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WO2006027304A1 - Beleuchtungseinrichtung zur gleichmässigen hinterlegung von flachbildschirmen umfassend einen lichtleiter mit diffraktiven oberflächenelementen - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung zur gleichmässigen hinterlegung von flachbildschirmen umfassend einen lichtleiter mit diffraktiven oberflächenelementen Download PDF

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Publication number
WO2006027304A1
WO2006027304A1 PCT/EP2005/053939 EP2005053939W WO2006027304A1 WO 2006027304 A1 WO2006027304 A1 WO 2006027304A1 EP 2005053939 W EP2005053939 W EP 2005053939W WO 2006027304 A1 WO2006027304 A1 WO 2006027304A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
surface elements
lighting device
light source
light guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/053939
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Klenke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanogate Advanced Materials GmbH
Original Assignee
Nanogate Advanced Materials GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanogate Advanced Materials GmbH filed Critical Nanogate Advanced Materials GmbH
Priority to JP2007530691A priority Critical patent/JP4791474B2/ja
Publication of WO2006027304A1 publication Critical patent/WO2006027304A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the invention relates to atriesscinr ⁇ chtung for backlighting Flachschulsch ⁇ rmcn, in particular displays for mobile applications.
  • Known illumination devices for displays for mobile applications have a light source, which is z. B. is a tubular light source (CCFL).
  • the light emitted by the light source is coupled to an end face of a wedge-shaped in cross section light guide body in this.
  • CCFL tubular light source
  • the surface of the wedge-shaped Lichtieit stressess is in this case arranged opposite to the screen to be screened.
  • the surface of the light emitting element is structured in such a way that the light emerges from the optical waveguide by refraction.
  • the light thus refracted is collimated by a plurality of foils which are arranged between the optical waveguide and the display and directed in such a way that a substantially white light is emitted to the display arrives.
  • the construction of such lighting devices is complicated, especially since several slides, for example, in a frame or the like. Must be inserted and it must be ensured that slipping or the like. The -?
  • Foils is avoided. Due to the complicated structure, the manufacturing costs are high. Furthermore, there is a risk of malfunction.
  • a light guide body for mobile phone displays is known, in the light guide light of a light source, such as an LED is coupled.
  • the light guide body has a diffractive structure on a surface.
  • the entire surface is provided with different gratings, so that the grids adjoin one another directly.
  • the grids are in this case designed such that they have a different diffraction efficiency to equalize the light outcoupling.
  • Different diffraction efficiencies of individual gratings are achieved by varying the amplitude of the individual gratings or the height of the structure.
  • the preparation of such a surface structure with different grating amplitudes is extremely difficult.
  • by the immediate vicinity of the individual grids difficult to predict diffraction effects, such. B. unwanted interference due to the technically difficult to be guaranteed precision.
  • the object of the invention is to provide a lighting device for backlighting of flat screens, which ensures increased reliability with high efficiency and low cost.
  • the lighting device according to the invention is particularly suitable for flat screens, such as displays for mobile phones, PDA displays, cameras, etc. Furthermore, the lighting device is also suitable for backlighting billboards, scoreboards, etc.
  • the illumination device has a light source, wherein the light source may comprise one or more LEDs or CCFLs. That from the light source emitted light is e ⁇ ngckoppelt in a light guide.
  • the light guide body is preferably made of transparent plastic, such as PPMA, PC, PET, PE, etc., and / or a mineral glass.
  • the light coupled into the light-emitting body is coupled out at an exit surface of the light-guiding body.
  • the exit surface is arranged opposite the display, so that the light is emitted by the light guide body in the direction of the display.
  • the exit surface has a surface structure with diffractive surface elements for the propagation of light.
  • Reflectors are provided on one or more side surfaces of the Lichtleitkörpcrs to increase the exiting at the exit surface amount of light.
  • the light source may be partially surrounded by reflectors in order to increase the amount of light coupled into the light guide body.
  • the illumination device With the help of the illumination device according to the invention, it is possible between the exit surface c of the light guide and the display of the screen no further light-directing components such. As films to provide. Apart from the reflection elements described above, a transflective or transmissive backlight without further light-directing components is therefore provided according to the invention. Due to the provision of diffractive Anlagennelcmente on the Austr ⁇ ttsober Design of the light guide body, the structure of the lighting device can be simplified. As a result, the quality of the illumination device and in particular the service life is improved.
  • the individual surface elements are designed such that they act as diffraction element, which preferably produce a collimated light bundle with spectral light splitting.
  • the individual surface elements preferably have wave-shaped surface structures in cross-section, the wave spacing being selected as a function of the wavelength to be deflected.
  • individual surface elements preferably have different diffraction gratings.
  • the doctorsneiemente are arranged such that predominantly monochromatic light and / or white light is formed by superposition of at least two adjacent light bundles.
  • monochromatic light is understood as meaning a wavelength range of J 100 nm, in particular ⁇ 50 nm.
  • the diffraction grating provided on the surface elements is to be modified in accordance with the Fraunhoferschcn diffraction laws.
