DE19521254A1

DE19521254A1 - Anzeigesystem mit Helligkeitsverstärkungsfilm

Info

Publication number: DE19521254A1
Application number: DE19521254A
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Epstein; Robert P Wenz
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1995-06-10
Publication date: 1996-01-04
Also published as: JP3530631B2; US5894539A; JPH0850291A; US5608550A

Description

Die Erfindung betrifft generell das Gebiet der Hellig keitsverstärkung von Anzeigeeinrichtungen und insbeson dere die Helligkeitsverstärkung von vorne beleuchteten Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen.

Anzeigeeinrichtungen, wie etwa Reklametafeln, Laden schilder und Pixel-Anzeigen, z. B. Flüssigkristallanzei gen, werden zur besseren Sichtbarkeit typischerweise entweder von der Rückseite der Anzeigeeinrichtung her beleuchtet, d. h. "hinterleuchtet", oder von ihrer Front seite her, d. h. von vorne, beleuchtet, was entweder mit tels Umgebungsbeleuchtung oder mittels Seitenbeleuchtung erfolgt. Im Falle der Frontbeleuchtung, die auch als Seitenbeleuchtung bekannt ist, ist an einer oder beiden Seiten der Anzeigeeinrichtung eine Lichtquelle vorgese hen, und zwar in Seitenansicht betrachtet versetzt zu der Ebene der Anzeigeeinrichtung, damit das Licht auf die Anzeigeeinrichtung gerichtet werden kann. Da jedoch der Abstand, um den die Lichtquelle vor der Ebene der Anzeigeeinrichtung positioniert ist, im Vergleich mit der Länge der Anzeigeeinrichtung normalerweise gering ist, treffen die Lichtstrahlen der Lichtquelle unter einem Einfallswinkel von annähernd 90° (d. h. tangential zur Oberfläche) auf die Anzeigeeinrichtung auf. Folglich geht der Großteil des Lichtes aufgrund von Reflektion bei streifendem Einfall, d. h. bei Lichteinfall unter extrem spitzem Winkel, an der Oberfläche der Anzeigeein richtung verloren und wird vom Betrachter nicht ausrei chend genug wahrgenommen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anzeigesystem, ins besondere ein Anzeigesystem mit einer frontal beleuchte ten Anzeigeeinrichtung - wie etwa einer Reklametafel, einem Ladenschild oder einer Pixel-Anzeige und insbeson dere einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung - zu schaf fen, bei der der Lichtverlust, der durch Reflektion bei streifendem Einfall an der Oberfläche der Anzeigeein richtung auftritt, minimiert ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Beleuchtungsvergleichmäßigungsfilm für eine Anzeigeeinrichtung zu schaffen.

Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung ein Front beleuchtungs-Anzeigesystem mit den Merkmalen von An spruch 1 vorgeschlagen; vorteilhafte Ausführungsbeispie le der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die mit der Erfindung vorgeschlagene Lösung der Aufgabe besteht im wesentlichen in einem Film, der auf einer An zeigeeinrichtung - etwa einer Reklametafel, einem Laden schild oder einer Pixel-Anzeige und insbesondere einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung - angeordnet wird und der das auf die Anzeigeeinrichtung gerichtete Licht maximiert, so daß die von der Anzeigeeinrichtung kom mende und vom Betrachter wahrgenommene Lichtmenge ver größert wird. Das ferner mit der Erfindung vorgeschlage ne Anzeigesystem besteht im wesentlichen aus der An zeigeeinrichtung insbesondere in Form einer Flachanzei ge, z. B. einer Flüssigkristallanzeige, dem auf der An zeigeeinrichtung angeordneten transparenten Film, einem an der gegenüberliegenden Seite der Anzeigeeinrichtung angeordneten Reflektor und einer Lichtquelle. Der Film weist an der der Anzeigeeinrichtung gegenüberliegenden Seite zahlreiche kleine Rippen auf. Lichtstrahlen werden unter einem streifendem Einfallswinkel auf den Film hin ausgegeben und mittels der Rippen zu der Anzeigeeinrich tung gelenkt. Die Lichtstrahlen durchlaufen die Anzeige einrichtung einmal, werden von dem Reflektor reflek tiert, so daß sie die Anzeigeeinrichtung ein zweites Mai durchlaufen, treten aus dem Film heraus und bewegen sich unter einem Winkel im Bereich von 0° bis ±30° relativ zur Normalen der Anzeigeeinrichtung auf den Betrachter zu. Im Falle eines Plakates oder dgl. werden die Licht strahlen von dem Film auf das Plakat hin abgelenkt, von diesem reflektiert und zurück durch den Film in Richtung des Betrachters geschickt.

