DE102007009002A1

DE102007009002A1 - Hintergrundbeleuchtungseinheit und Anzeigevorrichtung mit einer Hintergrundbeleuchtungseinheit

Info

Publication number: DE102007009002A1
Application number: DE102007009002A
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujiyoshida Shimura
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2007-09-20
Also published as: US20070201242A1; JP2007258152A; US7530720B2

Abstract

Eine Hintergrundbeleuchtungseinheit beinhaltet ein planares Lichtquellenelement, das eine Lichtabstrahlfläche aufweist und Licht abstrahlt, welches eine Direktivität in Richtung senkrecht zur Lichtabstrahlfläche aufweist. Ein optisches Element weist eine Lichtaufnahmefläche, die der Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes gegenüberliegt, und eine Lichtabstrahlfläche auf, die der Lichtaufnahmefläche gegenüberliegt. Die Lichtaufnahmefläche weist eine Vielzahl von Prismen auf. Durch die Wirkung der Prismen strahlt das optische Element das Licht, das die Direktivität in der senkrechten Richtung aufweist, von dem planaren Lichtquellenelement als Licht ab, das eine Direktivität in mindestens zwei Richtungen auf entgegengesetzten Seiten der senkrechten Richtung aufweist. Die Richtungen der Lichtdirektivität werden durch Ändern des Scheitelwinkels der Prismen verändert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Hintergrundbeleuchtungseinheit zur Verwendung in einer Anzeigevorrichtung, und betrifft auch eine Anzeigevorrichtung mit einer Hintergrundbeleuchtungseinheit. Insbesondere ist die Erfindung mit der Direktivität (Richtungseigenschaft) von Licht befasst.
Beschreibung der verwandten Technik
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen wurden verbreitet in persönlichen Computern, Flüssigkristallanzeige-Fernsehsystemen, elektronischen Organizern, Mobiltelefonen und anderen Endgerät-Anzeigevorrichtungen verwendet. Eine Hintergrundbeleuchtungseinheit ist hinter einem Flüssigkristallanzeigepaneel der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorgesehen, damit das angezeigte Bild hell und scharf erscheint. 18 der beiliegenden Zeichnungen zeigt einen Typ herkömmlicher Strukturen von Hintergrundbeleuchtungseinheiten.
Eine in 18 dargestellte Hintergrundbeleuchtungseinheit 8 ist direkt unterhalb eines Flüssigkristallanzeigepaneels 1 vorgesehen. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 8 und das Flüssigkristallanzeigepaneel 1 bilden eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung 10. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 8 beinhaltet eine Lichtleiterplatte 2, eine Lichtquelle 3, die LEDs beinhaltet, die an einer Seitenfläche der Lichtleiterplatte 2 angeordnet sind, eine Lichtstreuschicht 4, die direkt oberhalb der Lichtleiterplatte 2 angeordnet ist, ein Paar von Prismenschichten 5 und 6 (erste und zweite Prismenschichten), die oberhalb der Lichtstreuschicht 4 vorgesehen sind, und einen Reflektor 7, der direkt unterhalb der Lichtleiterplatte 2 vorgesehen ist. Die erste Prismenschicht 5 und die zweite Prismenschicht 6 weisen Prismen auf, die jeweils eine dreieckige Querschnittkonfiguration haben und so übereinandergeschichtet sind, dass die Kämme ihrer Prismen zum Flüssigkristallanzeigepaneel 1 hin vorstehen und sich senkrecht zueinander erstrecken.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 8 mit der zuvor beschriebenen Struktur arbeitet wie folgt. Licht, das von der Lichtquelle 3, die LEDs beinhaltet, ausgesendet wird, tritt in die Lichtleiterplatte 2 durch deren Seitenfläche ein und tritt aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 2 zur Lichtstreuschicht 4 hin aus, nachdem ein Reflexionsvorgang durch eine (nicht dargestellte) Prismenfläche erfolgt ist, die auf der Unterseite der Lichtleiterplatte 2 vorgesehen ist. Die Lichtstreuschicht 4 streut das einfallende Licht so, dass die Lichtmenge gleichmäßig verteilt wird, und strahlt das gestreute Licht zu den ersten und zweiten Prismenschichten 5 und 6 ab. Die ersten und zweiten Prismenschichten 5 und 6 lenken das gestreute Licht zum Flüssigkristallanzeigepaneel 1 hin, und zwar rechtwinklig zu diesem. Licht, das unterhalb der Lichtleiterplatte 2 durch die Prismenoberfläche auf der Unterseite der Lichtleiterplatte 2 abgestrahlt wird, wird durch den Reflektor 7 reflektiert, so dass es erneut in die Lichtleiterplatte 2 eintritt. Somit ist die Hintergrundbeleuchtungseinheit 8 so aufgebaut, dass eine maximale Menge an Licht in effektiver Weise von der Lichtquelle 3 abgestrahlt wird und dem Flüssigkristallanzeigepaneel 1 gleichmäßig zugeführt wird, wodurch das auf dem Flüssigkristallanzeigepaneel 1 angezeigte Bild gleichmäßig beleuchtet wird.

Die japanische Patentanmeldungspublikation Nr. 2004-172003 offenbart ein herkömmliches Verfahren betreffend Hintergrundbeleuchtungseinheiten. Die in der japanischen Patentanmeldungspublikation dargestellte Struktur beinhaltet, wie in 19 dargestellt, eine Lichtdirektivitätsanpassungsschicht, die zwischen einer Flüssigkristallanzeigeeinheit 13 und einer Hintergrundbeleuchtungseinheit 11 vorgesehen ist, die eine Lichtquelle 11a, einen Lichtleiter 11b, eine Reflexionsschicht 11c, etc. beinhaltet. Die Lichtdirektivitätsanpassungsschicht 12 ist, wie in 20 dargestellt, mit viereckigen Pyramiden versehen. Die Struktur der Hintergrundbeleuchtungseinheit, die in der zuvor erwähnten japanischen Patentanmeldungspublikation offenbart ist, verwendet eine einzige Lichtdirektivitätsanpassungsschicht 12, die mit viereckigen Pyramiden 12b versehen ist, anstelle einer Verwendung von zwei übereinandergeschichteten Prismenschichten, wodurch die Dicke der Hintergrundbeleuchtungseinheit verringert wird.

Die zuvor beschriebene Struktur der Hintergrundbeleuchtungseinheit für ein Flüssigkristallanzeigepaneel ist angeordnet, um Licht senkrecht zur Anzeigepaneeloberfläche so auszusenden, dass eine helle Anzeige auf dem Anzeigepaneel erzielt werden kann, wenn dieses von einer Position direkt vor diesem betrachtet wird.

21 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch darstellt, wie ein Flüssigkristallanzeigepaneel betrachtet wird. In 21 wird Licht (Beleuchtungslicht) P von einer Hintergrundbeleuchtungseinheit 15 mit Direktivität in Richtung senkrecht zur Anzeigepaneeloberfläche des Flüssigkristallanzeigepaneels 16 abgestrahlt. Das Licht P beleuchtet die Anzeigepaneelfläche des Flüssigkristallanzeigepaneels 16 und durchläuft dieses, um direkt oberhalb (bezogen auf die Darstellung in der Figur) der Anzeigepaneelfläche auszutreten. Wenn die Anzeigepaneelfläche des Flüssigkristallanzeigepaneels 16 aus einer Position A direkt vor dem Flüssigkristallanzeigepaneel 16 betrachtet wird, ist ein scharfes Bild auf der hell beleuchteten Anzeigepaneelfläche zu sehen.

Jedoch erscheint, wenn die Anzeigepaneelfläche von einer der Positionen B und C auf gegenüberliegenden Seiten des Flüssigkristallanzeigepaneels 16 betrachtet wird, das auf der Anzeigepaneelfläche angezeigte Bild etwas dunkel und es mangelt ihm an Schärfe. Es sei ein On-Bord-Automobil-Navigationssystem betrachtet.

Im Allgemeinen ist ein On-Bord-Automobil-Navigationssystem in der Nähe einer ungefähr mittigen Position in der Front des Fahrzeuginnenraums montiert und somit etwas entfernt von den Fahrer- und Beifahrersitzen und schräg vor diesen positioniert. Wenn der Anzeigeschirm des Automobil-Navigationssystems vom Sitz des Fahrers oder des Beifahrers betrachtet wird, mangelt es dem angezeigten Bild an Schärfe und es erscheint etwas dunkel.

