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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1.Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Anzeigevorrichtung,
die diese verwendet, und in der eine Lichtführungsplatte an der Vorderfläche eines
beleuchteten Objekts angeordnet ist und dieses beleuchtete Objekt
zweidimensional flächenartig
beleuchtet wird, und insbesondere auf eine Beleuchtungsvorrichtung und
eine Anzeigevorrichtung, die diese verwendet, und bei der Eigenschaften
wie z. B. die Beleuchtungsfunktion, die Erkennbarkeit, der Kontrast
und die Energieeinsparung, die auf den optischen Diffusionseigenschaften
der Lichtführungsplatte
beruhen, deutlich verbessert sind.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Herkömmlicherweise werden verschiedene Typen
von Beleuchtungsvorrichtung verwendet, die die Funktion der Oberflächenbeleuchtung
aufweisen, in bezug auf eine Anzeigevorrichtung, die eine planare
Beleuchtung erfordert, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
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Zum Beispiel ist eine Anzeigevorrichtung
bekannt, die an der Rückseite
des zu beleuchtenden Objekts, wie z. B. einer Flüssigkristallanzeigetafel, angeordnet
ist; normalerweise ist eine solche Beleuchtungsvorrichtung dafür ausgelegt,
konstant zu leuchten. Ferner ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt,
die auf einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit einer Reflexions funktion montiert ist. Im Fall einer solchen
Beleuchtungsvorrichtung ist eine reflektierende Platte an der Rückseite
der Flüssigkristallanzeigetafel
angeordnet, wobei die Vorrichtung mittels der vom externen Licht
bereitgestellten Beleuchtung genutzt wird. Ferner ist eine Beleuchtungsvorrichtung
bekannt, die zusammen mit einer halb transparenten Reflektionsplatte
an der Rückseite
einer Flüssigkristallanzeigetafel
angeordnet ist; diese Beleuchtungsvorrichtung wird mit Reflexion
verwendet, wenn die Umgebung heller ist, und stellt eine Rückseitenbeleuchtung
zur Verfügung,
wenn die Umgebung dunkel ist (für
solche Vorrichtungen kann z. B. auf die frühere japanische Patentveröffentlichung
JP-A-049271/82, die frühere
japanische Patentveröffentlichung
JP-A-054926/82 und die frühere japanische
Patentveröffentlichung
JP-A-095780/83 verwiesen werden).
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Herkömmliche Beleuchtungsvorrichtungen, die
nur eine Beleuchtungsfunktion aufweisen, leiden jedoch unter dem
Problem, dass der Stromverbrauch für das konstante Leuchten der
Lichtquelle groß ist; sie
können
z. B, nicht über
eine lange Zeitspanne verwendet werden, um die Beleuchtung für ein tragbares
Gerät bereitzustellen.
In dem Fall, in dem eine herkömmliche
Anzeigevorrichtung, die nur eine Reflexionsfunktion aufweist, auf
einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
oder dergleichen montiert war, bestand ferner das Problem, dass
der Kontrast des Anzeigebildschirms gering war, wodurch es unmöglich war,
diese in einer dunklen Umgebung zu verwenden. Beleuchtungsvorrichtungen,
die mit einer halb transparenten reflektierenden Platte verwendet
werden, leiden ferner unvermeidbar und dem Problem, dass die Anzeige
sowohl bei Verwendung mit Reflexion als auch bei Verwendung mit
Hintergrundbeleuchtung dunkel ist; diese Technik repräsentiert
einen unbefriedigenden Kompromiss und hat sich letztendlich nicht
durchgesetzt.
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Unter diesen Umständen wurde vor kurzem z. B.
in der früheren
japanischen Patentveröffentlichung
JP-A-6-324331 eine Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, die an
der Vorderseite einer Anzeigevorrichtung wie z. B. einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung dieses Vorschlags ist
in einer dünnen
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
eingebaut und hat die Aufgabe, einen hohen Kontrast der Beleuchtung
sicherzustellen, sowohl bei Beleuchtung als auch ohne Beleuchtung.
Genau er ist eine dünne
Beleuchtungsvorrichtung an der Oberseite (Vorderseite) der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
angeordnet, während
eine reflektierende Platte an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
angeordnet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtführungsplatte und
eine Lichtquelle, die an der Stirnseite dieser Lichtführungsplatte
oder in deren Nähe
angeordnet ist. An der optischen Austrittsfläche der Lichtführungsplatte
ist eine gekerbte Form ausgebildet, die Flächen umfasst, die praktisch
parallel mit dieser Fläche
sind, sowie Flächen,
die näherungsweise
senkrecht hierzu sind. Die gekerbte Form kann z. B. aus mehreren
Rippen oder Vorsprüngen
mit zylindrischer oder prismatischer Form gebildet sein. Die an
der Vorderseite angeordneten Beleuchtungsvorrichtungen dieser Veröffentlichungen
sind an Lichtquellen mit Stabform oder linearer Form angepasst.
Für solche
Lichtquellen werden im allgemeinen Leuchtstoffröhren verwendet, die einen hohen
Lichtemissions-Wirkungsgrad aufweisen; Leuchtstoffröhren benötigen jedoch
Leistung mit wenigstens einem gewissen Pegel und leiden unter dem
Problem, dass ihr Leistungsverbrauch nicht darunter gesenkt werden kann.
Wenn ferner Punktlichtquellen wie z. B. LEDs oder elektrische Glühbirnen
verwendet wurden, bestand das Problem, dass, da die Schnittlinien
an den Wurzelabschnitten, die die Rippen oder prismatischen Vorsprünge bilden,
und die optischen Austrittsflächen
gerade Linien sind, die Qualität
der Beleuchtung tendenziell durch reguläre Reflexion beeinträchtigt wird.
Ferner bestand im Fall von Punktlichtquellen das Problem, dass eine
Ungleichmäßigkeit
der Helligkeit durch eine eindimensionale Verteilungssteuerung des
Musters der Vorsprünge
nicht eliminiert werden konnte. Beleuchtungsvorrichtungen, die an
der Vorderseite in dieser Weise angeordnet sind, leiden ferner unter
dem Problem, dass sie leicht durch eine externe Beschädigung der
Lichtführungsplatte
beeinträchtigt
werden, was den Austritt von Licht durch dispersive Reflexion des
optischen Flusses von solchen beschädigten Abschnitten hervorruft
und den Kontrast des beleuchteten Objekts, wie z. B. der Flüssigkristallanzeige,
verringert, wenn sie leuchtet. Bei solchen Beleuchtungsvorrichtungen
des Typs, die an der Vorderseite angeordnet waren, muss ferner,
da die Lichtquelle an der Stirnseite der Lichtführungsplatte angeordnet ist,
ein Abstandhalter am Ende der Lichtführungsplatte vorgesehen werden,
der im ausreichendem Maß die
Lichtquelle vom Betrachter abschirmt; wenn sie als Beleuchtung für ein Flüssigkristallanzeigevorrichtung
oder dergleichen verwendet wird, ist daher ein Rand um den Umfang
des Anzeigebereiches erforderlich. Dies führt zu einer Verschwendung
von Raum und stellt eine beträchtliche Gestaltungseinschränkung dar.
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JP-U-145902/86 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung,
die eine aus einer transparenten flachen Platte mit optischen Extraktionsstrukturen gebildete
Lichtführungsplatte
und eine Punktlichtquelle umfasst, die einer Stirnfläche der
Lichtführungsplatte
gegenüberliegend
angeordnet ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, die verschiedenen Probleme einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung,
wie sie oben beschrieben worden sind, zu beseitigen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die eine Punktlichtquelle
mit einem geringen Stromverbrauch und hoher Qualität verwendet,
sowie eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
zu schaffen, die diese verwendet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist ferner, eine Beleuchtungsvorrichtung mit geringem
Stromverbrauch und hoher Qualität
durch Verwendung einer lichtemittierenden Diode (LED) als Lichtquelle
zu schaffen, und eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zu schaffen, die diese verwendet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, bei der
die Beleuchtung ohne Verlust einer reflektierenden Funktion erreicht werden
kann, und eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Notiztafelvorrichtung
oder eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zu schaffen, die diese verwendet, sowie eine Vorrichtung, wie z.