Der gegenseitige Abstand der Rippen ist vorzugsweise derart bemessen, daß mehr als eine Rippe pro Pixel vor handen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Rippen (siehe Fig. 2) Winkel α und β von 70° bis 90° bzw. 40° bis 50° auf und sind durch eine parallel zu der Anzeigeeinrichtung verlaufende Fläche voneinander ge trennt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Rippen (siehe Fig. 6) durch eine Fläche voneinander ge trennt, die relativ zu der Anzeigeeinrichtung um einen Winkel δ im Bereich von 1° bis 3° geneigt ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 5) beträgt der Winkel α 5° bis 20° und der Winkel β 60° bis 90°, und die Rippen grenzen unmittelbar aneinander an. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 7) ist neben jeder Rippe an deren der Lichtquelle abgewandten Seite eine Nut ausgebildet.

Die Lichtquelle kann eine Punkt-Lichtquelle, z. B. eine LED-Diode, und einen Lichtleiter oder eine Lichtröhre aufweisen, um die Punkt-Quelle zu einer Linien-Quelle umzurüsten. Der Lichtleiter kann rechteckigen Quer schnitt aufweisen und an der der Anzeigeeinrichtung gegenüberliegenden Seite des Leiters mit Nuten versehen sein. Alternativ kann der Leiter an der der Anzeigeein richtung abgewandten Seite Stufen aufweisen, die im Verlauf des Leiters mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle die Dicke des Leiters allmählich verringern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Frontbe leuchtungssystems gemäß einem Ausführungsbei spiel,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Brechungs films für streifende Einfallswinkel gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines Frontbeleuch tungssystems gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel,

Fig. 4A und 4B schematische perspektivische Ansichten alterna tiver Ausführungsbeispiele eines Lichtleiters,

Fig. 5 bis 7 schematische Seitenansichten alternativer Aus führungsbeispiele eines Brechungsfilms für streifende Einfallswinkel,

Fig. 8 bis 10 Computerdiagramme der prozentualen Quell-Emis sion als Funktion der Position über eine Anzei geeinrichtung hinweg, und zwar für verschiedene Ausführungsbeispiele des Systems gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 11A und 11B Computerdiagramme der Lichtemission aus Licht leitern mit rechteckigem bzw. kreisförmigem Querschnitt,

