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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Prismenplatte und eine Hintergrundbeleuchtungseinheit, in
der diese verwendet wird, und insbesondere eine Prismenplatte, die
den größten Teil
des einfallenden Lichts brechen und übertragen kann, und auf eine Hintergrundbeleuchtungseinheit,
in der diese verwendet wird.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Eine
Hintergrundbeleuchtungseinheit wird allgemein als eine Lichtquelle
für eine
Flüssigkristallanzeige
(LCD) verwendet, die nicht die Fähigkeit
zur Selbstbeleuchtung hat und gemäß der Position der Lichtquelle
als Direkttyp und Randtyp klassifiziert wird. In der Direkttyp-Hintergrundbeleuchtungseinheit
emittiert eine auf der Rückseite
der LCD-Vorrichtung angeordnete Lampe Licht direkt auf eine Flüssigkristallplatte.
In der Randtyp-Hintergrundbeleuchtungseinheit ist eine Lampe am
Rand einer Lichtleitplatte (LGP) montiert, und das von der Lampe
emittierte Licht wird von der Lichtleitplatte zur weiteren Ausbreitung
in Richtung der Flüssigkristallplatte
geleitet.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Randtyp-Hintergrundbeleuchtungseinheit.
Bezugnehmend auf 1 ist eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
(CCFL) 1 am Rand einer Lichtleitplatte 3 montiert.
Die Lichtleitplatte 3 hat eine sich verjüngende Form,
und ein Streumuster 4 ist auf einer unteren Oberfläche der
Lichtleitplatte 3 ausgebildet.
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Eine
Reflexionsplatte 5 ist auf der unteren Oberfläche der
Lichtleitplatte 3 ausgebildet, um das von der Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe 1 emittierte Licht
in Richtung einer LCD-Platte 20 zu reflektieren. Somit
trifft das von der Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe 1 emittierte
Licht auf die Lichtleitplatte 3 durch den Rand 3a.
Das auftreffende Licht wird von der Lichtleitplatte 3 und
der Reflexionsplatte 5 in ein Oberflä chenlicht verwandelt und verläuft in Richtung der
oberen Oberfläche 3b der
Lichtleitplatte 3.
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Eine
Streuplatte 7 und ein Paar Prismenplatten 10 sind
auf und über
der oberen Oberfläche 3b der
Lichtleitplatte 3 angeordnet. Jede der Prismenplatten 10 hat
mehrere Prismen, die in Nachbarschaft zueinander angeordnet sind.
Die Prismenplatten 10 beinhalten erste und zweite Prismenplatten 10a und 10b,
die gemäß der Richtung
der Anordnung und der Funktion der Prismen aufgeteilt sind. Die
Richtungen der Prismenanordnung der ersten Prismenplatte 10a und
der zweiten Prismenplatte 10b sind senkrecht zueinander
angeordnet. Die erste Prismenplatte 10a korrigiert eine
vertikale Bahn, oder eine Richtung senkrecht zur Zeichenebene, des
einfallenden Lichts, das die Lichtleitplatte 3 und die
Streuplatte 7 durchlaufen hat, während die zweite Prismenplatte 10b eine
horizontale Bahn des einfallenden Lichts korrigiert. Da die durchlaufenen
Bahnen des einfallenden Lichts von der ersten und der zweiten Prismenplatte 10a und 10b korrigiert
werden, kann das korrigierte Licht somit in Richtung der LCD-Platte 20 verlaufen.
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Eine
Polarisationsplatte 15 ist zwischen der Prismenplatte 10 und
der LCD-Platte 20 vorgesehen. Die Polarisationsplatte 15 überträgt nur Licht
einer bestimmten Polarisation von Licht, das die Prismenplatte 10 durchlaufen
hat, zum weiteren Verlauf in Richtung der LCD-Platte 20.
Somit wird aus der oberen Oberfläche
der Lichtleitplatte 3 austretendes Licht von der Streuplatte 7 gestreut
und verläuft
in Richtung der LCD-Platte 20 auf
einer von den Prismenplatten 10 korrigierten Bahn.
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Die
in 2 gezeigte Prismenplatte 10 beinhaltet
einen Einfallsabschnitt 11, der eine Einfallsfläche 11a und
mehrere Prismen 13 aufweist, die auf der gegenüberliegenden
Oberfläche
der Einfallsfläche 11a ausgebildet
sind und jeweils erste und zweite Austrittsflächen 13a und 13b aufweisen.
Die Prismenplatte 10 ist in Luft mit einem Brechungsindex
n0 angeordnet. Der Einfallsabschnitt 11 und
die Prismen 13 sind einstückig oder getrennt aus demselben
Material mit demselben Brechungsindex n gefertigt. Somit trifft
einfallendes Licht L1, das auf den Einfallsabschnitt 11 fällt, nach
Brechung auf den Einfallsabschnitt 11 unter einem Austrittswinkel θ', der kleiner ist
als ein Einfallswinkel θ.