B. eine elektronische Vorrichtung oder ein Mobiltelephon, die diese
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verwendet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung mit geringer Beeinträchtigung
der Beleuchtungsfunktion durch kostengünstige, bequeme Mittel, und
eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
mit geringer Beeinträchtigung
der Anzeigequalität
zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, bei der
Lichtstrahlen effizient in das Innere einer Lichtführungsplatte
von einer Lichtquelle geleitet werden können, die entfernt vom Ende
der Lichtführungsplatte
angeordnet sind, was platzsparend ist, und die hervorragende Gestaltungseigenschaften aufweist,
sowie eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
und eine Vorrichtung, wie z. B. eine elektronische Vorrichtung oder
ein Mobiltelephon, zu schaffen, die diese Flüssigkristallanzeigevorrichtung
verwenden.
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Hinsichtlich der Anzeigevorrichtungen,
bei denen eine Beleuchtungsvorrichtung montiert ist, ist es ferner
in bezug auf herkömmliche
Reflexiontyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
für die obenerwähnten Anzeigevorrichtungen
eine Aufgabe, verschiedene Typen von elektronischen Vorrichtungen
wie z. B. Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, Mobiltelephonvorrichtungen,
Uhren, Kameras oder Datenendgerätevorrichtungen
zu schaffen, bei denen die Erzeugung einer hellen Linie verhindert
werden kann, die für
den Betrachter unangenehm ist, wobei eine Ungleichmäßigkeit
der Helligkeit eliminiert werden kann, und die einem Typ entsprechen, bei
dem der Stromverbrauch reduziert werden kann und der ferner eine
Beleuchtungsfunktion mit hoher Qualität bietet.
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Herkömmlicherweise wiesen ferner
Notiztafelvorrichtungen mit einer Beleuchtungsfunktion eine Konstruktion
auf, in der ein Gehäuse
vorgesehen war, dessen Vorderseite mit transparentem Glas abgedeckt
war und eine Notiz durch Anordnen einer Lichtquelle an der Vorderkante
der Notiz beleuchtet wurde. Ferner wiesen sie eine Konstruktion
auf, bei der eine Person, die diese betrachtete, aufgrund eines
optischen Abschirmungsabschnitts vor der Lichtquelle, der auch als
Gehäuse
diente, die Lichtquelle nicht direkt sehen konnte.
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Herkömmliche Notiztafelvorrichtungen
leiden jedoch unter dem Problem, dass sie ausreichend dick sein
müssen,
damit die gesamte Notiz beleuchtet werden kann, und dass die Beleuchtungsunterschiede
an Stellen entfernt vom Bereich der Lichtquelle groß waren.
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In einem weiteren Aspekt bezüglich einer
Anzeigevorrichtung ist es ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Notiztafelvorrichtung zu schaffen, bei der solche Probleme
beseitigt sind, und die eine geringe Dicke aufweist und bei der
die Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung hoch ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um die obenerwähnten Probleme zu lösen, schafft
die vorliegende Erfindung in einem Aspekt eine Beleuchtungsvorrichtung,
die an der Vorderseite eines beleuchteten Objekts angeordnet ist,
umfassend:
eine Lichtführungsplatte
mit einer transparenten flachen Plattenform, die mit punktförmigen optischen Extraktionsstrukturen
versehen ist; und
eine Lichtquelle, die einer Stirnfläche dieser
Lichtführungsplatte
zugewandt angeordnet ist, wobei die Lichtquelle eine Punktlichtquellenbeleuchtungsvorrichtung
des offenbarten Typs ist; dadurch gekennzeichnet, dass:
die
punktförmigen
optischen Extraktionsstrukturen auf der Fläche gegenüberliegend einer optischen Austrittsfläche, die
dem beleuchteten Objekt zugewandt ist, ausgebildet sind; und die
punktförmigen optischen
Extraktionsstrukturen eine konstante Neigung von weniger als etwa
30° bezüglich der
der optischen Austrittsfläche
gegenüberliegenden
Fläche aufweisen.
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Merkmale in Bezug auf die weitere
Struktur und Vorteile der vorliegenden Endung werden anhand der
genauen Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
und der folgenden Ausführungsformen deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind eine schematische Querschnittsansicht
und eine perspektivische Ansicht, die ein erstes Beispiel zeigen,
das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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2A und 2B sind Diagramme, die ein Problem
des Standes der Technik zeigen;
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3 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Modifikation des ersten
Beispiels;
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4 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
des ersten Beispiels;
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
des ersten Beispiels;
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6 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
des ersten Beispiels;
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7 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
des ersten Beispiels;
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8 ist
eine Draufsicht, die ein zweites Beispiel zeigt, das nicht Teil
der vorliegenden Erfindung ist;
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9A und 9B sind schematische Querschnittsansichten
einer Modifikation des zweiten Beispiels;
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10 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die ein drittes Beispiel
zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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11 ist
ein Diagramm, das eine weitere Modifikation zeigt;
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12A und 12B sind schematische Draufsichten,
die eine weitere Modifikation zeigen;
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13 ist
ein Diagramm, das eine weitere Modifikation zeigt;
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14Aa und 14B sind eine schematische
Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht, die eine erste
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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15 ist
ein genaues Diagramm einer konvexen Form, die ein Strukturelement
für die
Extraktion von Licht bildet;
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16A bis 16D sind Diagramme weiterer konvexer
Formen;
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17 ist
ein Diagramm einer weiteren konvexen Form;
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18 ist
eine schematische Draufsicht einer weiteren Modifikation der ersten
Ausführungsform;
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19 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
der ersten Ausführungsform;
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20 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
der ersten Ausführungsform;
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21 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
der ersten Ausführungsform;
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22 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Modifikation
der ersten Ausführungsform;
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23A und 23B sind eine schematische
Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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24 ist
genaues Diagramm einer konkaven Form, die ein Strukturelement für eine Extraktion von
Licht bildet;
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25A bis 25D sind Diagramme einer
weiteren konkaven Form;
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26 ist
ein Diagramm einer weiteren konkaven Form;
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27 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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28 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die
ein Beispiel einer Anwendung zeigt; und
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29A bis 29C sind eine perspektivische Ansicht,
eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung
eines Mobiltelephontyps, die die vorliegende Erfindung nutzt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im folgenden werden mit Bezug auf
die Zeichnungen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und Modifikation derselben beschrieben.
(Erstes
Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist)
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Ein erstes Beispiel, das nicht Teil
der vorliegenden Erfindung ist, wird mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben. In 1A sind
ein oder mehrere Punktlichtquellen 2 an der Stirnseite
einer Lichtführungsplatte 11 angeordnet.
Wie in 1B gezeigt ist, ist
die Lichtführungsplatte 11 mit
Vorsprüngen 12 auf einer
Fläche
der transparenten Platte versehen; die Flächen der Vorsprünge 12 werden
in allen Fällen durch
Flächen
gebildet, die praktisch parallel zur optischen Austrittsfläche 13 (Unterseite 14)
sind, und von Flächen,
die praktische senkrecht hierzu sind (Seitenflächen 15). Die Lichtführungsplatte 11 ist
aus transparentem Material mit einem Brechungsindex von etwa 1,4
oder größer gebildet.
Nachdem der optische Fluss von einer Punktlichtquelle 2 in
eine Stirnfläche 16 eingetreten
ist, wie durch den Strahl 19a und den Strahl 19b gezeigt
ist, wird er innerhalb der Lichtführungsplatte 11 einer
total Reflexion unterworfen und nur aus den Seitenflächen 15 der
Vorsprünge 12 imitiert,
so dass die optische Ausgangsleistung von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung
groß ist,
was ermöglicht,
das beleuchtete Element 6 effizient zu beleuchten.
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Ferner kann für das transparente Material, das
die Lichtführungsplatte 11 bildet,
ein transparentes Kunstharz, wie z. B. Acrylharz, Polycarbonatharz oder
ein amorphes Polyolefin-Harz und dergleichen, oder ein anorganisches
transparentes Material wie z. B. Glas oder eine Kombination hiervon
verwendet werden; diese können
mittels eines Verfahrens geformt werden, wie z. B. die Verbindung
eines Films oder einer Kunstharzschicht auf einer Spritzgußform, Wärmeaushärten eines
Harzes, Lichtaushärten
eines Harzes, Ätzen, ein
transparentes Harz oder eine Flachglasplatte.
