DE69633758T2

DE69633758T2 - Lichtleiterfolie

Info

Publication number: DE69633758T2
Application number: DE69633758T
Authority: DE
Inventors: Johji Kunitachi Mamiya; Masaru Yokohama-shi Suzuki; Yoshinori Sagamihara Momose
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: KR0184630B1; EP0750209B1; CA2177919A1; DE69633758D1; TW436657B; US5764322A; EP0750209A1; JPH095739A; KR970002816A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Hintergrundbeleuchtungen für Flüssigkristallanzeigeeinheiten und insbesondere auf eine Lichtleiterfolie, die bewirkt, dass das Licht von einer Lichtquelle zu einem Flüssigkristallanzeigefeld transmittiert wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lichtleiterfolie, auf eine Hintergrundbeleuchtung, die eine derartige Lichtleiterfolie verwendet, und auf eine Flüssigkristallanzeigeeinheit, die eine derartige Hintergrundbeleuchtung verwendet.
Hintergrund der Technik
Eine große Anzahl von Flüssigkristallanzeigefeldern wurde in jüngerer Zeit als Anzeigeeinheiten für Personalcomputer oder Wortprozessoren eingesetzt. Außerdem wurden verbreitet Flüssigkristallfernsehsets verwendet, und um ihre Bildanzeigequalitäten zu steigern, werden die Anforderungen für Flüssigkristallbildschirme mit gleichmäßiger und hoher Helligkeit erhöht.
Die Struktur einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeeinheit vom transmissiven Typ wird unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Ein Flüssigkristallanzeigefeld 100 wird durch Einschließen eines Flüssigkristalls zwischen zwei obere und untere Glassubstrate gebildet, die sich mit einem vorgegebenen Zellenspalt gegenüberliegen, und der Flüssigkristall wird mittels Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall durch Elektroden angesteuert, die in den Innenseiten der zwei oberen und unteren Glassubstrate ausgebildet sind. Die Moleküle des eingeschlossenen Flüssigkristalls sind in der Richtung von oben nach unten um etwa 90° oder 270° verdreht angeordnet. Auf beiden Oberflächen des Flüssigkristallanzeigefeldes 100 sind polarisierende Platten 116 und 118 vorgesehen. Eine Hintergrundbeleuchtung 102 ist an der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 100 derart angebracht, dass dem Feld Licht zugeführt werden kann.
Die Struktur der Hintergrundbeleuchtung 102 wird beschrieben. Es wird zum Beispiel ein Lichtleiterkörper 104 aus Acrylharz bereitgestellt, der einen keilförmigen Abschnitt und eine flache Oberfläche aufweist, die der Rückseite des Flüssigkristallanzeigefeldes 100 gegenüberliegt. Eine linienförmige Lichtquelle 114 einer Kaltkathodenröhre ist entlang dem nächstgelegenen Bereich des keilförmigen Abschnitts des Lichtleiterkörpers 104 angebracht. Der Lichtleiterkörper 104 ist zum Emittieren des einfallenden Lichts von der linienförmigen Lichtquelle 114 zu dem Flüssigkristallanzeigefeld 100 hin vorgesehen.
Auf der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 von 14 ist eine Punktstruktur aufgedruckt, um Licht, das sich durch den Lichtleiterkörper 104 ausbreitet, diffus zu reflektieren. Eine reflektierende Fläche 108 ist an der gesamten Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 angebracht. Eine lichtstreuende Platte 110 und eine oder zwei Prismenschichten 112 sind zwischen der polarisierenden Platte 116 und dem Lichtleiterkörper 104 vorgesehen. Das Licht mit einer Helligkeitsverteilung, das von dem Lichtleiterkörper 104 emittiert wird, wird gestreut und mit der lichtstreuenden Platte 110 gleichmäßiger gemacht. Nach Durchlaufen der einen oder zwei Prismenschichten 112 wird das gestreute Licht in einer vorgegebenen Richtung gebündelt und fällt unter einem vorgegebenen Emissionswinkel auf das Flüssigkristallanzeigefeld 100 ein.
Das Lichtleiterverfahren von Lichtleiterkörpern, die bisher in einer Hintergrundbeleuchtung verwendet wurden, wird unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. In der Figur weist z. B. ein Lichtleiterkörper 104, der aus Acrylharz besteht, eine rechtwinklige flache Oberfläche und einen keilförmigen Abschnitt auf. An der Oberfläche der längeren Endfläche der gegemüberliegenden Enden dieses keilförmigen Abschnitts ist eine Lichtquelle angebracht, wie eine linienförmige Lichtquelle 114 einer Kaltkathodenröhre.
15(a) zeigt einen Lichtleiterkörper 104, der als punktbedruckter Typ bezeichnet wird und der demjenigen entspricht, der in 14 gezeigt ist. An der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 ist eine Punktstruktur 106 in Tinte mit einen Brechungsindex ausgebildet, der im Wesentlichen gleich oder größer als jener des Lichtleiterkörpers 104 ist. Mit dieser Punktstruktur 106 wird das durch den Lichtleiterkörper 104 einfallende Licht gestreut und zu der Oberseite des Lichtleiterkörpers 104 geleitet.
15(b) zeigt einen Lichtleiterkörper 104, der als ein körniger Typ bezeichnet wird. Eine Metallform zum Bilden des Lichtleiterkörpers 104 ist gekörnt, und die Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 wird mit einer sehr geringen Rauigkeit zur Lichtstreuung gebildet.
15(c) zeigt einen Lichtleiterkörper 104, der als ein diffus streuender Typ bezeichnet wird. Bei diesem Typ werden Streuung und Reflektion durch Mischen von zwei oder mehr Arten von Acrylharzen bewirkt, die sich im Brechungsindex unterscheiden.
15(d) zeigt einen Lichtleiterkörper 104, der als Raspeltyp bezeichnet wird. Auf der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 ist eine lichtreflektierende Oberfläche mit der Konfiguration wie eine Raspel ausgebildet.
Nunmehr werden die Helligkeit der Anzeige und die Helligkeitsverteilung für den Fall beschrieben, in dem eine Hintergrundbeleuchtung mit dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Lichtleiterkörper in einem Flüssigkristallanzeigefeld verwendet wird.
Polarisierendes Licht muss auf die Flüssigkristallmoleküle einfallen, die in dem Flüssigkristallanzeigefeld 100 eingeschlossen und um etwa 90° oder 270° verdreht angeordnet sind. Da jedoch keiner der vorstehend beschriebenen Lichtleiterkörper 104 polarisiertes Licht emittieren kann, ist es unerlässlich, die polarisierende Platte 116 zwischen dem Lichtleiterkörper 104 und dem Flüssigkristallanzeigefeld 100 bereitzustellen.
Da außerdem das von dem Lichtleiterkörper 104 emittierte Licht in die Richtung des Feldes nicht ausreichend gestreut und gleichmäßig gemacht wurde, ist es notwendig, die lichtstreuende Platte 110 zwischen der polarisierenden Platte 116 und dem Lichtleiterkörper 104 bereitzustellen, und des Weiteren ist es außerdem notwendig, eine oder zwei Prismenschichten 112 bereitzustellen, um Licht in einer vorgegebenen Richtung zu bündeln.
Die Helligkeit der Flüssigkristallanzeigeeinheit mit der vorstehend beschriebenen Hintergrundbeleuchtung wird unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. Unter der Annahme, dass die Helligkeit des Lichts, das gerade von dem Lichtleiterkörper 104 emittiert wird, 1.000 cd/m² beträgt, läuft dieses Licht durch die lichtstreuende Platte 110 und die Prismenschicht 112 und wird in einer vorgegebenen Richtung eines Emissionswinkels gebündelt, und die Helligkeit des Lichts wird 1.900 cd/m² oder etwa um den Faktor 1,9 heller.