Dies gilt für
alles Licht, das auf den Einfallsabschnitt 11 fällt. Das
auf den Einfallsabschnitt 11 fallende Licht verläuft geradlinig
an einem Grenzabschnitt 12 zwischen dem Einfallsabschnitt 11 und
dem Prisma 13, ohne gebrochen zu werden. Im Gegensatz dazu,
da der Brechungsindex n des Prismas 13 größer als
der Brechungsindex n0 der umgebenden Luft
ist, tritt das auf die ersten oder zweiten Austrittsflächen 13a und 13b treffende
Licht unter einem Brechungswinkel, der größer ist als der Einfallswinkel,
wenn das Licht unter einem kleineren Winkel als dem kritischen Winkel θC einfällt,
und das unter einem größeren Winkel
als dem kritischen Winkel θC einfallende Licht wird intern total reflektiert.
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Während Lichtstrahlen
L
1, L
2 und L
3 des auf der Eintrittsfläche
11a einfallenden
Lichts als effektives Licht genutzt werden, indem sie durch die
erste oder zweite Austrittsfläche
13a und
13b des
Prismas
13 austreten, treten die Lichtstrahlen
14 und
15 somit nicht
durch die erste oder zweite Austrittsfläche
13a oder
13b des
Prismas
13 aus und werden intern total reflektiert, um
in Richtung der Eintrittsfläche
11a zu verlaufen.
Ebenso verläuft
ein Lichtstrahl
16 nicht in Richtung der LCD-Platte
20 der
1,
obwohl er durch die ersten und zweiten Austrittsflächen
13a und
13b dringt.
Da nur ein Teil des von der Lichtquelle
1 emittierten Lichts
als effektives Licht genutzt wird, ist der optische Wirkungsgrad
herabgesetzt. Da die Hintergrundbeleuchtungseinheit, wie oben konfiguriert,
in getrennter Weise die Lichtleitplatte, den Diffusor und die Prismenplatte
beinhaltet, ist die gesamte Konfiguration außerdem kompliziert, und es erwachsen
Herstellungskosten. Beispielhafte Hintergrundbeleuchtungseinheiten,
die die beschriebenen Prismenplatten verwenden, sind aus der
US 6154262 , der
EP 1326102 und der
EP 0872758 bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
das obige und/oder andere Probleme zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung eine Prismenplatte bereit, die eine verbesserte Prismenstruktur aufweist,
um den größten Teil
des einfallenden Lichts brechend zu übertragen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Hintergrundbeleuchtungseinheit
dar, unter Verwendung der obigen Prismenplatte, um den optischen
Wirkungsgrad zu verbessern, in der die Gesamtstruktur durch Integration
der einzelnen Elemente kompakt gestaltet ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Prismenplatte die
in Anspruch 1 aufgezählten
Merkmale.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Prismenplatte
ein Substrat, das einfallendes Licht überträgt und das mehrere Rillen aufweist,
die in einer Oberfläche
des Substrats nach innen in einer umgekehrten dreieckigen Form ausgebildet
sind, und das aus einem auf Acryl basierenden Harz gefertigt ist,
ein brechendes Element, das in jeder der Rillen ausgebildet ist
und aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe bestehend aus
Cyclo-Olefin-Copolymer, Polycarbonat und Polyetherimid ausgewählt ist,
und das einen vergleichsweise höheren
Brechungsindex aufweist als der Brechungsindex des Substrats, und
ein Prisma, das gegenüber
dem brechenden Element angeordnet ist, das einfallendes Licht bricht
und überträgt, und
das aus einem auf Acryl basierenden Harz gebildet ist, das einen
vergleichsweise niedrigeren Brechungsindex aufweist als der Brechungsindex
des brechenden Elements.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hintergrundbeleuchtungseinheit
zumindest eine Licht emittierende Lichtquelle, eine Lichtleitplatte,
die die Ausbreitung des von der Lichtquelle emittierten Lichts,
das auf einer Seitenfläche
der Lichtleitplatte einfällt,
leitet, und die eine Lichtaustrittsfläche aufweist, durch die das
Licht austritt, eine reflektierende Platte, die von einer der Lichtaustrittsfläche der
Lichtplatte gegenüberliegenden
Oberfläche
durch einen vorgegebenen Abstand getrennt ist, und die einfallendes
Licht in Richtung der Lichtaustrittsfläche reflektiert, und eine Prismenplatte,
die zumindest eine Rille aufweist, die in einer Oberfläche der
Lichtleitplatte nach innen ausgebildet ist, ein brechendes Element,
das in der Rille vorgesehen ist und das einen vergleichsweise höheren Brechungsindex
aufweist als der Brechungsindex der Lichtleitplatte, und ein Prisma,
das gegenüber
dem brechenden Element angeordnet ist, das einfallendes Licht bricht
und überträgt und das
einen vergleichsweise niedrigeren Brechungsindex aufweist als der