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Für
die Lichtquellen 2 können
lichtemittierende Dioden (LEDs) oder elektrische Glühbirnen
und dergleichen verwendet werden. Im Vergleich zu Leuchtstoffröhren, die
herkömmlicherweise
verwendet wurden, erfordern diese keine spezielle Ausrüstung, wie
z. B. Spannungshochsetzungsvorrichtungen, und weisen ein geringes
Gewicht auf und sind kompakt und weisen eine hervorragende Sicherheit auf,
da sie keine hohen Frequenzen oder hohen Spannungen verwenden. Ferner
ist die Leistungsregelung einfach, wobei sie leicht an Anwendungen
angepasst werden können,
die einen geringen Stromverbrauch erfordern. Insbesondere die Lebensdauer von
LEDs ist sehr lang, wobei sie hinsichtlich der Farben seit kurzem
in Rot, Grün,
Blau und Mischungen hiervon, sowie in weißer Farbe erhältlich sind.
Wenn elektrische Glühbirnen
verwendet werden, sind diese billig und können leicht ausgetauscht werden,
obwohl deren Lebensdauer kurz ist.
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Mit der obigen Konstruktion kann
durch Anordnen dieser Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite
eines beleuchteten Körpers 6 eine
Teilzeitbeleuchtung erreicht werden, bei der der beleuchtete Körper 6 durch
Ausschalten der Beleuchtung unter hellen Bedingungen, wenn ausreichend
externes Licht vorhanden ist, betrachtet wird, während der beleuchtete Körper durch
Einschalten der Beleuchtung unter dunklen Bedingungen, wenn das
externen Licht unzureichend ist, betrachtet werden kann.
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Für
den beleuchteten Körper 6 einer
Beleuchtungsvorrichtung, wie oben beschrieben worden ist, sind bedrucktes
Material, wie z. B. bedrucktes Papier oder eine Flüssigkristallanzeige
oder dergleichen, geeignet.
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Wie in 2A gezeigt
ist, wurde jedoch festgestellt, dass die Schnittlinien der optischen
Austrittsfläche 13 der
Lichtführungsplatte 11 und
der Seitenflächen 15 der
Vorsprünge 12 eine
kleine gekrümmte Fläche bei
der Herstellung aufweisen, so dass etwas reflektiertes Licht 19c in
Richtung zur Fläche 17 austritt,
die der optischen Austrittsfläche
(der Seite des Betrachters) gegenüberliegt, wobei dieses vom
Betrachter als helfe Punkte wahrgenommen werden kann. Wie in 2B gezeigt ist, sind dann,
wenn die Vorsprünge 12 in
Form von Rippen vorliegen und diese Schnittlinien gerade Linien
sind, die Punktlichtquelle 2, die obenerwähnten hellen
Punkte und der Betrachter in der selben Ebene angeordnet, mit dem Ergebnis,
dass spezifische Positionen auf der Lichtführungsplatte als helle Punkte
für den
Betrachter erscheinen, wobei diese hellen Punkte sich mit der Bewegung
des Auges des Betrachters bewegen. Dies beeinträchtigt die Erkennbarkeit des
beleuchteten Körpers 6.
Da im Gegensatz hierzu mit z. B. der zylindrischen Form der Vorsprünge 12,
wie in diesem Beispiel, die hellen Punkte sich nicht in der Ebene
der Lichtführungsplatte 11 bewegen,
kann eine gleichmäßige Erkennbarkeit
unabhängig
von der Betrachtungsposition des Betrachters erhalten werden.
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Bezüglich der Größe der Vorsprünge 12 sollten
diese, da die Wellenlänge
des sichtbaren Lichts etwa 380 nm bis 700 nm beträgt, wenigstens
etwa 5 μm
betragen, um Beugungseffekte zu vermeiden, wobei die Größe der Vorsprünge 12 kleiner
als etwa 300 μm
sein sollte, so dass sie nicht mit bloßem Auge wahrgenommen werden
können.
Abgesehen davon, liegt hinsichtlich der Bequemlichkeit der Herstellung die
Größe der Vorsprünge vorzugsweise
oberhalb von etwa 10 μm
und unterhalb von 100 μm.
Bezüglich des
Verhältnisses
der Höhe
und der Breite der Vorsprünge 12 (d.
h. des Durchmessers in dem Fall, in dem diese näherungsweise zylindrisch sind)
kann dieses 1 : 1 betragen, da der Elevationswinkel eines Lichtstrahls
innerhalb der Lichtführungsplatte 11 in Ebenenrichtung
weniger als 45° beträgt; tatsächlich wird
eine zufriedenstellende Leistungsfähigkeit bis zu einem Verhältnis von
etwa 1 : 2 erreicht, da Strahlen von weniger als 20° mehr als
90% repräsentieren.
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Eine Modifikation ist in 3 gezeigt. In 3 ist eine konkave Form 12a auf
der Seite der Fläche 17 der
optischen Austrittsfläche
der Lichtführungsplatte 11 gegenüberliegend
vorgesehen. Die konkave Form 12a kann eine willkürliche Größe und Form
aufweisen; sie hat die Funktion des Umsetzens des optischen Flusses,
der diese konkave Form 12a erreicht, in einen optischen
Fluss mit einem großen Elevationswinkel
bezüglich
der Lichtführungsplatte 11;
es wurde festgestellt, dass eine zufriedenstellende Eigenschaft
erhalten wird, in dem diese näherungsweise
zur einer sphärischen
Oberfläche
mit einem Zentralwinkel unter 90° gemacht
wird. Der optische Fluss der von der Punktlichtquelle 2 in
die Lichtführungsplatte 11 eingespeist
wird, wird innerhalb der Lichtführungsplatte 11 durch
wiederholte Totalreflexion geführt,
jedoch wird Dank des Vorsehens der konkaven Formen 12a in
der Fläche 17 gegenüberliegend
der optischen Austrittsfläche
der Lichtführungsplatte 11 der
optische Fluss, der an diesen ankommt, in einen optischen Fluss
umgesetzt, der einen großen
Neigungswinkel bezüglich
der Ebene der Lichtführungsplatte 11 aufweist
und somit aus der optischen Austrittsfläche 13 austreten kann.
Durch Anordnen des beleuchteten Körpers 6 auf der Seite
der optischen Austrittsfläche 13 der
Lichtführungsplatte 11 dient
diese Konstruktion als Planarbeleuchtung. Da Bereiche der Oberfläche neben
den konkaven Formen auf der Seite der Fläche 17 gegenüberliegend
der optischen Austrittsfläche
parallel zur Austrittsfläche 13 sind,
haben diese ferner die Funktion der vertikalen Strahlentransparenz,
d. h. des Durchlassens von Strahlen in der Richtung, die die flache Platte
in rechten Winkeln schneidet.
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Diese konkaven Formen 12a können in
einem beliebigen gewünschten
Flächenverhältnis vorgesehen
sein. Obwohl die Effizienz der Beleuchtung erhöht werden kann, indem das Flächenverhältnis der
konkaven Formen 12a groß gemacht wird, wird jedoch
die Erkennbarkeit durch Verringern des Verhältnisses der senkrecht durchgelassenen
Strahlen verringert. Ein Flächenverhältnis von
mehr als 50% festzulegen, ist tatsächlich nicht realistisch, wobei
als Teilzeitbeleuchtung unter dunklen Bedingungen ein Flächenverhältnis von
etwa 10% geeignet festgelegt werden kann. Wenn ferner gewünscht ist,
deren Dichte zu erhöhen/verringern,
um eine Gleichmäßigkeit
der Beleuchtungshelligkeit zu erreichen, wie oben beschrieben worden
ist, liegt bei etwa 10% das Flächenverhältnis des
Senkrechtdurchlässigkeitsabschnitts
in einem Bereich von etwa 80–90%,
so dass keine Ungleichmäßigkeit
der Erkennbarkeit an verschiedenen Positionen wahrgenommen wird.
Bezüglich
der Größe der konkaven
Formen 12a ist es, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts etwa
gleich 83 nm bis 700 nm ist, notwendig, dass diese Größe wenigstens
etwa 5 μm
sein sollte, so dass keine Beugungseffekte erzeugt werden, und vorzugsweise
kleiner als etwa 100 μm
sein sollte, so dass die konkaven Formen 12a mit bloßem Auge
nicht wahrgenommen werden können.