INHALT DER ERFINDUNG

Die Erfindung erfolgt in Anbetracht des zuvor beschriebenen Problems. Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, eine Struktur einer Hintergrundbeleuchtungseinheit und einer Anzeigevorrichtung bereitzustellen, die ermöglichen, dass ein helles und scharfes Anzeigebild zu sehen ist, sogar wenn die Anzeigevorrichtung aus einer Position schräg vor dieser betrachtet wird, wie dies bei einem Automobil-Navigationssystem der Fall ist, bei dem der Anzeigebildschirm schräg von der Seite betrachtet wird, d. h. vom Sitz des Fahrers oder des Beifahrers aus.

Die Erfindung stellt eine Hintergrundbeleuchtungseinheit bereit, die ein planares Lichtquellenelement beinhaltet, das eine Lichtabstrahlfläche aufweist und das Licht abstrahlt, welches Direktivität in Richtung senkrecht zur Lichtabstrahlfläche aufweist. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit beinhaltet weiter ein optisches Element, das eine Lichtaufnahmefläche, die der Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes gegenüberliegt, und eine Lichtabstrahlfläche aufweist, die der Lichtaufnahmefläche gegenüberliegt. Das optische Element strahlt das Licht, das Direktivität in senkrechter Richtung aufweist, als Licht ab, welches Direktivität in mindestens zwei Richtungen auf entgegengesetzten Seiten von der senkrechten Richtung aufweist.

In der Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der Erfindung wird von der planaren Lichtquelleneinheit kommendes Licht vom optischen Element als Licht abgestrahlt, das Direktivität in mindestens zwei Richtungen auf entgegengesetzten Seiten von der senkrechten Richtung, d. h. der Austrittsrichtung des Lichts aus dem planaren Lichtquellenelement aufweist. Daher kann das zuvor beschriebene Problem der verwandten Technik gelöst werden.

Insbesondere kann die Hintergrundbeleuchtungseinheit wie folgt angeordnet sein. Die Lichtaufnahmefläche und die Lichtabstrahlfläche des optischen Elementes sind parallel zur Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes angeordnet. Die Lichtaufnahmefläche weist eine Mehrzahl von Prismen auf, die sich parallel zueinander und senkrecht zur zuvor beschriebenen senkrechten Richtung erstrecken, so dass Licht, welches Direktivität in senkrechter Richtung aufweist und welches auf die Lichtaufnahmefläche auftrifft, durch die Prismen in Licht umgewandelt wird, das Direktivität in den mindestens zwei Richtungen aufweist.

Insbesondere können die Prismen eine dreieckige Querschnittkonfiguration haben, wobei sie zur Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes vorstehen und sich in Richtung senkrecht zu Licht erstrecken, das Direktivität in senkrechter Richtung aufweist.

Vorzugsweise beträgt der Scheitelwinkel der Prismen, welcher der Lichtabstrahlfläche der planaren Lichtquellenelemente zugewandt ist, zwischen 60° und 115°.

Wenn der Scheitelwinkel größer als 115° ist, weist austretendes Licht eine einzige Direktivitätsrichtung, d. h. eine Direktivität in der zuvor beschriebenen senkrechten Richtung auf. Wenn der Scheitelwinkel nicht größer als 115° ist, kann Licht, das Direktivität in zwei Richtungen aufweist, abgestrahlt werden, wenn jedoch der Scheitelwinkel kleiner als 60° ist, wird es schwierig, einen Formgießvorgang zum Herstellen der Prismen durchzuführen. Daher wird der Scheitelwinkel im zuvor beschriebenen Winkelbereich festgelegt. Dadurch kann Licht, das Direktivität in zwei Richtungen aufweist, von der Lichtabstrahlfläche des optischen Elementes ausgesendet werden.

Vorzugsweise ist die Querschnittkonfiguration des Prismas ein gleichschenkeliges Dreieck.

Wenn die Querschnittkonfiguration des Prismas kein gleichschenkeliges Dreieck ist, können die bilateralen Richtungswinkel bezüglich der senkrechten Winkel voneinander verschieden gemacht werden. Für gewöhnlich sind die Prismen jedoch mit einer Querschnittkonfiguration eines gleichschenkligen Dreiecks ausgebildet. Daher ist es möglich, Licht, das Direktivität in bilateralen Richtungen aufweist, mit dem gleichen Winkel zur senkrechten Achse abzustrahlen.

Neben dem zuvor Gesagten können die Prismen eine trapezförmige Querschnittkonfiguration haben, wobei sie zur Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes vorstehen und sich in Richtung senkrecht zur senkrechten Richtung erstrecken. Die Prismen weisen jeweils eine ebene Fläche in ihrer Mitte auf und geneigte Flächen auf gegenüberliegenden Seiten zur ebenen Fläche auf.

Mit den trapezförmigen Prismen, die eine trapezförmige Querschnittkonfiguration aufweisen, ist es möglich, Licht abzustrahlen, das Direktivität in der zuvor beschriebenen senkrechten Richtung aufweist, und zwar zusätzlich zu einer Direktivität in bilateralen Richtungen mit Winkeln zur senkrechten Richtung. Demgemäß ermöglicht eine Anzeigevorrichtung, welche die wie zuvor angegeben angeordnete Hintergrundbeleuchtungseinheit verwendet, dass ein helles Bild aus einer Position direkt vor der Anzeigevorrichtung sowie auch von linken und rechten schrägen Richtungen zu sehen ist.

In diesem Fall kann der durch die geneigten Flächen eines jeden Primas gebildete Winkel zwischen 60° und 115° liegen, und die geneigten Flächen können die ebene Fläche unter dem gleichen Winkel schneiden.

Außerdem stellt die Erfindung eine Anzeigevorrichtung bereit, welche die zuvor beschriebene Hintergrundbeleuchtungseinheit und ein Anzeigepaneel beinhaltet, das eine Lichtaufnahmefläche gegenüberliegend und parallel zur Lichtabstrahlfläche des optischen Elementes der Hintergrundbeleuchtungseinheit und eine Lichtabstrahlfläche gegenüberliegend und parallel zu seiner Lichtaufnahmefläche aufweist.

Vorzugsweise ist die Anzeigeplatte ein Flüssigkristallanzeigepaneel.

Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen klar hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Schnittansicht einer Anzeigevorrichtung, die eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.

2a ist eine Schnittansicht, die schematisch ein optisches Element von 1 darstellt.

2b ist eine vergrößerte Ansicht des Teils 2b in 2a.

3 ist eine Draufsicht, welche die Beziehung zwischen Richtungen, in welcher Licht gerichtet wird, und der Orientierung des optischen Elementes zeigt.

4 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Simulation von direktionalen Eigenschaften für verschiedene Prismenscheitelwinkel darstellt.

5 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Winkel in 4 erläutert.

6 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch die in 4 dargestellten direktionalen Eigenschaften darstellt.

7 ist ein Graph, welcher die Ergebnisse des Messens der direktionalen Eigenschaften für verschiedene Prismenscheitelwinkel darstellt.

8 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Direktivität von Beleuchtungslicht erläutert, das aus einer Anzeigevorrichtung austritt.

9 ist eine Draufsicht einer Anzeigevorrichtung, die eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.

10 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils der in 9 dargestellten Anzeigevorrichtung.

11 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils XI in 10.

12 ist ein schematischer Plan, der die Positionsbeziehung zwischen einer Lichtleiterplatte und einer Lichtquelle in 10 darstellt.

13 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch direktionale Eigenschaften darstellt, die von trapezförmigen Prismen eines in 10 dargestellten optischen Elementes erhalten werden.

14 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Elementes bei einer Modifikation der Ausführungsform der Erfindung.

15 ist eine fragmentarische Schnittansicht, welche schematisch einen Hauptteil des in 14 dargestellten optischen Elementes zeigt.

16 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Anzeigevorrichtung, die eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.

17 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Anzeigevorrichtung, die eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.

18 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

19 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt, die in der japanischen Patentanmeldungspublikation Nr. 2004-172003 offenbart ist.

20 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Lichtdirektivitätsanpassungsschicht in 19.