Brechungsindex des brechenden Elements.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hintergrundbeleuchtungseinheit
zumindest eine Licht emittierende Lichtquelle, eine Lichtleitplatte,
die die Ausbreitung des von der Lichtquelle emittierten Lichts,
das auf einer Seitenfläche
der Lichtleitplatte einfällt,
leitet, und die eine Lichtaustrittsfläche aufweist, durch die Licht austritt,
eine reflektierende Platte, die von einer der Lichtsaustrittsfläche der
Lichtleitplatte gegenüber
liegenden Oberfläche
durch einen vorgegebenen Abstand getrennt ist und die einfallendes
Licht in Richtung der Lichtaustrittsfläche reflektiert, eine Prismenplatte,
die mehrere Rillen aufweist, die in einer Oberfläche der Lichtleitplatte nach
innen ausge bildet sind, mehrere in den Rillen vorgesehene brechende
Elemente, die einen vergleichsweise höheren Brechungsindex aufweisen
als ein Brechungsindex der Lichtleitplatte, und die so angeordnet
sind, dass der Brechungsindex von einem Abschnitt in der Nähe der Lichtquelle
zu einem von der Lichtquelle entfernt angeordneten Abschnitt ansteigt,
und mehrere gegenüber
dem brechenden Element angeordneten Prismen, die einfallendes Licht
brechen und übertragen, und
die einen vergleichsweise niedrigeren Brechungsindex aufweisen als
der Brechungsindex des brechenden Elements, ein streuendes Element,
das aus mehreren Kügelchen
gebildet wird, die in der Lichtleitplatte verteilt sind, und die
einfallendes Licht streuen und übertragen,
und eine zweite Prismenplatte, die zwischen der Lichtleitplatte
und der reflektierenden Platte angeordnet ist und die mehrere Prismen
umfasst, die einfallendes Licht in eine Richtung brechen und übertragen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
oben genannten und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung zeigen sich deutlicher in der detaillierten Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren, die zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer herkömmlichen
Randtyp-Hintergrundbeleuchtungseinheit;
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2 eine
Ansicht, die einen Teil der in 1 gezeigten
Prismenplatte darstellt;
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3 eine
Querschnittsansicht einer Prismenplatte gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4a–4d perspektivische
Ansichten des Herstellungsprozesses der Prismenplatte aus 3;
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5 eine
Querschnittsansicht einer Prismenplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Querschnittsansicht, die die wesentlichen Teile einer Prismenplatte
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ein
Diagramm, das eine Veränderung des
Brechungsindex in Abhängigkeit
von der Tiefe des brechenden Elements aus 6 zeigt;
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8 eine
Querschnittsansicht, die die wesentlichen Teile einer Prismenplatte
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
Querschnittsansicht der Hintergrundbeleuchtungseinheit aus 9;
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11 eine
Querschnittsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit zur Verdeutlichung
einer weiteren Ausführungsform
eines streuenden Elements aus 10; und
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12 eine
Querschnittsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist eine Prismenplatte 30 gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung aus transparenten Materialien gebildet und
beinhaltet ein Substrat 31, ein brechendes Element 35 und
ein Prisma 41. Das Substrat 31 überträgt durch
eine Einfallsfläche 31a einfallendes
Licht, das in Richtung des Prismas 41 verläuft, und
beinhaltet zumindest eine Rille 32, die in einer Oberfläche gegenüber der
Einfallsfläche 31a ausgebildet
ist. Die Rille 32 beinhaltet eine Vielzahl von Rillen,
die parallel zu einander angeordnet sind, wie in 3 gezeigt,
in der exemplarisch vier Rillen ausgebildet sind.
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Das
brechende Element 35 ist in jeder Rille 32 vorgesehen
und hat einen vergleichsweise höheren
Brechungsindex n2 als der Brechungsindex
n1 des Substrats 31. Somit fällt das
gesamte von dem Substrat 31 auf das brechende Element 35 einfallende
Licht auf das brechende Element 35 unter einem Austrittswinkel
ein, der vergleichsweise kleiner ist als ein Einfallswinkel. Der
Brechungseinfallswinkel kann unterschiedlich gemäß einer Brechungsindexdifferenz
zwischen dem Substrat 31 und dem brechenden Element 35 gewählt werden.