Als nächstes wird das Licht mittels Durchlaufen der polarisierenden Platte 116 bei einem vorgegebenen Winkel polarisiert, dann wird eine Lichtmenge von etwa 55% verloren, und das Licht mit einer Lichtmenge von 855 cd/m² fällt auf das Flüssigkristallanzeigefeld 100 ein. Innerhalb des Flüssigkristallanzeigefeldes 100 geht eine konstante Menge an Licht aufgrund der Apertureffizienz (0,65 in diesem Fall) verloren, die durch eine Lichtabschirmschicht (Schwarzmatrix) bestimmt ist, die in der Grenze zwischen Pixeln vorgesehen ist, und die Lichtmenge wird auf 556 cd/m² reduziert. Wenn das Licht einen Farbfilter mit drei Primärfarben (rot, blau und grün) für eine Farbanzeige durchläuft, dann wird die Lichtmenge des Weiteren um den Faktor 0,33 reduziert, und schließlich wird das Licht von 1.000 cd/m², das von dem Lichtleiterkörper 104 emittiert wird, auf 183 cd/m² reduziert.
Die europäische Patentveröffentlichung Nr. EP-A-0 501 761 offenbart eine Lichtleiterschicht mit graduierten variablen Brechungsindizes der Materialien. Die deutsche Patentveröffentlichung DE-A-41 21 861 offenbart gestapelte Materialien, die dichroitische Polarisatoren in einer Lichtleiterschicht erzeugen. Das US-Patent Nr. 4 798 448, welches den Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 bildet, offenbart eine vorgegebene Dickenverteilung in einer Stapelstruktur, um eine gleichmäßige Lichtverteilung bereitzustellen.
Wenn die Hintergrundbeleuchtung und das Flüssigkristallanzeigefeld des herkömmlichen Aufbaus verwendet werden, ergibt sich ein Problem dahingehend, dass das Licht von einer Lichtquelle nicht ausreichend und effizient transferiert werden kann.
Außerdem weist die herkömmliche Hintergrundbeleuchtungsstruktur den Nachteil auf, dass die Dicke relativ groß ist und es daher schwierig ist, die Hintergrundbeleuchtung entsprechend der Reduktion der Abmessung der vorstehend beschriebenen Personalcomputer oder Wortprozessoren dünn zu machen.
Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Lichtleiterschicht bereitzustellen, die in der Lage ist, das Licht von einer Lichtquelle effizient zu transmittieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Von einem ersten Aspekt aus gesehen, stellt die Erfindung eine Lichtleiterschicht zum Leiten, Wandeln in eine gewünschte Richtung und Emittieren von einfallendem Licht bereit, wie in Anspruch 1 beansprucht. Die Lichtleiterschicht beinhaltet zwei oder mehr Arten von transparenten amorphen Materialien, die sich im Brechungsindex unterscheiden und die als eine Mehrzahl von alternierend gestapelten Schichten bereitgestellt sind, wobei jede Grenzfläche zwischen den amorphen Schichten einen vorgegebenen Winkel bezüglich einer Schichtoberfläche aufweist und wobei die vorgegebenen Winkel der Schichten bezüglich der Schichtoberfläche eine vorgegebene Winkelverteilung derart aufweisen, dass ein Winkel in einem mittigen Bereich der Schichtoberfläche größer als ein Winkel in einem peripheren Bereich der Schichtoberfläche ist.
Die Dicke jeder der amorphen Schichten weist vorzugsweise eine vorgegebene Schichtdickenverteilung in einer Stapelrichtung der amorphen Schichten auf. Die Schichtdickenverteilung kann jegliche geeignete Form annehmen. Sie kann zum Beispiel derart sein, dass eine Intensitätsverteilung von Licht, das von der Schichtoberfläche emittiert wird, in einem mittigen Bereich der Schichtoberfläche eine maximale Intensität aufweist, oder die Schichtdickenverteilung kann alternativ derart sein, dass eine Lichtstärkenverteilung des von der Schichtoberfläche emittierten Lichts flach wird.
Von einem anderen Aspekt aus betrachtet, stellt die vorliegende Erfindung eine Hintergrundbeleuchtung bereit, die eine Lichtleiterschicht und eine Lichtquelle beinhaltet, die in einem Endbereich der Lichtleiterschicht vorgesehen sind, wie in Anspruch 6 beansprucht.
In einer Ausführungsform der Hintergrundbeleuchtung ist ein Winkel jeder der amorphen Schichten ein Winkel, der bewirkt, dass Licht von der Lichtquelle direkt zu einer Flüssigkristallanzeigefeldseite reflektiert wird, eine reflektierende Platte ist an einer der Flüssigkristallanzeigefeldseite entgegengesetzten Oberfläche der Lichtleiterschicht angebracht und eine λ/4-Platte und eine weitere reflektierende Platte sind in einer Endfläche des anderen Endbereichs der Lichtleiterschicht in der angegebenen Reihenfolge vorgesehen.
In einer alternativen Ausführungsform der Hintergrundbeleuchtung ist ein Winkel jeder der amorphen Schichten ein Winkel, der nicht bewirkt, dass Licht von der Lichtquelle direkt zu einer Flüssigkristallanzeigefeldseite reflektiert wird, eine polarisierende Platte und eine reflektierende Platte sind an einer der Flüssigkristallanzeigefeldseite entgegengesetzten Oberfläche der Lichtleiterschicht in der angegebenen Reihenfolge angebracht, und eine λ/4-Platte und eine weitere reflektierende Platte sind in einer Endfläche des anderen Endbereichs der Lichtleiterschicht in der angegebenen Reihenfolge vorgesehen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Hintergrundbeleuchtung ist ein Lichtleiterkörper auf der Flüssigkristallanzeigefeldseite der Lichtleiterschicht vorgesehen.
Die Hintergrundbeleuchtung kann derart ausgebildet sein, dass ein transparentes Substrat des Flüssigkristallanzeigefelds anstelle des Lichtleiterkörpers verwendet wird. Durch diese Vorgehensweise kann eine dünne Hintergrundbeleuchtung bereitgestellt werden, die bei der Miniaturisierung eines Systems hilft.
Außerdem kann bei bevorzugten Ausführungsformen eine Hintergrundbeleuchtung gebildet sein, bei der die Lichtleiterschicht um ein peripheres Gebiet der Lichtquelle herum ausgebildet ist.
Von einem dritten Aspekt her gesehen, stellt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkristallanzeigeeinheit mit irgendeiner der vorstehend beschriebenen Hintergrundbeleuchtungen bereit. Eine derartige Flüssigkristallanzeigeeinheit ist in der Lage, Bilder mit gleichmäßiger Helligkeit und großer Helligkeit anzuzeigen.