  • the adjustability is preferably in the range of 0-90 ° to the exit surface.
  • the color temperature of the radiated light due to the choice or design of the structure of the Oberflumblecnelementc.
  • a setting of the color temperature in the range of 3000 K - 10, 000 K is possible.
  • the inventive design of the exit surface with diffractive surface elements in particular a spectral splitting is avoided or significantly reduced. Furthermore, a sufficient L ⁇ chtverstärkung is guaranteed with low energy consumption. Furthermore, due to the provision of the diffractive surface elements and in particular the arrangement of the bruisenelcmente a good Koll ⁇ mat ⁇ on the light can be achieved. It is particularly advantageous that these advantages without the provision of other Lichttenksysteme such. B. diffractive or refractive films, for light amplification or collimation can be achieved.
  • the diffractive surface elements according to the invention preferably have a size of 0.04 ⁇ m ? up to 10,000 ⁇ m 2 , in particular 0.04 ⁇ m 2 to 500 ⁇ m ? on. Due to the prospect of such small surfaces, it is possible to provide a variety of surface elements even for very small flat panel displays, such as displays for mobile applications.
  • the distance of the individual surface elements from each other is preferably in the range of 0-100 ⁇ m, in particular 0-50 ⁇ m and particularly preferably 0-15 ⁇ m. It is particularly preferred that the microwavenelcmcnte have a distance> 0 to each other. The distance is preferably at least 1 ⁇ m, in particular at least 3 ⁇ m.
  • the spacing of the individual surface elements ensures that refractions or distortions of the diffraction by adjoining surface structures are avoided.
  • a plurality of surface elements having different surface structures are combined to form a surface element group.
  • the different surface structures are selected such that substantially monochromatic and / or white light is emitted by a surface element group.
  • the type of surface structure, in particular the wavelength change of the light caused by the surface structure is determined as a function of the wavelength ranges emitted by the light source.
  • a surface clement group comprises at least two surface elements C with different surface structures.
  • the microwavenclcmente group comprises at least four, in particular at least six heatelemcnte, each having a different surface structure.
  • the individual surface elements have the same surface structure in terms of height or amplitude, the diffraction efficiency of the individual surface elements is identical. Only variations in the order of a few percent may occur, which, however, only slightly influence the diffraction efficiency.
  • the surface elements preferably arranged in surface element groups, which are, for example, six surface elements with a different surface structure, preferably have the same amplitude of 550 nm.
  • the individual surface elements of a surface element group each have a frequency of, for example, 490 nm, 503 nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm and 620 nm.
  • the diffractive surface elements have a sinusoidal surface structure.
  • the spacing between the individual surface elements is preferably in the range from 1 to 100 ⁇ m, in particular from 1 to 50 ⁇ m and particularly preferably from 1 to 15 ⁇ m.
  • a suitable material for producing the surface elements preferably has the following composition:
  • the üchtleit imbalance may be wedge-shaped in cross section. However, it is preferred to provide a cuboid light body, wherein the L ⁇ chteentbergsfiambae is a side surface of the cuboid.
  • the provision of a cuboid light guide body is possible due to the good light output achieved by the provision according to the invention of the diffractive surface elements. This achieves a significant simplification in production.
  • the thickness of the cuboid light guide body is preferably in the range of 0.1 to 3 mm.
  • a light source which may be one or more LEDs and / or CCFLs, is disposed within and / or outside the light guide body.
  • an arrangement of the surface elements takes place.
  • the different light intensity, etc. existing at different locations of the exit surface can be compensated for, so that at the exit surface of the surface elements a uniform, d. H. in particular collimated and monochromatic and / or white light is emitted.
  • reflectors may be provided. For example, these partially surround the light source.
  • An example rod-shaped light source is preferably arranged within the focal point of a parabolic reflector.
  • a plurality of planar reflectors may be provided.
  • the L ⁇ chtlcit stresses, which is other than the exit surface of the light guide body, reflectors may be provided at outer surfaces in order to avoid an unwanted loss of light * A corresponding L ⁇ chtlenkung can also be achieved by the provision of the inventive user interface elements, for example, on side surfaces of the light guide.
  • a targeted light control and / or collimation and / or spectral influence can also be achieved by providing surface elements according to the invention on a surface of the light source
  • surface elements can also be provided on the opposite side, ie on an underside of the light source. The light diffracted by the surface elements is thus directed through the light guide body in the direction of the display.
  • the distance of adjacent Oberfiambaenimplantation decreases with an increase in the distance to the light source.
  • a light source arranged inside the light source may be surrounded by concentric circles of surface elements, wherein the distance between the circles decreases with increasing distance from the light source.
  • different arrangements of the surface elements that are matched thereto can be advantageous.
  • a preferred embodiment of the invention relates to a flat screen with a liquid crystal element, such as an LCD element.
  • the liquid crystal element is backlit according to the invention with a lighting device designed in accordance with the above description.
