wird in Richtung der Normallinie abgestrahlt (siehe Fig. 3(b)).
Die Fig. 4(a) und 4(b) sind Diagramme, die die Winkelverteilungen des in Fig. 3(b) veranschaulichten Lichts innerhalb einer Ebene rechtwinklig zur Richtung der konvexen Linsen 16 veranschaulichen. Insbesondere zeigen die Diagramme die Helligkeitsverhältnisse unter verschiedenen Winkeln, wobei der maximale Helligkeitswert durch 100 % wiedergegeben wird.
Die Fig. 5(a) und 5(b) sind schematische Darstellungen, die ein Helligkeitsmeßverfahren veranschaulichen, wobi Fig. 5(a) eine Vorderansicht einer ebenen Lichtquelle zusammen mit Lampen ist, in der die Stellungen dargestellt sind, unter denen die Helligkeit gemessen wird, und Fig. 5(b) eine schematische Darstellung gesehen in einer Richtung ist, wie sie durch Pfeilmarkierungen A-A' in Fig. 5(a) gekennzeichnet ist. In Fig. 5(b) bezeichnet die Bezugsziffer 40 eine Helligkeitsmeßeinrichtung.
Fig. 4(a) zeigt die Winkelverteilung von Licht in dem in Fig. 5(a) gezeigten Mittelpunkt (1), während Fig. 4(b) eine andere Winkelverteiiung von Licht an einer anderen Stelle (2) zeigt, die um 10 mm gegen die Lampe beabstandet ist. Aus den Diagrammen ist auch erkennbar, daß in Richtung der Normallinie wenig Licht emittiert wird.
So ist eine erfindungsgemäße ebene Lichtquelle ihrem Prinzip nach so aufgebaut, daß eine Anzahl von Linsen, wie die Linsen 16, verwendet werden, wobei das durch diese Linsen abgestrahlte Licht in einer speziellen Richtung so konzentriert ist, daß die Lichtverteilung in einen engen Bereich fällt, und außerdem ist die Menge abstrahlten Lichts groß und das zu entgegengesetzten Seiten der Normallinie abgestrahlte Licht, wie die in Fig. 3(b) veranschaulichten Lichtstrahlen 20, 21, werden durch einen Satz Prismen gebrochen, die als zweites Element dienen, um das Licht in eine gewünschte Richtung zu konzentrieren.
Die Fig. 6(a) und 6(b) sind schematische Darstellungen, die eines von solchen Prismen des zweiten Elements, wie gerade vorstehend angegeben, zeigen. In den Fig. 6(a) und 6(b) bezeichnen die Bezugsziffern 20 und 21 Lichtstrahlen, die aus dem Linsensatz 16 des ersten Elements nach rechts bzw. links austreten, Θ&sub1; und Θ&sub2; bezeichnen die Winkel zwischen den Normallinien und den Oberflächen 31 bzw. 30 des Prismas, und die Bezugsziffer 32 bezeichnet eine Austrittsfläche (eine zweite Lichtemissionsfläche des Prisma). Ferner bezeichnen Bezugssymbole ψ&sub1; bis ψ&sub6; und Φ&sub1; bis Φ&sub6; die Winkel von Lichtstrahlen in bezug auf die einzelnen Oberflächen des Prismas oder von Bezugslinien. Die Winkel werden so erfaßt, wie dies in den Fig. 6(a) und 6(b) dargestellt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6(b) wird ausgeführt, daß dann, wenn ein Lichtstrahl von rechts in das Prisam eintritt, wie ein Strahl 21, er durch die Prismenfläche 30 eintritt, dann an der Prismenfläche 31 totalreflektiert wird und dann unter einem vorgegebenen Winkel ψ&sub6; durch die Austrittsfläche 32 aus dem Prisma austritt. Demgegenüber tritt, wie dies aus Fig. 6(a) erkennbar ist, ein Lichtstrahl dann, wenn er von links in das Prisma eintritt, wie ein Strahl 20, dieser Lichtstrahl durch die Prismenfläche 31 ein und wird dann an der Prismenfläche 30 totalreflektriert, woraufhin er unter dem vorgegebenen Winkel Φ&sub6; durch die Austrittsfläche 32 aus dem Prisma austritt. Die vorgegebenen Winkel ψ&sub6; und Φ&sub6; können durch die Konfiguration der Linseneinheiten des ersten Elements und den Austrittswinkel aus dem Linsensatz, die Winkel Θ&sub1; und Θ&sub2; sowie den Brechungsindex n des Linsensatzes eingestellt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß für die Konfiguration der Linsen 16 des ersten Elements keine besondere Beschränkung besteht, sondern daß sie eine beliebige sein kann, wenn die Austrittslichtstrahlen in einer speziellen Richtung so konzentriert sind, daß die Verteilung des abgestrahlten Lichts in einen engen Bereich fällt und außerdem die Menge abgestrahlten Lichts groß ist. Ferner müssen die Lichtstrahlen 20, 21 nicht immer symmetrisch zueinder in bezug auf die Normallinie abgestrahlt werden, abhängig von der Konfiguration des Linsensatzes 16 des ersten Elements, in welchem Fall Licht durch das zweite Element in einer gewünschten Richtung dadurch abgestrahlt werden kann, daß die Prismenwinkel (Θ&sub1; und Θ&sub2; in Fig. 6) jedes Prismas, das eine Komponenteneinheit des Prismensatzes des zweiten Elements bildet, verändert wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß als spezielles Beispiel der Erfindung, bei dem das erste Element Licht unter einem Winkel von 60º in bezug auf die Normallinie emittiert, die Prismenwinkel des zweiten Elements (Θ&sub1; und Θ&sub2; in Fig. 6) auf Θ&sub1; = Θ&sub2; = 30º eingestellt werden können, um Licht aus dem ersten Element in der Richtung der Normallinie auszurichten.
Indessen ist, was auch nachfolgend unter Bezugnahme auf mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wird, die Menge von Licht, das vom Lichtleiter in der Richtung i der Normallinie abgestrahlt wird, sehr klein (siehe Fig. 7(b)). So untersuchten die Erfinder die Richtwirkung abgestrahlten Lichts durch eine fein aufgerauhte Oberfläche, die dadurch hergestellt wurde, daß die Oberfläche eines als erstes Element dienenden Lichtleiters so gleichmäßig wie möglich aufgerauht wurde. Eine solche Untersuchung zeigte, daß fast das gesamte Licht in Richtungen von 70 bis 80º in bezug auf die Normallinie auf der Emissionsfläche abgestrahlt wird. Die Erfindung wurde durch die Idee fertiggestellt, den obigen Lichtleiter und ein zweites Element zu kombinieren, um die Richtung des Lichts in die Richtung der Normallinie zu ändern. Hierbei bedeutet der Begriff "fein aufgerauhte Fläche" eine sogenannte "matt bearbeitete Fläche", und sie weist eine sogenannte "Orangenhaut" auf.
Der Aufbau des ersten Elements ist in der perspektivischen Ansicht von Fig. 7(a) dargestellt. Gemäß Fig. 7(a) ist eine Lichtemissionsfläche des ersten Elements gleichmäßig matt bearbeitet, während eine Reflexionsschicht 13 auf der gegenüberliegenden Fläche des ersten Elements ausgebildet ist, und lineare Lichtquellen 14 wie Fluoreszenzlampen sind an entgegengesetzten Enden des ersten Elements angeordnet. Fig. 7(b) ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A' von Fig. 7(a).
Die Fig. 8(a) bis 8(f) sind Diagramme, die Winkelverteilungen von Licht veranschaulichen, wie es in Fig. 7(b) dargestellt ist. Insbesondere veranschaulichen die Fig. 8(a) bis 8(f) Helligkeitsverhältnisse unter verschiedenen Winkeln, wobei der maximale Helligkeitswert durch 100 % wiedergegeben ist (Beispiele für Messungen und für Meßverfahren werden unten beschrieben).