In der Lichtleiterschicht, die einfallendes Licht leitet, in eine gewünschte Richtung wandelt und emittiert, sind zwei oder mehr Arten von transparenten amorphen Schichten, die sich im Brechungsindex unterscheiden, gemäß der vorliegenden Erfindung in einem vorgegebenen Winkel bezüglich einer Schichtoberfläche gestapelt. Wenn daher diese Lichtleiterschicht als Hintergrundbeleuchtung verwendet wird, kann die Lichtnutzungseffizienz des Lichtleiterkörperbereichs der Hintergrundbeleuchtung gesteigert werden. Da polarisiertes Licht bei dem Lichtleiterkörperbereich im Voraus erzeugt werden kann, kann das Licht, das bisher durch eine polarisierende Platte absorbiert wurde, reduziert werden, und die Lichtnutzungseffizienz kann weiter gesteigert werden. Des Weiteren kann eine Nutzungseffizienz von Hintergrundbeleuchtung durch Verwenden dieser Lichtleiterschicht in der Peripherie der Lichtquelle der Hintergrundbeleuchtung gesteigert werden. Des Weiteren kann der Emissionswinkel des Lichts von dem Flüssigkristallanzeigefeld derart gesteuert werden, dass eine Betrachtungswinkelcharakteristik verbessert wird.
Außerdem kann die Hintergrundbeleuchtung derart konstruiert sein, dass direktes Licht auf das Glassubstrat des Flüssigkristallanzeigefeldes einfällt, ohne den Lichtleiterkörper der herkömmlichen Hintergrundbeleuchtung zu verwenden. Da die Lichtleiterschicht selbst als der Lichtleiterkörper dient, kann sie des Weiteren anstelle des Lichtleiterkörpers verwendet werden, so dass die Hintergrundbeleuchtung extrem dünn gemacht werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird des Weiteren lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform derselben beschrieben, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Lichtleiterschicht eines ersten Beispiels zeigt,
2 eine Schnittansicht der Lichtleiterschicht des ersten Beispiels entlang der Linie A-A von 1 ist,
3 eine Darstellung ist, die ein Verfahren zur Herstellung der Lichtleiterschicht des ersten Beispiels zeigt,
4 eine Darstellung ist, die ein Verfahren zur Herstellung der Lichtleiterschicht des ersten Beispiels zeigt,
5 eine Darstellung ist, die eine Hintergrundbeleuchtung eines ersten Beispiels zeigt,
6 eine Darstellung ist, die eine Hintergrundbeleuchtung eines zweiten Beispiels zeigt,
7 eine Darstellung ist, die eine durchschnittliche Schichtdicke und eine Helligkeitsverteilung zeigt,
8 eine Darstellung ist, die eine Hintergrundbeleuchtung eines dritten Beispiels zeigt,
9 eine Darstellung ist, die eine Hintergrundbeleuchtung eines vierten Beispiels zeigt,
10 eine Darstellung ist, die zur Erläuterung der Anzeigehelligkeit der in 9 gezeigten Flüssigkristallanzeigeeinheit verwendet wird,
11 eine Darstellung ist, die zur Erläuterung einer Betrachtungswinkelcharakteristik verwendet wird,
12 eine Darstellung ist, die zeigt, wie der Winkel des gestapelten Films der Lichtleiterschicht der vorliegenden Erfindung geändert wird, um eine Betrachtungswinkelcharakteristik zu verbessern,
13 eine Darstellung ist, die eine Struktur zeigt, bei der sich die Hintergrundflächenbeleuchtung einer Lichtquelle mit der Lichtleiterschicht zu einem Lichtleiterkörper ausbreitet,
14 eine Darstellung ist, die zur Erläuterung der Struktur einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeeinheit verwendet wird,
15 eine Darstellung ist, die zur Erläuterung eines herkömmlichen Lichtleiterkörpers verwendet wird, und
16 eine Darstellung ist, die zur Erläuterung der Anzeigehelligkeit der herkömmlichen Flüssigkristallanzeigeeinheit verwendet wird.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 Beispiele für eine Lichtleiterschicht der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren derselben, eine Hintergrundbeleuchtung, welche die Lichtleiterschicht verwendet, sowie eine Flüssigkristallanzeigeeinheit beschrieben, welche die Hintergrundbeleuchtung verwendet.
Ein erstes Beispiel für eine Lichtleiterschichtstruktur wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Lichtleiterschicht. 2 ist eine Teilschnittansicht entlang einer Linie A-A von 1. In der Lichtleiterschicht 1 dieses Beispiels sind zwei oder mehr Arten von transparenten amorphen Schichten, die sich im Brechungsindex unterscheiden, mit einem vorgegebenen Winkel bezüglich einer Schichtoberfläche 8 gestapelt, wie in den 1 und 2 gezeigt. Die hierin verwendete transparente amorphe Schicht bedeutet ein anorganisches Material, wie Glas, einen organischen Film wie Acryl, Polyethylen und Polycarbonat, und einen dünnen Film aus einem anorganischen Material, wie Blende, Calciumfluorid und Kristallstein.
Der Brechungsindex n, die Filmdicke t, der Neigungswinkel θ bezüglich einer Schichtoberfläche und die Schichtdicke h jeder amorphen Schicht können gemäß verschiedenen benötigten Auslegungsbedingungen geeignet geändert werden, wenn diese Lichtleiterschicht 1 in der Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeigeeinheit verwendet wird, zum Beispiel gemäß einer notwendigen Lichtmenge, einer Lichtmengenverteilung auf einer Schichtoberfläche und einer lichtbündelnden Eigenschaft.
Die in 2 gezeigte Schnittansicht der Lichtleiterschicht 1 zeigt eine Lichtleiterschicht 1, bei der zwei Arten von Filmmaterialien mit einem Brechungsindex von 1,58 und 1,49, zum Beispiel Filme 4 und 6 mit einer Dicke t = 60 μm, die einen Polycarbonatfilm und einen Acrylfilm umfassen, mit einem Winkel von θ = 45° bezüglich einer Schichtoberfläche ohne eine Luftschicht gestapelt sind. Die Dicke h der Lichtleiterschicht 1 beträgt 0,5 mm. Die Form der Lichtleiterschicht 1 in dieser Ausführungsform ist eine rechtwinklige Parallelepipedform, bei der die Dicke gering ist, die Breite w gleich 22 cm und die Tiefe d gleich 16 cm ist.
Daher sind 950 Lagen von amorphen Filmen 4 und 6 alternierend in der Tiefenrichtung gestapelt. Die Dicke der amorphen Schicht sollte gering genug sein, so dass die Schicht nicht als eine Linie erkannt werden kann, wenn direkt mit menschlichen Augen darauf geblickt wird, und es ist bevorzugt, dass die Schichtdicke 200 μm oder weniger beträgt. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Verteilung des Brechungsindex der amorphen Schichten der Lichtleiterschicht 1 zwischen 1,1 und 3,0 liegt.
Weist die Lichtleiterschicht 1 eine derartige Struktur auf, wird dann, wenn Licht von einem Ende 2 dieser Lichtleiterschicht 1 einfällt, ein Teil des einfallenden Lichts, das durch die Lichtleiterschicht geleitet wird, an der Grenzfläche zwischen den Filmen 4 und 6 reflektiert und von der Lichtleiterschichtoberfläche 8 emittiert, und der restliche Teil wird an der Grenzfläche gebrochen und geht durch die Lichtleiterschicht 1 hindurch. Außerdem kann, wenn Licht auf die Lichtleiterschichtoberfläche 8 einfällt, das Licht durch ein Umkehrgesetz aus dem einen Ende 2 der Lichtleiterschicht 1 entnommen werden.
Nunmehr wird ein Fall betrachtet, bei dem das Licht, das durch die Lichtleiterschicht 1 wandert, in s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht aufgeteilt wird. Wenn zum Beispiel Filme, bei denen der Brechungsindex 1,53 und 1,50 beträgt, mit einem Winkel von θ = 45° gestapelt sind, beträgt der Reflektivitätsanteil der s-polarisierten Komponente 0,037725, und der Reflektivitätsanteil der p-polarisierten Komponente beträgt 0,000014. Daher ist die Reflektion der s-polarisierten Komponente etwa um den Faktor 2650 höher als jene der p-polarisierten Komponente.