  • Known screen or Fluß ⁇ gkristall elements have a luminous element, such as a lightbox.
  • Lcuchtelement are a plurality of fluorescent tubes, in particular CCFLs, arranged as light sources.
  • foils are arranged between the fluorescent tubes and the liquid-crystal element. These are so-called BEF and DPEF foils. With the help of a BEF film, the brightness is to be improved. This is done by providing a plurality of prisms on the foil.
  • the polarity of the light reflected from the back side of the liquid crystal element is changed and the light is redirected in the direction of the liquid crystal element.
  • PRF films are used to change the polarity.
  • the provision of such films has the disadvantage that a part of the light is absorbed by the films.
  • the BEF film and preferably also the DBEF film and the PDF film, are replaced by the light-emitting body formed according to the invention.
  • the light source a plurality of light pipes, such as CCFLs, are preferably provided.
  • a light guide body according to the invention is arranged in front of the light tubes and, as explained above, has a large number of surface elements or surface element groups. It is particularly preferred that the light-guiding body per light tube has a zone which is preferably arranged parallel to the light tube and has a plurality of surface elements or surface element groups. Here, the individual zones may be identical. As a result, the production costs can be reduced.
  • the individual surface elements or surface element groups are preferably arranged in rows and columns in the individual zones. It is particularly preferred in this case that the distance between the individual lines decreases with increasing distance from the light tube. As a result, a homogenization of the light emerging at the exit surface of the guide body, ie in particular a homogenization of the brightness distribution and / or a homogenization of the wavelength distribution can be achieved. This leads to the fact that the BEF film and possibly also the DBEF film and the PRF film can be omitted.
  • the zones can be divided into individual subzones.
  • the subzones are preferably rectangular zones, wherein the number of surface elements or surface element groups in subzones arranged on the lateral edge of the light guide body is greater than in subzones lying further inside.
  • the individual surface elements or surface element groups are arranged as a function of the luminous characteristic of the lightheads.
  • the density of the surface elements or of the surface element groups is preferably higher, in particular in the corners and at the edges,
  • Fig. 1 is a schematic perspective view.
  • Fig. 3 shows an example of a possible arrangement of
  • FIG. 4 shows an example of a division of a Austrittsoberfiamba one
  • FIG. 5 shows a first table which describes or defines the zones shown in FIG. 4,
  • FIG. 6 is a second table describing or defining the zones shown in FIG. 4; FIG.
  • FIG. 7 is a third table describing the zones shown in FIG. 4.
  • FIG. 7 is a third table describing the zones shown in FIG. 4.
  • FIG. 8 u. 9 schematic plan views of further embodiments of illumination devices
  • FIG. 10 is a schematic representation of a flat screen in a
  • FIG. 11 is a schematic plan view of a Lleitchtleitk ⁇ rpers which erf ⁇ ndungshiel in a flat screen is used and
  • Fig. 12 is an enlargement of a portion of the Lichtleitkörpcrs.
  • the illumination device has a guide body 10, which is parallelepipedal in the illustrated embodiment and consists, for example, of a transparent resin or a plastic, such as PPMA or the like.
  • a rod-shaped light source 14 is arranged along a side face 12 of the light guide body 10, wherein the longitudinal axis of the light source 14 is arranged parallel to the side face 12.
  • the light source 14 is surrounded by a parabclförm ⁇ gen reflector 16, the open side facing in the direction of the side surface 12, This increases the coupled into the side surface 12 amount of light. - 1 ] -
  • the light source 14 which may also be a plurality of LEDs instead of the illustrated light tube, preferably has a luminance in the range of 20,000 - 50,000 cd / m 2 .
  • this is preferably arranged in the focal axis of the parabolic reflector 16.
  • a reflector 20 On a lower side 18 of the light guide body 10 is a reflector 20, which may be a reflector sheet or the like., Arranged. Possibly. For example, further reflectors can be arranged on the side surfaces 22 and / or 24 and / or 26. Instead of providing reflectors, the corresponding surfaces can also be polished. Possibly. is a vapor deposition of a reflective layer advantageous.
  • the individual surface elements 30 act as diffraction gratings.
  • different strainnelementc may be provided, which are formed as linear diffraction gratings with different lattice constants.
  • the surface 32 (FIG. 2) of individual surface elements 30 is designed, for example, as a phase sine grid.
  • each surface element 30 preferably has two sine half-waves.
  • the individual surface elements 30 are surface element group groups 33 (FIG. 3).
  • a surface element group 33 has six surface elements 30, which are preferably arranged on a gap and at a constant distance from each other.
  • Each one of the surface elements 30 has a different surface structure such that a surface element group 33 emits substantially monochromatic or white light.
  • the surface elements 30 are square in the illustrated embodiment and have an edge length of about 15 microns.
  • the individual surface elements 30 are arranged in zones.
  • the zones are designated 1 to 10 and 1_1 to 1 4 in FIG. 4.
  • the dimensions of the zones as well as the distance of the surface elements inside the zones can be seen from the table shown in FIG.