Fig. 12 ein Diagramm der Lichtintensität als Funktion der Position entlang der Länge eines Lichtlei ters gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein Frontbeleuchtungssystem 10, das im wesentlichen aus einer Anzeigetafel 12 und einer Licht quelle 20 besteht. Die Anzeigetafel 12 weist eine (die anzuzeigende Information tragende und z. B. als LED-An zeige ausgebildete) Anzeigeeinrichtung 14, einen an der zum Betrachter 25 weisenden Seite der Anzeigeeinrichtung 14 angeordneten Brechungsfilm 16 für streifende Ein fallswinkel, und einen Reflektor 18 - z. B. einen diffus reflektierenden Reflektor - auf, der an der entgegen gesetzten, d. h. dem Betrachter abgewandten Seite der An zeigeeinrichtung 14 angeordnet ist. Bei der Anzeigeein richtung 14 kann es sich um eine beliebige Anzeigeein richtung handeln, z. B. eine Pixel-Anzeigeeinrichtung wie etwa eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung. Die Licht quelle 20 weist eine Leuchtröhre 22 und wahlweise einen Reflektor 24 auf. Gemäß Fig. 1 erzeugt die Lichtquelle 20 Lichtstrahlen 26, die die Vorderseite der Anzeigeta fel 12 beleuchten.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte schematische Seitenansicht des Films 16. Der Film 16 weist Rippen bzw. längliche Erhebungen oder Grate 30 mit ersten und zweiten Flächen 32 und 34 auf. Die Rippen 30 sind durch eine Fläche 36 voneinander getrennt, die - wenn auch nicht notwendiger weise - parallel zum Boden des Films 16 verläuft. Die Form der Rippen 30 ist durch Winkel α und β bestimmt. Lichtstrahlen 26 treffen unter einem streifenden Ein fallswinkel γ von z. B. 2° auf die Anzeigetafel 12 (und somit den Film 16) auf. Die Lichtstrahlen 26 treffen auf die Fläche 32 der betreffenden Rippe 30 unter einem Winkel auf, der exakt oder nahezu demjenigen der Norma len der Fläche 32 entspricht. Die Lichtstrahlen 26 ver laufen weiter durch die Rippe 30, werden an der Fläche 34 durch innere Totalreflektion reflektiert und verlau fen in einer sich im wesentlichen senkrecht zur Anzeige tafel 12 erstreckenden Richtung weiter durch den Film 16. Anschließend treten die Lichtstrahlen 26 durch die Anzeigeeinrichtung 14 hindurch zu dem (rückseitigen) Reflektor 18, an dem die Strahlen diffus reflektiert werden, um durch die Anzeigeeinrichtung 14 zurückgelei tet zu werden. Die Lichtstrahlen 26 treten über die Fläche 36 aus der Anzeigetafel 12 aus und bewegen sich unter einem Winkel, der im Bereich von 0 bis ±30° zur Senkrechten der Anzeigetafel 12 liegt, weiter in Rich tung auf den Betrachter 25.

Die Höhe und der gegenseitige Abstand der Rippen 30 sind eine Funktion des Winkels γ, unter dem die Lichtstrahlen 26 von der Lichtquelle 20 auf die Anzeigetafel 12 auf treffen. Die Rippen 30 sollten nicht derart hoch oder derart eng nebeneinanderliegend ausgebildet sein, daß die Fläche 32 einer Rippe die Lichtstrahlen 26 daran hindern könnte, die Fläche 32 einer benachbarten Rippe zu erreichen. Bei einer LCD-Anzeige beträgt die Höhe der Rippen 30 vorzugsweise weniger als 100 µm und liegt be sonders bevorzugt im Bereich von ungefähr 5 µm bis 20 µm, wobei sie z. B. 9 µm beträgt. Der Winkel α beträgt vorzugsweise 90°-γ und liegt z. B. im Bereich von unge fähr 70° bis 90° und bevorzugt im Bereich von ungefähr 85° bis 90°, wobei er z. B. 88° beträgt. Bei den obigen Werten für den Winkel α liegt der Winkel β vorzugsweise im Bereich von ungefähr 30° bis zum Grenzwert für innere Totalreflektion, der z. B. 54° bei γ = 3° und einem Film 16 mit einem optischen Index von 1,6 beträgt, und liegt besonders bevorzugt im Bereich von ungefähr 40° bis 50°, wobei er z. B. 45° beträgt. Der Winkel γ liegt vorzugs weise im Bereich von ungefähr 0° bis 5° und beträgt z. B. 2°. Der gegenseitige Abstand zwischen den Spitzen be nachbarter Rippen beträgt vorzugsweise das 5- bis 100fa che der Höhe der Rippen und liegt vorzugsweise im Be reich des ungefähr 10- bis 20fachen und beträgt beson ders bevorzugt ungefähr das 15fache der Rippenhöhe. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine (nicht gezeigte) zweite Lichtquelle ähnlicher Bauart wie die Lichtquelle 20 an dem gegenüberliegenden Ende der Anzeigetafel 12 angeordnet sein, so daß Lichtstrahlen von den Lichtquellen aus beiden Richtungen auf die Rip pen 30 auftreffen. In diesem Fall sollte die Gestalt der Rippen 30 symmetrisch sein, so daß α = β, z. B. = 54°.

Falls die Anzeigeeinrichtung 14 eine Pixel-Anzeigeein richtung - z. B. eine LCD-Anzeige - ist, wird durch eine Dichte von einer oder mehr Rippen pro Pixel gewährlei stet, daß die Anzeige in ihrer Gesamtheit sichtbar ist. Der Reflektor 18 kann eine weiße, diffus reflektierende Fläche, eine gebürstete Metallfläche oder eine Parti kei/Harz-Zusammensetzung aufweisen.