21 ist eine erläuternde Ansicht, welche schematisch darstellt, wie sich die Art und Weise, in der eine Anzeige auf einem Flüssigkristallanzeigepaneel zu sehen ist, gemäß der Position ändert, von der aus das Anzeigepaneel betrachtet wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben.
1 zeigt eine Anzeigevorrichtung 20, die eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 39 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 39 beinhaltet ein planares Lichtquellenelement 30 und ein optisches Element 35 mit Prismen 36.
Die Anzeigevorrichtung 20 ist ein Typ von Flüssigkristallanzeige. Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist ein Flüssigkristallmaterial 25 auf, das mit einer Dichtmasse 26 dicht eingeschlossen ist, die sich in einem Spalt zwischen einem oberen Substrat 21A und einem unteren Substrat 21B befindet. Eine halbdurchlässige Reflexionsschicht 29, die sowohl Lichtdurchlass- als auch Reflexionsfunktionen aufweist, ist an der Unterseite des unteren Substrates 21B vorgesehen. Als Flüssigkristallmaterial 25 kann beispielsweise ein TN-(Twisted Nematic)-Flüssigkristall oder ein SN-(Supertwisted Nematic)-Flüssigkristall verwendet werden. Die halbdurchlässige Reflexionsschicht 29 kann beispielsweise ein reflektierender Polarisator oder eine aufgedampfte Aluminiumschicht sein, die über Lichtdurchlasseigenschaften vertilgt. Das obere Substrat 21A besteht im Wesentlichen aus einem durchsichtigen Substrat 21a, das beispielsweise aus Glas besteht. Eine obere durchsichtige Elektrode 22a, die aus einem ITO-(Indiumzinnoxid)-Film besteht, ist auf der Unterseite des oberen durchsichtigen Substrates 21a ausgebildet, und ein oberer Regulier- oder Ausgleichsfilm 23a ist über der oberen durchsichtigen Elektrode 22a vorgesehen. Der obere Ausgleichsfilm 23a ist dadurch ausgebildet, dass eine Regulierbehandlung auf einem durchsichtigen Polyimidharz-Film oder dergleichen angewendet wird. Außerdem ist ein oberer Polarisator 24a auf der Oberseite des oberen durchsichtigen Substrates 21a vorgesehen. Das untere Substrat 21B besteht im Wesentlichen aus einem durchsichtigen Substrat 21b, das beispielsweise aus Glas besteht. Untere durchsichtige Elektroden 22b, die aus einem ITO-Film bestehen, sind auf der Oberseite des unteren durchsichtigen Substrates 21b vorgesehen, und ein Ausgleichsfilm 23b ist über den unteren durchsichtigen Elektroden 22b vorgesehen. Der Ausgleichsfilm 23b ist dadurch ausgebildet, dass eine Ausgleichsbehandlung beispielsweise auf einen durchsichtigen Polyimidharz-Film angewendet wird. Außerdem ist ein unterer Polarisator 24b auf der Unterseite des unteren durchsichtigen Substrates 21b vorgesehen.
Das optische Element 35 ist ein durchsichtiges schichtförmiges Element, das Prismen 36 aufweist. Die Prismen 36 weisen eine dreieckige Querschnittkonfiguration auf und sind so angeordnet, dass die Kämme der Prismen 36 parallel zueinander sind. Das optische Element 35 ist so angeordnet, dass diejenige Fläche von diesem, auf der die Prismen 36 vorgesehen sind, dem planaren Lichtquellenelement 30 zugewandt ist.
Das planare Lichtquellenelement 30 dieser Ausführungsform beinhaltet eine Lichtleiterplatte 31, eine LEDs beinhaltende Lichtquelle 32 und einen Reflektor 33, der über der Unterseite 31a der Lichtleiterplatte 31 vorgesehen ist. Die Lichtleiterplatte 31 besteht beispielsweise aus durchsichtigem Polycarbonat oder Acrylharz. Die Unterseite 31a der Lichtleiterplatte 31 weist eine Reflexionseinrichtung auf, z. B. Prismen, um von der Lichtquelle 32 auftreffendes Licht zum optischen Element 35 hin zu reflektieren. Als Lichtquelle 32 werden beispielsweise LEDs oder Kaltkathoden-Leuchtstofflampen verwendet. Bei dieser Ausführungsform werden LEDs verwendet, um die Lichtquelle 32 zu bilden. Eine erforderliche Anzahl von LEDs sind in unmittelbarer Nähe zu einer Stirnfläche 31d der Lichtleiterplatte 31 vorgesehen. Die Anzahl der verwendeten LEDs wird gemäß der Größe der Lichtleiterplatte 31 bestimmt. Der Reflektor 33 besteht aus einer Metallschicht, einem -film oder einer -folie, die eine lichtreflektierende Funktion aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird ein Film, der mit einer aufgedampften Aluminiumschicht versehen ist, als Reflektor 33 verwendet. Von der Lichtquelle 32 abgestrahltes Licht wird zum Innenteil der Lichtleiterplatte 31 gelenkt und von der Oberseite der Lichtleiterplatte abgestrahlt, und zwar durch die Wirkung der Reflexionseinrichtungen oder Prismen, die auf der Unterseite 31a der Lichtleiterplatte 31 vorgesehen sind. Der Reflektor 33, der unterhalb der Unterseite 31a der Lichtleiterplatte 31 vorgesehen ist, reflektiert durch die Unterseite 31a austretendes Licht zurück in die Lichtleiterplatte 31. Das planare Lichtquellenelement 30 fungiert als planare Beleuchtungslichtquelle, welche die Anzeigevorrichtung 20 beleuchtet.
2a und 2b sind schematische Ansichten zur Erläuterung der Funktionsweise des optischen Elementes 35. In 2a tritt Licht P, welches aus dem planaren Lichtquellenelement 30 austritt, in die Prismen 36 des optischen Elementes 35 ein. Das Licht P geht durch das optische Element 35 hindurch und tritt in zwei unterschiedlichen Richtungen P₁ und P₂ aus. Das heißt, das optische Element 35 wandelt das Licht P in zwei Lichtstrahlen P₁ und P₂ um, die in zwei unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. In 2b weist jedes Prisma 36 zwei geneigte Flächen 36m und 36n auf, die einander schneiden, um einen Scheitelwinkel α der Prismen zu definieren. Licht, das auf die geneigte Fläche 36m auftrifft, wird gebrochen, um in Richtung Q₁ auszutreten, wie in der Figur darstellt. Licht, das auf die geneigte Fläche 36n auftrifft, wird gebrochen, so dass es in Richtung Q₂ austritt. Somit werden Lichtstrahlen, die auf die geneigten Flächen 36m und 36n auftreffen, welche den Prismenscheitelwinkel α definieren, in den Richtungen Q₁ bzw. Q₂ gerichtet.
3 ist eine Draufsicht, welche die Beziehung zwischen der Direktivität der austretenden Lichtstrahlen und der Orientierung des optischen Elements 35 zeigt. In 3 bezeichnen die Pfeile Q₁ und Q₂ die in 2b dargestellte Direktivität. Die Lichtdirektivitätsrichtungen Q₁ und Q₂ schneiden sich senkrecht zu den Kämmen 36a der Prismen 36, die sich parallel zueinander erstrecken (in 3 sind die Kämme 36a der Prismen durch gestrichelte Linien dargestellt).
Die Lichtdirektivitätsrichtungen ändern sich mit dem Wert des Prismenscheitelwinkels α. 4 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem Prismenscheitelwinkel der Prismen und die direktionalen Eigenschaften zeigt, wobei die Abszissenachse den Richtungswinkel repräsentiert, und die Ordinatenachse die Lichtstärke darstellt. Das heißt, der Graph zeigt die Beziehung zwischen dem Richtungswinkel und der Lichtstärke durch Simulation (Berechnung) mit Bezug auf optische Elemente, die unterschiedliche Primenscheitelwinkel haben. Eine Kurve a zeigt die Direktivität eines optischen Elementes, das keine Prismen hat. Die Kurve b zeigt die Direktivität eines optischen Elementes, das einen Prismenscheitelwinkel von 120° hat. Die Kurve c zeigt die Direktivität eines optischen Elementes, das einen Prismenscheitelwinkel von 105° hat. Die Kurve d zeigt die Direktivität eines optischen Elementes, das einen Prismenscheitelwinkel von 90° hat. Die Kurve e zeigt die Direktivität eines optischen Elementes, das einen Prismenscheitelwinkel von 75° hat. Die Kurve f zeigt die Direktivität eines optischen Elementes, das einen Prismenscheitelwinkel von 