  • the light source in FIG. 4 is arranged on the left side, ie next to the zone denoted by 1. Starting from the light source, the spacing of the individual surface elements 30 decreases stepwise with increasing distance from the light source - J
  • a lighting device was created as shown in Figs. 1 to 5 described with the zones defined in Fig. 4 and 5 and measurements carried out in terms of homogeneity, color, luminance, illuminance and collimation. The corresponding measurements were made at nine points, which are located in the corners, the edge mats with an edge distance of approx. 2 mm and in the center of the light guide.
  • the surface of the light guide 10 was not divided into zones, but a constant distance of the individual surface elements selected. The following results could be determined:
  • the collimation direction can be set independently of the distribution of the surface elements
  • the light intensity is a function of the distance between the dots - ⁇ . O -
  • the illumination device according to the invention when using the illumination device according to the invention as a backlight for mobile phones, in which a homogeneity of 75% or more is acceptable, a pleasant and high-quality lighting of a display is made possible for the user.
  • targeted collimation directions in conjunction with preset color temperature can be produced without the aid of light-guiding films. This enables a further miniaturization of the overall system with simultaneously lower number of components and high flexibility of the layout.
  • FIGS. 8 and 9 show two further embodiments of illumination devices which are particularly suitable as backlight for mobile phones.
  • the light guide 10 are basically formed as described with reference to the preceding figures.
  • the light sources are LEDs.
  • a single LED 34 is arranged in a corner of the light-guiding body 10.
  • the corresponding corner 36 is preferably beveled so that the exit side of the LED 34 is disposed within the corner or within the rectangular Lichtleit stresses 10 is provided TM the light is coupled via a beveled surface 48 in the light guide 10.
  • the bevel is not in a 45 ° angle, but preferably made such that an angle ⁇ between the narrow side 40 and the inclined surface 38 is less than 45 °.
  • the arrangement of the individual surface elements or .. the individual surface element groups is arranged such that the most uniform possible coupling of the light takes place.
  • the spacing of the individual surface elements or surface element groups in the direction of the dashed lines 42 changes in such a way, - 2y -
  • the embodiment of the illumination device illustrated in FIG. 9 also has LEDs 44 as light sources, with three LEDs 44 being arranged on a narrow side 40 of the light-conducting body 10 in the exemplary embodiment shown.
  • the light guide 10 on the narrow side 40 preferably indentations 46 ,.
  • the recesses 46 are preferably formed semicircular.
  • the bumps 46 extend over the entire thickness of the light guide 10. It is also possible to provide, for example, hemispherical bulges, wherein the ball diameter is less than the thickness of the light guide 10.
  • the surface elements or the surface element groups are in turn arranged such that an equalization of the brightness distribution at the exit surface 28 is given.
  • LEDs can be provided on several sides.
  • a plurality of LEDs are arranged around the entire circumference of the Lichtleitkörpcrs 10.
  • FIGS. 8 and 9 a combination of the embodiment described in FIGS. 8 and 9 is possible.
  • the illumination device illustrated in FIG. 1 can be modified in such a way that an LED, in particular as shown in FIG. 8, is provided in the two CCFL tubes 14 opposite corners. In this way, a good illumination of these two corners, which have a large distance from the CCFL tube 14, can be ensured in a simple manner.
  • this is arranged in a flat screen.
  • the essential element of a flat screen is a liquid crystal element 50 (FIG. 10).
  • the liquid crystal element is usually an LCD element.
  • a light box or dg! .. is provided as the light source 52, wherein the latter has a plurality of light tubes 54 arranged parallel to one another.
  • the light tubes 54 are preferably CCFLs.
  • a plurality of films are arranged between the light box 52 and the liquid crystal element 50. These are so-called BEF, DBEF and PRF foiia.
  • the BEF film is replaced by a light guide body 56.
  • the light guide body 56 is in principle constructed as described above in particular with reference to FIGS. 1-3.
  • the light guide 56 preferably has a plurality of horizontally or parallel to the light tubes 54 aligned zones 58.
  • each zone 58 is preferably associated with a light tube 54, wherein the L ⁇ chtrschreibe 54 is arranged centrally behind the zone 58.
  • the zones 58 are identically constructed, i. H. each zone has an identical arrangement of surface elements or groups of surface elements.
  • FIG. 1 A preferred arrangement of surface element groups 33 is shown in FIG.
  • the individual surface element groups 33 are arranged symmetrically to a center line 60. Starting from the center line 60, the distance of the individual surface element groups 33 from each other increases in the direction of an arrow 62, d. H. to the outside, from.
  • the surface element groups 33 are arranged in rows and columns, with the spacing of the columns being constant - I ⁇ -
  • the zones 58 can be divided into preferably rectangular subzones. These are then arranged side by side in FIG. In this case, it is possible to provide, for example, different column spacings within the individual subzones, with those at one edge, i. H. in Fig. 12 left or right at the zone 58 provided sub-zones preferably have smaller gaps distances.