Die Fig. 9(a) und 9(b) sind schematische Darstellungen, die Meßverfahren veranschaulichen, wobei Fig. 9(a) eine einen Meßpunkt zeigende Vorderansicht ist und Fig. 9(b) ein Blick in der durch die Pfeilmarkierungen A-A' in Fig. 9(a) angezeigten Richtung ist. In Fig. 9(b) bezeichnet die Bezugsziffer 48 eine Helligkeitsmeßvorrichtung. Die Meßergebnisse sind in den Fig. 8(a) bis 8(f) dargestellt, aus denen erkennbar ist, daß wenig Licht in einer Richtung normal zur Emissionsfläche abgestrahlt wird, sondern das Licht in speziellen Richtungen von 75 bis 80º konzentriert ist (was auch aus Fig. 7(b) erkennbar ist). So beruht die Erfindung auf dem Prinzip, daß unter Verwendung eines Lichtleiters (erstes Element) mit matt bearbeiteter Emissionsfläche, durch den abgestrahltes Licht in eine spezielle Richtung so konzentriert wird, daß die Lichtverteilung innerhalb einen engen Bereich fällt und die Menge abgestrahlten Lichts groß ist, zu entgegengesetzten Seiten der Normallinie i abgestrahlte Lichtstrahlen 20 und 21 (siehe Fig. 7(b)) alle durch einen Prismensatz gebrochen werden, der als zweites Element dient, um das Licht in eine gewünschte Richtung zu konzentrieren.
Die Prismen des zweiten Elements, die eine andere Komponente für die vorstehend beschriebene Funktion bilden, sind denen ähnlich, die in den Fig. 6(a) und 6(b) dargestellt sind.
Es wird darauf hingewiesen, da das durch die matt bearbeitete Fläche 60 des ersten Elements abgestrahlte Licht symmetrisch in bezug auf die Normallinie ist, gewünschte Winkel (ψ&sub6; und Φ&sub6;) dadurch erhalten werden können, daß die Prismenwinkel (Θ&sub1; und Θ&sub2; in Fig. 6) und der Brechungsindex des zweiten Elements verändert werden.
Im folgenden werden spezielle Aufbauten mehrerer erfindungsgemäßer ebener Lichtquellen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Fig. 10 ist ein Teilschnitt, der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ebenen Lichtquelle zusammen mit einer Lampe zeigt, wobei es sich um eine Darstellung entsprechend der von Fig. 3(b) handelt.
In Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer 14 eine Lichtquelle wie eine Fluoreszenzlampe, 15 einen Reflektor, 13 eine Reflexionsschicht, die auf derjenigen Seite eines ersten Elements 50 ausgebildet ist, die einer ersten Lichtemissionsfläche 12 gegenüberliegt, 16 eine Linseneinheit wie die vorstehend beschriebene Linse, 40 eine Prismeneinheit und 32 eine zweite Lichtemissionsfläche. Es wird darauf hingewiesen, daß die Linseneinheiten 16 und die Prismeneinheiten 40 konvexe, lineare Konfigurationen aufweisen, die sich in einer Richtung parallel zur Lichtquelle (Lampe) erstrecken.
Die erfindungsgemäße ebene Lichtquelle weist so ein erstes Element 50 mit einer Lichteintrittsfläche an mindestens einem Seitenende 11 eines Lichtleiters und eine erste Lichtemissionsfläche auf, die sich rechtwinklig zur Eintrittsflächer erstreckt und an der die Linseneinheiten 16 ausgebildet sind; das erste Element 50 weist ferner eine Reflexionsschicht 13 auf, die auf der anderen Seite des Lichtleiters als die erste Lichtemissionsfläche liegt; und ein zweites Element 51 mit einer Eintrittsfläche, auf der die Prismeneinheiten 40 ausgebildet sind, in die Licht vom ersten Element 50 in vorgegebenen Richtungen eingeführt wird, und eine zweite Lichtemissionsfläche 32. Es wird dafür gesorgt, daß Lichtstrahlen, die aus den einzelnen Linseneinheiten 16 austreten, aus dem zweiten Element austreten, wie dies durch Lichtstrahlen 54 und 55 dargestellt ist, und die Aufgabe der Erfindung kann dadurch gelöst werden, daß die Linseneinheiten und die Prismeneinheiten so eingestellt werden, daß die Winkel ψ&sub6; und Φ&sub6; einander im wesentlichen gleich sind.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel einer ebenen Lichtquelle zeigt, bei der die Linseneinheiten des ersten Elements so eingestellt sind, daß austretende Lichtstrahlen unter Winkeln von 60º in bezug auf die Normallinie austreten können, und die Winkel (Θ&sub1; und Θ&sub2; in Fig. 6) der Prismeneinheiten des zweiten Elements 51 sind auf Θ&sub1; = Θ&sub2; = 30º eingestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann Licht, das durch die zweite Lichtemissionsfläche 32 des zweiten Elements abgestrahlt wird, in der Richtung der Normallinie konzentriert werden, wie dies durch Lichtstrahlen 56 und 57 wiedergegeben wird.
Die Elemente der erfindungsgemäßen ebenen Lichtquelle können vorzugsweise aus einem Material wie einem Acrylharz oder einem Polycarbonatharz, das eine höhere Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist, bestehen, um den Aufgaben einer kleinen Größe und eines leichten Gewichts zu genügen, jedoch muß das Material der Elemente nicht auf ein solches spezielles Material beschränkt sein.
Ferner kann, obwohl eine kleine Fluoreszenzlampe als Lichtquelle 14 verwendet wird, eine lineare Lichtquelle mit kontinuierlicher Konfiguration (z. B. eine Fadenlampe) stattdessen verwendet werden.
Anschließend wird ein Beispiel für die Bestimmung der Prismenwinkel beschrieben, wenn die Primäraustrittsstrahlen aus dem ersten Element symmetrisch zueinander in bezug auf die Normallinie austreten. Auch wenn die Primäraustrittsstrahlen nicht symmetrisch zueinander in bezug auf die Normallinie austreten, können Prismenwinkel auf ähnliche Weise bestimmt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß der Buchstabe n den Brechungsindex des Materials kennzeichnet, das das Element bildet.
(1) Wenn ein Lichtstrahl von links in ein Prisma eintritt: (alle Symbole beziehen sich auf Fig. 6(a))
(i) wenn 90º - ψ < Θ&sub1;: Φ&sub1; = (Θ&sub1; + ψ) - 90, sinΦ&sub2; = sin(Θ&sub1; + ψ - 90)/n, Φ&sub5; = 90 - (2Θ&sub2; + Θ&sub1; - Φ&sub2;), sinΦ&sub6; = n x sinΦ&sub5;, Φ&sub6; = sin&supmin;¹ (n x sinΦ&sub5;)
(ii) wenn 90º - ψ > Θ&sub1;: Φ&sub1; = 90 - (Θ&sub1; + ψ), sinΦ&sub2; = sin(90 - Θ&sub1; - ψ)/n, Φ&sub5; = 90 - (2Θ&sub2; + Θ&sub1; + Φ&sub2;), sinΦ&sub6; = n x sinΦ&sub5;,
(iii) wenn 90º - ψ = Θ&sub1;: Φ&sub1; = 0, Φ&sub5; = 90 - (2Θ&sub2; + Θ&sub1;), sinΦ&sub6; = n x sinΦ&sub5;
(2) Wenn Lichtstrahlen von rechts in ein Prisma eintreten: (alle Symbole beziehen sich auf Fig. 6(b)) (iv) wenn 90º - ψ < Θ&sub2;: ψ&sub1; = (Θ&sub2; + ψ) - 90, sinψ&sub2; = sin(Θ&sub2; + ψ - 90)/n, ψ&sub5; = (2Θ&sub1; + Θ&sub2; - ψ&sub2;) - 90, sinψ&sub6; = n x sinψ&sub5;,