Nunmehr wird ein Verfahren zur Herstellung der Lichtleiterschicht 1 dieses Beispiels unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, werden Filme 4 und 6 mit einem vorgegebenen Brechungsindex und einer vorgegebenen Dicke mit einem Klebemittel 5 verbunden und gestapelt. In der Realität muss die Dicke des Films 60 μm oder mehr aus fertigungstechnischen Gründen hinsichtlich der Beschränkung der Filmdicke betragen, die für eine Massenproduktion zur Verfügung steht. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Dicke des Klebemittels 5 zum Verbinden von Filmen 0,5 μm oder mehr (normalerweise 5 μm bis 30 μm) beträgt, bei der keine optische Filminterferenz auftritt.
Es werden einige hundert oder einige tausend notwendiger Filme, die auf diese Weise gestapelt werden, zum Beispiel in einer rechtwinkligen Parallelepipedform mit einer Höhe von etwa 10 cm gebildet (4(a)). Dann wird ein Filmstapelkörper 7 von rechtwinkliger Parallelepipedform unter einem gewünschten Winkel schräg geschnitten, um eine gewünschte Lichtleiterschicht 1 mit einer gewünschten Dicke zu vervollständigen. In einem in 4(b) gezeigten Beispiel werden Filme zum Beispiel mit einer Dicke von 0,06 mm mit der Oberseite und der Unterseite der mit einer Dicke von 0,5 mm gebildeten Lichtleiterschicht 1 verbunden. Da die Lichtleiterschicht 1 auf diese Weise gebildet werden kann, kann sie zur Verwendung gebogen oder gekrümmt werden.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ein Beispiel der Hintergrundbeleuchtung beschrieben, das durch Anbringen der vorstehend beschriebenen Lichtleiterschicht an einem herkömmlichen Lichtleiterkörper gebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 5 wird die Struktur der Hintergrundbeleuchtung unter Verwendung der Lichtleiterschicht 1 als ein erstes Beispiel beschrieben. Die in 5 gezeigte Hintergrundbeleuchtung ist eine Hintergrundbeleuchtung, bei der anstelle der in 14 gezeigten, gepunkteten Struktur die Lichtleiterschicht 1 dieses Beispiels an der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 von 14 dort angebracht wurde, wo der Abschnitt eine keilförmige Gestalt aufweist. Des Weiteren ist eine linienförmige Lichtquelle 114, zum Beispiel eine Kaltkathodenröhre, an einem Ende des keilförmigen Abschnitts des Lichtleiterkörpers 104 angebracht. Eine reflektierende Platte 124 ist an dem anderen Ende des keilförmigen Abschnitts durch eine λ/4-Platte 126 angebracht. Wenngleich der Lichtleiterkörper mit einem keilförmigen Abschnitt in dieser Ausführungsform verwendet wurde, kann auch ein Lichtleiterkörper mit einer flachen Parallelplattenform verwendet werden.
Wenngleich in der Darstellung von 5 weggelassen, ist das Glassubstrat eines Flüssigkristallanzeigefeldes auf der Oberseite des Lichtleiterkörpers 104 positioniert. Zwischen dem Lichtleiterkörper 104 und dem Glassubstrat ist lediglich die polarisierende Platte 116 vorgesehen, und die streuende Platte 110 und die Prismenschicht 112 sind entfernt, da sie unnötig sind.
Wie im 5 gezeigt, ist jede Grenzfläche zwischen den Filmen 4 und 6, welche die gestapelten amorphen Schichten der Lichtleiterschicht 1 sind, an der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 mit einem Winkel von 45° bezüglich der Oberfläche des Lichtleiterkörpers 104 in der Richtung von unten links nach oben rechts angebracht, so dass das Licht, das an der Grenzfläche reflektiert wird, in Richtung der Glassubstratseite des Flüssigkristallanzeigefeldes geleitet wird. Eine lichtreflektierende Platte 108 ist an der Rückseite der Lichtleiterschicht 1 angebracht.
Die Brechungsindizes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 betragen alternierend 1,53 und 1,58. Der Brechungsindex des Lichtleiterkörpers 104 beträgt 1,49 (zum Beispiel Acrylharz), etwas kleiner als jene der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1. Wenn der Brechungsindex des Lichtleiterkörpers 104 kleiner als der maximale Wert der Brechungsindizes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 ist, besteht kein Problem, es ist jedoch bevorzugt, dass der Brechungsindex des Lichtleiterkörpers 104 kleiner als der minimale Wert der Brechungsindizes der gestapelten Filme ist.
Nunmehr wird die Funktionsweise beschrieben. Das von der Lichtquelle 114 emittierte Licht fällt auf den Lichtleiterkörper 104 ein und breitet sich durch den Lichtleiterkörper 104 aus. Hierbei wird das Licht, das sich durch den Lichtleiterkörper 104 ausbreitet, gebrochen und fällt auf die Lichtleiterschicht 1 ein, deren Brechungsindex etwas größer ist, und das Licht wird an der Grenzfläche jedes Films reflektiert und wandert direkt in Richtung des Glassubstrats (Lichtpfad a von 5). Das direkt von der Lichtleiterschicht 1 reflektierte Licht weist einen hohen Anteil s-polarisierter Komponenten auf, und viele der s-polarisierten Komponenten fallen auf das Glassubstrat des Flüssigkristallfeldes durch die polarisierende Platte 116 ein, die dem s-polarisierten Licht den Durchtritt ermöglicht.
Dann beinhaltet das Licht, das sich durch den Lichtleiterkörper 104 ausbreitet, eine Menge an p-polarisiertem Licht, und p-polarisiertes Licht erreicht das andere Ende des Lichtleiterkörpers 104, durchläuft die λ/4-Platte 126, wird von der reflektierenden Platte 124 reflektiert, durchläuft erneut die λ/4-Platte 126 und kehrt in den Lichtleiterkörper 104 zurück. Da das Licht die λ/4-Platte 126 zwei Mal durchläuft, wurde es hierbei von p-polarisiertem Licht in s-polarisiertes Licht gewandelt. Das in s-polarisiertes Licht gewandelte Licht wird gebrochen und fällt auf die Lichtleiterschicht 1 von dem Lichtleiterkörper 104 ein, und dann wird das Licht an der Grenzfläche jeder Filmschicht reflektiert und in Richtung des Glassubstrats von der lichtreflektierenden Platte 108 der Rückseite emittiert (Lichtpfad b von 5). Dieses Licht beinhaltet einen hohen Anteil von s-polarisierten Komponenten, so dass es die polarisierende Platte 116 durchlaufen kann und das Glassubstrat erreicht.
Des Weiteren wandert das Licht, welches das Glassubstrat erreicht hat, das jedoch von dem Glassubstrat reflektiert wird, erneut durch den Lichtleiterkörper 104 und wird durch die reflektierende Platte 108 in Richtung des Glassubstrats reflektiert, da die Hintergrundbeleuchtung dieses Beispiels anders als die herkömmliche Hintergrundbeleuchtung nicht die streuende Platte und die Prismenschicht aufweist (Lichtpfad c von 5).