Außerdem
sollte hinsichtlich der Bequemlichkeit der Herstellung die Größe der konkaven Formen
vorzugsweise oberhalb von etwa 10 μm und unterhalb von 100 μm liegen.
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Eine weitere Modifikation ist in 4 gezeigt. In 4 sind konkave Formen 12b auf
der Fläche 17 der
Lichtführungsplatte 11 gegenüberliegend der
optischen Austrittsfläche
vorgesehen. Die konvexen Formen 12b können eine beliebige Größe und Form
aufweisen und haben die Funktion des Umsetzens des optischen Flusses,
der an diesen konvexen Formen 12b ankommt, in einen optischen
Fluss mit einem großen
Elevationswinkel bezüglich
der Ebene der Lichtführungsplatte 11;
es wurde festgestellt, dass gute Ergebnisse erhalten werden, wenn
diese näherungsweise
zu konischen Oberflächen
mit einem Scheitelwinkel von weniger als 120° gemacht werden. Die Dichte
und die Größe der konvexen
Formen 12b entsprechen denjenigen im Fall der obenbeschriebenen
konkaven Formen.
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Eine weitere Modifikation ist in 5 gezeigt. In 5 ist eine optische Diftusionselementschicht 12c auf
der Seite der Fläche 17 gegenüberliegend
der optischen Austrittsfläche
der Lichtführungsplatte 11 vorgesehen.
Die optische Diffusionselementschicht 12c weist eine beliebige
Form und Größe auf und
hat die Funktion des Umsetzens des optischen Flusses, der an dieser
optischen Diftusionselementschicht 12c ankommt, in einen
optischen Fluss mit einem großen
Elevationswinkel bezüglich der
Ebene der Lichtführungsplatte 11.
Genauer hat diese optische Diffusionselementschicht 12c die Funktion
der optischen Diffusion in Richtung zur optischen Austrittsfläche 13 und
der optischen Abschirmung zur Fläche 17,
die der optischen Austrittsfläche gegenüberliegt.
Um die optische Abschirmung zu garantieren, kann eine weitere optische
Abschirmungsschicht vorgesehen sein. Die Dichte und die Größe der optischen
Diffusionselementschicht 12c entsprechen denjenigen im
Fall der obenbeschriebenen konkaven Formen.
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Eine weitere Modifikation ist in 6 gezeigt. 6 zeigt ein Beispiel, in welchem punktförmige optische
Extraktionsformen 12x wie oben beschrieben (optische Extraktionsstrukturen)
in der Nähe
der Punktlichtquellen 2 spärlich und weiter entfernt von
dem Punktlichtquellen 2 dichter verteilt sind. Die optische
Flussdichte in der Lichtführungsplatte 11 ist
in der Umgebung der Punktlichtquellen 2 hoch, so dass die
Lichtstrahlen durch die optischen Extraktionsformen 12x gestreut
werden, wobei, da die Dichte des optischen Flusses mit zunehmendem
Abstand von den Punktlichtquellen 2 abnimmt, die optischen Extraktionsformen 12x in
kontinuierlicher Weise dichter angeordnet werden. Somit kann eine
gleichmäßigere Beleuchtung
erreicht werden.
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Eine weitere Modifikation ist in 7 gezeigt. In 7 ist eine transparente
Platte oder eine transparente Folie 8 auf der Seite der
Fläche 17 gegenüberliegend
der optischen Austrittsfläche
der Lichtführungsplatte 11 angeordnet.
Die Lichtführungsplatte 11 und
die transparente Platte oder die transparente Folie 8 sind
nicht miteinander verklebt, wobei eine Luftschicht vorhanden ist.
Wenn auch nur eine leichte Beschädigung
der Oberfläche
der Lichtführungsplatte 11 vorhanden
ist, werden Lichtstrahlen, die durch ihr Inneres geführt werden,
daran reflektiert, wobei sie von der Oberfläche als heller Punkt oder helle
Linie wahrgenommen werden können.
Eine solche Beschädigung
ist bei dem transparenten Beleuchtungstyp nicht nur unattraktiv,
sondern verringert auch deutlich die Erkennbarkeit, da sie den Kontrast
verringert. Da jedoch die transparente Platte oder die transparente
Folie 8 von der Lichtführungsplatte 11 durch
eine Luftschicht getrennt ist, besteht keine Möglichkeit, dass der optische
Fluss von einer Lichtquelle 2 eintritt, so dass selbst
dann, wenn sie beschädigt
wird, keine hellen Punkte oder hellen Linien erzeugt werden können. Da
auch in diesem Fall die relative Fläche der Beschädigung sehr
gering ist, ergibt sich eine sehr geringe Auswirkung auf die Erkennbarkeit
des beleuchteten Körpers 6.
Damit diese Lichtführungsplatte 11 als
Beleuchtung verwendet werden kann, die vorne angeordnet ist, ist
die Anwesenheit dieser transparenten Platte oder der transparenten
Folie 8 unverzichtbar. Für die transparente Platte oder
transparente Folie 8 können
ein transparentes Harz, wie z. B. Acrylharz, Polycarbonatharz oder
ein amorphes Polyolefinharz, oder ein anorganisches transparentes Material,
wie z. B. Glas, verwendet werden. Ferner kann in einer elektronischen
Vorrichtung, die diese Beleuchtungsvorrichtung enthält, die
transparente Platte oder die transparente Folie 8 auch
als Deckglas des Gehäuses
dienen.
(Zweites Beispiel, das ebenfalls nicht Teil der vorliegenden
Erfindung ist)
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Ein zweites Beispiel, das nicht Teil
der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden mit Bezug auf
die Zeichnungen beschrieben. In 8 ist
ein stabförmiger
optischer Diffusor 18 an wenigstens einer Stirnseite der
Lichtführungsplatte 11 angeordnet, wobei
ferner eine Punktlichtquelle 2 an einer Stirnfläche senkrecht
zur Axialrichtung des stabförmigen Diffusors 18 angeordnet
ist. Der stabförmiger
Diffusor 18 hat die Funktion des Führens des optischen Flusses
der Punktlichtquelle 2 die an dessen Stirnfläche angeordnet
ist, so, dass der optische Fluss gleichmäßig von der Oberfläche des
stabförmigen
Diffusors 18 mittels eines Diffusionsmaterials, das in
seinem Inneren enthalten ist, und/oder optischer Diffusionsformen,
die an seiner Oberfläche
angeordnet sind, gleichmäßig gestreut
wird, um somit die Funktion des Umsetzens der Punktlichtquelle in
eine lineare Lichtquelle zu bewerkstelligen. Das Licht, das von
der Oberfläche
des stabförmigen
Diffusors 18 eingegeben wird, wird zur Stirnfläche 16 der
Lichtführungsplatte 11 geleitet
und innerhalb der Lichtführungsplatte 11 geführt. Die
optischen Extraktionsstrukturen, die oben beschrieben worden sind,
sind an der Oberfläche
der Lichtführungsplatte 11 ausgebildet,
wobei jedoch dann, wenn die optischen Diffusionsformen herkömmliche
Rippenformen oder Prismenformen sind, helle Linien an spezifischen
Positionen, die erzeugt würden,
wenn eine Punktlichtquelle direkt einstrahlen würde, nicht erscheinen können. Für den stabförmigen optischen
Diffusor 18 können
ein Diffusor, der transparente Körper 22a mit
einem Brechungsindex verschieden von demjenigen des transparenten
Harzes enthält,
wie in 9A gezeigt ist, oder
ein Diffusor, der mit einem optischen Diffusionsmuster 22b durch
Aufdrucken oder dergleichen auf einer Oberfläche des transparenten Harzes
versehen ist, wie in 9B gezeigt
ist, verwendet werden.
(Drittes Beispiel, das ebenfalls nicht
Teil der vorliegenden Erfindung ist)
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Ein drittes Beispiel, das nicht Teil
der vorliegenden Erfindung ist, wird im folgenden mit Bezug auf
die Zeichnungen beschrieben. 10 zeigt
ein Beispiel, bei dem eine Flüssigkristallanzeigetafel
als beleuchteter Körper
verwendet wird. Eine Lichtführungsplatte 1 ist
an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel 102 angeordnet.