(v) wenn 90º - ψ > Θ&sub2;: ψ&sub1; = 90 - (Θ&sub2; + ψ), sinψ&sub2; = sin(90 - Θ&sub2; - ψ )/n, ψ&sub5; = (2Θ&sub1; + Θ&sub2; + ψ&sub2;) - 90, sinψ&sub6; = n x sinψ&sub5;
(vi) wenn 90º - ψ = Θ&sub2;: ψ&sub1; = 0, ψ&sub5; = (2Θ&sub2; + Θ&sub1;) - 90, sinψ&sub6; = n x sinψ&sub5;
Indessen beträgt der Brechungsindex n = 1,49, wenn die Prismen aus einem Acrylharzmaterial bestehen, und wenn angenommen wird, daß die Einfallswinkel in das Prisma 40 symmetrisch sind und ψ = 55º in bezug auf die Normallinie ist, sind die Austrittswinkel der aus den Prismen austretenden Strahlen, die gemäß den vorstehend gegegebenen Ausdrücken berechnet werden, auf einer Seite in bezug auf die Normallinie konzentriert (es werden nur Beispiele für Berechnungen gegeben, bei denen die Differenz der Austrittswinkel zweier Lichtstrahlen von links und rechts innerhalb 2º liegt. Licht von der linken Seite (Φ&sub6;) Licht von der rechten Seite (ψ&sub6;)
Indessen ist der Brechungsindex n = 1,59, wenn die Prismen aus Polycarbonatharzmaterial bestehen, und Berechnungen auf Grundlage ähnlicher Bedingungen wie beim Acrylharzmaterial führen zu den folgenden Ergebnissen. Hierbei ist ψ = 55º (es werden nur Beispiele für Berechnungen gegeben, bei denen die Differenz der Austrittswinkel für zwei Lichtstrahlen von links und rechts innerhalb 2º liegt. Licht von der linken Seite (Φ&sub6;) Licht von der rechten Seite (ψ&sub6;)
Während im Fall der Ausführungsbeispie1e der Fig. 10 und 11 die Linseneinheiten 16 auf der ersten Lichtemissionsfläche des Lichtleiters des ersten Elements 50 ausgebildet sind, können ähnliche Effekte auf andere Weise dadurch erzielt werden, daß Linseneinheiten auf der Fläche ausgebildet werden, die der ersten Lichtemissionsfläche des Lichtleiters des ersten Elements entgegengesetzt ist, oder dadurch, daß Linseneinheiten auf der Lichtemissionsfläche und der entgegengesetzten Fläche des Lichtleiters ausgebildet werden, wenn die Eigenschaften der Linseneinheiten geeignet ausgewählt werden.
Fig. 12 ist ein Teilschnitt durch eine ebene Lichtquelle zusammen mit einer Lampe, und sie zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 12 bezeichnet die Bezugsziffer 14 eine Lichtquelle wie eine Fluoreszenzlampe, 15 einen Reflektor, 13 eine Reflexionsschicht, die auf derjenigen Seite eines ersten Elements 50 ausgebildet ist, die einer ersten Lichtemissionsfläche 12 entgegengesetzt ist, und 60 eine matt bearbeitete erste Lichtemissionsfläche, die im wesentlichen parallel zur Reflexionsfläche 13 ist. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet eine Prismeneinheit eines zweiten Elements, und 32 bezeichnet eine zweite Lichtemissionsfläche der Prismeneinheiten 40. Die Prismeneinheiten 40 verfügen über konvexe, lineare Konfiguration, die sich in einer Richtung parallel zur Lichtquelle (Lampe) erstreckt.
Die ebene Lichtquelle dieses Ausführungsbeispiels weist demgemäß ein erstes Element 50 mit einer Lichteinfallsfläche an mindestens einem Seitenende 11 desselben und eine matt bearbeitete erste Lichtemissionsfläche 12 auf, die sich rechtwinklig zur Einfallsfläche erstreckt, wobei das erste Element 50 eine Reflexionsschicht 13 an seiner der ersten Lichtemissionsfläche entgegengesetzten Fläche aufweist, und ein zweites Element 51 mit einer Einfallsfläche, auf der die Prismeneinheiten 40, in die Licht vom ersten Element 50 eingeleitet wird und aus denen Lichtstrahlen in vorgegebenen Richtungen austreten, ausgebildet sind, und eine zweite Lichtemissionsfläche 32.
Es wird dafür gesorgt, daß aus dem ersten Element austretende Lichtstrahlen so aus dem zweiten Element austreten, wie dies durch Lichtstrahlen 54 und 55 wiedergegeben ist, und die Aufgabe der Erfindung kann dadurch gelöst werden, daß die Prismeneinheiten so eingestellt werden, daß die Winkel ψ&sub6; und Φ&sub6; einander im wesentlichen gleich sind.
Anschließend wird eine Bestimmung der Prismenwinkel, unter denen die aus dem ersten Element austretenden Primärstrahlen symmetrisch zueinander unter Bezug auf die Normallinie austreten, auf ähnliche Weise wie bei den Fig. 10 und 11 ausgeführt.
So ist der Brechungsindex n = 1,49, wenn die Prismen aus Acrylharzmaterial bestehen und wenn angenommen wird, daß die Einfallswinkel in die Prismen 40 symmetrisch sind und ψ = 65º in bezug auf die Normallinie betragen, sind die Austrittswinkel der aus den Prismen austretenden Lichtstrahlen, wie sie gemäß den oben angegebenen Ausdrücken berechnet werden, auf einer Seite in bezug auf die Normallinie konzentriert (es werden nur Beispiele von Berechnungen gegeben bei denen die Differenz der Austrittswinkel zweier Lichtstrahlen von links und rechts innerhalb 2º liegt). Licht von der linken Seite (Φ&sub6;) Licht von der rechten Seite (ψ&sub6;)
Die Fig. 13 und 14 sind Teilschnitte einer ebenen Lichtquelle zusammen mit einer Lampe, die noch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.
Gemäß Fig. 13 weist ein erstes Element (Lichtleiter) 50-1 eine solche Konfiguration auf, daß die zu einer ersten Lichtemissionsfläche 12 entgegengesetzt liegende Seite als matt bearbeitete Fläche 60 ausgebildet ist und so angeordnet ist, daß sie einer Reflexionsschicht 13 gegenüberliegt, und die erste Lichtemissionsfläche 12 des ersten Elements 50-1 ist als glatte Fläche ausgebildet. Fig. 14 zeigt ein Beispiel einer Konstruktion, bei der ein erstes Element 50-2 verwendet wird, bei dem die obere und die untere Fläche als matt bearbeitete Fläche 60 ausgebildet sind. Es wird darauf hingewiesen, daß die Beschreibung, daß eine imaginäre Ebene einer matt bearbeiteten Lichtemissionstläche eines Lichtleiters sich im wesentlichen in paralleler Beziehung zur Reflexionsschicht 13 erstreckt, bei der Erfindung bedeutet, daß das erste Element ein Teil in Form einer Platte mit gleichmäßiger Dicke ist, und daher hat die Erfindung den Vorteil, daß sie ein durchsichtiges Teil verwendet, das leicht hergestellt und zusammengebaut werden kann.
Im folgenden werden verschiedene Beispiele erfindungsgemäßer Konstruktionen beschrieben, die zur Beleuchtung eines Flüssigkristall-Fernsehgeräts von 3 Zoll ausgebildet sind und bei denen die Größe eines Paneels eine solche mit 61 mm Länge x 56 mm Breite ist.
Während die nachfolgend beschriebenen Konstruktionsbeispiele für die Erfindung unter Verwendung einer Platte aus durchsichtigem Acrylharzmaterial mit einer Dicke von 5 mm für das erste Element und einer anderen Platte aus Acrylharzmaterial oder Polycarbonatharzmaterial mit einer Dicke von 1 mm für das zweite Element hergestellt wurden, ist es offensichtlich, daß die Größen und Materialien nicht auf diese speziellen beschränkt sind.