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Das
Prisma 41 ist so angeordnet, dass es jedem brechenden Element 35 gegenüber liegt,
um einfallendes Licht zu brechen und zu übertragen. Zu diesem Zweck
beinhaltet das Prisma 41 eine Einfallsfläche 41a,
die dem brechenden Element 35 gegenüber liegt, und erste und zweite
Austrittsflächen 41b und 41c,
die so angeordnet sind, dass sie sich unter einem vorbestimmten
Winkel gegenüber
liegen, um einfallendes Licht zu brechen und zu übertragen. Außerdem ist
das Prisma 41 aus einem Material gebildet, das einen vergleichsweise
niedrigeren Brechungsindex hat als das brechende Element 35.
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Das
Prisma 41 ist aus demselben Material gebildet, das denselben
Brechungsindex n1 hat wie das des Substrats 31.
Zum Beispiel sind das Substrat 31 und das Prisma 41 aus
einem auf Acryl basierenden Harz wie zum Beispiel Polymethylacrylat
(PMMA) gebildet, das einen Brechungsindex n1 von 1,49309
in Bezug auf Licht mit der Wellenlänge 546,1 nm aufweist.
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Das
brechende Element 35 ist aus einem Material gebildet, das
einen vergleichsweise höheren Brechungsindex
n2 hat als der Brechungsindex n1 des
Substrats 31 und des Prismas 41. Dazu kann das brechende
Element 35 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein,
wie zum Beispiel Cyclo-Olefin-Copolymer (COC), das einen Brechungsindex
von 1,53419 in Bezug auf Licht mit der Wellenlänge 546,1 nm aufweist, Polycarbonat
(PC), das einen Brechungsindex von 1,59102 bezüglich desselben Lichts hat,
und Polyetherimid, das einen Brechungsindex von 1,65812 bezüglich desselben
Lichts hat.
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Die
Rille 32 hat einen dreieckigen Abschnitt, wie in der Zeichnung
gezeigt, und das brechende Element 35 hat einen umgekehrt
dreieckigen Abschnitt, der symmetrisch zu der Form des Prismas 41 ist.
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Da
das von dem brechenden Element 35 zur Eintrittsfläche 41a des
Prismas 41 verlaufende Licht auf die Eintrittsfläche 41 unter
einem kleineren Winkel als dem kritischen Winkel θC1 einfällt,
der durch eine Brechungsindexbeziehung zwischen dem brechenden Element 35 und
dem Prisma 41 festgelegt ist, verläuft das gesamte Licht in der
wie oben konfigurierten Prismenplatte 30 in Richtung des
Prismas 41, ohne an einem Grenzabschnitt total reflektiert
zu werden. Da der Brechungsindex n2 des
brechenden Elements 35 vergleichsweise größer ist
als der Brechungsindex n1 des Prismas 41,
fällt das
auf das Prisma 41 einfallende Licht unter einem Austrittswinkel ein,
der größer ist
als der Eintrittswinkel des auf die Eintrittsfläche 41a einfallenden
Lichts.
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Das
auf das Prisma 41 einfallende Licht tritt in ein Medium
aus Luft mit einem Brechungsindex n0 aus
durch erste und zweite Austrittsflächen 41b und 41c,
die so angeordnet sind, dass sie bezüglich der Eintrittsfläche 41a geneigt
sind. Da der Brechungsindex n1 des Prisma 41 größer ist
als der Brechungsindex n0 des Mediums aus
Luft, kann in diesem Fall Totalreflektion auftreten, wenn das Licht
unter einem größeren Winkel
als dem kritischen Winkel θC2 auf die Grenzfläche einfällt. Da jedoch das brechende
Element 35 in erster Linie das in Richtung des Prismas 41 verlaufende
Licht bricht, so dass der Einfallswinkel des auf den Grenzabschnitt
zwischen der Luft und den ersten und zweiten Austrittsflächen 41b und 41c des
Prismas 41 einfallenden Lichts kleiner wird als der kritische
Winkel 8C2, kann interne Totalreflektion vermieden werden.
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Die 4a bis 4d zeigen
den Herstellungsprozess der Prismenplatte aus 3.
Unter Bezugnahme auf 4a wird ein auf Acryl basierendes Harz,
wie zum Beispiel PMMA, bereitgestellt, und das Substrat 31,
wo die Rille 32 ausgebildet ist, wird durch einen Formungs-
oder Prägeprozess
hergestellt. Wie in 4b gezeigt, ist die Rille 32 zur
Ausbildung des brechenden Elements 35 mit einem hoch brechenden
Element gefüllt,
wie COC, PC oder Polyetherimid, wie zum Beispiel Ultem. Außerdem wird, wie
in 4c gezeigt, ein auf Acryl basierendes Harz, wie
PMMA, bereitgestellt und geformt, um das Prisma 41 mit
einer Vielzahl von dreieckigen Prismenstrukturen, die parallel zueinander
angeordnet sind, herzustellen. Zuletzt wird das Prisma 41,
wie in 4d gezeigt, auf dem durch den
Prozess von 4b bereitgestellten Substrat 31 ausgerichtet
und mit diesem durch Verwendung eines Klebers 45 verbunden,
so dass die Prismenplatte gemäß der ersten,
in 3 ausgeführten
Ausführungsform.