Somit kann gemäß diesem Beispiel, da anstelle der Punktstruktur die Lichtleiterschicht 1, bei der jeder gestapelte Film mit einem Winkel von 45° zu dem Lichtleiterkörper 104 geneigt ist, an der Rückseite des Lichtleiterkörpers der herkömmlichen Hintergrundbeleuchtung angebracht wurde und außerdem die λ/4-Platte 126 und die reflektierende Platte 124 an der Endfläche des Lichtleiterkörpers 104 angebracht wurden, die Menge an Licht, das vertikal von der Oberfläche des Lichtleiterkörpers 104 emittiert wird, erhöht werden, und die Lichtleitereffizienz des Lichtleiterkörperbereichs der Hintergrundbeleuchtung kann gesteigert werden. Außerdem kann, selbst wenn keine Prismenschicht verwendet wird, der Emissionswinkel des Lichtes von dem Flüssigkristallanzeigefeld derart gesteuert werden, dass eine Betrachtungswinkelcharakteristik verbessert wird.
6 zeigt ein zweites Beispiel, bei dem eine Lichtleiterplatte von rechtwinkliger Parallelepipedform verwendet wird und die amorphen Schichten einer Lichtleiterschicht mit einem Winkel gestapelt sind, unter dem Primärlicht von einer Lampe zu der Rückseite der Lichtleiterschicht reflektiert wird.
Die Struktur einer Hintergrundbeleuchtung unter Verwendung der Lichtleiterschicht 1 der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die in 6 gezeigte Hintergrundbeleuchtung ist eine Hintergrundbeleuchtung, bei der anstelle der in 14 gezeigten Punktstruktur die Lichtleiterschicht 1 dieses Beispiels an der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 angebracht wurde. Des Weiteren ist eine linienförmige Lichtquelle 114, zum Beispiel eine Kaltkathodenröhre, an einem Ende des Lichtleiterkörpers 104 angebracht, und eine reflektierende Platte 124 ist an dem anderen Ende durch eine λ/4-Platte 126 angebracht. Wenngleich der Lichtleiterkörper mit einer rechtwinkligen Parallelepipedform (flache Parallelplatte) in dem Beispiel verwendet wurde, kann auch ein Lichtleiterkörper mit einem keilförmigen Abschnitt verwendet werden.
Wenngleich in der Darstellung von 6 weggelassen, ist das Glassubstrat eines Flüssigkristallanzeigefeldes auf der Oberseite des Lichtleiterkörpers 104 positioniert. Zwischen dem Lichtleiterkörper 104 und dem Glassubstrat sind die polarisierende Platte 116, die streuende Platte 110 und die Prismenschicht 112 entfernt, da sie unnötig sind. In dem Fall der Hintergrundbeleuchtung dieses Beispiels ist die polarisierende Platte 116 auf der Rückseite der Lichtleiterschicht 1 vorgesehen.
Wie in 6 gezeigt, ist jede Grenzfläche zwischen den Filmen 4 und 6, welche die gestapelten amorphen Schichten der Lichtleiterschicht 1 sind, an der Rückseite des Lichtleiterkörpers 104 mit einem Winkel von 45° bezüglich der Oberfläche des Lichtleiterkörpers 104 in der Richtung von oben links nach unten rechts angebracht, so dass das Licht, das an der Grenzfläche reflektiert wird, auf eine reflektierende Platte 108 einfällt, die an der Rückseite der Lichtleiterschicht angebracht ist, und dann wird das reflektierte Licht in Richtung der Glassubstratseite des Flüssigkristallanzeigefeldes geleitet. Die lichtreflektierende Platte 108 ist an der Rückseite der Lichtleiterschicht 1 durch die polarisierende Platte 116 angebracht.
Die Brechungsindizes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 betragen alternierend 1,50 und 1,53. Der Brechungsindex des Lichtleiterkörpers 104 beträgt 1,49 (zum Beispiel Acrylharz), etwas kleiner als jene der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1. Die Beziehung zwischen dem Brechungsindex des Lichtleiterkörpers 104 und den Brechungsindizes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 ist die gleiche wie in dem ersten Beispiel.
Nunmehr wird die Funktionsweise beschrieben. Das von der Lichtquelle 114 emittierte Licht fällt auf den Lichtleiterkörper 104 ein und breitet sich durch den Lichtleiterkörper 104 aus. Hierbei wird das Licht, das sich durch den Lichtleiterkörper 104 ausbreitet, gebrochen und fällt auf die Lichtleiterschicht 1 ein, deren Brechungsindex etwas größer ist, und dann wird das Licht an der Grenzfläche jedes Films reflektiert, durchläuft die polarisierende Platte 116, wird von der reflektierenden Platte 108 reflektiert, durchläuft erneut die polarisierende Platte 116 und fällt als s-polarisiertes Licht auf das Glassubstrat ein (Lichtpfad a von 6).
Dann beinhaltet das Licht, das sich durch den Lichtleiterkörper 104 ausbreitet, eine relativ große Menge an p-polarisiertem Licht, und das p-polarisierte Licht erreicht das andere Ende des Lichtleiterkörpers 104, durchläuft die λ/4-Platte 126, wird von der reflektierenden Platte 124 reflektiert, durchläuft erneut die λ/4-Platte 126 und kehrt in den Lichtleiterkörper 104 zurück. Da das Licht die λ/4-Platte 126 zwei Mal durchläuft, wurde es hierbei von p-polarisiertem Licht in s-polarisiertes Licht gewandelt. Das in s-polarisiertes Licht gewandelte Licht wird gebrochen und fällt auf die Lichtleiterschicht 1 von dem Lichtleiterkörper 104 ein, und dann wird das Licht an der Grenzfläche jeder Filmschicht reflektiert und in Richtung des Glassubstrats emittiert (Lichtpfad b von 6).
Des Weiteren wandert das Licht, welches das Glassubstrat erreicht hat, jedoch von dem Glassubstrat reflektiert wird, erneut durch den Lichtleiterkörper 104 und wird durch die reflektierende Platte 108 in Richtung des Glassubstrats reflektiert, da die Hintergrundbeleuchtung dieses Beispiels anders als die herkömmliche Hintergrundbeleuchtung keine streuende Platte und keine Prismenschicht aufweist (Lichtpfad c von 6).
Da anstelle der Punktstruktur die Lichtleiterschicht 1, bei der jeder gestapelte Film mit einem Winkel von 45° relativ zu dem Lichtleiterkörper 104 geneigt ist, an der Rückseite des Lichtleiterkörpers der herkömmlichen Hintergrundbeleuchtung angebracht wurde und außerdem die λ/4-Platte 126 und die reflektierende Platte 124 an der Endfläche des Lichtleiterkörpers 104 angebracht wurden, kann somit die Menge an Licht, das vertikal von der Oberfläche des Lichtleiterkörpers 104 emittiert wird, erhöht werden, und die Lichtleitereffizienz des Lichtleiterkörperbereichs der Hintergrundbeleuchtung kann gesteigert werden. Außerdem kann der Emissionswinkel des Lichts von dem Flüssigkristallanzeigefeld derart gesteuert werden, dass eine Betrachtungswinkelcharakteristik verbessert wird.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 7 die Helligkeitsverteilung der Lichtleiterschicht und die Steuerung der Schichtdicke der gestapelten Filme beschrieben, welche die Lichtleiterschicht bilden. In den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Beispielen, bei denen die Schichtdicke jedes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 konstant ist, wird der Bereich der Helligkeitsverteilung näher bei der Lichtquelle 114 heller.
Wenn in diesem Fall der Transmissionsgrad jeder Schicht durch T ausgedrückt wird und die Nummer der Schicht von der Lichtquelle aus durch n ausgedrückt wird (T < 1, n = 1, 2, 3, ...), ist die Helligkeit der n-ten Schicht durch Gleichung 1 gegeben. L(n) = L0ATn, (1)wobei L(n) die Helligkeit der n-ten Schicht repräsentiert und L₀ die Helligkeit der Lichtquelle repräsentiert.