BEISPIELE

{1} Beispiel 1-1

Unter Verwendung eines Metallformwerkzeugs für konvexe Zylinder-Lentikulärlinsen mit glatten, gekrümmten Oberflächen, wobei die Teilungsweite 0,38 mm und die Höhe der gekrümmten Linsenflachen 0,051 mm (siehe Fig. 15) beträgt, wurde das Linsenmuster des Metallformwerkzeugs durch thermisches Pressen auf eine Acrylharzplatte mit einer Dicke von 5 mm übertragen, um ein erstes Element herzustellen. Indessen wurden der Betrachtungswinkel und der Neigungswinkel gegenüber der Normallinie der Bildebene eines tragbaren Flüssigkristall- Fernsehgeräts gemessen und der Austrittswinkel wurde so bestimmt, daß er 15º (ψ&sub6; = Φ&sub6;) in bezug auf die Normallinie auf der Bildebene beträgt, während die Prismenwinkel auf der linken Seite auf 35º (= Θ&sub1;) und auf der rechten Seite auf 22º (= Θ&sub2;) eingestellt wurden (siehe Fig. 6(a) und 6(b)). Dann wurde ein Metallformwerkzeug mit einem Mehrprismenmuster, bei dem die Teilungsweite 0,38 mm betrug und jedes der so eingestellten Prismen einen Winkel an der Spitze (= Θ&sub1; + Θ&sub2;) von 57º hatte, hergestellt, und unter Verwendung des Metallwerkzeugs wurde das Mehrprismenmuster durch thermisches Pressen auf eine Acrylharzplatze mit einer Dicke von 1 mm übertragen, um ein zweites Element herzustellen. Das erste und das zweite Element wurden auf vorgegebene Größen geschnitten.
Anschließend wurden die entgegengesetzten Seiten des ersten Elements mit einer Länge von 61 mm durch ein herkömmliches Polierverlahren poliert, während im Vakuum abgeschiedene Aluminium/Polyester-Filme mit einer Kleberschicht auf die anderen entgegengesetzten Seiten mit der Breite von 56 mm aufgebracht wurden und ein anderer im Vakuum abgeschiedener Silber/Polyester-Film an der der übertragenen Linsenfläche entgegengesetzten Fläche angebracht wurde. Auf jeder der zwei Seiten von 61 mm des ersten Elements wurde eine Fluoreszenzlampe mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 90 mm (FLE-8.90 ADIPS 3 von Elevam Corp.) angeordnet, und ein Reflektor aus einer Aluminiumfoiie wurde an jeder der Lampen angebracht. Jede Lampe wurde dann durch eine Gleichspannungsversorgung von 5 V über einen Wechselrichter zum Leuchten gebracht. Dann wurde die Helligkeit an Punkten nahe den Lampen und im Mittelpunkt auf einer Mittellinie das ersten Elements (siehe Fig. 5(a)) unter verschiedenen Winkeln zur Normallinie durch eine Helligkeitsmeßvorrichtung (Helligkeitsmeßvorrichtung nt-1 von Minolta Camera Co., Ltd.) gemessen, und die Winkelverteilung von Licht wurde bestimmt (siehe Fig. 5(b)). Die auf diese weise erhaltenen Daten sind in den oben genannten Fig. 4(a) und 4(b) veranschaulicht. Die maximalen Helligkeitswerte für diese Punkte sind in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1 Heiligkeitwerte, wie sie auf der linken bzw. rechten Seite unter 55º am Mittelpunkt erfaßt werden: Helligkeitswerte, wie sie auf der linken bzw. rechten Seite unter 55º an einem Punkt erfaßt werden, der 10 mm von der Lampe entfernt liegt:
Ferner wurde das zweite Element so auf dem ersten Element angeordnet, daß die Prismenseite des ersteren der Linsen seite des letzteren gegenüberlag, und es wurde durch doppelseitige Klebebänder mit einer Breite von ungefähr 5 mm an den Seiten der Lampen befestigt. Danach wurden ähnliche Messungen wie die beim ersten Element durch ziemlich dasselbe Verfahren ausgeführt, und die Winkelverteilung des Lichts wurde bestimmt. Die so erhaltenen Daten sind in den Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) dargestellt. Die maximalen Helligkeitswerte und die Winkel, unter denen ein maximaler Helligkeitswert beobachtet wurden, sind in der folgenden Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 2 maximaler Helligkeitswert Winkel Mittelpunkt (1) Punkt (2) 10 mm von der Lampe entfernt
Die Winkel, unter denen der maximale Helligkeitswert beobachtet wurde, fallen in einen engen Bereich von 12 bis 20º, und die halbe Breite der Winkelverteilung beträgt ungefähr 40º.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Helligkeitswert der Lampenoberfläche beim vorliegenden Beispiel 10.000 cd/m² betrug.

{2} Beispiel 1-2

Es wurde dasselbe erste Element wie beim vorstebend beschriebenen Beispiel 1-1 verwendet, und während dasselbe Metallformwerkzeug zum Herstellen des zweiten Elements wie beim Beispiel 1-1 verwendet wurde, wurde das zweite Element aus einer Polycarbonat-Harzplatte mit einer Dicke von 1 mm hergestellt. Danach wurde die Winkelverteilung des Lichts helligkeitsmäßig durch einen ähnlichen Aufbau wie beim Beispiel 1-1 gemessen. Die sich ergebenden Daten sind in den Fig. 17(a) und 17(b) dargestellt. Indessen sind die maximalen Helligkeitswerte und die Winkel, unter denen der maximale Helligkeitswert beobachtet wurden, in der folgenden Tabelle 3 aufgelistet. Tabelle 3 maximaler Helligkeitswert Winkel Mittelpunkt (1) Punkt (2) 10 mm von der Lampe entfernt

{3} Beispiel 1-3

Es wurde dasselbe erste Element wie beim Beispiel 1-1 verwendet. Während es ein Erfordernis ist, daß der Austrittswinkel von Lichtstrahlen, die aus einem ersten Element austreten, 60º ist, um Licht aus einer ebenen Lichtquelle in Richtung der Normallinie abzustrahlen, da mehr als 90 % des maximalen Helligkeitswerts unter einem Winkel von 60º erzielt werden, wie dies aus den Fig. 4(a) und 4(b) erkennbar ist, wurde ein Metallformwerkzeug für ein Mehrprismenmuster hergestellt, bei dem die Prismenwinkel auf Θ&sub1; = Θ&sub2; = 30º eingestellt wurden und die Prismenteilungsweite auf 0,38 mn eingestellt wurde, und das Mehrprismenmuster wurde thermisch auf eine Acrylharzplatte mit einer Dicke von 1 mm übertragen, um ein zweites Element herzustellen.
Die Winkelverteilungen des Lichts wurden hinsichtlich des Helligkeitswertes mit ziemlich ähnlichen Einstellungen wie beim oben beschriebenen Beispiel 1-1 gemessen. Die sich ergebenden Daten sind in den Fig. 18(a), 18(b) und 18(c) dargestellt. Indessen sind die maximalen Helligkeitswerte und die Winkel, unter denen der maximale Helligkeitswert beobachtet wurde, in der folgenden Tabelle 4 aufgelistet. Tabelle 4 maximaler Helligkeitswert Winkel Mittelpunkt (1) Punkt (2) 10 mm von der Lampe entfernt

{4} Vergleichsbeispiel

Eine Acrylharztablette (HIPET HBS [Handelsbezeichnung] von Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) wurde trocken mit 1,5 Gew.-% Titanoxid vom Rutiltyp vermischt und durch einen herkömmlichen Extruder zu einem Film von 50 Mikrometer Dicke geformt. Der Film wurde so auf einer flachen Platte aus anorganischem Glas verteilt, daß er keine Luftblasen enthielt, und nachdem er einstweilig mit Methylmethacrylat befestigt worden war, wurde durch Glasplatten unter Zuhilfenahme eines Abstandshalters auf herkömmliche Weise eine Zelle hergestellt. In den freien Raum der Zelle wurde ein Methylmethacrylat-Sirup eingegossen und zum Aushärten auf eine herkömmliche Weise polymerisiert, um eine Acrylharzplatte von 5 mm Dicke zu erhalten.
Die auf diese Weise erhaltene Platte wurde zu einer Größe von 61 mm Länge x 56 mm Breite zerschnitten, und die zwei Seiten mit 61 mm Länge wurden auf herkömmliche Weise poliert, während im Vakuum abgeschiedene Aluminiumfilme mit einer Kleberschicht an den anderen einander abgewandten Seiten von 56 mm Breite aufgebracht wurden, woraufhin ein im Vakuum abgeschiedener Silber/Polyester-Film (ähnlich dem beim Beispiel 1-1) auf derjenigen Seite aufgebracht wurde, die einer weißen, dünnen Schicht abgewandt lag, die auf der Oberfläche der Platte ausgebildet war. Anschließend wurde eine Auswertung mit ziemlich demselben Verfahren wie dem Meßverfahren für das erste Element des Beispiels 1-1 ausgeführt. Die sich ergebenden Daten sind in den Fig. 19(a) und 19(b) dargestellt. Indessen sind die Helligkeitswerte an den speziellen Punkten in der unten stehenden Tabelle 5 aufgelistet. Tabelle 5 maximaler Helligkeitswert Mittelpunkt (1) Punkte (2) & (3) 10 mm entfernt von der Lampe

{5} Zusammenfassung

Wie es aus dem Vergleich z. B. zwischen den Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) sowie den Fig. 19(a) und 19(b) erkennbar ist, weist die beim Vergleichsbeispiel hergestellte ebene Lichtquelle eine solche Charakteristik auf, daß Licht gleichmäßig in allen Richtungen abgestrahlt wird, während die erfindungsgemäß hergestellte ebene Lichtquelle Vorteile dahingehend aufweist, daß Licht in einer speziellen Richtung abgestrahlt wird und daß der maximale Helligkeitswert im Mittelpunkt höher ist, und zwar ungefähr 3,5 Mal, als derjenige, der beim Vergleichsbeispiel erhalten wird.