Eine reflektierende Platte 103 ist an der Rückseite
der Flüssigkristallanzeigetafel 102 angeordnet,
um somit eine Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung
zu bilden. Die Lichtführungsplatte 11 hat
die Funktion des Projizierens der von Lichtstrahlenrichtung zur
Flüssigkristallanzeigetafel 102 und
des Durchlassens von Lichtstrahlen, die von der Reflexionsplatte 103 reflektiert werden,
fast ohne irgendeine Streuung. Dies ist insbesondere effektiv, wenn
die Lichtquelle 2 gelöscht ist
und das externe Licht ausreicht; in diesem Fall dient die Lichtführungsplatte 11 einfach
als eine transparente Platte, ohne die Erkennbarkeit zu verringern,
und hat somit keine Auswirkung auf die Anzeigequalität. Wenn
sie für
die Verwendung an dunklen Orten leuchtet, wo das externe Licht unzureichend
ist, beleuchtet die Lichtführungsplatte 11 die Flüssigkristallanzeigetafel 102 und
das von der Reflexionsplatte 103 erzeugte reflektierte
Licht gelangt direkt durch die Lichtführungsplatte 11 hindurch,
die nun einfach als eine transparente Platte in derselben Weise
wie im obenbeschriebenen gelöschten
Fall dient. Dies ermöglicht
somit, eine hohe Erkennbarkeit aufrechtzuerhalten.
-
Während
ferner bei einer transparenten Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
in der die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite der Flüssigkristalltafel
angeordnet ist, ein Hell/Dunkel-Kontrast durch das nur einmalige
Durchlassen von Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung durch die
Flüssigkristallanzeigetafel
erzeugt wird, laufen bei einer reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
in der wie im vorliegenden Beispiel die Anzeigevorrichtungen an der
Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel
angeordnet ist, die Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung einmal öfter hindurch,
da sie von der reflektierenden Platte reflektiert werden, nachdem
sie einmal die Flüssigkristallanzeigetafel
durchlaufen haben; dies ist günstig,
um eine höhere
Erkennbarkeit zu erhalten, da der Kontrast erhöht wird. Wie oben beschrieben
worden ist, kann bei den ersten bis dritten Beispielen und deren
Modifikationen eine dünne Oberflächenbeleuchtung
in geeigneter Weise für
Notizen oder Anzeigen und dergleichen geschaffen werden, die externes
Licht nutzen.
-
Ferner kann in Anwendungen, wie z.
B. tragbaren Computerendgeräten,
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vorgesehen sein, in der dann, wenn sie mit gelöschter Beleuchtung verwendet
wird, um an gut beleuchteten Orten Strom zu sparen, die Anzeigequalität nicht
verloren geht, und dann, wenn sie leuchtet, ein hoher Kontrast mit
geringem Stromverbrauch erhalten wird, indem eine LED oder eine
elektrische Glühbirne
oder dergleichen verwendet wird.
-
Es ist zu beachten, dass die in der
Beleuchtungsvorrichtung des vorliegen den Beispiels verwendete Lichtquelle
nicht unbedingt auf eine Punktlichtquelle beschränkt ist, wie oben beschrieben
worden ist. Wie z. B. wie in 11 gezeigt
ist, kann als Lichtquelle eine kurze Leuchtstoffröhre 231 längs einer optischen
Eintrittsseitenstirnfläche
der Lichtführungsplatte 11 angeordnet
sein. In diesem Zusammenhang bedeutet "kurze Leuchtstoffröhre" kürzer
als die Länge
der optischen Eintrittsseitenstirnfläche der Lichtführungsplatte.
Der optische Umsetzungswirkungsgrad dieser Leuchtstoffröhre beträgt etwa
10–20 Im/W,
was höher
ist als der Wirkungsgrad einer LED, der ungefähr 5 Im/W beträgt, wobei
sie mit geringer Leistung leuchten kann, da sie kurz ist.
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Ferner sind die Vorsprünge (vorstehende Formen),
die die optischen Extraktionsstrukturen bilden, die im vorliegenden
Beispiel angewendet werden können,
nicht unbedingt auf die obenbeschriebenen beschränkt. Die verformten säulenförmigen Vorsprünge für das in
den 12A, 12B und 13 gezeigte Beispiel
können
als Ersatz für
diese ausgebildet sein. Im Fall der 12A sind
elliptische säulenförmige Vorsprünge 232 in
zweidimensionaler Weise auf der Lichtführungsplatte 11 angeordnet;
für eine
Leuchtstoffröhre 233,
die als lineare Lichtquelle verwendet wird, kann die optische Ausgangseffizienz
erhöht werden,
indem die Richtung der Hauptachse der Ellipse senkrecht zur Lichtführungsrichtung
(Linie, die die Lichtquelle und den kürzesten Abstand der Projektion
verbindet) angeordnet wird. Auch im Fall der 12B, in der elliptische säulenförmige Vorsprünge 232 zweidimensional
auf der Lichtführungsplatte 11 angeordnet
sind, kann die optische Ausgangseffizienz in ähnlicher Weise erhöht werden,
indem für
eine als Punktlichtquelle verwendete LED die Hauptaxialrichtung
der Ellipse senkrecht zur Lichtführungsrichtung
(Linie, die die Lichtquelle und den kürzesten Abstand der Projektion
verbindet) angeordnet wird. Auch in der in 13 gezeigten Konstruktion sind abgerundete,
dreieckige, säulenförmige Vorsprünge 233 in ähnlicher
Weise in einer zweidimensionalen Art auf der Lichtführungsplatte
angeordnet. In diesem Fall ist es in Abhängigkeit von der Anzahl und
der Richtung der Lichtquellen wünschenswert,
Bögen von
Vorsprüngen
anzuordnen, die einen größten Radius
senkrecht zur Lichtführungsrichtung
aufweisen, da die optische Ausgangseffizienz hierdurch erhöht werden
kann.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform, die Teil der vorliegenden
Erfindung ist, wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In 14A ist eine Lichtquelle 2 an
der Stirnseite der Lichtführungsplatte 11 angeordnet.
Wie in 14B gezeigt ist,
ist die Lichtführungsplatte 11 mit
konvexen Formen 11a auf einer Fläche der transparenten Platte
versehen; die Oberflächen
der konvexen Formen 11a werden von Flächen gebildet, die einen Winkel
von weniger als etwa 30° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 bilden.
Die Lichtführungsplatte 11 ist aus
transparentem Material mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,4
gebildet; wenn z. B. der Brechungsindex gleich 1,4 ist, ist der
kritische Winkel gleich 45°,
wobei alle Lichtstrahlen, die von der Stirnfläche 16 eintreten,
durch die Lichtführungsplatte 11 optisch
geführt
werden können.
Genauer, wie durch den Lichtstrahlen 19a oder den Lichtstrahlen 19b gezeigt
ist, weist der optische Fluss von der Lichtquelle 2, wenn
er von der Stirnfläche 16 aus
eintritt, einen Vektor von kleiner als etwa 45° bezüglich der Ebene parallel zur
Lichtführungsplatte 11 auf
und unterliegt somit einer wiederholten Totalreflexion innerhalb
der Lichtführungsplatte 11.
Wenn dieser zur gegebener Zeit die konvexen Formen 11a erreicht,
bilden die Lichtstrahlen, die an den Flächen der konvexen Formen 11a reflektiert
worden sind, einen sehr großen Winkel,
größer als
etwa 45°,
mit der Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 und
können
daher aus der Lichtführungsplatte 11 austreten.
Eine große
Menge an Licht tritt daher aus der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung
aus, wobei der beleuchtete Körper 6 effektiv
beleuchtet werden kann. Wie in 15 gezeigt
ist, werden die Flächen
der konvexen Formen 11a von Flächen mit einem Winkel kleiner
als etwa 30° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 gebildet.
Da ein Großteil
der Komponenten der Strahlen, die durch die Lichtführungsplatte 11 laufen,
einen Winkel von weniger als 20° bezüglich der Ebene
parallel zur Lichtführungsplatte 11 aufweisen, kommt
ein Großteil
der Strahlen, die durch die Lichtführungsplatte 11 geführt werden,
an den Flächen der
konvexen Formen 11a in einem größeren Winkel als dem kritischen
Winkel an, so dass das reflektierte Licht aus einer weiteren Fläche der
Lichtführungsplatte 11 austreten
kann.