Bei dem Film 16 handelt es sich vorzugsweise um eine Po lymer-Folie, z. B. aus einem Polycarbonat. Der Film 16 ist vorzugsweise durch Laminierung oder Ultraviolett (UV)-Härtung an der Anzeigeeinrichtung 14 befestigt. Die Rippen 30 sollten nur einen kleinen Anteil des Oberflä chenbereiches der Anzeigeeinrichtung 14 bedecken, d. h. vorzugsweise weniger als 20% und besonders bevorzugt weniger als 10%. Der Hauptanteil der Oberfläche der An zeigeeinrichtung 14 sollte flach (d. h. wie die Fläche 36) ausgebildet sein, damit der Großteil des aus der An zeigeeinrichtung 14 austretenden Lichtes von der licht brechenden Oberflächenstruktur ungestört bleiben kann.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Leuchtröhre 22 aus einer Reihe von Punkt-Lichtquellen mit entsprechen den Mikro-Kollimationslinsen, einer zylindrischen Linse oder einer linearen Lentikularlinse bestehen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Leuchtröhre 22 aus einer Punkt-Lichtquelle 40 und einem Lichtleiter 42 (einer sogenannten "Licht-Flöte") bestehen, wie Fig. 3 zeigt. Die Punkt-Lichtquelle 40 kann eine LED-Diode sein. LED-Dioden weisen typischerweise einen engen Lichtemissionskegel auf und arbeiten mit effektivem Wirkungsgrad effektiv im Bereich von ungefähr 5 bis 10 Lumen/Watt.

Der Lichtleiter 42 weist vorzugsweise rechteckigen - z. B. quadratischen - Querschnitt auf, wodurch die Moden der von der Punkt-Lichtquelle 40 emittierten Wellen er halten bleiben, d. h. der aus dem Lichtleiter 42 austre tende Emissionskegel ist ungefähr der gleiche wie derje nige der Lichtquelle. Dies wäre nicht der Fall, wenn der Lichtleiter 42 nichtparallele oder gekrümmte Oberflächen aufwiese.

Fig. 4A und 4B zeigen den Lichtleiter 42. In Fig. 4A weist der Lichtleiter 42 mehrere Nuten 44 auf, die in derjenigen Oberfläche des Lichtleiters 42 ausgebildet sind, die der Richtung, in der die aus der Punkt-Licht quelle 40 austretenden Lichtstrahlen mittels des Licht leiters 42 ausgerichtet werden, abgewandt ist, d. h. die Nuten befinden sich auf der der Anzeigetafel 12 abge wandten Seite des Lichtleiters 42. Die Nuten 44 bilden vorzugsweise einen Winkel χ von ungefähr 45°. Die Dich te, d. h. die Aufeinanderfolge, der Nuten 44 ist vorzugs weise in einer derartigen Weise ungleichförmig vorgese hen, daß die Gleichförmigkeit der Beleuchtung von einem Ende des Lichtleiters 42 zu dem anderen Ende gewährlei stet ist. Durch eine ansteigende Dichte der Nuten 44 wird die Verringerung der Lichtstromdichte kompensiert, die das Licht erfährt, während es mittels des Lichtlei ters 42 zunehmend weiter weg von der Punkt-Lichtquelle 40 geleitet wird. Die Dichte der Nuten 44 kann von 5 bis 100 Nuten pro cm betragen.

Fig. 4B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Lichtleiters 42. In Fig. 4B ist der Lichtleiter 42 keil förmig ausgebildet und weist mehrere stufenförmig an geordnete schrägliegende Facetten 54 ("Treppen-Stoßflä chen") auf, die Licht aus dem Lichtleiter extrahieren, d. h. das Licht aus den gegenüberliegenden Seiten des Lichtleiters hinausieiten, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 4A erläutert wurde. Wie in Fig. 4A beträgt der bevorzugte Winkel χ der stufenförmigen Facetten 54 unge fähr 45°. Die benachbarte Facetten 54 verbindenden Flä chen 56 verlaufen vorzugsweise parallel zu der gegen überliegenden Oberfläche des Lichtleiters 42, d. h. par allel zur Länge der stufenförmigen Facetten 54, und sind vorzugsweise über die Länge des Lichtleiters 42 gleich förmig, um über die Länge des Lichtleiters eine gleich förmige Beleuchtung zu erzielen.