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5 veranschaulicht
eine Prismenplatte gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Gemäß 5 ist
eine Prismenplatte 130 gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aus transparenten Elementen gebildet
und beinhaltet ein Substrat 131, ein brechendes Element 135 und
ein Prisma 141. Die Prismenplatte 130 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform unterscheidet
sich im Vergleich zu der Prismenplatte 30 der 3 gemäß der ersten
Ausführungsform
dadurch, dass die Form des brechenden Elements 135 modifiziert
ist, während
die anderen Strukturen und Funktionen gleich bleiben.
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Das
brechende Element 135 ist in einer Rille 132 mit
einem halbkreisförmigen
Querschnitt ausgebildet. Das brechende Element 135 ist
aus einem Material mit einem vergleichsweise höheren Brechungsindex als das
Substrat 131 und das Prisma 141 gebildet. Die
Querschnittsfläche
des brechenden Elements 135 ist nicht auf eine Halbkreisform
begrenzt und eine Vielzahl von Formen, wie eine ovale Form oder
eine nicht kreisförmige,
runde Form, sind annehmbar.
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Durch
Anordnung des brechenden Elements 135 unterhalb des Prismas 141,
um in erster Linie einfallendes Licht zu brechen, wird ein Einfallswinkel des
auf das Prisma 141 einfallende Licht verringert, so dass
der größte Teil
des Lichts durch die ersten und zweiten Austrittsflächen 141b und 141c des
Prismas 141 gebrochen und übertragen wird.
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6 veranschaulicht
wesentliche Teile einer Prismenplatte gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 7 ist ein
Diagramm, das eine Änderung
des Brechungsindex in Abhängigkeit
von der Tiefe des brechenden Elements aus 6 zeigt.
Unter Bezugnahme auf 6 beinhaltet eine Prismenplatte 230 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung 231 ein brechendes Element 235 und
ein Prisma 241. Die Prismenplatte 230 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
unterscheidet sich im Vergleich zu den Prismenplatten 30 aus 3 und 130 aus 5 gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsformen
dadurch, dass die Brechungsindexcharakteristik des brechenden Elements 235 modifiziert
ist, während die
anderen Strukturen und Funktionen in der Tat gleich sind.
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Das
brechende Element 235 hat einen Brechungsindexgradienten,
der von einer Stelle in der Nähe
des Prismas 241 zu einer von dem Prisma 241 entfernten
Stelle ansteigt. Das heißt,
unter der Annahme, dass eine Oberfläche des brechenden Elements 235 in
Nähe des
Prismas 241 mit 235a bezeichnet wird und eine
an der von dem Prisma 241 entferntesten Stelle angeordneten
Spitze mit 235b, wird die Verteilung des Brechungsindexes
ni des brechenden Elements 235 in 7 gezeigt.
Das heißt, der
Brechungsindex steigt von der Oberfläche 235a in der Nähe des Prismas 241 zur
Spitze 235b hin allmählich
an. Außerdem
hat der Brechungsindex ni des brechenden
Elements 235 über
die gesamte Fläche
einen größeren Wert
als der Brechungsindex n1 des Substrats 231.
Das brechende Element 235 kann durch Ablagerung einer Vielzahl
von Schichten mit allmählich
ansteigenden Brechungsindizes gebildet werden.
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Da
das auf einen Eckabschnitt des brechenden Elements 235 einfallende
Licht an Stelle der gestrichelten Linie LB in
einer Richtung verläuft,
die durch die durchgezogene Linie LA angedeutet
ist, kann das Licht in dem brechenden Element 235, das den
oben beschriebenen Brechungsindexgradienten aufweist, als effektives
Licht verwendet werden, so dass ein optischer Wirkungsgrad weiter
verbessert wird.
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8 veranschaulicht
wesentliche Teile einer Prismenplatte gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 8 beinhaltet
eine Prismenplatte 330 gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Substrat 331, eine Vielzahl
brechender Elemente 335 und eine Vielzahl von Prismen 341.
Die Prismenplatte 330 der vorliegenden Ausführungsform
unterscheidet sich im Vergleich zu der Prismenplatte gemäß der ersten
bis dritten Ausführungsformen
dadurch, dass die Brechungsindexcharakteristik des brechenden Elements 335 modifiziert
ist, während
die anderen Strukturen und Funktionen in der Tat gleich sind.