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16A zeigt
ein Beispiel, in welchem die konvexe Form ein konische Fläche ist
(konische Form 11Aa); 16B zeigt
ein Beispiel, in dem sie eine Pyramidenform ist (konvexe Form 11Ab); 16B zeigt ein Beispiel,
in welchem sie eine sphärische
Oberfläche
ist (konvexe Form 11Ac); und 16D zeigt
ein Beispiel, in welchem sie eine unregelmäßig geformte Fläche ist
(konvexe Form 11Ad). Wie oben beschrieben worden ist, kann
die Form frei gewählt
werden, so lange die Fläche
einen Winkel von weniger als etwa 30° bezüglich der Ebene parallel zur
Lichtführungsplatte 11 einnehmen,
wobei jedoch konische Flächen,
wie in 16A gezeigt,
oder eine Form auf der Grundlage hiervon vorteilhaft sind, da der
Winkel der Oberfläche
fest sein kann und die Direktionalität der Oberflächenrichtung
eliminiert ist.
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17 zeigt
ein Beispiel, in welchem die konvexen Formen konische Oberflächen mit
einem Scheitelwinkel von etwa 130° sind.
Wenn ein Strahl 91a parallel zur Lichtführungsplatte 11 an
der konischen Fläche
reflektiert wird, bildet er einen Winkel von 40° bezüglich der normalen der Lichtführungsplatte 11 und
tritt aus. Der Strahl 91b, der einen Winkel von 20° aufweist,
bildet einen Winkel von 45° bezüglich der
konischen Fläche
und wird somit reflektiert; der reflektierte Strahl bildet anschließend einen Winkel
von 20° bezüglich der
Normalen der Lichtführungsplatte 11 und
kann somit austreten. Der Strahl 91c mit einem Winkel von
mehr als 20° kann
aus der konischen Fläche
austreten, jedoch stellen solche Komponenten nur einen kleinen Anteil
der Gesamtheit dar, so dass durch Wählen eines Scheitelwinkels von
etwa 130° eine
effektive Nutzung als Beleuchtung möglich ist.
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Für
das transparente Material, dass die Lichtführungsplatte 11 bildet,
können
ein transparentes Kunstharz, wie z. B. Acrylharz, Polycarbonatharz, oder
ein amorphes Polyolefinharz, anorganisches transparentes Material,
wie z. B. Glas, oder ein Verbundstoff aus diesen verwendet werden,
wobei diese mit einem Verfahren gebildet werden können, wie
z. B. Verbinden eines Films oder einer Harzschicht mit einer Spritzgußform, einem
wärmeaushärtenden Harz,
einem lichtaushärtendem
Harz, Ätzen,
oder einem transparentem Glas oder einer flachen Glasplatte. Als
Lichtquelle 2 können
eine Leuchtstoffröhre, eine
elektrische Glühbirne
oder eine lichtemittierende Diode (LED) und dergleichen verwendet
werden. Leuchtstoffröhren
haben den Vorteil, dass eine hohe Helligkeit bei einer geringen
Leistung erwartet werden kann und leicht weißes Licht erhalten werden kann.
LEDs haben eine nahezu unbe grenzte Lebensdauer, wobei die Schaltung
einfach ist, da sie mit einer niedrigen Spannung betrieben werden
können und
einen hohen Sicherheitsgrad bezüglich
der Entflammbarkeit oder der Verursachung von elektrischen Schlägen oder
dergleichen aufweisen. Bezüglich
der Farbe sind sie neben Rot, Grün
und Blau seit kurzem in Mischfarben und/oder Weiß erhältlich, so dass sie in Abhängigkeit
von der Anwendung vielseitig verwendet werden können. Elektrische Glühbirnen
haben den Nachteil einer kurzen Lebensdauer, sind jedoch billig
und können
leicht ausgetauscht werden.
-
Diese konvexen Formen 11a können in
einem beliebigen gewünschten
Flächenverhältnis bezüglich der
Fläche
der Beleuchtungseinheit vorgesehen sein. Obwohl die Erhöhung des
Flächenverhältnisses
der konvexen Formen 11a ermöglicht, die Effizienz der Beleuchtung
zu erhöhen,
verringert dies jedoch die Erkennbarkeit, da das Verhältnis der
senkrecht durchgelassenen Strahlen verringert wird. Tatsächlich ist
das Festlegen eines Flächenverhältnisses
von mehr als 50% unpraktisch, wobei das Setzen eines Flächenverhältnisses
von etwa 10% für
eine Teilzeitbeleuchtung unter dunklen Bedingungen geeignet ist.
In dem Fall, in dem die Dichte variiert, um eine Gleichmäßigkeit
der Beleuchtung zu erreichen, wie oben beschrieben worden ist, liegt
ferner dann, wenn das Verhältnis
etwa 10% beträgt,
das Flächenverhältnis der
senkrecht Durchlässigkeitsbereiche
in einem Bereich von etwa 80 bis 90%, so dass keine Ungleichmäßigkeit
der Erkennbarkeit in Abhängigkeit von
der Position wahrgenommen wird.
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Bezüglich der Größe der konvexen
Formen 11a sollte, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts von
etwa 380 nm bis 700 nm reicht, die Größe wenigstens etwa 5 μm betragen,
wenn Auswirkungen aufgrund der Beugung nicht auftreten sollen, und sollten
ferner vorzugsweise kleiner als etwa 300 μm sein, so dass die konvexen
Formen 11 durch das bloße Auge nicht wahrnehmbar sind.
Außerdem
beträgt hinsichtlich
der Bequemlichkeit bei der Herstellung die Größe der konvexen Formen 11 vorzugsweise nicht
mehr als etwa 10 μm
und weniger als 100 μm. Mit
der obigen Konstruktion kann eine Teilzeitbeleuchtung erreicht werden,
bei der die vorliegende Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite
eines beleuchteten Körpers 6 angeordnet
ist, wobei der beleuchtete Körper 6 mit
gelöschter
Beleuchtung betrachtet werden kann, wenn das externe Licht ausreichend
hell ist, und der beleuch tete Körper 6 mit
eingeschalteter Beleuchtung unter dunklen Bedingungen betrachtet
werden kann, wenn das externe Licht unzureichend ist. Beispiele
eines solchen beleuchteten Körpers 6,
auf den eine Beleuchtungsvorrichtung wie oben angewendet werden
kann, umfasst bedrucktes Material, wie z. B. bedrucktes Papier,
oder Flüssigkristallanzeigen
und dergleichen. Das in 18 gezeigte
modifizierte Beispiel ist ein Beispiel, bei dem konvexe Formen wie
oben beschrieben (der Fall, bei dem diese konische Formen sind,
ist in 18 gezeigt) in
der Nähe
der Lichtquellen 2 spärlich
verteilt sind, jedoch mit zunehmendem Abstand von den Punktlichtquellen 2 dichter
verteilt sind. Die optische Flussdichte in der Lichtführungsplatte 11 ist in
der Nähe
der Lichtquellen 2 hoch, wobei jedoch die optische Flussdichte
mit zunehmender Entfernung von den Lichtquellen 2 aufgrund
der Diffusion der Strahlen durch die konvexen Formen 11a abnimmt, so
dass die konvexen Formen 11a in kontinuierlicher Weise
dichter angeordnet sind. Somit kann eine gleichmäßige Beleuchtung erreicht werden.
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In einer in 19 gezeigten weiteren Modifikation ist
ein reflektierendes Element 4 auf Flächen der Stirnseiten der Lichtführungsplatt 11 vorgesehen, die
nicht die Fläche
sind, wo die Lichtquellen 2 angeordnet sind. Dies bewirkt,
dass die Strahlen, die durch die Lichtführungsplatte 11 geführt worden
sind und die Stirnfläche
erreicht haben, einmal mehr in die Lichtführungsplatte 11 zurückkehren.
Somit kann die Effizienz verbessert werden. Für das reflektierende Element 4 wird
eine Folie oder Platte und dergleichen mit einer weißen Farbe
und/oder einer metallischen Glanzfläche verwendet.
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Das in 20 gezeigte
modifizierte Beispiel ist ein Beispiel, in welchem ein reflektierendes
Element 5 so angeordnet ist, dass es die Stirnfläche 16 der
Lichtführungsplatte 11 und
die Lichtquelle 2 abdeckt. Strahlen von der Lichtquelle 2 können effektiv in
die Stirnfläche 16 geleitet
werden, was zur Verbesserung der Helligkeit und zur Verbesserung
der Effizienz beiträgt.