Fig. 5 bis 7 zeigen alternative Ausführungsformen des Films 16. Fig. 5 zeigt einen Film 116 mit Rippen 130, die jeweils eine allmählich ansteigende Fläche 132 und eine steile Fläche 134 aufweisen. In dieser Ausführungs form existiert keine parallel zum Boden des Films 116 verlaufende Fläche. Jedoch verläuft der Anstieg der Flächen 132 so sanft, daß das Brechungs-Nebenbild von der Fläche 134 vernachlässigbar ist.

Der Winkel α liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5° bis 20°, wobei 5° der untere Grenzwert für zufrie denstellende Transmission von Strahlen mit streifendem Einfallswinkel ist und 20° der obere Grenzwert für Hoch kontrast-Betrachtung ist. Der Winkel β liegt vorzugs weise im Bereich von 60° bis 90°. Der Abstand zwischen den Spitzen benachbarter Rippen 130 ist vorzugsweise ungefähr 3 bis 10 Mal größer als die Höhen der Rippen. Die Ausgestaltung des Films 116 ermöglicht eine problem lose Herstellung von Rippen 130, die weniger bruchanfäl lig sind als die Rippen 30 des Films 16.

Die Wirkung der Fläche 34 des Films 16 (Fig. 2) kann verbessert werden, indem entweder die Abmessungen der Fläche 32 verkleinert oder die Abmessungen der Fläche 34 vergrößert werden, wie in Fig. 6 bzw. 7 gezeigt ist. Gemäß Fig. 6 gleicht der Film 216 dem Film 16 mit Aus nahme der Tatsache, daß im Gegensatz zu der Fläche 36 des Films 16 die Fläche 236 des Films 216 nicht parallel zu der Rückseite des Films verläuft. Der Film 216 weist mehrere Rippen 230 mit Flächen 232 und 234 auf. Die Fläche 236 ist unter einem Winkel δ geneigt, der mit dem Winkel γ, der von den Lichtstrahlen aus der Lichtquelle gebildet wird, korreliert. Bei 1° < γ < 3° gilt annähe rend 1° < δ < 3°. Da die Fläche 236 unter einem Winkel δ geneigt ist, sind die Abmessungen der Fläche 232 redu ziert. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel steht der Winkel δ in negativer Korrelation mit dem Winkel γ, so daß bei 1° < γ < 3° annähernd gilt: -1° < δ < -3°.

Gemäß Fig. 7 weist der Film 316 Rippen 330 mit Flächen 332 und 334 und mit Nuten 336 auf, die angrenzend an die Flächen 334 ausgebildet sind. Falls Lichtstrahlen mit einem Winkel γ von weniger als 6° verwendet werden, sollte die Tiefe d der Nuten 336 mindestens ungefähr 1/5 des Betrages der Höhe h der Rippen 330 betragen. Die Nuten 336 erlauben eine Vergrößerung der Abmessungen der Flächen 334.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Beispie le veranschaulicht, die jedoch keinen einschränkenden Charakter haben. Sämtliche Bemessungsangaben geben nur ungefähre Beträge an.

Beispiel 1

Ein System 10 gemäß Fig. 1, das einen Film 16 gemäß Fig. 2 aufwies, wurde mit Hilfe eines Computer-Strahlverfol gungsprogramms ausgebildet. Die Lichtquelle 20 (ohne den wahlweise hinzufügbaren Reflektor 24) bestand aus einer 5 mm hohen Leuchte 22, die unter einem Winkel von 2° abwärts auf die Anzeigetafel 12 gerichtet wurde. Die Anzeigetafel 12 wies eine Breite von 100 mm und Pixel auf, deren gegenseitiger Abstand von Mitte zu Mitte 300 µm betrug. Die Rippen 30 wiesen eine Höhe von 9 µm auf und waren mit einem Abstand von 100 µm von Spitze zu Spitze angeordnet. Der Winkel α betrug 88°, und der Winkel β betrug 44°. Die Beleuchtung der Anzeigetafel 12 wurde zweidimensional (Querschnitt) durch von einer linienförmigen Quelle 20 abgegebene optische Strahlen simuliert, die mittels einer Reihe von zwanzig Licht strahlen (oder Lichtfächern), welche entlang der der Anzeigetafel 12 zugewandten Seite der Lichtquelle ver liefen, beschrieben wurde. Jeder Fächer, der unter einem Winkel von 2° zur Horizontalen geneigt war (γ=2°) ent hielt 400 Strahlen, die gleichmäßig über die 8° betra gende Spanne des Fächers verteilt waren. Direkt unter halb der Anzeigetafel 12 war eine Meßfläche angeordnet, die die Strahlen sammelte und die Beleuchtungsstärke räumlich in Abschnitte als Prozentanteil der Gesamt- Lichtquellenemission unterteilte.