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Das
heißt,
das Substrat 331 beinhaltet eine Vielzahl von parallel
zueinander angeordneten Rillen 332. Die brechenden Elemente 335 sind
entsprechend in den Rillen 332 angeordnet. Mindestens eines
der brechenden Elemente 335 hat einen unterschiedlichen
Brechungsindex. Vorzugsweise unterscheiden sich die Brechungsindizes
der brechenden Elemente 335 voneinander, und die brechenden
Elemente 335 sind nach ihren Brechungsindizes geordnet
angeordnet. Unter Bezugnahme auf 8 haben die
brechenden Elemente 335 bei der Verteilung der Brechungsindizes
die Brechungsindizes n21, n22,
n23, ...., n2K von
links nach rechts, und deren Werte sind in der Reihenfolge n21 < n22 < n23 < n2K. Wenn die Prismenplatte 330 mit
solch einer Brechungsindexverteilung in einer Randtyp-Hintergrundbeleuchtungseinheit
verwendet wird, kann eine Unregelmäßigkeit der Leuchtstärke, die
durch einen Unterschied in der Lichtdurchlässigkeit gemäß einer
Position auf der Lichtaustrittsfläche der Lichtleitplatte hervorgerufen wird,
ausgeglichen werden. Das heißt,
durch Verbesserung des Durchlasswirkungsgrads eines von der Lichtquelle
entfernt angeordneten Abschnitts durch Erhöhung des Brechungsindex eines
von der Lichtquelle entfernt angeordneten brechenden Elements im
Vergleich zu dem Brechungsindex eines in der Nähe der Lichtquelle angeordneten
brechenden Elements, kann die Leuchtstärke des von der Lichtquelle entfernt
angeordneten Abschnitts mit einer vergleichsweise niedrigeren Durchlässigkeit
angehoben werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
kann jedes der brechenden Elemente 335 einen Brechungsindexgradienten
aufweisen, indem der Brechungsindex ansteigt, wenn das brechende
Element weit von dem in der Nähe
des Prismas angeordneten Abschnitt entfernt ist, wie unter Bezugnahme
auf 7 beschrieben.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 10 ist
eine Querschnittsansicht der Hintergrundbeleuchtungseinheit aus 9.
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beinhaltet
eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Lichtleitplatte 420, eine
Lichtquelle 410, die an zumindest einer Seite der Lichtleitplatte 420 angeordnet
ist, eine reflektierende Platte 460 und eine Prismenplatte 440.
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Die
Lichtquelle 410 ist eine lineare Lichtquelle, wie eine
CCFL, wie in den Fig. gezeigt, oder eine Punktlichtquelle, wie eine
LED, die Licht in Richtung einer Seitenfläche 421 der Lichtleitplatte 420 emittiert.
Die Lichtleitplatte 420 leitet die Ausbreitung des von
der Lichtquelle 410 emittierten und auf der Seitenfläche 421 einfallenden
Lichts und hat eine Lichtaustrittsfläche 423. Die Lichtleitplatte 420 hat eine
Struktur, bei der ihre Dicke abnimmt, das heißt, eine untere, der Lichtaustrittsfläche 423 gegenüberliegende
Oberfläche 425 ist
geneigt, um den Wirkungsgrad des entfernt von der Lichtquelle 410 durch die
Lichtaustrittsfläche 423 austretenden
Lichts zu erhöhen,
so dass gleichmäßiges Licht über eine
gesamte Oberfläche
der Lichtaustrittsfläche 423 emittiert
wird.
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Die
reflektierende Platte 460 ist von der unteren Oberfläche 425 der
Lichtleitplatte 420 durch einen vorgegebenen Abstand getrennt
und reflektiert das durch die untere Oberfläche 425 einfallende Licht,
damit es sich in Richtung Lichtaustrittsfläche 423 ausbreitet.
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Die
Prismenplatte 440 ist auf der Lichtaustrittsfläche 423 ausgebildet,
um das durch die Lichtaustrittsfläche 423 austretende
Licht in Richtung einer X-Achse zu brechen und zu übertragen,
so dass die Menge eines effektiven Lichts erhöht wird. Die Prismenplatte 440 beinhaltet
eine Vielzahl brechender Elemente 441, die in der Lichtleitplatte 420 nach
innen ausgebildet sind, und eine Vielzahl von Prismen 445 zum
Brechen und Übertragen
einfallenden Lichts. Dazu ist in der Lichtaustrittsfläche 423 der Lichtleitplatte 420 zumindest
eine Rille 423a nach innen ausgebildet. Die Rille 423a hat
einen dreieckigen Querschnitt und ist in der Länge in einer Richtung Y-Achse
ausgebildet. Insbesondere ist die Rille 423a in mehrfacher
Ausfertigung vorgesehen, jeweils in Nachbarschaft zueinander in
der gleichen Richtung.