60° hat. Aus 4 geht hervor, dass das optische Element, das keine Prismen hat (Kurve a), direktionale Eigenschaften hat, bei denen die Lichtstärke eine Spitze bei einem Winkel von 0° erreicht und, mit dem Abweichen des Winkels von 0° entweder in Plus- oder Minus-Richtung, allmählich abnimmt, wodurch eine Normalverteilung erzeugt wird. Dies bedeutet, dass die Helligkeit bei einem Winkel von 0° am größten ist und bei entweder in Plus- oder Minus-Richtung von 0° abweichendem Winkel allmählich abnimmt. Im Gegensatz dazu weist das optische Element, dessen Prismenscheitelwinkel 60° ist (Kurve f), zwei Lichtstärkenspitzen bei zwei Richtungswinkeln auf, d. h. bei ca. +42° und ca. –42°. Dies bedeutet, dass Licht in zwei Richtungen gerichtet wird, bei denen es sich um Winkel von ca. ± 42° handelt. Die optischen Elemente, deren Prismenscheitelwinkel 75° bzw. 90° sind (Kurven e und d), weisen zwei Lichtstärkenspitzen bei zwei Richtungswinkeln auf, d. h. bei ca. ± 30°. Das optische Element, dessen Prismenscheitelwinkel 105° beträgt (Kurve c), weist zwei Lichtstärkenspitzen bei zwei Richtungswinkeln auf, d. h. bei ca. ± 18°. Aus diesem Graph geht hervor, dass, je spitzer der Prismenscheitelwinkel, desto größer der Richtungswinkel, bei der die Lichtstärkenspitze auftritt.
Der entlang der Abszissenachse angetragene Winkel, wie dargestellt in 4, wird nachfolgend mit Bezug auf 5 erläutert. In 5 ist das optische Element 35 vor dem planaren Lichtquellenelement 30 angeordnet. Bezugszeichen O bezeichnet die Position, von der aus Licht aus dem optischen Element 35 austritt, wobei diese als Ursprung eines Koordinatensystems definiert ist. Eine x-z-Ebene, die durch eine x-Achse und eine z-Achse definiert ist, ist eine Ebene, in der sich einfallendes Licht fortbewegt, nachdem sie durch das optische Element 35 gebrochen wird. Q₁ und Q₂ zeigen Richtungen, in der austretende Lichtstrahlen sich unter Winkel von +θ bzw. –θ bezüglich des einfallenden Lichtes ausbreiten.
6 ist eine dreidimensionale Darstellung der direktionalen Eigenschaften von Licht bezüglich des in 4 dargestellten Scheitelwinkels (α). In 6 stellt die z-Achse die Lichtstärke dar. Der schraffierte Teil R zeigt die direktionalen Eigenschaften, d. h. die Beziehung zwischen dem Winkel (Direktivitätsrichtung) und der Lichtstärke. Die Lichtstärke erreicht einen Spitzenwert (wird stark) in Richtungen Q₃ und Q₄ unter Winkeln von +γ und –γ. Das bedeutet, es wird ein herzförmiges Direktivitätsmuster erzeugt.
Wenn die Neigungswinkel der zwei einander gegenüberliegenden geneigten Flächen 36m und 36n der Prismen 36 von einer dreieckigen Querschnittkonfiguration gleichschenklig sind, wird ein symmetrisches herzförmiges Direktivitätsmuster erhalten, wie in 6 dargestellt. Wenn die Neigungswinkel der zwei geneigten Flächen 36m und 36n sich voneinander unterscheiden, werden die bilateralen Richtungswinkel der Direktivität des Lichtes voneinander verschieden. In einem derartigen Fall tritt ein asymmetrisches herzförmiges Direktivitätsmuster auf.
7 ist ein Graph, der die Messwerte der direktionalen Eigenschaften der folgenden optischen Elemente darstellt: ein optisches Element, das keine Prismen hat (Kurve a); ein optisches Element, das einen Prismenscheitelwinkel von 100° hat (Kurve b); ein optisches Element, das einen Prismenwinkel von 90° hat (Kurve c); und ein optisches Element, das einen Prismenscheitelwinkel von 65° hat (Kurve d). Die in 7 dargestellten Kurven der direktionalen Eigenschaften kommen den in 4 dargestellten simulierten Kurven sehr nah. Beispielsweise weist das optische Element, dessen Prismenscheitelwinkel 65° beträgt (Kurve d), Spitzenlichtstärken bei ca. ± 40° auf. In dieser Hinsicht weist das optische Element, dessen Prismenscheitelwinkel 60° beträgt (Kurve f), in der in 4 dargestellten Simulation Spitzenlichtstärken bei ca. ± 42° auf. Somit sind die zwei Kurven sehr nah beieinander, obschon es eine 5°-Differenz beim Scheitelwinkel gibt. Aus dem Graph von 7 geht auch klar hervor, dass, je spitzer der Prismenscheitelwinkel, desto größer der Richtungswinkel, bei dem die Lichtstärkenspitze auftritt.
Aus dem zuvor Beschriebenen geht klar hervor, dass der Prismenscheitelwinkel α ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Richtung der Lichtdirektivität ist. Bei der Erfindung ist der Prismenscheitelwinkel α zwischen 60° und 115° festgelegt. Bei einem Winkel von 115° weist Licht eine Direktivität in zwei Richtungen auf. Wenn der Prismenscheitelwinkel α größer als 115° ist, weist jedoch Licht eine einzige Direktivitätsrichtung auf, d. h. eine Direktivität senkrecht zur Austrittsfläche (Anzeigefläche). Demzufolge ist ein helles und scharfes Anzeigebild zu sehen, wenn die Anzeigevorrichtung von einer Position direkt vor dieser betrachtet wird, jedoch erscheint das angezeigte Bild so, dass es ihm an Helligkeit und Schärfe mangelt, wenn die Anzeigevorrichtung von einer Position schräg vor dieser betrachtet wird. Wenn der Prismenscheitelwinkel α kleiner als 60° ist, wird es schwierig, ein Formgießwerkzeug zur Herstellung derartiger Prismen 36 herzustellen.
Das die Prismen 36 aufweisende optische Element 35 wird unter Verwendung von durchsichtigem Polycarbonat, Acrylharz oder Polyethylenterephthalatharz hergestellt. Diese Harze haben hervorragende Wärmebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Stoßbeständigkeit, Lichtbeständigkeit und chemische Beständigkeit. Das optische Element 35 weist eine Dicke von 60 bis 130 µm auf. Die Teilungsabstände der Prismen 36 sind auf ca. 50 µm festgelegt, wenn der Prismenscheitelwinkel 90° beträgt. Das optische Element 35 kann mittels eines Bahnerzeugungsverfahrens oder eines Heißpressverfahrens erzeugt werden. Die Oberfläche des optischen Elementes 35, bei der die Prismen 36 vorgesehen sind, ist zu einer glänzenden Oberfläche fertigbearbeitet.
Das optische Element 35, das die zuvor beschriebene Struktur aufweist, ist zwischen der Anzeigevorrichtung 20 und dem planaren Lichtquellenelement 30 angeordnet. Aus dem planaren Lichtquellenelement 30 austretendes Licht tritt direkt in das optische Element 35 ein. Das optische Element 35 ändert den Lichtweg des Lichtes, so dass das Licht aus dem optischen Element 35 mit einer Direktivität in zwei Richtungen austritt. Dann tritt das Licht in die Anzeigevorrichtung 20 ein und durchläuft diese, während die Direktivität in den zwei Richtungen beibehalten wird. Das heißt, Beleuchtungslicht, das aus der Anzeigevorrichtung 20 austritt, weist eine Direktivität auf, wie in 8 dargestellt ist. In 8 divergieren aus der Anzeigevorrichtung 20 austretende Lichtstrahlen T₁ und T₂ voneinander mit einem großen Divergenzwinkel zwischen sich. Der große Divergenzwinkel wird erzielt, wenn ein optisches Element verwendet wird, das einen kleinen Prismenscheitelwinkel aufweist. Aus der Anzeigevorrichtung 20 austretende Lichtstrahlen V₁ und V₂ divergieren voneinander mit einem kleinen Divergenzwinkel zwischen sich. Der kleine Divergenzwinkel wird erzielt, wenn ein optisches Element verwendet wird, dass einen großen Prismenscheitelwinkel aufweist.
Wenn das optische Element 35 zwischen der Anzeigevorrichtung 20 und dem planaren Lichtquellenelement 30 vorgesehen ist, tritt aus dem planaren Lichtquellenelement 30 austretendes Licht direkt in das optische Element 35 ein, und das Licht tritt aus dem optischen Element 35 mit einer Direktivität in zwei Richtungen aus. Das Licht durchläuft die Anzeigevorrichtung 20 und tritt aus dieser aus, wobei es die Lichtdirektivität dabei beibehält. Da kein Element, das die Lichtdirektivität beeinflusst, zwischen dem optischen Element 35 und der Anzeigevorrichtung 20 vorhanden ist, wird die dem Licht durch das optische Element 35 erteilte Direktivität unverändert beibehalten, wenn das Licht aus der Anzeigevorrichtung 20 herauskommt.