Der Prozentanteil der Quellen-Emission wurde als Funk tion der Position über der Breite der Anzeigetafel 12 sowohl mit dem Film 16 als auch ohne diesen berechnet. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt, wobei die Linie 70 die Beleuchtungsstärke mit dem plazierten Film 16 und die Linie 72 die Beleuchtungsstärke ohne plazierten Film 16 repräsentieren. Auf der Linie 70 repräsentieren die nicht ausgefüllten Kreise die Beleuchtungsstärke an der Oberseite des Films 16 und die massiven Kreise die Be leuchtungsstärke direkt unterhalb der Anzeigetafel 12. Die Tatsache, daß die nicht ausgefüllten und die massi ven Kreise eine einzige Linie 70 bilden, zeigt, daß der Reflektionsverlust an der Oberfläche des Films 16 mini mal ist.

Wenn der Film 16 auf der Beleuchtungseinrichtung 14 plaziert war, erreichten 55% des Lichtes von der Licht quelle die Meßfläche, verglichen mit nur 18% ohne den Film. Unter dem qualitativen Aspekt jedoch nimmt der Be trachter in diesem Fall eine noch größere Verbesserung wahr als die vorliegende dreifache Verstärkung. Dies ist der Fall, da der rückseitige Reflektor einer reflektie renden LCD-Anzeige direktional diffundierend (oder spie gelnd diffundierend) ausgebildet ist und somit der Groß teil des Lichtes, das durch eine nichtarmierte LCD-Ober fläche geschickt wird, mittels des rückseitigen Reflek tors im wesentlichen unter dem Einfallswinkel reflek tiert wird. Daraus folgt, daß der Großteil des Lichtes durch die LCD/Luft-Grenzfläche unter einem Glanzwinkei nach rechts rückläuft und somit von dem Betrachter nicht wahrgenommen wird. Somit ist bei der Erfindung die tat sächliche Verbesserung wesentlich höher als der Faktor 3.

Die Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke von der Höhe der Lichtquelle 20 ist in Fig. 9 anhand eines computermodel lierten Diagramms gezeigt. Bei einer Höhe der Lichtquel le von 3 mm, 5 mm bzw. 7 mm betrug die gemessene Gesamt- Lichtstärke an der LCD 63%, 56% bzw. 49%. Wie das Dia gramm zeigt, bewirkte die in einer Höhe von 3 mm ange ordnete Lichtquelle (repräsentiert durch die Linie 74) über einen Teilbereich der Anzeigeeinrichtung eine grö ßere Heiligkeit, wobei jedoch die Gleichförmigkeit über die Breite der Anzeigeeinrichtung unzureichend ist. Die in einer Höhe von 7 mm angeordnete Lichtquelle (reprä sentiert durch die Linie 78) bewirkte über die gleichen Teilbereich der Anzeigeeinrichtung eine geringere Hel ligkeit, jedoch größere Gleichförmigkeit über die Breite der Anzeigeeinrichtung. Die in einer Höhe von 5 mm an geordnete Lichtquelle (repräsentiert durch die Linie 76) bildete einen Mittelweg zwischen diesen beiden Extrem fällen.