  • a light box 52 (FIG. 10)
  • the arrangement of the surface elements or the surface element groups is in turn made in such a way that a uniform distribution of brightness is given by the light guide in the direction of the LCD element.
  • the spacing of the individual surface element groups or surface element groups preferably decreases in the direction of the center of the light guide body.
  • the surface of the Lichtieit stresses is divided into four zones or segments, preferably four identical rectangular segments, which are preferably each point-symmetrically constructed to the center of the Lichtieit stresses.

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Abstract

Eine Beleuchtungseinrichtung zum Hinterleuchten von Flachbildschirmen, wie Displays für mobile Anwendungen, weist eine Lichtquelle (14) und einen Lichtleitkörper (10) auf. In den Lichtleitkörper (10) wird von der Lichtquelle abgegebenes Licht eingekoppelt. Das Licht wird an einer Austrittsoberfläche (28) des Lichtleitkörpers (10) wieder ausgekoppelt. Erfindungsgemäß ist an der Austrittsoberfläche (28) des Lichtleitkörpers (10) zur Lichtausbreitung eine Oberflächenstruktur mit diffraktiven Oberflächenelementen (30) konstanter Amplitude vorgesehen.

Description

BELEUCHTUWGSEINRICHTUNG ZUR GLEICHMÄSSIGEN HINTERLEUCHTUNG VON FLACHBILDSCHIRMEN UMFASSEND EINEN LICHTLEITER MIT DIFFRAKTIVEN OBERFLÄCHENΞLEMENTEN
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungscinrϊchtung zum Hinterleuchten von Flachbildschϊrmcn, insbesondere Displays für mobile Anwendungen.
Bekannte Beleuchtungseinrichtungen für Displays für mobile Anwendungen weisen eine Lichtquelle auf, bei der es sich z. B. um eine röhrenförmige Lichtquelle (CCFL) handelt. Das von der Lichtquelle abgegebene Licht wird an einer Stirnseite eines im Querschnitt keilförmigen Lichtleitkörpers in diesen eingckoppelt. Insbesondere auf Grund der keilförmigen Ausgestaltung des Lichtleitkörpers erfolgt eine Totalreflektion der Lichtstrahlen an der Phasengrenze und durch entsprechende Streuzentren ein Austreten der Lichtstrahlen an der Oberfläche des keilförmigen Lichtleitkörpers. Die Oberfläche des keilförmigen Lichtieitkörpers ist hierbei dem zu durchleuchtenden Display gegenüberliegend angeordnet. Die Oberfläche des Lichtieitkörpers ist derart strukturiert, dass durch Refraktion das Licht aus dem Lichtleiter austritt Das so gebrochene Licht wird durch mehrere Folien, die zwischen dem Lichtleitkörper und der Display angeordnet sind, kollϊmicrt und derart gelenkt, dass ein im Wesentlichen weißes Licht zu dem Display gelangt. Der Aufbau derartiger Beleuchtungseinrichtungen ist kompliziert, zumal mehrere Folien beispielsweise in einen Rahmen oder dgl. eingelegt werden müssen und sichergestellt werden muss, dass ein Verrutschen oder dgl. der - ?
Folien vermieden ist. Auf Grund des komplizierten Aufbaus sind die Herstellungskosten hoch. Ferner besteht die Gefahr von Funktionsstörungen.
Aus EP 1 194 915 ist ein Lichtleitkörper für Mobiltelefondisplays bekannt, In den Lichtleitkörper ist Licht einer Lichtquelle, wie einer LED, eingekoppelt. Zum Auskoppeln des Lichtes weist der Lichtleitkörper an einer Oberfläche eine diffraktive Struktur auf. Hierbei ist die gesamte Oberfläche mit unterschiedlichen Gittern versehen, so dass die Gitter unmittelbar aneinander angrenzen. Die Gitter sind hierbei derart ausgebildet, dass sie zur Vergleichmäßigung der Lichtauskopplung eine unterschiedliche Beugungseffizienz aufweisen. Unterschiedliche Beugungseffizienzen einzelner Gitter werden dadurch erzielt, dass die Amplitude der einzelnen Gitter bzw. die Höhe der Struktur variiert. Die Herstellung einer derartigen Oberflächenstruktur mit unterschiedlichen Gitteramplituden ist äußerst schwierig. Ferner sind durch die unmittelbare Nachbarschaft der einzelnen Gitter nur schwer vorhersehbare Beugungseffekte, wie z. B. unerwünschte Interferenzen, auf Grund der technisch schwierig zu gewährleistenden Präzision zu erwarten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung zum Hinterleuchten von Flachbildschirmen zu schaffen, die eine erhöhte Funktionssicherheit mit hoher Effizienz und geringen Kosten gewährleistet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere für Flachbildschirme, wie beispielsweise Displays für Mobiltelefone, PDA-Displays, Kameras etc. geeignet. Ferner ist die Beleuchtungseinrichtung auch zum Hinterleuchten von Werbetafeln, Anzeigetafeln etc. geeignet. Die Beleuchtungseinrichtung weist eine Lichtquelle auf, wobei die Lichtquelle eine oder mehrere LEDs oder CCFLs aufweisen kann. Das von der Lichtquelle abgegebene Licht wird in einen Lichtleitkörper eϊngckoppelt. Der Lichtleitkörper ist hierbei vorzugsweise aus transparentem Kunststoff, wie PPMA, PC, PET, PE etc., und/ oder einem Mineralglas hergestellt. Das in den Lichtlcϊtkörper cϊngekoppclte Licht wird an einer Austrittsoberfläche des Lichtleitkörpers ausgekoppelt. Hierbei ist die Austrittsoberfläche bei einer Verwendung der Beleuchtungseinrichtung für ein Mobiltelefon dem Display gegenüberliegend angeordnet, so dass das Licht in Richtung des Displays von dem Lichtleitkörper abgegeben wird. Erfindungsgemäß weist die Austrittsoberfläche zur Lichtausbreitung eine Oberflächenstruktur mit diffraktiven Oberflächenelementcn auf. Durch das Vorsehen von vorzugsweise einer Vielzahl von derartigen Oberflächenelcrnenten können die nach dem Stand der Technik zwischen dem Lichtleitkörper und dem Display vorgesehenen Folien entfallen, da auf Grund der erfindungsgemäß diffraktiven Oberflächenelemente eine ausreichend gute Ausleuchtung erzielt werden kann.