Wenn eine Anzeigevorrichtung, die eine wie zuvor angegeben angeordnete Hintergrundbeleuchtungseinheit aufweist, in einem On-Bord-Automobil-Navigationssystem oder einem On-Bord-Automobil-Fernsehsystem verwendet wird, erreicht aus der Anzeigevorrichtung austretendes Licht direkt die Augen von Personen, die sich auf dem Fahrersitz oder auf dem Beifahrersitz befinden. Demgemäß ist sowohl vom Fahrersitz als auch vom Beifahrersitz aus ein helles und scharfes Anzeigebild zu sehen. Die Richtungen der Direktivität zu den zwei Positionen hin, d. h. zum Fahrer- und zum Beifahrersitz, sind vorzugsweise durch geeignete Auswahl des Prismenscheitelwinkels festgelegt.
Obschon bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform das planare Lichtquellenelement 30 und das optische Element 35 verwendet werden, um die Hintergrundbeleuchtungseinheit 39 zu bilden, können eine Streuschicht und eine Prismenschicht, die bei der zuvor beschriebenen verwandten Technik verwendet werden, zusätzlich verwendet werden, um die Hintergrundbeleuchtungseinheit 39 zu bilden.
Zwar bildet das planare Lichtquellenelement 30 bei der zuvor erwähnten Ausführungsform die Lichtleiterplatte 31, die Lichtquelle 32 etc., es ist jedoch auch mög lich, eine Elektrolumineszenz-(EL)-Vorrichtung zu verwenden, um das planare Lichtquellenelement 30 zu bilden.
Bei der vorhergehenden Ausführungsform sind die Prismen 36 des optischen Elementes 35 solche, die jeweils eine dreieckige Querschnittkonfiguration haben. Jedoch kann das optische Element 35 mit trapezförmigen Prismen versehen sein, die eine trapezförmige Querschnittkonfiguration haben. Wenn trapezförmige Prismen verwendet werden, kann eine Lichtdirektivität in drei Richtungen erzielt werden.
9 bis 13 zeigen eine Ausführungsform, bei der die Erfindung auf eine Anzeigevorrichtung 60 eines On-Bord-Automobil-Navigationssystems angewendet wird. Die Anzeigevorrichtung 60 weist, wie in 10 dargestellt, ein Berührungsbildschirm (Touch-Panel) 50 auf, der an der Oberseite einer Anzeigevorrichtung 20 vorgesehen ist. Eine Eingabe von Information wie beispielsweise eines Ziels wird unter Verwendung des Berührungsbildschirms 50 durchgeführt. Die Anzeigevorrichtung 60 weist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 49 auf, die an deren Unterseite vorgesehen ist. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 49 weist ein planares Lichtquellenelement 40 und ein optisches Element 45 auf.
Die Anzeigevorrichtung 20 der mit dem Berührungsbildschirm ausgerüsteten Anzeigevorrichtung 60 ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche denselben Aufbau wie die bei der vorhergehenden Ausführungsform verwendete Anzeigevorrichtung hat. Das heißt, die Anzeigevorrichtung 20 weist ein Flüssikristallmaterial auf, das mit einer Dichtungsmasse dicht eingeschlossen ist, die sich in einem Spalt zwischen einem oberen Substrat 21A und einem unteren Substrat 21B befindet (eine Darstellung des Spaltes, des Flüssigkristalls und der Dichtmasse ist in der Figur weggelassen). Eine halbdurchlässige Reflexionsschicht, die sowohl Lichtdurchlass- als auch Reflexionsfunktionen aufweist, ist an der Unterseite des unteren Substrates 21B vorgesehen. Das obere Substrat 21A beinhaltet ein durchsichtiges Substrat, das beispielsweise aus Glas besteht. Eine obere durchsichtige Elektrode, die aus einem ITO-(Indiumzinnoxid)-Film besteht, ist auf der Unterseite des oberen durchsichtigen Substrates ausgebildet, und ein oberer Regulier- oder Ausgleichsfilm ist oberhalb der oberen durchsichtigen Elektrode vorgesehen. Der obere Ausgleichsfilm ist dadurch ausgebildet, dass eine Regulierbehandlung auf einem durchsichtigen Polyimidharz-Film oder dergleichen angewendet wird. Außerdem ist ein oberer Polarisator auf der Oberseite des oberen durchsichtigen Substrates vorgesehen. Das untere Substrat 21B beinhaltet ein unteres durchsichtiges Substrat, das beispielsweise aus Glas besteht. Untere durchsichtige Elektroden, die aus einem ITO-Film bestehen, sind auf der Oberseite des unteren durchsichtigen Substrates vorgesehen, und ein unterer Ausgleichsfilm ist oberhalb der unteren durchsichtigen Elektroden vorgesehen. Der untere Ausgleichsfilm ist dadurch ausgebildet, dass eine Ausgleichsbehandlung beispielsweise auf einen durchsichtigen Polyimidharz-Film angewendet wird. Außerdem ist ein unterer Polarisator auf der Unterseite des unteren durchsichtigen Substrates vorgesehen.
Der Berührungsbildschirm 50 weist ein flexibles oberes Substrat 51A und ein unteres Substrat 51B auf, die miteinander mit einer Dichtungsmasse 56 verklebt sind, wobei ein vorbestimmter Spalt zwischen diesen vorgesehen ist. Das obere Substrat 51A weist ein durchsichtiges Substrat 51a auf, das aus einem durchsichtigen und flexiblen Glas von einer Dicke von 0,2 mm besteht. Eine obere durchsichtige Elektrode 52a, die aus einem ITO-Film hergestellt ist, ist auf der Unterseite des oberen durchsichtigen Substrates 51a vorgesehen, und ein oberer Polarisator 54a ist auf der Oberseite des oberen durchsichtigen Substrates 51a vorgesehen. Das untere Substrat 51b weist ein unteres durchsichtiges Substrat 51b auf, das beispielsweise aus durchsichtigem Glas besteht. Untere durchsichtige Elektroden 52b, die aus einem ITO-Film bestehen, sind auf der Oberseite des unteren durchsichtigen Substrates 51b vorgesehen, und Punkt-Abstandhaltereinrichtungen 53 sind in einer Punktmatrix auf den unteren durchsichtigen Elektroden 52b vorgesehen. Außerdem ist eine Phasenkontrastplatte 54b auf der Unterseite des unteren durchsichtigen Substrates 51b vorgesehen.
Die mit einem Berührungsbildschirm ausgerüstete Anzeigevorrichtung 60 ist wie folgt angeordnet. Der Benutzer betrachtet auf der Anzeigevorrichtung 20 angezeigte Bezeichnungsbilder durch den Berührungsbildschirm 50 hindurch und drückt auf das obere Substrat 51A des Berührungsbildschirms 50 an der Position eines gewünschten Piktogramms. Daraufhin wird das obere Substrat 51A durchgebogen, und die obere durchsichtige Elektrode 52a des oberen Substrats 51A und die untere durchsichtige Elektrode 52B des unteren Substrates 51B kommen miteinander in Kontakt, um zu ermöglichen, dass ein elektrischer Strom zwischen diesen fließt, wodurch eine dem Piktogramm entsprechende Operation durchgeführt wird. In 9 erscheint beispielsweise, wenn ein Piktogramm zum Einstellen eines Ziels gedrückt wird, ein Anzeigebildschirm für "Zieleinstellung", wodurch ermöglicht wird, dass der Benutzer Information betreffend ein Ziel eingibt. Ein geringer thermisch verformbares Material wird für Berührungsbildschirme ausgewählt, die für On-Bord-Automobil-Navigationssysteme verwendet werden. Daher verwendet das obere Substrat 51A Mikroglas, das eine Dicke von 0,2 mm aufweist. Da das obere Substrat 51A aus einem Glasmaterial ausgebildet ist, ist das Ausmaß seiner Durchbiegung gering. Daher ist der Spalt zwischen dem oberen Substrat 51A und dem unteren Substrat 51B auf ca. 10 µm festgelegt. Die Größe des Spaltes ist durch die Dichtmasse 56 definiert, die Silica-Partikel (Siliziumdioxid-Partikel) von einer Größe enthält, die gleich groß wie die Größe des Spaltes ist.