Die Abhängigkeit der Beleuchtung von dem Winkel γ, unter dem der Lichtstrahl 26 auf die Anzeigetafel 12 trifft, ist in dem computermodellierten Diagramm von Fig. 10 gezeigt. Die Gesamt-Lichtstärke an der LCD wurde für eine in 5 mm Höhe angeordnete Lichtquelle mit einem Win kel γ von 0°, 2° und 4° gemessen. Wie das Diagramm zeigt, waren die unter einem Winkel γ von 4° auf die LCD auftreffenden Lichtstrahlen (repräsentiert durch die Linie 80) über einen Teilbereich der LCD hinweg heller, jedoch über die Breite der Anzeigeeinrichtung hinweg nicht gleichförmig. Unter einem Winkel γ von 0° auf die LCD auftreffende Lichtstrahlen (repräsentiert durch die Linie 84) waren über den gleichen Teilbereich hinweg weniger heil, jedoch über die Breite der Anzeigeeinrich tung hinweg gleichförmig. Ein Winkel γ von 2° (repräsen tiert durch die Linie 82) bildete einen Mittelweg zwi schen diesen beiden Extremfällen.

Beispiel 2

Ein Lichtleiter, der ähnlich ausgebildet war wie der in Fig. 4A gezeigte Lichtleiter und quadratischen Quer schnitt sowie V-förmige Nuten mit einem Winkel χ von 45° aufwies, wurde durch Computersimulation mit einem Licht leiter verglichen, der gleiche Nuten, jedoch kreisför migen Querschnitt aufwies. Eine Reihe optischer Strah lenkegel mit einem Kegelwinkel Θ_1/2 = 14° wurde in eine Eingabeöffnung der Lichtleiter eingegeben. Fig. 11A und 11B zeigen die errechneten Muster der Emission aus den Lichtleitern, wobei die x-Achse den Betrachtungswinkel über die Achse (Länge) des Lichtleiters und die y-Achse den Betrachtungswinkel entlang der Länge des Lichtlei ters - d. h. im wesentlichen in der Ebene der Anzeigeein richtung - angibt.

Fig. 11A zeigt das berechnete Emissionsmuster für einen Lichtleiter mit einer einzelnen Nut und quadratischem Querschnitt. Fig. 11B zeigt das berechnete Emissions muster für einen Lichtleiter mit einer einzelnen Nut und kreisförmigem Querschnitt. Die Dichte des Streumusters entspricht der Lichtintensität. Das hochdichte Muster in Fig. 11A (quadratischer Querschnitt) bildet näherungs weise einen Kegel mit einem Kegelwinkel Θ_1/2 = 14°, wäh rend in Fig. 11B (kreisförmiger Querschnitt) das Licht in einem sehr viel weiteren Emissionsmuster gestreut wird. Somit hält der quadratische Querschnitt des Licht leiters die Moden der von der Lichtquelle ausgegebenen Wellen bei, d. h. der aus dem Lichtleiter austretende Emissionskegel ist ungefähr der gleiche wie derjenige der Lichtquelle.

Beispiel 3

Es wurde ein Lichtleiter ähnlicher Bauart wie in Fig. 4B gezeigt konstruiert. Der Lichtleiter-Keil bildete einen Winkel von 1,2° und wies 6 µm breite stufenförmige Fa cetten mit gleichförmiger Dichte von 52 Facetten pro cm auf. Der Lichtleiter verjüngte sich von einer Bemessung von 4 mm·4 mm an der Eingangsöffnung zu einer Bemes sung von 4 mm·0,6 mm an dem distalen Ende. Eine Gelb licht-AlInGaP-LED (Modell HLMP-CLOO von Hewlett Packard) wurde mechanisch an der Öffnung des Lichtleiters befe stigt. Ein silberbeschichteter reflektiver Film (Typ EPC-300 Energy Control Products Division #300 "Silver lux" von 3M Company) wurde mechanisch an der mit den Facetten versehenen Seite des Lichtleiters befestigt. Die in Fig. 12 gezeigten Ergebnisse lassen erkennen, daß (in beliebigen Einheiten gemessene) Lichtintensität entlang der Länge des Lichtleiters relativ gleichförmig war.