Ggf. sind an einer oder mehrer Seitenflächen des Lichtleitkörpcrs Reflektoren vorgesehen, um die an der Austritts Oberfläche austretende Lichtmenge zu erhöhen. Ebenso kann die Lichtquelle teilweise mit Reflektoren umgeben sein, um die in den Lichtleitkörper eingekoppelte Lichtmenge zu erhöhen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist es möglich, zwischen der Austrittsoberflächc des Lichtleitkörpers und dem Display des Bildschirms keine weiteren lichtlenkenden Komponenten, wie z. B. Folien, vorzusehen. Abgesehen von den vorstehend beschriebenen Reflexionselemcnten ist somit erfindungsgemäß eine transflektivc oder transmissive Hintergrundbeleuchtung ohne weitere lichtlenkende Komponenten geschaffen. Auf Grund des Vorsehens diffraktiver Oberflächenelcmente an der Austrϊttsoberfläche des Lichtleiterkörpers kann der Aufbau der Beleuchtungseinrichtung vereinfacht werden. Hierdurch ist die Qualität der Beleuchtungseinrichtung und insbesondere die Lebensdauer verbessert. Vorzugsweise sind die einzelnen Oberflächenelemente derart ausgebildet, dass sie als Beugungselementc wirken, die vorzugsweise ein kollimiertes Lichtbundel mit spektraler Lichtaufspaltung erzeugen. Hierzu weisen die einzelnen Oberflächenelemente vorzugsweise im Querschnitt wellenförmige Oberflächenstrukturen auf, wobei der Wellenabstand in Abhängigkeit der auszulenkenden Wellenlänge gewählt ist. Hierbei weisen vorzugsweise einzelne Oberflächeneiemente unterschiedliche Beugungsgitter auf. Besonders bevorzugt ist es, dass die Oberflächeneiemente derart angeordnet sind, dass durch Überlagerung von mindestens zwei benachbarten Lichtbündeln überwiegend monochromatisches Licht und/ oder weißes Licht entsteht. Hierbei wird unter monochromatischem Licht ein Wellenlängenbereich von J 100 nm, insbesondere ± 50 nm verstanden. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen derartiger Oberflächeneiemente kann somit ein weitgehend monochromatisches, insbesondere kollimiertes Licht mit hoher Lichtstromdichte erzeugt werden
Durch die Ausgestaltung der Oberfläche der Oberflächeneiemente ist es ferner möglich, die Abstrahlrichtung des Lichts von der Austrittsoberfläche einzustellen . Hierzu ist das an den Oberflächenelementen vorgesehene Beugungsgitter entsprechend der Fraunhoferschcn Beugungsgesetze zu modifizieren. Die Einstellbarkeit liegt hierbei vorzugsweise im Bereich von 0 - 90° zur Austrittsoberfiäche.
Ebenso ist es möglich, auf Grund der Wahl bzw. Ausgestaltung der Struktur der Oberflächcnelementc die Farbtemperatur des abgestrahlten Lichts einzustellen. Vorzugsweise ist eine Einstellung der Farbtemperatur im Bereich von 3000 K - 10, 000 K möglich.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Austrittsoberfläche mit diffraktiven Oberflächenelementen ist insbesondere eine spektrale Aufspaltung vermieden bzw. erheblich reduziert. Ferner ist eine ausreichende Lϊchtverstärkung bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch gewährleistet. Des weiteren kann auf Grund des Vorsehens der diffraktiven Oberflächenelemente und insbesondere der Anordnung der Oberflächenelcmente eine gute Kollϊmatϊon des Lichts erreicht werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass diese Vorteile ohne das Vorsehen weiterer Lichttenksysteme, wie z. B. diffraktiv oder refraktiv arbeitender Folien, zur Lichtverstärkung oder Kollimation erzielt werden können.