Beispiel 2

{1} Herstellung verschiedener erster Elemente

Wie vorstehend beschrieben, können die Linsen 16 des ersten Elements eine beliebige Konfiguration aufweisen, solange nur Licht in speziellen Richtungen so konzentriert ist, daß die Winkelverteilung des Lichts innerhalb enge Bereiche fällt und die Menge emittierten Lichts groß ist, und es besteht keine besondere Beschränkung für die Konfiguration der Linsen 16. Als Beispiele für solche Linsenkonfigurationen wurden Elemente mit Linsen der folgenden Konfigurationen hergestellt, einschließlich des ersten Elements mit konvexen Zylinder-Lentikulärlinsen der vorstehend beschriebenen Beispiele 1-1 bis 1-3.
(1) Linsen mit im wesentlichen ähnlicher Konfiguration wie der in Fig. 5 dargestellten konvexen Zylinder-Lentikulär linse, mit
Teilungsweite P = 0,38 mm,
Höhe H = 0,05 mm und
Dicke des ersten Elements t = 6 mm.
(2) Stabförmige Dreieck-Lentikulärlinse mit einer Konfiguration, wie sie in Fig. 20 dargestellt ist, mit
Teilungsweite P = 0,5 mm,
Winkel Θ an der Spitze = 25º und
Dicke des ersten Elements t = 6 mm.
(3) Konkave Zylinder-Lentikulärlinse die eine Konfiguration aufweist, wie sie in Fig. 21 dargestellt ist, mit
Teilungsweite P = 0,5 mm,
Tiefe D = 0,06 mm und
Dicke des ersten Elements t = 6mm.
(4) Polygonale, stabförmige Lentikulärlinse, die eine Konfiguration aufweist, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist, mit
Teilungsweite P&sub1; = 0,10 mm, Θ&sub1; = 30º,
Teilungsweite P&sub2; = 0,15 mm, Θ&sub2; = 10º,
Teilungsweite P&sub3; = 0,15 mm, Θ&sub3; = 5º,
Teilungsweite P = 0,8 mm,
Höhe H = 0,097 mm und
Dicke des ersten Elements t = 6 mm.
(5) Anisotrope Lentikulärlinsen
(1) Anisotrope Lentikulärlinse A, die eine Konfiguration aufweist, wie sie in Fig. 23(a) dargestellt ist, mit
Teilungsweite P 0,41 mm,
Höhe H&sub1; = 0,051 mm und
Dicke des ersten Elements t = 6 mm.
(2) Anisotrope Lentikulärlinse B mit einer Konfiguration, wie sie in Fig. 23(b) dargestellt ist, mit
Teilungsweite P = 0,41 mm,
Höhe H&sub2; = 0,102 mm und
Dicke des ersten Elements t = 6 mm.
Die ersten Elemente wurden dadurch hergestellt, daß Linsenmuster durch thermisches Pressen unter Verwendung von Metallwerkzeugen, die jeweils solche vorgegebenen Konfigurationen aufwiesen, wie sie oben beschrieben sind, auf Acrylharzplatten von 6 mm Dicke übertragen wurden.

{2} Lichtemissionscharakteristik einzelner erster Elemente

Winkelverteilungen von Licht der einzelnen ersten Elemente wurden durch ein ähnliches Verfahren wie dem oben unter Bezugnahme auf Fig. 5(b) beschriebenen ermittelt. Insbesondere wurden die zwei Seiten von 61 mm Länge jedes der ersten Elemente durch ein herkömmliches Verfahren poliert, während im Vakuum abgeschiedene Aluminium/Polyester-Filme mit einer Kleberschicht auf die anderen zwei Seiten von 56 mm Breite aufgebracht wurden. Dann wurde ein im Vakuum abgeschiedener Silber/Polyester-Film auf derjenigen Seite jedes ersten Elements angebracht, die der so übertragenen Linsenfläche gegenüberliegt, und dann wurde eine Fluoreszenzlampe mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 90 mm (FLE-8.90 ADIP 3 von Elevam Corp.) an jeder der zwei Seiten von 61 mm Länge jedes ersten Elements mit einer als Reflektor angebrachten Aluminiumfolie angeordnet, woraufhin die Lampe durch eine Gleichspannungsversorgung von 5 V durch einen Wechselrichter zum Aufleuchten gebracht wurde. Der Aufbau in diesem Fall wird nachfolgend als Vorwärtstyp bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, daß, bevor Winkelverteilungen von Licht untersucht wurden, zum Gewährleisten, daß ein solcher Aufbau erzielt werden konnte, daß eine Reflexionsschicht auf der Oberfläche von Linsen 16 in solcher Weise angeordnet ist, daß von den Linsen 16 emittiertes Licht durch die Reflexionsschicht reflektiert werden kann, und dann, nachdem es durch das erste Element 50 gelaufen ist, durch die Emissionsfläche auf der den Linsen 16 entgegengesetzten Seite abgestrahlt wird (nachfolgend als Umkehrtyp bezeichnet), die Linsenflächen der wie vorstehend spezifizierten ersten Elemente (1) bis (5) einem Spiegel zugewandt wurden und die Winkelverteilungen derartig abgestrahlten Lichts gemessen wurden. Die Art dieser Messung ist in Fig. 24 beispielhaft für die konkave Zylinder-Lentikulärlinse veranschaulicht. In Fig. 24 repräsentiert das Bezugszeichen 13 einen Spiegel.

MESSERGEBNISSE FÜR DIE WINKELVERTEILUNGEN VON LICHT

(1) Fig. 25(b) veranschaulicht die Winkelverteilung von Licht aus dem ersten Element vom Umkehrtyp, bei dem die konvexe Zylinder-Lentikulärlinsen der in Fig. 15 dargestellten Konfiguration verwendet wurden. Indessen ist die Winkelverteilung des Lichts aus dem ersten Element vom Vorwärtstyp in Fig. 25(a) dargestellt. Der maximale Helligkeitswert trat im Fall eines ersten Elements vom Umkehrtyp in einer Richtung von ungefähr 70º gegen die Normallinie auf, jedoch im Fall eines ersten Elements vom Vorwärtstyp in einer Richtung von ungefähr 70 bis 80º gegen die Normallinie.
(2) Fig. 26(a) veranschaulicht die Winkelverteilung von Licht vom ersten Element vom Vorderseitentyp, bei dem die stabförmigen Dreieck-Lentikulärlinsen verwendet wurden. Indessen ist die Winkelverteilung des Lichts aus dem ersten Element vom Umkehr-Oberflächentyp in Fig 26(b) dargestellt. Der maximale Helligkeitswert trat im Fall eines ersten Elements vom Vorwärtstyp in einer Richtung von 70 bis 80º gegen die Normallinie auf, jedoch im Fall eines ersten Elements vom Umkehrtyp in einer Richtung von 30 bis 35º gegen die Normallinie.
(3) Fig. 27(a) veranschaulicht die Winkelverteilung von Licht aus dem ersten Element vom Vorwärtstyp, bei dem die konkaven Zylinder-Lentikulärlinsen verwendet wurden. Indessen ist die Winkelverteilung des Lichts aus dem ersten Element vom Umkehrtyp in Fig. 27(b) dargestellt. Der maximale Helligkeitswert trat im Fall erster Elemente sowohl vom Vorwärts- als auch vom Umkehrtyp in einer Richtung von 75 bis 80º gegen die Normallinie auf.
(4) Fig. 28(a) veranschaulicht die Winkelverteilung von Licht vom ersten Element vom Vorwärtstyp, in dem die konvexen, polygonalen, stabförmigen Lentikulärlinsen verwendet wurden. Indessen ist die Winkelverteilung von Licht des ersten Elements vom Umkehrtyp in Fig. 28(b) dargestellt. Der maximale Helligkeitswert trat im Fall erster Elemente sowohl vom Vorwärts- als auch Umkehrtyp unter einem Winkel von 75 bis 80º gegen die Normallinie auf.
(5) Die Winkelverteilung von Licht vom ersten Element, bei dem die anisotropen Lentikulärlinsen A verwendet wurden, ist in Fig. 29(a) dargestellt. Indessen ist die Winkelverteilung von Licht vom ersten Element, in dem die anisotropen Lentikulärlinsen B verwendet wurden, in Fig. 29(b) dargestellt. Der maximale Helligkeitswert trat im Fall des ersten Elements, bei dem die anisotropen Lentikulärlinsen A verwendet wurden, in einer Richtung von ungefähr 60º gegen die Normallinie auf und im Fall des ersten Elements, bei dem die anisotropen Lentikulärlinsen B verwendet wurden, in einer Richtung von ungefähr 50º zur Normallinie.