Wenn zum Beispiel gewünscht ist, dass eine vollständig gleichmäßige Helligkeitsverteilung erzielt wird, kann die Filmdicke jeder Schicht aus Gleichung (1) wie folgt erhalten werden. A(n) = A0(1/Tn) (2)
Somit kann durch Steuern der Schichtdicke der gestapelten Filme eine beliebige Helligkeitsverteilung erhalten werden.
7 zeigt eine zentrierte hügelförmige Helligkeitsverteilung. Außerdem ist die Hauptstruktur des ersten Beispiels in 7(b) gezeigt, und eine Sollhelligkeitsverteilung ist in 7(a) gezeigt. Wenn das Flüssigkristallanzeigefeld in der Mitte desselben in einen linken Seitenbereich von 90 mm und einen rechten Seitenbereich von 90 mm unterteilt wird und die Helligkeit in der Mitte 100 beträgt, muss die Schichtdicke jeder gestapelten Schicht gemäß einer mittleren Schichtdicke geändert werden, die mit einer durchgezogenen Linie in 7(c) gezeigt ist, um eine zentrierte hügelförmige Helligkeitsverteilung zu erhalten, wie jener, die in 7(a) gezeigt ist. In 7 repräsentiert die Abszissenachse die Position jedes Films in der Lichtleiterschicht, und die Ordinatenachse repräsentiert die mittlere Schichtdicke.
Wenngleich in 7 hauptsächlich die Schichtdicke der gestapelten Filme beschrieben wurde, kann eine gewünschte Helligkeitsverteilung auch durch kontinuierliches oder stufenweises Ändern des Winkels und des Brechungsindex jedes Films der Lichtleiterschicht 1 erzielt werden.
Eine Flüssigkristallanzeigeeinheit, bei der die Lichtleiterschicht der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung direkt an dem Glassubstrat der Feldseite der Flüssigkristallanzeigeeinheit angebracht ist, wird nunmehr als drittes Beispiel unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Die in 8 gezeigte Flüssigkristallanzeigeeinheit weist keine herkömmliche Hintergrundbeleuchtungsstruktur auf, wie eine, die einen Lichtleiterkörper und eine Prismenschicht beinhaltet, und weist eine erste Eigenschaft dahingehend auf, dass eine Lichtleiterschicht 1 direkt an dem Glassubstrat der Feldseite des Flüssigkristallanzeigefeldes angebracht ist.
Eine die Lichtleiterschicht 1 verwendende Hintergrundbeleuchtungsstruktur, die das dritte Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Ein Flüssigkristallanzeigefeld 100 beinhaltet ein Glassubstrat 120 auf der Feldseite und ein Glassubstrat 122 auf der Zellenseite, das dem Glassubstrat 120 auf der Feldseite mit einer vorgegebenen Zellenlücke gegenüberliegt. Das Glassubstrat 120 der Feldseite ist mit einem Schaltelement, wie einem Dünnfilmtransistor, und Pixelelektroden ausgebildet. Für das Glassubstrat 122 der Zellenseite ist entsprechend jeder Pixelelektrode ein Farbfilter mit drei Primärfarben (rot, grün und blau) ausgebildet, und zwischen den Farbfiltern ist eine Schwarzmatrix ausgebildet, die eine Lichtabschirmschicht ist. Zwischen dem Glassubstrat 120 der Feldseite und dem Glassubstrat 122 der Zellenseite ist ein Flüssigkristall 130 eingeschlossen.
Die Lichtleiterschicht 1 ist an der Oberfläche (im Folgenden als Rückseite bezeichnet) des dem Glassubstrat 122 der Zellenseite gegenüberliegenden Glassubstrats 120 der Feldseite angebracht. In dieser Ausführungsform betragen die Dicken des Feldsubstrats und des Zellensubstrats jeweils etwa 1,1 mm, und die Dicke der Lichtleiterschicht 1 beträgt etwa 0,5 mm.
Eine linienförmige Lichtquelle 114, zum Beispiel eine Kaltkathodenröhre, ist an einem Ende des Glassubstrats 120 der Feldseite und der Lichtleiterschicht 1 angebracht, und eine reflektierende Platte 124 ist an dem anderen Ende durch eine λ/4-Platte 126 angebracht.
Wie in 8 gezeigt, ist jede Grenzfläche zwischen den Filmen 4 und 6, welche die gestapelten amorphen Schichten der Lichtleiterschicht 1 sind, an der Rückseite des Glassubstrats 120 mit einem Winkel von 45° bezüglich der Oberfläche des Glassubstrats 120 in der Richtung von oben links nach unten rechts derart angebracht, dass das Licht, das an der Grenzfläche reflektiert wird, auf eine reflektierende Platte 108 einfällt, die an der Rückseite der Lichtleiterschicht 1 angebracht ist, und dann wird das reflektierte Licht in Richtung der Glassubstratseite des Flüssigkristallanzeigefeldes geleitet. Zwischen der Rückseite der Lichtleiterschicht 1 und der lichtreflektierenden Platte 108 ist eine polarisierende Platte 116 eingeschlossen.
Die Brechungsindizes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 betragen alternierend 1,65 und 1,62. Der Brechungsindex des Glassubstrats 120 beträgt 1,60, etwas kleiner als jene der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1. Die Beziehung zwischen dem Brechungsindex des Glassubstrats 120 und den Brechungsindizes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 ist die gleiche wie in dem ersten Beispiel.
Nunmehr wird die Funktionsweise beschrieben. Der größere Teil des Lichts, das von der Lichtquelle 114 emittiert wird, fällt auf das Glassubstrat 120 ein, und der restliche Teil fällt auf die Endfläche der Lichtleiterschicht 1 ein. Das Licht, das sich durch das Glassubstrat 120 ausbreitet, wird gebrochen und fällt auf die Lichtleiterschicht 1 ein, deren Brechungsindex etwas größer ist, und dann wird das Licht an der Grenzfläche jedes Films reflektiert, durchläuft die polarisierende Platte 116, wird von der reflektierenden Platte 108 reflektiert, durchläuft erneut die polarisierende Platte 116 und fällt als s-polarisiertes Licht auf das Glassubstrat ein (Lichtpfad a von 8).
Dann beinhaltet das Licht, das sich durch das Glassubstrat 120 und die Lichtleiterschicht 1 ausbreitet, eine relativ große Menge an p-polarisiertem Licht, und das p-polarisierte Licht erreicht das andere Ende des Glassubstrats 120 und der Lichtleiterschicht 1, durchläuft die λ/4-Platte 126, wird von der reflektierenden Platte 124 reflektiert, durchläuft erneut die λ/4-Platte 126 und kehrt in das Glassubstrat 120 und die Lichtleiterschicht 1 zurück. Da das Licht die λ/4-Platte 126 zwei Mal durchläuft, wurde es hierbei von p-polarisiertem Licht in s-polarisiertes Licht gewandelt. Das in s-polarisiertes Licht gewandelte Licht wird gebrochen und fällt auf die Lichtleiterschicht 1 von dem Glassubstrat 120 ein, und dann wird das Licht an der Grenzfläche jedes Films reflektiert und in Richtung des Glassubstrats emittiert (Lichtpfad b von 8).
Des Weiteren wandert das Licht, welches das Glassubstrat 120 erreicht hat, jedoch von dem Glassubstrat 120 reflektiert wird, erneut durch das Glassubstrat 120 und wird durch die reflektierende Platte 108 erneut in Richtung des Glassubstrats 120 reflektiert (Lichtpfade c und d von 8).