Wie in 10 dargestellt, ist ein optisches Element 45, das trapezförmige Prismen 46 mit einer trapezförmigen Querschnittkonfiguration aufweist, zwischen der mit einem Berührungsbildschirm ausgerüsteten Anzeigevorrichtung 60 von der zuvor beschriebenen Struktur und dem planaren Lichtquellenelement 40 angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt ist das optische Element 45 so positioniert, dass seine Oberfläche, bei der die trapezförmigen Prismen 46 vorgesehen sind, dem planaren Lichtquellenelement 40 zugewandt ist. Wie in 11 dargestellt, weisen die trapezförmigen Prismen 46 jeweils eine trapezförmige Querschnittkonfiguration auf, die aus zwei zueinander entgegengesetzt geneigten Flächen 46m und 46n und einer zwischen diesen positionierten ebenen Fläche 46c ausgebildet ist. Bei der Erfindung werden Prismen von einer trapezförmigen Querschnittkonfiguration als trapezförmige Prismen bezeichnet.
Das planare Lichtquellenelement 40 dieser Ausführungsform beinhaltet eine Lichtleiterplatte 41, eine Lichtquelle 42, die an einer Ecke der Lichtleiterplatte 41 vorgesehen ist, einen Reflektor 43, der auf der Unterseite der Lichtleiterplatte 41 vorgesehen ist, eine Streuungsschicht 44, die auf der Oberseite der Lichtleiterplatte 41 vorgesehen ist, und zwei Prismenschichten 48a und 48b, die oberhalb der Streuungsschicht 44 vorgesehen sind. Die Prismenschichten 48a und 48b sind parallel zueinander angeordnet und jede der Prismenschichten weist eine Mehrzahl von Prismen auf. Die Prismenschichten 48a und 48b sind so übereinander angeordnet, dass sich die Kämme ihrer Prismen senkrecht zueinander erstrecken. Die Prismenflächen beider Prismenschichten 48a und 48b sind nach oben gewandt, d. h. zum optischen Element 45 hin. Die Unterseite 41a der Lichtleiterplatte 41 ist mit einem Reflexionselement versehen, das aus kreisförmigen Prismen 41b besteht. Licht von der Lichtquelle 42 wird zum inneren Teil der Lichtleiterplatte 41 gelenkt und durch die Wirkung der kreisförmigen Prismen 41b zur Oberseite der Lichtleiterplatte 41 hin reflektiert. Der Reflektor 43 ist aus einem Film ausgebildet, der mit einer aufgedampften Aluminiumschicht versehen ist. Die Lichtquelle 42 ist aus LEDs ausgebildet und an einer abgeschnittenen Ecke 41c der Lichtleiterplatte 41 angeordnet.
Die LED der Lichtleiterplatte 42 weist Lichtdirektivität auf und ist daher an einer Ecke angeordnet, so dass das von der LED kommende Licht die Lichtleiterplatte vollständig erfasst. Mit dieser Gestaltungsstruktur ist es möglich, die Anzahl der verwendeten LEDs zu minimieren, und somit ist es möglich, in vorteilhafter Weise eine Kostenreduktion zu erzielen. Die Unterseite 41a der Lichtleiterplatte 41 ist mit kreisförmigen Prismen 41b versehen, die konzentrisch um die LED angeordnet sind, welche die Lichtquelle 42 bildet. Mit dieser Anordnung reflektieren die kreis förmigen Prismen 41b Licht in die gleiche Richtung wie diejenige von Licht, das auf die kreisförmigen Prismen 41b auftrifft. Daher kann eine gleichmäßige Reflexionslichtmengenverteilung erzielt werden. Demzufolge wird eine Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungshelligkeit minimiert. Die Lichtleiterplatte 41 ist dadurch ausgebildet, dass ein durchsichtiges Harz von hervorragender Wärmebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Stoßbeständigkeit, Lichtbeständigkeit und chemischer Beständigkeit verwendet wird, z. B. ein durchsichtiges Polycarbonat oder Acrylharz.
Das planare Lichtquellenelement 40, das die zuvor beschriebene Struktur aufweist, führt Licht von der Lichtquelle 42 zum inneren Teil der Lichtleiterplatte 41 durch die Wirkung der kreisförmigen Prismen 41b der Lichtleiterplatte 41 und ermöglicht, dass das Licht durch die Reflexionswirkung der kreisförmigen Prismen 41b und des Reflektors 43 aus der Oberseite der Lichtleiterplatte 41 austritt. Das austretende Licht wird durch die Streuungsschicht 44 vor dem Austreten aus dieser gestreut. Da das Licht durch die Streuungsschicht 44 gestreut wird, ist die Abstrahllichtmengenverteilung einheitlich. Weiter durchläuft das diffuse oder gestreute ausgesendete Licht die Prismenschichten 48a und 48b, so dass es in das optische Element 45 unter rechten Winkeln zu diesem eintritt.
Ein Austreten von Licht, das in die trapezförmigen Prismen 46 des optischen Elementes 45 eintritt, erfolgt, wie in 11 dargestellt. Licht, das auf die geneigte Fläche 46b eines jeden trapezförmigen Prismas 46 auftrifft, wird gebrochen, so dass es in Richtung Q₁ austritt. Licht, das auf die geneigte Fläche 46n auftrifft, wird gebrochen, so dass es in Richtung Q₂ austritt. Licht, das auf die ebene Fläche 46c am distalen Ende auftrifft, durchläuft das optische Element 45 unverändert und tritt aus dessen Oberseite in Richtung Q₅ aus. Demgemäß kann Licht unter Verwendung der trapezförmigen Prismen 46 in drei Richtungen gerichtet werden.
13 zeigt die Direktivität in drei Richtungen. Das heißt, das optische Element 45 richtet das einfallende Licht in drei Richtungen Q₁, Q₂ und Q₅. Die Richtung Q₅ ist senkrecht zur Austrittsfläche des optischen Elementes 45. Die Richtungen Q₁ und Q₂ sind links bzw. rechts zur Richtung Q₅. Es sei angenommen, dass die Schnittstelle zwischen den Verlängerungen der zwei geneigten Flächen 46_m und 46_n der trapezförmigen Prismen 46 durch Bezugszeichen 46b bezeichnet ist, und der Schnittwinkel der Schnittstelle 46b als "Scheitelwinkel α" des trapezförmigen Prismas 46 bezeichnet wird. Die direktionalen Eigenschaften von Licht können durch Verändern des Scheitelwinkels α verändert werden, wie zuvor angegeben wurde. Der Scheitelwinkel α ist zwischen 60° und 115° festgelegt. Bei einem Winkel von 115° weist Licht eine Direktivität in zwei Richtungen aus. Wenn der Prismenscheitelwinkel α größer ist als 115°, weist jedoch das Licht eine einzige Direktivitätsrichtung auf, d. h. eine Direktivität senkrecht zur Austrittsfläche (Anzeigefläche). Wenn der Prismenscheitelwinkel α kleiner als 60° ist, wird es schwierig, ein Formgießwerkzeug zum Herstellen der trapezförmigen Prismen 46 herzustellen. Licht, das die ebene Fläche 46c am distalen Ende des trapezförmigen Prismas 46 durchläuft, tritt unter rechten Winkeln an der Austrittsfläche des optischen Elementes 45 aus. Je größer die Breite der ebenen Fläche 46c, desto größer die Menge an austretendem Licht. Umgekehrt ist, je kleiner die Breite der ebenen Fläche 46c, desto kleiner die Menge an austretendem Licht. Somit sind die Direktivitätsrichtungen von Licht zur Linken und zur Rechten durch den Scheitelwinkel α festgelegt, und die Lichtmenge in Richtung senkrecht zur Austrittsfläche ist durch die Breite der ebenen Fläche 46c festgelegt.