{3} Herstellung ebener Lichtquellen

Das vorstehend beschriebene zweite Element (im wesentlichen dasselbe, wie es bei den Beispielen 1-1 bis 1-3 verwendet wurde) wurde auf einer Oberfläche jeder der ersten Elemente angeordnet, die auf die oben beschriebene Weise hergestellt waren, und zwar entsprechend der Konfiguration der letzteren, um ebene Lichtquellen zu erzeugen, bei denen jeweils die Linsenfläche 16 auf der Seite der Emissionsfläche 12 des ersten Elements angeordnet war (d. h. Vorwärtstyp).
Andererseits wurde ein im Vakuum abgesohiedener Silber/Polyester-Film auf der Linsenfläche jedes der ersten Elemente angebracht und das vorstehend beschriebene zweite Element (im wesentlichen dasselbe, wie es bei den Beispielen 1-1 bis 1-3 verwendet wurde), wurde auf der der Linsenfläche gegenüberstehenden Fläche jedes der ersten Elemente angebracht, um ebene Lichtquellen mit einem Aufbau herzustellen, bei dem die Linsenfläche 16 auf der der Emissionsfläche 12 des ersten Elements gegenüberliegenden Seite liegt (d. h. entsprechend dem Umkehrtyp). Als Beispiele für solche ebene Lichtquellen sind ebene Lichtquellen vom Vorwärts- und Umkehrtyp, bei denen die konkaven Lentikulärlinsen verwendet wurden, in den Fig. 30(a) bzw. 30(b) dargestellt.

{4} Messungen der Helligkeit usw. einzelner ebener Lichtquellen

Maximale Helligkeitswerte und die Winkel, unter denen der jeweilige maximale Helligkeitswert beobachtet wurde, sowie die Halbwertsbreite der Winkelverteilung wurden für solche einzelne ebene Lichtquellen untersucht, wie sie vorstehend beschrieben sind. Die Ergebnisse sind in der unten stehenden Tabelle 6 aufgelistet. Hierbei zeigt die Halbwertsbreite einen Winkelbereich, in dem der Helligkeitswert 50 % des maximalen Helligkeitswerts ausmacht oder größer ist. Tabelle 6 Helligkeiten ebener Lichtquellen, in denen verschiedene Lichtleiter verwendet werden Lentikulärform des ersten Elements Typ Winkel an d. Spitze des Prismas des zweit. Elem. maximaler Helligkeitswert Winkel Halbwertsbreite konvex zylindrisch (Fig. 15) dreieckig stabförmig (Fig. 20) konkav zylindrisch (Fig. 21) konvex polygonal stabförmig (Fig. 22) anisotrop (Fig. 23) Vorwärts Umkehr
Wie es aus der vorigen Tabelle 6 erkennbar ist, ist bei ebenen Lichtquellen, die erste Elemente mit konvex-zylindrischen, dreieckig-stabförmigen, konkav-zylindrischen und konvex-polygonal-stabförmigen Lentikulärlinseneinheiten enthalten die Helligkeit im Fall des Umkehrtyps etwas kleiner als im Fall des Vorwärtstyps, jedoch ist der Unterschied sehr klein. Demgemäß können sie zufriedenstellend für praktische Zwecke benutzt werden, unabhängig davon, ob die ersten Elemente vom Vorwärts- oder vom Umkehrtyp sind.

{5} Winkelverteilungen von Licht von den einzelnen ebenen Lichtquellen

Die Winkelverteilungen von Licht von der einzelnen ebenen Lichtquelle im Mittelpunkt (Punkt (1) in Fig. 5(a)) wurden gemäß den Messungen für die Winkelverteilung von Licht von den ersten Elementen, wie oben beschrieben, gemessen.
(1) Fig. 31(b) zeigt die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelleneinheit vom Umkehrtyp, bei der das erste Element die konvexen Zylinder-Lentikulärlinsen der in Fig. 15 dargestellten Konfiguration verwendet wurden. Indessen ist die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp in Fig. 31(a) dargestellt. Im Fall der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp trat der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 15 bis 20º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 57º. Demgegenüber trat im Fall der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 15 bis 20º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 77º.
(2) Fig. 32(a) zeigt die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp, bei der das erste Element mit den stabförmigen, Dreieck-Lentikulärlinsen verwendet wurde. Indessen ist die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp in Fig. 32(b) dargestellt. Im Fall der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp trat der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 13 bis 15º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 75º. Demgegenüber trat im Fall der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 15 bis 17º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 90º.
(3) Fig. 33(a) zeigt die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp, bei der das erste Element mit den konkaven Zylinder-Lentikulärlinsen verwendet wurde. Indessen ist die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp in Fig. 33(b) dargestellt. Im Fall der Lichtquelle vom Vorwärtstyp trat der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 13 bis 15º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 60º. Demgegenüber trat im Fall der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 13 bis 15º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 60º.
(4) Fig. 34(a) zeigt die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp, bei der das erste Element mit den konvexen, polygonalen, stabförmigen Lentikulärlinsen verwendet wurde. Indessen ist die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp in Fig. 34(b) dargestellt. Im Fall der ebenen Lichtquelle vom Vorwärtstyp trat der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 15 bis 17º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 85º. Demgegenüber trat im Fall der ebenen Lichtquelle vom Umkehrtyp der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 13 bis 15º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 65º.
(5) Fig. 35(a) zeigt die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle, bei der das erste Element mit den anisotropen Lentikulärlinsen A verwendet wurde. Indessen zeigt Fig. 35(b) die Winkelverteilung von Licht von der ebenen Lichtquelle, bei der das erste Element mit den anisotropen Lentikulärlinsen B verwendet wurde. Im Fall der ebenen Lichtquelle unter Verwendung des ersten Elements mit den anisotropen Lentikulärlinsen A trat der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 15 bis 17º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 95º. Demgegenüber trat im Fall der ebenen Lichtquelle unter Verwendung des ersten Elements mit den anisotropen Lentikulärlinsen B der maximale Helligkeitswert in einer Richtung von 13 bis 17º auf und die Halbwertsbreite betrug ungefähr 55º.

{6} Zusammenfassung

Unabhängig davon, ob das erste Element das Licht symmetrisch oder asymmetrisch in bezug auf die Normallinie abstrahlt, wie aus den Fig. 25(a) bis 29(b) erkennbar, wird das Licht durch das zweite Element in einer speziellen Richtung abgestrahlt, wie aus den Fig. 31(a) bis 35(b) und der obigen Tabelle 6 erkennbar, und der maximale Helligkeitswert reicht für praktische Verwendung aus, wobei er ungefähr das 2- bis 3,5-fache desjenigen in den Fällen ungerichteter Lichtemission ist, vorausgesetzt, daß das zweite Element eine geeignete Konfiguration aufweist.

Beispiel 3

Herstellung und Auswertung des in Fig. 12 dargestellten Konstruktionsbeispiels

{1} Herstellung des ersten Elements

Zunächst wurde eine Oberfläche einer Metallplatte durch eine herkömmliche Hontechnik bearbeitet, bei der Glaskügelchen mit einer Größe entsprechend der Maschenzahl 60 auf eine Seite einer polierten Messingplatte (ungefähr 3 mm x 250 mm x 250 mm) aufgeblasen wurden, um ein Metallformwerkzeug mit matt bearbeiteter Oberfläche herzustellen. Tatsächlich wurden fünf verschiedene Arten von Metallformwerkzeugen durch Verändern der Behandlungsbedingungen hergestellt.
Anschließend wurden die matten Muster unter Verwendung der Metallformwerkzeuge auf eine Fläche jeder von mehreren Acrylharzplatten mit einer Dicke von 5 mm durch thermisches Pressen übertragen, um ein erstes Element herzustellen.

{2} Herstellung des zweiten Elements

Es wurden der Betrachtungswinkel und der Neigungswinkel gegen die Normallinie auf der Bildebene eines tragbaren Flüssigkristall-Fernsehgeräts (siehe Fig. 1) gemessen, und der Austrittswinkel wurde so bestimmt, daß er 15º (ψ&sub6; = Φ&sub6;) zur Normallinie auf der Bildebene betragen sollte, während die Prismenwinkel auf der linken Seite zu 38º (= Θ&sub1;) und auf der rechten Seite zu 25º (= Θ&sub2;) festgelegt wurden (siehe Fig. 6(a) und 6(b)). Dann wurde ein Metallformwerkzeug mit einem Mehrprismenmuster, bei dem die Teilungsweite 0,38 mm betrug und jedes der so eingestellten Prismen einen Winkel an der Spitze (= Θ&sub1; + Θ&sub2;) von 63º aufwies, hergestellt, und unter Verwendung des Metallformwerkzeugs wurde das Mehrprismenmuster durch thermisches Pressen auf eine Acrylharzplatte mit einer Dicke von 1 mm übertragen, um ein zweites Element herzustellen.