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Die in 21 gezeigte
Modifikation ist ein Beispiel, bei dem ein optisches Absorptionselement 6a am
Umfang außerhalb
des Beleuchtungsbereiches der Lichtführungsplatte 11 angeordnet
ist. Es wäre
möglich,
z. B. doppelseitiges Klebeband oder einen Klebstoff und dergleichen
am Übergang
des reflektierenden Elements und der Lichtführungsplatte zu verwenden,
wie oben beschrieben worden ist, jedoch kann dann eine diffuse Reflexion
aufgrund von Mikropartikeln oder Gasblasen und dergleichen innerhalb
der Klebstoffschicht anderen Strahlen als den gewünschten
Strahlen erlauben, aus der Lichtführungsplatte auszutreten. Optische
Absorptionselemente 6a haben die Funktion des Absorbierens
solcher Strahlen außerhalb
des Beleuchtungsbereiches, und die Funktion, die Beleuchtung gleichmäßig zu machen.
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In der in 22 gezeigten Modifikation ist eine transparente
Platte oder eine transparente Folie 7 auf der Betrachterseite
der Lichtführungsplatte 11 angeordnet.
Die Lichtführungsplatte 11 und
die transparente Platte oder transparente Folie sind nicht miteinander
verklebt, wobei eine Luftschicht vorhanden ist, so dass dann, wenn
eine leichte Beschädigung der
Oberfläche
der Lichtführungsplatte 11 vorhanden ist,
die durch ihr Inneres geführten
Lichtstrahlen daran reflektiert werden und die Beschädigung als
heller Punkt oder helle Linie von der Oberfläche wahrgenommen werden kann.
Dies ist bei der Transparenttyp-Beleuchtung nicht nur unattraktiv,
sondern verringert auch deutlich die Erkennbarkeit aufgrund eines Kontrastverlustes
und dergleichen. Aufgrund des Vorsehens einer Luftschicht zwischen
der transparenten Platte oder transparenten Folie 7 und
der Lichtführungsplatte 11 besteht
jedoch keine Möglichkeit,
dass der optische Fluss von der Lichtführungsplatte 2 eintritt,
selbst wenn eine Beschädigung
derselben auftritt, so dass dies nicht zu dem Erscheinen von hellen
Punkten oder hellen Linien führen
kann. Da auch in diesem Fall die relative Fläche irgendeiner Beschädigung gering
ist, kann sie nur eine sehr geringe Wirkung auf die Erkennbarkeit
hinsichtlich des beleuchteten Objekts 6 haben. Da diese
Lichtführungsplatte 11 als
an der Vorderseite angeordnete Beleuchtungsvorrichtung verwendet
wird, ist die Anwesenheit einer solchen transparenten Platte oder transparenten
Folie 7 unverzichtbar. Für die transparente Platte oder
transparente Folie 7 können
ein transparentes Kunstharz, wie z. B. Acrylharz, Polykarbonatharz
oder amorphes Polyolefinharz, oder ein anorganisches transparentes
Material, wie z. B. Glas, verwendet werden. Selbstverständlich können ähnlich der
obigen Beschreibung der 5 optische Diffusionselemente
als punktförmige
optische Extraktionsstrukturen angeordnet sein.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform, die ebenfalls einen
Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wird im folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben. In 23A ist
eine Lichtquelle 2 an der Stirnseite der Lichtführungsplatte 11 angeordnet.
Wie in 23B gezeigt ist,
ist die Lichtführungsplatte 11 mit konkaven
Formen 11A auf einer Fläche
der transparenten Platte versehen, wobei die Flächen der konkaven Formen 11b in
allen Fällen
von Flächen
gebildet werden, die einen Winkel von weniger als etwa 30° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 einnehmen.
Die Lichtführungsplatte 11 ist
aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex von etwa
1,4 oder größer gebildet;
wenn z. B. der Brechungsindex gleich 1,4 ist, beträgt der kritische Winkel
45°, so
dass von der Stirnfläche 16 eintretende
Strahlen alle durch die Lichtführungsplatte 11 geführt werden
können.
Genauer, wenn der optische Fluss von der Lichtquelle 2 von
der Stirnfläche 16 eintritt,
wie durch den Strahl 19a oder den Strahl 19b gezeigt
ist, weist er einen Vektor von weniger als etwa 45° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 auf
und unterliegt somit einer wiederholten Reflexion innerhalb der
Lichtführungsplatte 11.
Wenn er zu gegebener Zeit eine konkave Form 11B erreicht,
weist ein an den Flächen
der konkaven Form 11B reflektierter Strahl einen viel größeren Winkel auf,
der 45° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 überschreitet,
und kann daher aus der Lichtführungsplatte 11 austreten.
Somit kann eine beträchtliche
optische Ausgangsleistung von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung
erhalten werden, wobei das beleuchtete Objekt 6 effizient
beleuchtet werden kann.
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Wie in 24 gezeigt
ist, werden die Flächen
der konkaven Formen 11B von Flächen mit eine Winkel von weniger
als etwa 30° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 gebildet.
Da ein Großteil
der Komponenten der Strahlen, die durch die Lichtführungsplatt 11 laufen,
Winkel von weniger als etwa 20° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 aufweisen,
erreicht ein Großteil
der durch die Lichtführungsplatte 11 geführten Strahlen die
Oberflächen
der konkaven Formen 11B oberhalb des kritischen Winkels,
so dass dieses reflektierte Licht aus einer weiteren Fläche der
Lichtführungsplatte 11 austreten
kann.
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25A zeigt
ein Beispiel, bei dem die konkaven Formen konische Oberflächen sind
(konkave Formen 11Ba); 25B zeigt
ein Beispiel, bei dem diese pyramidenförmige Oberflächen sind
(konkave Formen 11Bb); 25C zeigt
ein Beispiel, bei dem diese sphärische
Oberflächen
sind (konkave Formen 11Bc); und 26D zeigt ein Beispiel, bei dem diese unregelmäßig geformte
Oberflächen
sind (konkave Formen 11Bd). Solange der Winkel, den diese
Flächen
bilden, unterhalb von 30° bezüglich der
Ebene parallel zur Lichtführungsplatte 11 liegen,
wie oben beschrieben ist, kann deren Form frei gewählt werden,
wobei jedoch eine konische Oberfläche, wie in 25A gezeigt, oder eine Oberfläche einer
Form auf der Grundlage hiervon vorteilhaft ist, da der Winkel fixiert
sein kann und die Direktionalität
eliminiert wird.
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26 zeigt
ein Beispiel, bei dem die konkave Form eine konische Oberfläche mit
einem Scheitelwinkel von 130° ist.
Wenn ein Strahl 191a parallel zur Lichtführungsplatte 11 an
der konischen Oberfläche
reflektiert wird, schneidet er die Normale der Lichtführungsplatte 11 mit
40° und
tritt somit aus. Der Strahl 191b bildet einen Winkel von
20° und
schneidet die konische Fläche
mit 45° und
wird somit reflektiert; dieses reflektierte Licht schneidet die
Normale der Lichtführungsplatte 11 mit
20° und
kann somit austreten. Der Strahl 191c mit einem Winkel
von mehr 20° tritt
aus der konischen Oberfläche
aus, jedoch kann, da solche Komponenten nur einen kleinen Anteil
an der Gesamtheit darstellen, die effektive Nutzung als Beleuchtungsvorrichtung
durch die Wahl eines Scheitelwinkels von etwa 130° erreicht
werden.
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Einzelheiten bezüglich der Dichte und der Größe der konkaven
Formen entsprechen ohne Änderung
der Beschreibung, die für
den Fall der obigen konvexen Formen gegeben worden ist.
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Das Vorsehen von konkaven Formen
auf der Lichtführungsplatte
in dieser Weise hat das charakteristische Merkmal, dass im Vergleich
zu konvexen Formen, wie oben beschrieben worden ist, diese Formen
nicht die Dicke beeinflussen.
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Sie sind daher für die Konstruktion einer Notiztafelvorrichtung
geeignet, die insgesamt eine Beleuchtungsfunktion aufweist, in der
eine Notiztafel als das beleuchtete Objekt verwendet wird, was ermöglicht,
eine Notiztafelvorrichtung mit extrem geringer Dicke zu schaffen.