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Die
brechenden Elemente 441 sind entsprechend in den Rillen 423a vorgesehen
und haben einen vergleichsweise höheren Brechungsindex als der
der Lichtleitplatte 420. Die Prismen 445 sind
den brechenden Elementen 441 gegenüber liegend angeordnet, um
einfallendes Licht zu brechen und zu übertragen, wobei jedes Prisma
einen vergleichsweise niedrigeren Brechungsindex hat als jedes der
brechenden Elemente 441.
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Jedes
der brechenden Elemente 441 kann, wie in den Fig. gezeigt,
in den Rillen 423a ausgebildet sein, um eine Form symmetrisch
zu der Form eines jeden Prismas 445 aufzuweisen. Wie die
in 5 gezeigte Prismenplatte 130 kann jedes
der brechenden Elemente 441 so ausgebildet sein, dass es
einen Querschnitt aufweist wie in Form eines Halbkreises, in ovaler
Form oder in einer nicht kreisförmigen,
runden Form. Außerdem
können
die brechenden Elemente 441, wie die in den 6 und 7 gezeigte
Prismenplatte 230 einen Brechungsindexgradienten aufweisen,
bei dem der Brechungsindex von einem Abschnitt eines jeden der brechenden
Elemente 441, der von einem Abschnitt in der Nähe des Prismas 445 weit
entfernt ist, zu einem näher
an dem Prisma 445 angeordneten Abschnitt ansteigt.
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Die
brechenden Elemente 441 haben wie die in 8 gezeigte
Prismenplatte 330 unterschiedliche Brechungsindizes. In
diesem Fall sind die brechenden Elemente 441 so angeordnet,
dass der Brechungsindex allmählich
von einem weit von der Lichtquelle 410 angeordneten brechenden
Element zu einem in der Nähe
der Lichtquelle 410 angeordneten brechenden Element 441 ansteigt.
Somit hat das am weitesten von der Lichtquelle 410 angeordnete
brechende Element 441b den größten Brechungsindex. Wenn die
brechenden Elemente 441 wie oben angeordnet sind, kann
das durch ein jedes der Prismen 445 emittierte Licht einen
unterschiedlichen Brechungsindex bezüglich einer Verteilung des
Einfallwinkels haben. Wenn das durch die Lichtaustrittsfläche 423 emittierte
Licht einen Helligkeitsunterschied in Abhängigkeit von dem Unterschied
der Entfernung von der Lichtquelle 410 aufweist, kann der
Helligkeitsunterschied durch die Prismenplatte 440 somit in
einem Ausmaß ausgeglichen
werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
kann weiterhin eine zweite Prismenplatte 450 zwischen der
Lichtleitplatte 420 und der reflektierenden Platte 460 vorgesehen
sein. Die zweite Prismenplatte 450 hat dieselbe Struktur
und Form wie die eines typischen optischen Prismas und bricht und überträgt das sich
in Richtung der Lichtaustrittsfläche 423 der Lichtleitplatte 420 ausbreitende
Licht in einer Richtung der Y-Achse.
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Die
Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform
kann weiterhin ein streuendes Element 430 zum Streuen und Übertragen
des einfallenden Lichts beinhalten. Eine Ausführungsform des streuenden Elements 430 kann, wie
in den 9 und 10 gezeigt, eine Vielzahl von
in der Lichtleitplatte 420 verteilten Kügelchen 431 umfassen.
Die Kügelchen 431 sind
transparente Kügelchen,
die einen von der Lichtleitplatte 420 unterschiedlichen
Brechungsindex aufweisen. Die Form jedes dieser Kügelchen 431 kann
eine Kugel oder ein Oval sein, und deren Form kann unterschiedlich
sein. Durch Einschließen
der Kügelchen 431 in
der Lichtleitplatte 420 wird das über die Lichtleitplatte 420 übertragene
Licht diffus reflektiert, so dass das Licht gestreut wird. In diesem
Fall kann durch ein integrales Ausbilden des streuenden Elements 430 mit
der Lichtleitplatte 420 eine Gesamtstruktur kompakt gestaltet
werden, während
eine Streufunktion bereitgestellt wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
des streuenden Elements 430 kann eine über der Prismenplatte 440 angeordnete
streuende Platte 435 sein, wie in 11 gezeigt.