Wenn die Hintergrundbeleuchtungseinheit 49, welche den zuvor beschriebenen Aufbau hat, an der Rückseite der mit einem Berührungsbildschirm ausgerüsteten Anzeigevorrichtung 60 angebracht ist, um eine Anzeigevorrichtung eines Automobil-Navigationssystems zu bilden, wird Licht, das eine Direktivität in drei Richtungen aufweist, vom Anzeigebildschirm des Automobil-Navigationssystems erhalten. Von den drei Direktivitätsrichtungen ist eine erste Richtung zum Beifah rersitz hin gerichtet. Eine zweite Richtung ist zum Fahrersitz hin gerichtet. Eine dritte Richtung ist zu einer Position direkt vor dem Automobil-Navigationssystem gerichtet. Wenn das auf dem Automobil-Navigationssystem angezeigte Bild aus einer beliebigen der drei Richtungen betrachtet wird, tritt Licht, das aus dem Automobil-Navigationssystem austritt, direkt in die Augen des Betrachters ein. Daher ist ein helles und scharfes Anzeigebild zu sehen. Da ein helles und scharfes Bild auch aus einer Position direkt vor dem Automobil-Navigationssystem zu sehen ist, kann eine Eingabe von Informationen in das Automobil-Navigationssystem von dessen Vorderseite her durch Betätigen des Berührungsbildschirms 50 durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug steht. Eine Informationseingabeoperation bei Nacht kann insbesondere unter hellen Bildbetrachtungbedingungen durchgeführt werden. Weiter ist es, da die trapezförmigen Prismen 46 ebene distale Stirnflächen aufweisen, weniger wahrscheinlich, dass die trapezförmigen Prismen 46 das planare Lichtquellenelement 40 beschädigen, das darunter angeordnet ist, sogar wenn die trapezförmigen Prismen 46 mit diesem in Kontakt kommen.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird die Hintergrundbeleuchtungseinheit beispielsweise auf ein Automobil-Navigationssystem angewendet. Es sei jedoch angemerkt, dass die Struktur der Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß der Ausführungsform auch auf On-Bord-Flüssigkristallanzeige-Fernsehsysteme und dergleichen angewendet werden kann. Mit einem On-Bord-Flüssigkristallanzeige-Fernsehsystem, welches die Hintergrundbeleuchtungseinheitstruktur der Ausführungsform beinhaltet, kann ein helles und scharfes Fernsehbild vom Beifahrersitz und vom Fahrersitz und auch von den hinteren Sitzen betrachtet werden.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 49 gemäß der vorhergehenden Ausführungsform verwendet das optische Element 45, welches die trapezförmigen Prismen 46 aufweist. 14 zeigt eine Modifikation der Ausführungsform, die vorteilhafte Effekte ähnlich denen bieten kann, die von der vorhergehenden Ausführungsform erhalten wurden. Ein optisches Element 95 dieser Modifikation weist dreieckige Prismen 56 auf derjenigen Fläche auf, die dem planaren Lichtquellenelement zugewandt ist. Die dreieckigen Prismen 96 weisen eine dreieckige Querschnittkonfiguration auf und sind derart angeordnet, dass ihre Kämme 96a parallel zueinander sind, wobei ein ebenes Gebiet 97 zwischen jedem Paar von benachbarten dreieckigen Prismen 96 angeordnet ist.
15 ist ein fragmentarischer Querschnitt, der schematisch einen wesentlichen Teil des in 14 dargestellten optischen Elementes 95 zeigt. Licht vom planaren Lichtquellenelement trifft auf das optische Element 95 im Wesentlichen unter rechten Winkeln zu diesem auf, und zwar durch die Wirkung der zwei überlagerten Prismenschichten des planaren Lichtquellenelementes. Die dreieckigen Prismen 96 weisen jeweils, wie in 15 dargestellt, zwei geneigte Flächen 96m und 96n auf. Licht, das auf die geneigte Fläche 96m auftrifft, wird gebrochen, so dass es in Richtung Q₁ austritt. Licht, das auf die geneigte Fläche 96n auftrifft, wird so gebrochen, dass es in Richtung Q₂ austritt. Licht, das auf das ebene Gebiet 97 auftrifft, wird im Wesentlichen nicht gebrochen und tritt in Richtung Q₅ aus. Somit treten Lichtstrahlen, die in den drei Richtungen Q₁, Q₂ und Q₅ gerichtet sind, aus dem optischen Element 95 aus. Dies ist derselbe Effekt, wie derjenige, der bei dem zuvor beschriebenen optischen Element 45 erzielt wurde, welches die trapezförmigen Prismen 46 aufweist.
Das optische Element 95 ermöglicht, dass die Richtungen Q₁ und Q₂ durch Verändern des Winkels α des Scheitels 96b eines jeden dreieckigen Prismas 96 verändert werden. Die Menge an Licht, die in der Richtung Q₅ gerichtet wird, kann durch Verändern der Breite 1 des ebenen Gebietes 97 verändert werden. Diese Betriebsvorteile sind dieselben wie im Fall der trapezförmigen Prismen 46. Der Scheitelwinkel α ist zwischen 60° und 115° festgelegt, in gleicher Weise wie im Fall der trapezförmigen Prismen 46.
Als Nächstes wird eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und eine die Hintergrundbeleuchtungseinheit aufweisende Anzeigevorrichtung mit Bezug auf 16 beschrieben. Diese Anzeigevorrichtung ist ebenfalls eine mit einem Berührungsbildschirm ausgerüstete Anzeigevorrichtung zur Verwendung in einem Automobil-Navigationssystem. Gleiche Bestandteile wie bei der mit dem Berührungsbildschirm ausgerüsteten Anzeigevorrichtung gemäß der vorhergehenden Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der vorhergehenden Ausführungsform bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung von diesen entfällt hier.
Ein planares Lichtquellenelement 70 dieser Ausführungsform beinhaltet eine aus LEDs gebildete Lichtquelle 72, einen Reflektor 73, der an der Unterseite der Lichtquelle 72 vorgesehen ist, eine Streuungsschicht 44, die direkt oberhalb der Lichtquelle 72 vorgesehen ist, und zwei Prismenschichten 48a und 48b, die oberhalb der Streuungsschicht 44 vorgesehen sind. Es sei angemerkt, dass die Streuungsschicht 44 und die zwei Prismenschichten 48a und 48b solche sind, welche die gleichen Spezifikationen wie die Streuungsschicht 44 und die Prismenschichten 48a und 48b haben, die bei der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden. Die zwei Prismenschichten 48a und 48b sind derart angeordnet, dass die Kämme ihrer Prismen senkrecht das Licht schneiden, das aus dem planaren Lichtquellenelement austritt und eine Direktivität in senkrechter Richtung aufweist, und dass die Prismenflächen beider Prismenschichten 48a und 48b nach oben gewandt sind, d. h. zum optischen Element 45 hin.
Die Lichtquelle 72 ist aus einer Mehrzahl von LEDs ausgebildet, die mit solchen Abständen angeordnet sind, dass die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtungshelligkeit minimiert wird. Die LEDs strahlen Licht direkt zur oberhalb von diesen vorgesehenen Streuungsschicht 44 ab.
Als Reflektor 73 wird bei dieser Ausführungsform eine Aluminiumschicht von 0,1 bis 0,15 mm Dicke verwendet, die mit einer spiegelnden Oberfläche versehen ist.
Es sei angemerkt, dass der Reflektor 43 beispielsweise durch eine Reflexionsschicht oder einen weißen Kunststoffträgerrahmen ersetzt werden kann. Ein geeigneter Reflektor sollte vorzugsweise aus diesen reflektierenden Elementen gemäß den Strukturen der Hintergrundbeleuchtungseinheit und der Anzeigevorrichtung etc. ausgewählt werden.
Das planare Lichtquellenelement 70, das wie zuvor beschrieben angeordnet ist, sorgt für eine sehr große Beleuchtungshelligkeit. Bedingt durch die Struktur, bei der Licht von den LEDs direkt zur Beleuchtung verwendet wird, ist die Beleuchtungseffizienz des Lichtes sehr hoch, und eine effektive Beleuchtung kann bewerkstelligt werden. Zwar werden bei dieser Ausführungsform LEDs verwendet, um die Lichtquelle 72 zu bilden, jedoch können die gleichen vorteilhaften Effekte auch durch Verwenden einer notwendigen Anzahl von Kaltkathoden-Leuchtstofflampen erzielt werden.
Es sei angemerkt, dass die Funktionsweise des optischen Elementes 45, das mit den trapezförmigen Prismen 46 versehen ist, dieselbe, wie die bei der vorhergehenden Ausführungsform erläuterte Funktionsweise ist. Das heißt, eine Direktivität von Licht in drei Richtungen kann erzielt werden. Daher ist die Struktur der Hintergrundbeleuchtungseinheit dieser Ausführungsform ebenfalls vorteilhaft auf Automobil-Navigationssysteme anwendbar. Bei einer derartigen Anwendung kann ein sehr helles und scharfes Anzeigebild erzielt werden, und zwar dank der zuvor beschriebenen vorteilhaften Effekte der Hintergrundbeleuchtungseinheitstruktur.
Als Nächstes wird eine Hintergrundbeleuchtungseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 17 beschrieben.