{3} Messungen von Trübungswerten von Lichtleitern für erste Elemente

(1) Proben von 50 x 50 mm Größe wurden aus der Acrylharzplatte von 5 mm Dicke mit matt bearbeiteter Fläche, wie sie im vorigen Schritt (1) erhalten wurde, ausgeschnitten, um Proben zur Messung von Trübungswerten zu erhalten. Für Vergleichsbeispiele wurde eine durchsichtige Acrylharzplatte auf ähnliche Weise zu Stücken von einer Größe von 50 x 50 mm geschnitten.
Um die Trübungswerte der Proben zu messen, wurden sie gemäß ASTM-D 1003-61 so auf ein Meßinstrument gelegt, daß ihre matt bearbeiteten Flächen zur Lichteinfallsseite zeigten, und die Trübungswerte wurden gemäß dem folgenden Ausdruck berechnet:
Trübung = {(Durchlässigkeit für Diffusionslicht)/(Gesamtdurchlässigkeit)} x 100 %
(2) Die Meßergebnisse waren die in der unten stehenden Tabelle 7 aufgelisteten. Tabelle 7 Probe Trübung Vergleichsprobe

{4} Erzeugung und Auswertung von Winkelverteilungen von Licht aus ersten Elementen

Anschließend wurden die Acrylharzplatten zu Stücken von 61 mm Länge x 56 mm Breite zerschnitten, und die zwei Seiten von 61 mm Länge jedes der Stücke wurden durch ein herkömmliches Verfahren poliert, während im Vakuum abgeschiedene Aluminium/Polyester-Filme mit einer Kleberschicht an den anderen zwei Seiten von 56 mm Breite angebracht wurden. Danach wurde ein im Vakuum abgeschiedener Silber/Polyester-Film auf der der matt bearbeiteten Fläche abgewandten Fläche angebracht und eine Fluoreszenzlampe mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Länge von 245 mm (Kaltkathodenröhre CB7-245W von Stanley Electric Co., Ltd.) wurde an jeder der zwei Seiten von 61 mm Länge mit einer als Reflektor angebrachten Aluminiumfolie angeordnet, woraufhin die Lampe durch eine Gleichspannungsversorgung von 12 V über einen Wechselrichter zum Aufleuchten gebracht wurde. Die Helligkeit wurde im Mittelpunkt (Punkt (1) in Fig. 9(a)) der so erhaltenen ersten Elemente unter verschiedenen Winkeln bezogen auf die Normallinie durch eine Helligkeitsmeßvorrichtung (Helligkeitsmeßvorrichtung nt-1 von Minolta Camera Co., Ltd.) gemessen, um Winkelverteilungen von Licht zu erhalten (siehe Fig. 9(b)).
Die auf diese Weise erhaltenen Daten sind in der unten stehenden Tabelle 8 aufgelistet und in den Fig. 8(a) bis 8(d) dargestellt. In den Fig. 8(a) bis 8(f) sind die Helligkeitswerte in radialer Richtung dargestellt, und die Lichtaustrittswinkel sind in Umfangsrichtung dargestellt. Daten für die Probe 5 und die Vergleichsprobe sind aus der unten stehenden Tabelle 8 weggelassen, da die Menge emittierten Lichts in jeder Richtung zu klein ist, um eine genaue Messung zu erhalten. Tabelle 8 Maximaler Helligkeitswert in Richtungen nach links und nach rechts Probe Nr.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Helligkeitswerte der Lampenoberfläche im mittleren Abschnitt 5.000 und 5.200 cd/m² betrugen.

{5} Herstellung und Auswertung erfindungsgemäßer ebener Lichtquellen

Das vorstehend genannte zweite Element wurde zu Stücken von 61 mm Länge und 56 mm Breite in solcher Weise zerschnitten, daß seine Mehrfachprismen sich parallel zu den Längskanten der Teile erstreckten, und die Stücke des zweiten Elements wurden auf den ersten Elementen so angeordnet, daß ihre Prismenoberflächen den ersten Lichtemissionsflächen der ersten Elemente zugewandt waren, woraufhin sie entlang der Seiten der Lampen (Seiten von 61 mm Länge) mit doppelseitigen Klebebändern von ungefähr 5 mm Breite befestigt wurden, um erfindungsgemäße ebene Lichtquellen herzustellen.
Die Winkelverteilungen von Licht von den ebenen Lichtquellen wurden durch ein Verfahren gemessen, das ziemlich ähnlich dem Auswertungsverfahren für die Winkelverteilungen des Lichts von den ersten Elementen war, wie oben beschrieben. Meßergebnisse sind in der unten stehenden Tabelle 9 aufgelistet und in den Fig. 36(a) bis 36(d) dargestellt. Tabelle 9 Probe Nr. maximaler Heiiigkeitswert Winkel Halbwertsbreite Trübung des ersten Elem.
Aus den Ergebnissen ist erkennbar, daß ausreichende Helligkeit und ausreichende Halbwertsbreite für eine ebene Lichtquelle dann erhalten werden können, wenn der Trübungswert über 30 %, vorzugsweise über 50 % liegt.

Beispiel 4

{1} Herstellung und Auswertung von Konstruktionsbeispielen, wie sie in den Fig. 13 und 14 dargestellt sind

Unter Verwendung des Metallformwerkzeugs, mit dem die Probe 2 des vorstehend beschriebenen Beispiels 2 hergestellt wurde, wurde das matte Muster auf beide Flächen einer Acrylharzplatte von 5 mm Dicke übertragen, um eine Probe 6 herzustellen. Diese Probe entspricht dem in Fig. 14 dargestellten ersten Element 50-2.

{2} Messung des Trübungswerts des Lichtleiters

Der Trübungswert der Probe 6 wurde mit ziemlich demselben Verfahren wie beim vorstehend beschriebenen Beispiel 3 gemessen. Trübung Probe 6

{3} Erzeugung und Auswertung der Winkelverteilung von Licht vom ersten Element

Unter Verwendung der Probe 2 und der Probe 6 als Lichtleiter wurden erste Elemente auf ziemlich dieselbe Weise wie beim vorstehend beschriebenen Beispiel 3 hergestellt, wobei die Probe 2 verwendet wurde, nachdem ein im Vakuum abgeschiedener Silber/Polyester-Film auf der matt bearbeiteten Fläche desselben Lichtleiters abgeschieden worden war (siehe Fig. 13). Die Probe dieser Ausbildung wird nachfolgend als Probe 7 bezeichnet. Die Probe 7 entspricht dem in Fig. 13 dargestellten Lichtleiter 50-1. Meßergebnisse für Winkelverteilungen sind in der unten stehenden Tabelle 10 aufgelistet und in den Fig. 8(e) und 8(f) dargestellt. Tabelle 10 Maximaler Helligkeitswert in Richtungen nach links und nach rechts Probe Nr.
Die Helligkeitswerte der Lampenoberfläche im mittleren Abschnitt betrugen 5.000 und 5.200 cd/m².

{4} Herstellung und Auswertung erfindungsgemäßer ebener Lichtquellen

Ebene Lichtquellen wurden hergestellt, und die Winkelverteilungen von Licht von den ebenen Lichtquellen wurden auf ziemlich ähnliche Weise wie beim oben beschriebenen Beispiel 3 gemessen.
Die sich ergebenden Daten sind in der unten stehenden Tabelle 11 aufgelistet und in den Fig. 36(e) und 36(f) dargestellt. Tabelle 11 Probe Nr. maximaler Helligkeitswert Winkel Halbwertsbreite Trübung des Lichtleiters
Aus den Ergebnissen ist erkennbar, daß die Winkelverteilung von Licht breit wird, wenn beide Oberflächen eines Lichtleiters matt bearbeitet sind (Probe 6) oder die Oberfläche in Berührung mit einer Refiexionsschicht matt bearbeitet ist (Probe 7) (der maximale Helligkeitswert ist entsprechend stark verringert).