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(Sechste Ausführungsform)
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27 zeigt
ein Beispiel, bei dem eine Flüssigkristallanzeigetafel
für den
beleuchteten Körper verwendet
wird. Die Lichtführungsplatte 11 ist
an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel 2001 angeordnet.
Eine Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung
wird gebildet, indem eine reflektierende Platte 2002 an
der Rückseite
der Flüssigkristallanzeigetafel 2001 angeordnet
wird. Die Lichtführungsplatte 11 hat
die Funktion, Lichtstrahlen in Richtung zur Flüssigkristallanzeigetafel 2001 zu
lenken und praktisch alle Strahlen, die von der Reflexionsplatte 2002 reflektiert
werden, ohne Streuung durchzulassen. Dies ist effektiv, wenn ausreichend
externes Licht vorhanden ist, wobei sie mit gelöschter Lichtquelle 2 verwendet
wird, da in diesem Fall die Lichtführungsplatte 11 einfach
als transparente Platte dient und somit die Erkennbarkeit nicht
verringert und keine Auswirkung auf die Anzeigequalität hat. Wenn
sie ferner für
die Verwendung an dunklen Orten, wo das externe Licht unzureichend
ist, eingeschaltet wird, beleuchtet die Lichtführungsplatte 11 die
Flüssigkristallanzeigetafel 2001,
wobei das von der reflektierenden Platte 2002 reflektierte
Licht gerade durchgelassen wird, wobei die Lichtführungsplatte 11 einfach
als transparente Platte dient, in derselben Weise wie oben beschrieben
worden ist, wenn sie gelöscht
ist, so dass dies bei der Aufrechterhaltung einer hohen Erkennbarkeit
effektiv ist.
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Während
ferner im Fall einer Transparenttyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
in der die Beleuchtungsvorrichtung an der Rückseite der Flüssigkristallanzeigetafel
angeordnet war, der Hell/Dunkel-Kontrast durch das nur einmalige
Durchlassen der Strahlen von der Beleuchtungsvorrichtung durch die
Flüssigkristallanzeigetafel
erzeugt wurde, wird mit der vorliegenden Reflexionstyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
in der die Beleuchtungsvorrichtung an der Vorderseite der Flüssigkristallanzeigetafel
angeordnet ist, ein höherer
Kontrast erhalten, da die Lichtstrahlen von der Beleuchtungsvorrichtung
einmal mehr hindurchlaufen, indem sie von der reflektierenden Platte
reflektiert werden, nachdem sie die Flüssigkrtitallanzeigetafel zum
ersten Mal durchlaufen haben, was beim Erreichen einer höheren Erkennbarkeit effektiv
ist.
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28 zeigt
ein Beispiel, bei dem eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer elektronischen Vorrichtung, wie z. B. einem Mobiltelephon,
verwendet wird. Der Anzeigeabschnitt des Mobiltelephons 4000 weist eine
Anzeige 2000 auf, wie oben beschrieben worden ist. Genauer
ist dies vorteilhaft, um eine Energieeinsparung in tragbaren elektronischen
Vorrichtungen zu erreichen. Wie oben beschrieben worden ist, kann
eine Oberflächenbeleuchtungsvorrichtung
mit kleiner Dicke geschaffen werden, die z. B. für Notiztafeln oder Flüssigkristallanzeigen,
die externes Licht verwenden, geeignet ist. Ferner kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
geschaffen werden, in der in Anwendungen, wie z. B. tragbaren elektronischen Computerendgeräten, kein
Verlust an Anzeigequalität
auftritt, selbst wenn sie mit gelöschter Beleuchtung zur Energieeinsparung
an gut beleuchteten Orten verwendet werden, und die einen hohen
Kontrast aufweist, wenn die Beleuchtung eingeschaltet ist, mit einem
geringen Stromverbrauch unter Verwendung einer Leuchtstoffröhre, von
LEDs oder elektrischen Glühbirnen
und dergleichen.
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Es ist zu beachten, dass mit der
Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die durch die
obenbeschriebenen Ausführungsformen und
Modifikationen beispielhaft beschrieben worden ist, verschiedene
Anwendungen möglich
sind. Diese werden beispielsweise in Form einer Zusammenfassung
angegeben:
- – Beleuchtungsvorrichtung von
tragbaren Vorrichtungen, wie z. B. tragbaren Telephonen, kleinen Informationsvorrichtungen
oder Uhren.
- – Beleuchtungsvorrichtungen
für Möbel, wie
z. B. Zierregalbeleuchtung, Tripelspiegellichter, oder die Glasteile
von Tischen.
- – Beleuchtungsvorrichtungen
für die
Nachtbeleuchtung großer
Außenuhren, öffentlicher
Karten oder Fahrplananzeigetafeln z. B. an Bushaltestellen und dergleichen.
- – Beleuchtungsvorrichtungen
von z. B. Schiebedächern
oder Abdeckungen für
Kraftfahrzeuge.
- – Beleuchtungsvorrichtungen
für medizinische Geräte, wie
z. B. Spiegellichter in der Zahnmedizin.
- – Beleuchtungsvorrichtungen,
die bei der Beleuchtung von kompakten Nachschlagewerken, der Beleuchtung
für Lesematerial
während
des Fluges oder eine Außenkartenbeleuchtung
verwendet werden.
- – Beleuchtungsvorrichtungen,
die für
Vitrinenbeleuchtung oder für
die Beleuchtung von Anzeigen oder Kunstgalerieausstellungen verwendet
werden.
- – Beleuchtungsvorrichtungen,
die für
Dachaufsatzbeleuchtung, Bilderrahmenbeleuchtung oder für kleine
Haushaltsgegenstände
wie z. B. die Bildrahmenbeleuchtung verwendet werden.
- – Beleuchtungsvorrichtung
für Gebäude, wie
z. B. Beleuchtung für
Fenster, Duschräume,
Nachtbeleuchtung von Eingängen,
Innenwandbeleuchtung oder Beleuchtung von in Wänden eingesetzten Rahmen.
- – Beleuchtungsvorrichtungen
für z.
B. die Produktbeleuchtung von automatischen Verkaufsmaschinen, die
Beleuchtung von Wasser in Schwimmbecken und die Beleuchtung von
Außen-Firmenzeichentafeln
und dergleichen.
-
Es gibt einen sehr großen Bereich
von industriellen Anwendungen, wie die oben beschriebenen.
-
Von diesen ist ein Beispiel einer
Beleuchtungsvorrichtung, die z. B. in einer Außenkartenbeleuchtung verwendet
wird, in den 29A bis 29C gezeigt. Diese Vorrichtung
weist eine hervorragende Beweglichkeit und eine kompakte Größe auf,
so dass sie in der Handfläche
gehalten werden kann (z. B. die Größe etwa einer Postkarte). In
dieser Beleuchtungsvorrichtung sind die transparenten Schutzfolien 236 jeweils
auf die oberen und unteren Flächen
einer Lichtführungsplatte 235 geklebt,
wobei reflektierende Folien 237 jeweils auf die drei Seitenflächen geklebt sind.
Die Funktionen der Lichtführungsplat te 235,
der Schutzfolien 236 und der reflektierenden Folien 237 sind
die gleichen oder äquivalent
zu den bereits beschriebenen. Ein rechteckiges kastenförmiges Gehäuse 236 ist
auf dem verbleibenden optischen Eintrittsseitenabschnitt der Lichtführungsplatte 235 montiert,
um somit einen Teil derselben abzudecken. Innerhalb dieses Gehäuses sind
eine Batterie 239, die eine Stromquelle bildet, eine Beleuchtungsschaltung (Inverter) 240,
eine Leuchtstoffröhre 241,
die eine lineare Lichtquelle bildet, und ein Schalter 242 und dergleichen
aufgenommen. Die Leuchtstoffröhre 241 ist
durch einen Reflektor 242 abgedeckt. Die Beleuchtungsschaltung 240 kann
somit die Leuchtstoffröhre 241 mit
Strom von der Batterie 239 aufleuchten lassen, wenn es
erforderlich ist, so dass die obenbeschriebenen Maßnahmen
und Wirkungen erzielt werden können.
Somit kann eine Hand-Typ-Beleuchtungsvorrichtung mit einer bequemen
hochwertigen Beleuchtungsfunktion, mit der eine Karte im Freien betrachtet
werden kann, geschaffen werden.