Claims

1. Anzeigesystem mit Frontbeleuchtung, mit
einer mehrere Pixel aufweisenden Anzeigeeinrichtung (14) mit einer vorderen und einer hinteren Haupt fläche,
einem transparenten Film (16) mit zwei einander entgegengesetzten Hauptflächen, von denen die eine Fläche glatt ist und die andere Fläche mehrere par allele Rippen (30) aufweist, wobei die glatte Fläche an die Vorderfläche der Anzeigeeinrichtung (14) an grenzt und die Rippen (30) mit einer Dichte von mindestens einer Rippe pro Pixel angeordnet sind,
einem an der Rückfläche der Anzeigeeinrichtung (14) angeordneten Reflektor (18), und
einer Lichtquelle (20) zum Aussenden von Lichtstrah len (26) auf den Film (16), wobei die Lichtstrahlen (26) über die Rippen (30) in den Film (16) eintre ten, durch innere Totalreflektion durch den Film (16) hindurch zur Anzeigeeinrichtung (14) reflek tiert werden und diese durchdringen, von dem Reflek tor (18) reflektiert werden, durch die Anzeigeein richtung (14) hindurch zurücklaufen und aus dem Film (16) austreten, wodurch der Film (16) die Helligkeit des Anzeigebildes verstärkt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (30) jeweils eine erste Fläche (32), die die Lichtstrahlen (26) aufnimmt und relativ zu der glatten Fläche des Films (16) einen Winkel α im Bereich von ungefähr 70° bis 90° bildet, und eine zweite Fläche (34) aufweist, die die Lichtstrahlen (26) durch innere Totalreflektion zu der Anzeigeein richtung (14) hin reflektiert und relativ zu der glatten Fläche des Films (16) einen Winkel β im Bereich von ungefähr 40° bis 50° bildet, wobei be nachbarte Rippen (30) durch eine parallel zu der glatten Fläche des Films (16) verlaufende dritte Fläche (36) voneinander getrennt sind.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (130) jeweils eine erste Fläche (132), die die Lichtstrahlen (26) aufnimmt und relativ zu der glatten Fläche des Films (116) einen Winkel α im Bereich von ungefähr 5° bis 20° bildet, und eine zweite Fläche (134) aufweist, die die Lichtstrahlen (26) durch innere Totalreflektion zu der Anzeigeein richtung (14) hin reflektiert und relativ zu der glatten Fläche des Films (116) einen Winkel β im Bereich von ungefähr 60° bis 90° bildet, wobei be nachbarte Rippen (130) aneinander angrenzen und der Abstand zwischen benachbarten Spitzen von Rippen (130) vorzugsweise ungefähr 3 bis 10 Mal größer als die Höhen der Rippen (130) ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner gekennzeichnet durch mehrere parallele Nuten (336), die parallel zu den Rippen (330) verlaufen, wobei die Nuten (336) jeweils angrenzend an die betreffen de Rippe (330) an der der Lichtquelle abgewandten Seite der Rippe (330) angeordnet sind.

5. System nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus einer Punkt- Lichtquelle (40) und einem parallel zu den Rippen (30) verlaufenden Lichtleiter (42) besteht, der an seiner der Anzeigeeinrichtung (14) abgewandten Seite mehrere Nuten (44) aufweist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkt-Lichtquelle (40) eine lichtemittierende Diode ist.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der Lichtleiter (42) rechteckigen Quer schnitt hat.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus einer Punkt- Lichtquelle (40) und einem parallel zu den Rippen (30) verlaufenden Lichtleiter (42) besteht, wobei die Dicke des Lichtleiters (42) ausgehend von seinem näher an der Punkt-Lichtquelle (40) befindlichen Ende entlang seiner Länge abnimmt und die Abnahme der Dicke des Lichtleiters (42) durch mehrere Stufen (54) erzielt wird, die an der der Anzeigeeinrichtung (14) abgewandten Seite des Lichtleiters (42) ausge bildet sind.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner gekennzeichnet durch eine der einen Lichtquelle (40) gleichende zweite Lichtquelle, die an dem der einen Lichtquelle entgegengesetzten Ende der Anzeigeein richtung (14) angeordnet ist und Lichtstrahlen (26) auf den Film (16) ausgibt, wobei die erste Fläche (32) jeder Rippe (30) relativ zu der glatten Fläche des Films (16) einen Winkel α bildet und die zweite Fläche (34) jeder Rippe (30) relativ zu der glatten Fläche des Films (16) einen Winkel β bildet, und wobei α gleich β ist.