{5} Vergleichsbeispiel

Eine Acrylharztablette (HIPET HBS [Handelsbezeichnung] von Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) wurde trocken mit 1,5 Gew.-% Titanoxid vom Rutiltyp vermischt und durch einen herkömmlichen Extruder zu einem Film von 50 Mikrometer Dicke geformt. Der Film wurde auf einer ebenen Platte aus anorganischem Glas so ausgebreitet, daß er keine Luftblasen enthielt, und nachdem er behelfsmäßig mit Methylmethacrylat befestigt wurde, wurde auf herkömmliche Weise eine Zelle mit Glasplatten unter Zuhilfenahme eines Abstandshalters ausgebildet. In den Zwischenraum der Zelle wurde Methylmethacrylat-Sirup gegossen und auf ein herkömmliches Verfahren polymerisiert, um den Film zu polymerisieren und zu verfestigen, um eine Acrylharzplatte von 5 mm Dicke zu erhalten.
Die auf diese Weise hergestellte Platte wurde zu einer Größe von 61 mm Länge x 56 mm Breite geschnitten, und die zwei Seiten von 61 mm Länge wurden auf herkömmliche Weise poliert, während im Vakuum abgeschiedene Aluminiumfilme mit einer Kleberschicht auf die einander gegenüberliegenden Seiten von 56 mm Breite aufgebracht wurden, woraufhin ein im Vakuum abgeschiedener Silber/Polyester-Film auf der einer weißen, dünnen Schicht, die auf der Oberfläche der Platte ausgebildet war, abgewandten Fläche angebracht wurde. Anschließend wurden Messungen ähnlich denjenigen für die ersten Elemente, wie vorstehend beschrieben, mit ziemlich demselben Verfahren ausgeführt, um die Winkelverteilungen von Licht zu bestimmen. Die sich ergebenden Daten sind in der unten stehenden Tabelle 12 aufgelistet und in Fig. 37 dargestellt. Tabelle 12 maximaler Helligkeitswert Winkel/Halbwertsbreite Auswertung 0º (Normallinie-Richtung/ungefähr 160º (-80º, 80º)

{6} Zusammenfassung

Wie es z. B. aus einem Vergleich der Fig. 36(a) bis 36(f) und Fig. 37 erkennbar ist, ist, während die gemäß dem Vergleichsbeispiel hergestellte ebene Lichtquelle eine solche Charakteristik aufweist, daß Licht gleichmäßig in allen Richtungen abgestrahlt wird, die erfindungsgemäße Lichtquelle dahingehend vorteilhaft, daß Licht in einer speziellen Richtung abgestrahlt wird und daß der maximale Helligkeitswert im Mittelpunkt höher, ungefähr 3,5 bis 4 Mal, ist als der beim Vergleichsbeispiel erhaltene.

Beispiel 5

Als ein Beispiel, bei dem Licht in der Richtung der Normallinie auf einer Bildebene abgestrahlt wird, wurde ein zweites Element durch thermische Übertragung auf eine Acrylharzplatte von 1 mm Dicke übertragen, und zwar durch thermisches Pressen unter Verwendung eines Metallformwerkzeugs mit einem Mehrprismenmuster, bei dem die Prismenwinkel symmetrisch auf Θ&sub1; = Θ&sub2; = 31,5º auf der linken und rechten Seite eingestellt waren und die Teilungsweite auf 0,5 mm eingestellt war.
Unter Verwendung des Elements der Probe 1 der obigen Tabelle 8 als erstem Element wurde eine ebene Lichtquelle hergestellt, und die Winkelverteilung von Licht wurde auf ziemlich ähnliche Weise wie beim oben beschriebenen Beispiel 3 gemessen. Meßergebnisse für den maximalen Helligkeitswert beim ersten Element sind in der unten stehenden Tabelle 13 aufgelistet, während Meßergebnisse für den maximalen Heiligkeitswert der ebenen Lichtquelle in der unten stehenden Tabelle 14 aufgelistet sind, und die Winkelverteilung des Lichts der ebenen Lichtquelle ist in Fig. 38 dargestellt. Tabelle 13 Maximale Helligkeitswerte in Richtungen nach links und rechts (+ 80º) Probe Nr. links rechts Trübung Tabelle 14 maximaler Helligkeitswert Winkel Halbwertsbreite Trübung des Lichtleiters
Wie es aus der oben stehenden Tabelle 14 und Fig. 38 erkennbar ist, wurde durch Einstellen der Prismenwinkel Θ&sub1; und Θ&sub2; auf die vorstehend angegebene Weise eine ebene Lichtquelle hergestellt, bei der Licht in Richtung der Normallinie auf der Bildebene abgestrahlt werden konnte.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, werden durch die Erfindung die folgenden Wirkungen erzielt:
(1) es kann eine ebene Lichtquelle geschaffen werden, bei der Licht leicht in einer gewünschten Richtung abgestrahlt werden kann, ohne den Stromverbrauch einer Lichtquelle zu erhöhen, und die verringerte Dicke (im wesentlichen dem Durchmesser einer Lampe entsprechend) aufweist und von Vorteil für eine Hintergrundbeleuchtungseinrichtung für eine Anzeigevorrichtung ist, bei der Richtwirkung für den Betrachtungswinkel besteht, wie bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung; und
(2) gerichtetes Licht kann leicht unter Verwendung einer Fluoreszenzlampe erhalten werden, die in erster Linie eine Quelle für diffuses Licht ist, und die gewünschte Richtung für emittiertes Licht kann leicht ähnlich wie beim Fokussieren einer konvexen Linde bestimmt werden.
Nachdem nun die Erfindung vollständig beschrieben ist, ist es dem Fachmann erkennbar, daß an dieser viele Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Ebene Lichtquelleneinheit mit einem ersten Element (50) mit einer Lichteintrittsfläche (11) an mindestens einem seiner Seitenenden und mit einer ersten Lichtemissionsfläche (12), die sich rechtwinklig zur Lichteinfallsfläche erstreckt, welches erste Element ferner eine Reflexionsschicht (13) aufweist, die auf seiner der ersten Lichtemissionsfläche abgewandten Fläche aufgebildet ist und, mit einem zweiten Element (51) mit einer Lichteinfallsfläche, die das vom ersten Element emittierte Licht empfängt, und einer zweiten Lichtemissionsfläche (32), durch die Licht in Richtungen in einem vorgegebenen Winkelbereich abgestrahlt wird, wobei die erste Lichtemissionsfläche und/oder die abgewandte Fläche des ersten Elements Richtwirkungsfunktion aufweisen, um dafür zu sorgen, daß duch die Lichteintrittsfläche einfallendes Licht durch die erste Lichtemissionsfläche in einer schräg zur Richtung des einfallenden Lichts stehenden Richtung abstrahlt, wobei das zweite Element eine große Anzahl von Prismeneinheiten (40) aufweist, die auf seiner Lichteinfallsfläche ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel und Brechungsindizes dem Prismeneinheiten dergestalt sind, daß die Richtung des vom zweiten Element abstrahlenden Lichts einen Winkel im Bereich von 0º bis 20º zu einer Normallinie auf der Richtung des Lichts von der Lichteinfallsfläche des ersten Elements bildet.

2. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der entweder die erste Lichtemissionsfläche oder die abgewandte Fläche des ersten Elements eine große Anzahl darauf ausgebildeter Linseneinheiten aufweist, die zur Richtwirkungsfunktion beitragen.

3. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 2, bei der die große Anzahl von Linseneinheiten konvexe Zylinder-Lentikulärlinsen sind.

4. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 2, bei der die große Anzahl von Linseneinheiten konkave Zylinder-Lentikulärlinsen sind.

5. Lichtquelle nach Anspruch 2, bei der die große Anzahl von Linseneinheiten stabförmige Dreieck-Lentikulärlinsen sind.

6. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 2, bei der die große Anzahl von Linseneinheiten polygonale, stabförmige Lentikulärlinsen sind.

7. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 2, bei der die große Anzahl von Linseneinheiten anisotrope Lentikulärlinsen sind.

8. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der die erste Lichtemissionsfläche und/oder die abgewandte Fläche des ersten Elements eine matt bearbeitete Fläche ist, die sich in wesentlichen parallel zur Ebene der Reflexionsschicht erstreckt und zur Richtwirkungsfunktion beiträgt.

9. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 8, bei der die Trübung des ersten Elements, auf dem die matt bearbeitete Fläche ausgebildet ist, 30 % oder größer ist.

10. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das erste Element ein Paar Lichteinfallsflächen an zwei entgegengesetzten Enden seiner selbst aufweist.

11. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das erste Element aus einem Acrylharzmaterial besteht.

12. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das erste Element aus einem Polycarbonatharzmaterial besteht.

13. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das zweite Element aus einem Acrylharzmaterial besteht.

14. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der das zweite Element aus einem Polycarbonatharzmaterial besteht.

15. Ebene Lichtquelle nach Anspruch 1, bei der die Richtung des vom ersten Element abstrahlenden Lichts einen Winkel von 45º oder mehr und von weniger als 90º zu einer Normallinie auf der Richtung des Lichts aus der Lichteinfallsfläche des ersten Elements bildet.