Außerdem durchläuft das an dem Glassubstrat 122 der Zellenseite reflektierte Licht das Glassubstrat 120 der Feldseite und die Lichtleiterschicht 1 und wird an der reflektierenden Platte 108 reflektiert, und das reflektierte Licht kehrt wiederum zu dem Glassubstrat 120 zurück (Lichtpfad e von 8).
Da die Lichtleiterschicht 1 direkt an dem Glassubstrat des Flüssigkristallanzeigefeldes angebracht wurde und außerdem die λ/4-Platte 126 und die reflektierende Platte 124 an der Endfläche des Glassubstrats 120 angebracht wurden, kann somit die Menge an Licht, das vertikal von der Oberfläche des Glassubstrats 120 emittiert wird, erhöht werden, und die Lichtleitereffizienz kann gesteigert werden. Selbst wenn keine Prismenschicht verwendet wird, kann außerdem der Emissionswinkel des Lichts von dem Flüssigkristallanzeigefeld derart gesteuert werden, dass eine Betrachtungswinkelcharakteristik verbessert wird. Da der Lichtleiterkörper unnötig ist, kann des Weiteren der Hintergrundbeleuchtungsbereich dünn gemacht werden.
Als nächstes wird ein Beispiel, bei dem die Hintergrundbeleuchtung nur durch die Lichtleiterschicht realisiert wird, als viertes Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Die in 9 gezeigte Flüssigkristallanzeigeeinheit unterscheidet sich dahingehend, dass die Dicke der Lichtleiterschicht zum Beispiel auf etwa 5 mm erhöht ist, während die Dicke der Lichtleiterschicht der dritten Ausführungsform von 8 etwa 0,5 mm betrug. Da die Lichtleiterschicht 1 derart verdickt ist, dass der Hauptteil des Lichts einer Lichtquelle 114 direkt von der Endfläche der Lichtleiterschicht 1 einfällt, und außerdem die Dicke der Lichtleiterschicht 1 gemäß der Abmessung der Lichtquelle 114 festgelegt ist, besteht keine Notwendigkeit, das Glassubstrat 120 als Lichtleiterkörper zu verwenden. Dieses Beispiel weist außerdem den Vorteil auf, dass die Lichtleitereffizienz gesteigert werden kann und die Dicke der Hintergrundbeleuchtung äußerst gering gemacht werden kann.
Die Anzeigehelligkeit der in 9 gezeigten Flüssigkristallanzeigeeinheit wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Unter der Annahme, dass die Menge an Licht, das sich durch die Lichtleiterschicht 1 ausbreitet, 1.000 cd/m² beträgt, durchläuft dieses Licht die polarisierende Platte 116, wird von der reflektierenden Platte 108 reflektiert und wird in Richtung des Glassubstrats 120 emittiert. Unter der Annahme, dass der Lichtverlust etwa 20% beträgt, ist hierbei die Lichtmenge, die auf das Glassubstrat 120 einfällt, auf etwa 800 cd/m² reduziert.
Als nächstes wird innerhalb des Flüssigkristallanzeigefeldes 100 aufgrund der Apertureffizienz (zum Beispiel 0,65), die durch eine Lichtabschirmschicht (Schwarzmatrix) festgelegt ist, die in der Grenze zwischen den Pixeln bereitgestellt ist, etwa 65% Licht (in 10 durch ein Bezugszeichen a bezeichnet) transmittiert, und etwa 35% Licht (in 10 mit einem Bezugszeichen b bezeichnet) wird reflektiert, durchläuft erneut die Lichtleiterschicht 1 und die polarisierende Platte 116, wird an der reflektierenden Platte 108 reflektiert und fällt auf das Glassubstrat 120 ein.
Daher beträgt die Gesamtmenge des Lichts, das auf das Glassubstrat 120 einfällt, 800 × (0,65 + 0,35 × 0,8) = 800 × 0,93 = 744 cd/m². Wenn das Licht das Glassubstrat 122 der Zellenseite durchläuft, wo ein Farbfilter von drei Primärfarben (rot, blau und grün) für eine Farbanzeige ausgebildet ist, wird dann des Weiteren die Lichtmenge um einen Faktor 0,33 reduziert. Unter der Annahme, dass das Licht, das an dem Glassubstrat 122 der Zellenseite reflektiert wird und an der reflektierenden Platte 108 erneut reflektiert wird und auf das Glassubstrat 122 der Zellenseite einfällt, 60% beträgt, kann außerdem schließlich eine Lichtmenge von 744 × (0,33 + 0,67 × 0,6) = 744 × 0,73 = 543 cd/m² erzielt werden.
Mit der die Lichtleiterschicht dieses Beispiels verwendenden Hintergrundbeleuchtung kann eine Lichtmenge im Vergleich zu 183 cd/m², die mit der herkömmlichen Hintergrundbeleuchtungsstruktur erzielt werden, um den Faktor drei erhöht werden, und außerdem kann eine Hintergrundbeleuchtung äußerst dünn gemacht werden.
Als nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Betrachtungswinkelcharakteristik der Flüssigkristallanzeigeeinheit mit der Lichtleiterschicht verbessert wird, unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben.
11 zeigt den Zustand, in dem ein Beobachter 134 den Anzeigeschirm 132 des Flüssigkristallanzeigefeldes 100 betrachtet hat. Die von dem linken und dem rechten Punkt des Feldes 100 aus gezeichneten durchgezogenen Linien repräsentieren Betrachtungswinkel, die an dem linken beziehungsweise dem rechten Punkt erhalten werden, und die Betrachtungswinkel sind stark von der Richtung des Lichts von einer Hintergrundbeleuchtung abhängig. Im Fall der durch die durchgezogenen Linien von 11 bezeichneten Betrachtungswinkel werden beide oder einer des linken und des rechten Bereichs dunkel, selbst wenn der Beobachter 134 seinen Betrachterpunkt etwas bewegt. Wenn die Mitte des Betrachtungswinkels ins Innere des Anzeigebereichs bewegt wird, wie durch gestrichelte Linien in 11 gezeigt, kann der Bereich, in dem die Anzeige der Anzeigeeinheit dunkel wird, reduziert werden, selbst wenn ein bestimmtes Maß an Bewegung des Betrachterpunkts des Beobachters 134 vorlag.
In einem Fall, in dem die Neigung der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 45° beträgt, wird Licht hauptsächlich von der Oberfläche in der vertikalen Richtung emittiert, wie in 12(a) gezeigt. In einem Fall, in dem die Neigung der linken und rechten gestapelten Filme der Mitte gering gemacht wird, wird das Licht von der linken Seite zu der rechten Seite emittiert, und das Licht von der rechten Seite wird zu der linken Seite emittiert, wie in 12(b) gezeigt. Um eine derartige Lichtleiterschicht zu bilden, kann sie durch Pressen derselben in eine spezifizierte Form unter Verwendung der Tatsache gebildet werden, dass die Neigung der Schicht kleiner wird, wenn Druck angewendet wird, wenn die Schicht zum Zeitpunkt der Herstellung der Schicht gehärtet wird.
Somit kann die Betrachtungswinkelcharakteristik durch Ändern des Winkels der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 mittels Ändern der Position verbessert werden.
Nunmehr wird eine Hintergrundbeleuchtung, bei der die Lichtmenge durch effektives Nutzen des Rückseitenlichts einer Lichtquelle mittels der Lichtleiterschicht erhöht wird, unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Das Rückseitenlicht einer Lichtquelle meint das Licht, das in Richtung der Deckseite (nicht gezeigt) der Lichtquelle in der Richtung geleitet wird, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der Licht direkt auf den Lichtleiterkörper (oder das Glassubstrat der Feldseite) oder die Lichtleiterschicht einfällt.