Die erfindungsgemäßen diffraktiven Oberflächenelemente weisen vorzugsweise eine Größe von 0,04 μm? bis 10.000 μm2, insbesondere 0,04 μm2 bis 500 μm? auf. Auf Grund des Vorschens derartig kleiner Oberflächen ist es möglich, auch bei sehr kleinen Flachbildschirmen, wie beispielsweise Displays für mobile Anwendungen, eine Vielzahl von Oberflächcnelementen vorzusehen. Hierbei ist der Abstand der einzelnen Oberflächenelemente untereinander vorzugsweise im Bereich von 0 - 100 |iim, insbesondere 0 - 50 μm und besonders bevorzugt 0 - 15 μrn. Besonders bevorzugt ist es, dass die Oberflächenelcmcnte einen Abstand > 0 zueinander haben . Vorzugsweise beträgt der Abstand mindestens ein 1 μm, insbesondere mindestens 3 μm. Dies hat den Vorteil, dass in Bereichen des Lichtleitkörpers, in denen mehr Licht ausgekoppelt werden soll, der Abstand der Oberflächenelcmente verringert und in Bereichen, in denen eine geringere Menge an Licht ausgekoppelt werden soll, ein größerer Abstand vorgesehen werden kann Hierdurch kann eine gute Verglcichmäßigung der Helligkeitsverteilung erzielt werden. Ferner ist es in der Herstellung einfacher, die einzelnen Oberflächenelemente stets in einem Abstand zueinander anzuordnen. Werden die Oberflächenelcmente beispielsweise durch einen aushärtenden Lack in Verbindung mit einem Abformelement bzw. einem Negativ hergestellt, ist durch das Bcabstanden der Oberflächenelemente eine Verfälschung an den Grenzen der Oberflächenelemente, beispielsweise durch das Entstehen von Lackstegen, vermieden. Ferner ist durch die Beabstandung der einzelnen Oberflächenelemente sichergestellt, dass Brechungen oder Verfälschungen der Beugung durch aneinander angrenzende Oberflächenstrukturen vermieden ist. Vorzugsweise sind mehrere Oberfϊächenelemcnte mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen zu einer Oberflächenelcment-Gruppe zusammengefasst. Hierbei sind die unterschiedlichen Oberflächenstrukturen derart gewählt, dass von einer Oberflächenelement-Gruppe im Wesentlichen monochromatisches und/ oder weißes Licht abgegeben wird. Die Art der Oberflächenstruktur, insbesondere die durch die Oberflächenstruktur hervorgerufene Wellenlängenänderung des Lichts wird in Abhängigkeit der von der Lichtquelle abgegebenen Wellenlängenbereiche bestimmt.
Vorzugsweise umfasst eine Oberflächenclemente-Gruppe mindestens zwei Oberfiächenelementc mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen. Vorzugsweise umfasst die Oberflächenclcmente-Gruppe mindestens vier, insbesondere mindestens sechs Oberflächenelemcnte, die jeweils eine unterschiedliche Oberflächenstruktur aufweisen.
Da die einzelnen Oberflächenelemente gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung hinsichtlich der Höhe bzw. der Amplitude die selbe Oberflächenstruktur aufweisen, ist die Beugungseffizienz der einzelnen Oberflächcnelementc identisch. Es können lediglich hcrstellungsbedingte Schwankungen von einigen Prozenten auftreten, die jedoch die Beugungseffizienz nur geringfügig beeinflussen.
Besonders bevorzugt ist es, die einzelnen Oberflächcnelemente derart auszubilden, dass die Amplitude der unterschiedlichen Oberflächenstrukturen konstant ist und nur die Frequenz geändert ist. Je nach Art der Oberflächenstruktur, bei der es sich nicht zwingend um eine sinusförmige Oberflächenstruktur handeln muss, sind allgemein ausgedruckt sämtliche Erhöhungen gleich hoch, weisen jedoch unterschiedliche Abstände auf. Dies fuhrt dazu, dass das von der Lichtquelle abgegebene Licht von den einzelnen Oberflächenelementen unterschiedlich gebeugt wird. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass eine Variation der Abstände einfacher herstellbar ist als variierende Höhen. Die vorzugsweise in Oberflächenelemente-Gruppen angeordneten Obcrflächenelemente, bei denen es sich beispielsweise um sechs Oberflächenelemente mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur handelt, weisen vorzugsweise die selbe Amplitude von 550 nm auf. Hierbei weisen die einzelnen Oberflächenelemente einer Oberflächenelementen-Gruppe jeweils eine Frequenz von beispielsweise 490 nm, 503 nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm und 620 nm auf.. Insbesondere weisen die diffraktiven Oberflächenelemente eine sinusförmige Oberflächenstruktur auf. Der Abstand der einzelnen Oberflächenelemente untereinander liegt vorzugsweise im Bereich von 1 - 100 μm, insbesondere 1 - 50 μm und besonders bevorzugt 1 - 15 μm.