Wenn eine wie oben konfigurierte Randtyp-Hintergrundbeleuchtungseinheit
als Lichtquelle einer bildgebenden Vorrichtung verwendet wird, die
keine selbst beleuchtende Fähigkeit
aufweist, wie eine in 9 gezeigte LCD-Platte 480, wird
der optische Wirkungsgrad verbessert, und ein gleichmäßiges, kontrastarmes
Licht wird bereitgestellt.
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12 ist
eine Querschnittsansicht einer Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 12 beinhaltet
eine Hintergrundbeleuchtungseinheit der vorliegenden Ausführungsform
eine Lichtleitplatte 520, eine Lichtquelle 510,
die auf zumindest einer Seite der Lichtleitplatte 520 angeordnet
ist, eine reflektierende Platte 560 und eine Prismenplatte 540.
Im Vergleich zu der Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der ersten
Ausführungsform
ist die Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform
dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Prismenplatte 540 geändert ist.
Da die Lichtquelle 510, die Lichtleitplatte 520 und
die reflektierende Platte 560 im Wesentlichen die gleichen
sind wie die der Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der ersten
Ausführungsform,
wird auf deren ausführliche
Beschreibung verzichtet.
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Die
Prismenplatte 540 ist zwischen der Lichtleitplatte 520 und
der reflektierenden Platte 560 angeordnet und bricht und überträgt das durch
eine Lichtaustrittsfläche 523 austretende
Licht, um die Menge des effektiven Lichts zu erhöhen. Die Prismenplatte 540 beinhaltet
ein Substrat 541, ein in dem Substrat 541 nach
innen ausgebildetes brechendes Element (nicht gezeigt) und ein einfallendes
Licht brechendes und übertragendes
Prisma 545. Da die Struktur und Wirkungsweise der Prismenplatte 540 im
Wesentlichen die gleiche ist wie der Prismenplatte gemäß der oben
unter Bezugnahme auf 3 bis 8 beschriebenen
Ausführungsformen,
wird auf deren ausführliche
Beschreibung verzichtet.
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Auch
kann die vorliegende Erfindung weiterhin eine zweite Prismenplatte 550 auf
der Lichtleitplatte 520 beinhalten. Die zweite Prismenplatte 550 hat
die gleiche Struktur und Form wie die eines typischen optischen
Prismas und bricht und überträgt das sich
in Richtung der Lichtaustrittsfläche 523 der Lichtleitplatte 520 ausbreitende
Licht, damit es sich in einer Richtung ausbreitet.
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Das
streuende Element 530 kann aus einer Vielzahl von Kügelchen 531,
die in der Lichtleitplatte 520 verteilt sind, ausgebildet
werden oder aus einer streuenden Platte (nicht gezeigt), die separat
auf der zweiten Prismenplatte 560 vorgesehen ist.
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Die
Prismenplatte gemäß der wie
oben konfigurierten vorliegenden Erfindung beinhaltet zumindest
ein brechendes Element zur Verkleinerung eines Einfallswinkels des
auf das Prisma einfallenden Lichts durch vornehmliches Brechen und Übertragen des
einfallenden Lichts, so dass die Menge des das Prisma durchdringenden
effektiven Lichts erhöht
wird und so der optische Wirkungsgrad verbessert wird. Wenn eine
Vielzahl von brechenden Elementen bereitgestellt wird, kann, da
die brechenden Elemente einen vorbestimmten Brechungsindexgradienten
aufweisen, der Weg des auf einen Randabschnitt des brechenden Elements
einfallenden Lichts korrigiert werden. Durch Bereitstellen von voneinander
abweichenden Brechungsindizes der brechenden Elemente und durch
nach Brechungsindex geordnetes Anordnen der brechenden Elemente,
um einen Lichtsammelwirkungsgrad durch Brechen und Transmission
unterschiedlich zu gestalten, kann ein kontrastarmes Licht, das
aufgrund einer Randbeleuchtung einen Unterschied in der Menge des
Lichts aufweist, außerdem
die Menge des Lichts kompensieren, wenn das Licht einfällt.
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Da
die Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Prismenplatte einschließt,
kann weiterhin ein Unterschied in der Lichtaustrittsverteilung des
durch die Lichtleitplatte austretenden Lichts kompensiert werden,
so dass die Gleichmäßigkeit
der Verteilung des letztendlich austretenden Lichts verbessert wird.
Da die Menge des effektiven Lichts erhöht wird, wird außerdem der
optische Wirkungsgrad verbessert. Die Kügelchen sind in der Lichtleitplatte
als streuendes Element integral ausgebildet, so dass die gesamte
Struktur kompakt gestaltet werden kann. Während diese Erfindung insbesondere
unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben
wurde, ist es dem Fachmann verständlich,
dass verschiedene Änderungen
in Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der
Erfindung, wie in den angefügten
Ansprüchen
definiert, abzuweichen.