Wie in 13(a) gezeigt, ist ein transparenter Film 140, bei dem der Brechungsindex 1,6 beträgt und die Dicke 1,0 mm oder ähnlich beträgt, um eine linienförmige Lichtquelle 114 herum ausgebildet, und die Lichtleiterschicht 1 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist an der Außenseite des transparenten Films 140 angebracht. Eine reflektierende Schicht 144 ist auf die äußere Peripherie der Lichtleiterschicht 1 gewunden. Die obere und die untere Endfläche der Lichtleiterschicht 1 und die obere und die untere Endfläche des transparenten Films 140 sind mit dem Glassubstrat der Feldseite der Flüssigkristallanzeigeeinheit oder dem Lichtleiterkörper oder der Lichtleiterschicht verbunden, die sich an der Unterseite des Glassubstrats befindet.
Wie in 13(b) gezeigt, ist der Winkel jedes der gestapelten Filme der Lichtleiterschicht 1 auf etwa 60° relativ zu dem transparenten Film 140 gesetzt. Das Licht, das auf den transparenten Film 140 als Rückseitenlicht einfällt, fällt auf die Lichtleiterschicht 1 ein und wird an jedem gestapelten Film reflektiert. Das reflektierte Licht erreicht den reflektierenden Film 144 und wird von dem Film 144 reflektiert und fällt erneut auf den transparenten Film 140 ein. Der Hauptteil des Lichts, das auf den transparenten Film 140 einfällt, wird innerhalb des transparenten Films 140 reflektiert und erreicht die obere Endfläche des Films 140. Dann fällt das Licht auf den Lichtleiterkörper oder die Lichtleiterschicht ein.
Wenn die Peripherie der Lichtquelle 114 so mit der Lichtleiterschicht aufgebaut ist, wird eine Lichtmenge durch Verwenden von Rückseitenlicht erhöht, das im Stand der Technik nicht verwendet werden konnte.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß den Beispielen und der Ausführungsform die Lichtleitereffizienz des Lichtleiterkörperbereichs der Hintergrundbeleuchtung gesteigert werden, und die Verwendungseffizienz des Rückseitenlichts einer Lampe der Hintergrundbeleuchtung kann gesteigert werden. Außerdem kann der Emissionswinkel des Lichts von dem Flüssigkristallanzeigefeld derart gesteuert werden, dass eine Betrachtungswinkelcharakteristik verbessert wird. Außerdem kann die Hintergrundbeleuchtung äußerst dünn gemacht werden, indem dem Glassubstrat der Flüssigkristallanzeigeeinheit ohne den Lichtleiterkörper der Hintergrundbeleuchtung direkt Licht zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hierin angegebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich. Wenngleich zum Beispiel der transparente Film 140 und die Lichtleiterschicht 1 um eine Lichtquelle herum in der angegebenen Reihenfolge angeordnet wurden, um das Rückseitenlicht der Lichtquelle effektiv zu nutzen, kann der gleiche Vorteil auch dann erzielt werden, wenn die Lichtleiterschicht 1 und der transparente Film 140 nicht in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind.
Wie im Vorstehenden beschrieben, offenbart die vorliegende Erfindung eine Struktur, die ermöglicht, dass das Licht von einer Lichtquelle effizient zu dem Feld einer Flüssigkristallanzeigeeinheit transmittiert wird und die Hintergrundbeleuchtung dünn gemacht wird.

Claims

Lichtleiterschicht zum Leiten, Wandeln in eine gewünschte Richtung und Emittieren von einfallendem Licht, wobei die Schicht zwei oder mehr Arten von transparenten amorphen Materialien (4, 6) beinhaltet, die sich im Brechungsindex unterscheiden und die als eine Mehrzahl von alternierend gestapelten Schichten, die eine Mehrzahl von Grenzflächen zwischen den amorphen Schichten bilden, bereitgestellt sind, wobei jede der Mehrzahl von Grenzflächen einen vorgegebenen Winkel (θ) bezüglich einer Schichtoberfläche (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Winkel (θ) der Mehrzahl von Grenzflächen eine vorgegebene Winkelverteilung zeigen, so dass ein Winkel in einem mittigen Bereich der Schichtoberfläche (8) größer als ein Winkel in einem peripheren Bereich der Schichtoberfläche (8) ist.
Lichtleiterschicht nach Anspruch 1, wobei eine Dicke jeder der amorphen Schichten eine vorgegebene Schichtdickenverteilung in einer Stapelrichtung der amorphen Schichten aufweist.
Lichtleiterschicht nach Anspruch 2, wobei die Schichtdickenverteilung derart ist, dass eine Intensitätsverteilung von Licht, das von der Schichtoberfläche (8) emittiert wird, flach wird.
Lichtleiterschicht nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die maximale Schichtdicke der amorphen Schichten 200 μm oder weniger beträgt.
Lichtleiterschicht nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Brechungsindex der amorphen Schichten im Bereich von 1,1 bis 3,0 liegt.
Hintergrundbeleuchtung für ein Flüssigkristallanzeigefeld mit – einer Lichtleiterschicht (1) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch und – einer Lichtquelle (114), die in einem ersten Endbereich der Lichtleiterschicht (1) vorgesehen ist.
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 6, wobei – der Winkel von jeder der amorphen Schichten ein Winkel ist, der bewirkt, dass Licht von der Lichtquelle (114) direkt zu einer Seite des Flüssigkristallanzeigefeldes der Lichtleiterschicht reflektiert wird, – eine erste reflektierende Platte (108) an einer der Seite des Flüssigkristallanzeigefeldes entgegengesetzten Oberfläche der Lichtleiterschicht (1) angebracht ist, und – eine λ/4-Platte (126) und eine zweite reflektierende Platte (124) an einem dem ersten Endbereich entgegengesetzten zweiten Endbereich der Lichtleiterschicht vorgesehen sind.
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 6, wobei – der Winkel jeder der amorphen Schichten ein Winkel ist, der nicht bewirkt, dass Licht von der Lichtquelle (114) direkt zu einer Seite des Flüssigkristallanzeigefeldes der Lichtleiterschicht reflektiert wird, – eine polarisierende Platte (116) und eine erste reflektierende Platte (108) an einer der Seite des Flüssigkristallanzeigefeldes entgegengesetzten Oberfläche der Lichtleiterschicht (1) angebracht sind, und – eine λ/4-Platte (126) und eine zweite reflektierende Platte (124) an einem dem ersten Endbereich entgegengesetzten zweiten Bereich der Lichtleiterschicht (1) vorgesehen sind.
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Lichtleiterkörper (104) an der Seite des Flüssigkristallanzeigefeldes der Lichtleiterschicht (1) vorgesehen ist.
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 9, wobei der Lichtleiterkörper (104) durch ein transparentes Substrat (120) des Flüssigkristallanzeigefeldes bereitgestellt wird.
Hintergrundbeleuchtung mit einer Lichtquelle (114), wobei eine Lichtleiterschicht nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 um ein Randgebiet der Lichtquelle (114) herum ausgebildet ist.
Hintergrundbeleuchtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 11, wobei eine Lichtleiterschicht nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 auch um ein Randgebiet der Lichtquelle (114) herum ausgebildet ist.
Flüssigkristallanzeigeeinheit, die mit einer Hintergrundbeleuchtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12 versehen ist.