Wie in 17 dargestellt, weist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 89 gemäß dieser Ausführungsform ein optisches Element 35 und ein planares Lichtquellenelement 80 auf und ist direkt unterhalb einer Anzeigevorrichtung 20 vorgesehen. Die Anzeigevorrichtung 20 und das optische Element 35 dieser Ausführungsform sind solche, welche die gleichen Spezifikationen wie diejenigen der Anzeigevorrichtung und des optischen Elementes der vorhergehenden Ausführungsform aufweisen. Daher sind die Anzeigevorrichtung 20 und das optische Element 35 mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der vorhergehenden Ausführungsform bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung von diesen entfällt hier.
Das optische Element 35 dieser Ausführungsform ist so angeordnet, dass diejenige Fläche von diesem, bei der die Prismen 36 vorgesehen sind, dem Planaren Lichtquellenelement 80 zugewandt ist. Das Planare Lichtquellenelement 80 ist aus einer verteilten Elektrolumineszenzvorrichtung ausgebildet (nachfolgend einfach als "EL" bezeichnet).
Die EL, welche das Planare Lichtquellenelement 80 bildet, weist ein durchsichtiges Substrat 81 auf. Eine durchsichtige Elektrode 82, eine Leuchtschicht 83, eine dielektrische Schicht 84 und eine Rückenelektrode 85 sind auf der Unterseite des durchsichtigen Substrates 81 übereinander angeordnet und mit einem feuchtigkeitsbeständigen Isolierfilm 86 abgedeckt. Wenn eine erforderliche Spannung zwischen der durchsichtigen Elektrode 82 und der Rückenelektrode 85 angelegt wird, strahlt die Leuchtschicht 83 Licht ab. Das abgestrahlte Licht tritt zu den dreieckigen Prismen des optischen Elementes 35 hin aus, wie durch die Pfeile in der Figur dargestellt.
Das durchsichtige Substrat 81 ist beispielsweise unter Verwendung eines durchsichtigen Glases oder eines PET-(Polyethylenterephthalat)-Films ausgebildet. Die durchsichtige Elektrode 82 ist aus einem ITO-(Indiumzinnoxid)-Film hergestellt, der beispielsweise durch Aufdampfen von ITO-Pulver ausgebildet ist, das durch Dotieren von Indiumoxid (In₂O₃) mit Zinnoxid (SnO₂) hergestellt wurde. Die Leuchtschicht 83 wird wie folgt ausgebildet. Ein leuchtendes Pulver wird dadurch hergestellt, dass Zinksulfid (ZnS), das als leuchtendes Grundmaterial verwendet wird, mit Spuren eines Additivs (einem Metall oder einem Halogen) dotiert wird. Das auf diese Weise erhaltene Leuchtpulver wird in einem Harzbindemittel hoher Dielektrizität dispergiert, z. B. einer Cyanethyl-Verbindung, um eine Dispersion zu erzeugen, die dann durch Siebdrucken oder ein anderes Druckverfahren aufgedruckt wird, um die Leuchtschicht 83 zu bilden. Die dielektrische Schicht 84 wird durch Siebdruck oder ein anderes Druckverfahren unter Verwendung einer Dispersion, die dadurch hergestellt wird, dass eine Substanz großer Dielektrizität, z. B. Bariumtitanat, in einem große Dielektrizität aufweisenden Harzbindemittel dispergiert wird. Die Rückenelektrode 85 wird durch Siebdrucken oder ein anderes Druckverfahren unter Verwendung einer elektrisch leitenden Paste, z. B. einer Silber- oder Graphitpaste hergestellt. Der Isolierfilm 86 wird unter Verwendung eines Harzes, das hervorragende isolierende und feuchtigkeitsbeständige Eigenschaften besitzt, oder beispielsweise eines PET-Films ausgebildet.
Da das EL eine Dicke von ca. 0,2 mm aufweist, kann die Dicke des planaren Lichtquellenelementes 80 in vorteilhafter Weise verringert werden. Außerdem tritt, da eine einheitliche Abstrahlleuchtdichtenverteilung erzielt werden kann, keine Helligkeitsungleichmäßigkeit auf.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit, welche den zuvor beschriebenen Aufbau hat, sorgt für eine gleichmäßige Beleuchtungshelligkeit und ermöglicht eine Dickenreduktion. Außerdem kann durch die Wirkung der zwei Prismen 36 des optischen Elementes 35 eine Direktivität von Licht in zwei Richtungen erzielt werden, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform dargelegt.
Es sei angemerkt, dass die Erfindung nicht notwendigerweise auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern in einer Vielzahl von Weisen modifiziert werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Hintergrundbeleuchtungseinheit, aufweisend: ein planares Lichtquellenelement, das eine Lichtabstrahlfläche aufweist, wobei das planare Lichtquellenelement dazu eingerichtet ist, Licht abzustrahlen, das eine Direktivität in Richtung senkrecht zur Lichtabstrahlfläche aufweist; und ein optisches Element, das eine Lichtaufnahmefläche, die der Lichtabstrahlfläche gegenüberliegt, und eine Lichtabstrahlfläche aufweist, die der Lichtaufnahmefläche gegenüberliegt, wobei das optische Element dazu eingerichtet ist, das Licht, das eine Direktivität in der senkrechten Richtung aufweist, als Licht abzustrahlen, das eine Direktivität in mindestens zwei Richtungen auf entgegengesetzten Seiten dieser senkrechten Richtung aufweist.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 1, bei der die Lichtaufnahmefläche und die Lichtabstrahlfläche des optischen Elementes parallel zur Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes sind, wobei die Lichtaufnahmefläche eine Mehrzahl von Prismen aufweist, die sich parallel zueinander und senkrecht zu der senkrechten Richtung erstrecken, so dass Licht, das eine Direktivität in der senkrechten Richtung hat und das auf die Lichtaufnahmefläche auftrifft, durch die Prismen in Licht umgewandelt wird, das eine Direktivität in den mindestens zwei Richtungen hat.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 2, bei der die Prismen eine dreieckige Querschnittkonfiguration aufweisen, die zur Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes hin ragt, und sich in einer Richtung senkrecht zu der senkrechten Richtung erstrecken.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 3, bei der die Prismen mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei sich eine ebene Fläche zwischen jedem Paar von benachbarten Prismen befindet und sich die ebene Fläche parallel zu den Prismen erstreckt.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 3, bei der ein Scheitelwinkel der dreieckigen Querschnittkonfiguration, welcher der Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes zugewandt ist, zwischen 60° und 115° beträgt.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 5, bei der die dreieckige Querschnittkonfiguration der Prismen ein gleichschenkliges Dreieck ist.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 2, bei der die Prismen eine trapezförmige Querschnittkonfiguration aufweisen, die zur Lichtabstrahlfläche des planaren Lichtquellenelementes hin ragt, und sich in einer Richtung senkrecht zu der senkrechten Richtung erstrecken, wobei jedes der Prismen eine ebene Fläche in seiner Mitte und geneigte Flächen an entgegengesetzten Seiten der ebenen Fläche aufweist.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 7, bei der ein Winkel, der durch die geneigten Flächen eines jeden der Prismen gebildet wird, zwischen 60° und 115° beträgt.
Hintergrundbeleuchtungseinheit nach Anspruch 8, bei der die geneigten Flächen die ebene Fläche unter einem gleichen Winkel schneiden.
Anzeigevorrichtung, aufweisend: die Hintergrundbeleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und ein Anzeigepaneel, das eine Lichtaufnahmefläche, die der Lichtabstrahlfläche des optischen Elementes der Hintergrundbeleuchtungseinheit gegenüberliegt, und eine Lichtabstrahlfläche aufweist, die der Lichtaufnahmefläche von diesem gegenüberliegt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Anzeigepaneel ein Flüssigkristallanzeigepaneel ist.