Die Herstellung derart kleiner Oberflächenstrukturen und Oberflächenelemente ist beispielsweise in EP 05 003 358 beschrieben, auf die hiermit inhaltlich Bezug genommen wird. Ein geeignetes Material zur Herstellung der Oberflächenelemente weist vorzugsweise die folgende Zusammensetzung auf:
11 g 1H,1 H,2H,2H-Perfluoroctylacrylat wurden mit 8 g Dipropylenglykol- diacrylat, 0,1 g Irgacure® 819 und 0,2 g Irgacure00 184 der Firma Ciba Spezialitätenchcmie Lampersheim GmbH vermischt. 60 μl dieser Mischung wurde auf eine 2 x 2 cm große Nickelplatte aufgebracht, auf deren Oberfläche eine Negativform eines Formkörpers mit Streuzentren ausgebildet ist. Anschließend wurde ein 1 mm dickes und 1 x 1 cm großes Plättchen aus PMMA auf Oberfläche der Mischung auf der Nickelplatte aufgebracht. Daraufhin wurde der so erhaltene Sandwich auf der Nickelplatte mit dem dazwischen befindlichen Gemisch für 2 Sekunden UV-Strahlung einer handlesublichen UV- Quecksilberlampe ausgesetzt. Anschließend wurde das Substrat mit der damit verbundenen gehärteten Abformzusammensetzung von der Negativ-Gussform entnommen.
Der üchtleitkörper kann im Querschnitt keilförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist es jedoch, einen quaderförmigen Lichtleϊtkörper vorzusehen, wobei die Lϊchteintrittsfiäche eine Seitenfläche des Quaders ist. Das Vorsehen eines quaderförmigen Lichtleitkörpers ist auf Grund der durch das erfindungsgemäße Vorsehen der diffraktiven Obcrflächenelemente erzielten guten Lichtausbeute möglich. Hiermit wird eine wesentliche Vereinfachung in der Produktion erreicht. Die Dicke des quaderförmigen Lichtleitkörpers liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 - 3 mm.
Vorzugsweise ist eine Lichtquelle, bei der es sich um ein oder mehrere LEDs und/ oder CCFLs handeln kann, innerhalb und/ oder außerhalb des Lichtleitkörpers angeordnet. Je nach Lage der Lichtquelle bzw. der Lichtquellen erfolgt eine Anordnung der Oberflächenelemente. Durch eine entsprechende Anordnung der Oberflächenelemente kann die an unterschiedlichen Orten der Austrittsoberfläche bestehende unterschiedliche Lichtintensität etc. ausgeglichen werden, so dass an der Austrittsoberfläche von den Oberflächenelemcnten ein gleichmäßiges, d. h. insbesondere kollimiertes und monochromatisches und/ oder weißes Licht abgegeben wird.
Um die in Richtung der Austrittsoberfläche gelenkte Lichtmenge zu erhöhen, können Reflektoren vorgesehen sein. Diese umgeben beispielsweise die Lichtquelle teilweise. Eine beispielsweise stabförmige Lichtquelle ist vorzugsweise innerhalb des Brennpunktes eines Parabolreflektors angeordnet. Ebenso können zusätzlich oder anstatt des Parabolreflektors mehrere ebene Reflektoren vorgesehen sein. Ferner können an Außenflächen des Lϊchtlcitkörpers, bei dem es sich nicht um die Austrittsoberfläche des Lichtleitkörpers handelt, Reflektoren vorgesehen sein, um einen ungewollten Lichtverlust zu vermeiden* Eine entsprechende Lϊchtlenkung kann auch durch das Vorsehen von erfindungsgemäßen Oberflächenelementen beispielsweise an Seitenflächen des Lichtleitkörpers erzielt werden. Eine gezielte Lichtlenkung und/ oder Kollimierung und/ oder spektrale Beeinflussung kann ferner auch durch das Vorsehen von erfindungsgemäßen Oberflächenelementen an einer Oberfläche der Lichtquelle erzielt werden Zusätzlich oder anstatt des Vorsehens von Oberflächenelementen an einer Austrittsoberfläche des Lichtkörpers können derartige Oberflächenelemente auch auf der gegenüberliegenden, d. h. auf einer Unterseite des Lichtieitkörpers, vorgesehen sein, Das durch die Oberflächenelemente gebeugte Licht wird somit durch den Lichtleitkörper hindurch in Richtung des Displays gelenkt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt der Abstand benachbarter Oberfiächenelemente, die insbesondere an der Austrϊttsoberfläche oder der gegenüberliegenden Fläche vorgesehen sind, mit einer Vergrößerung des Abstands zur Lichtquelle ab. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Lichtstärke im Bereich der Lichtquelle größer ist und mit zunehmendem Abstand zur Lichtquelle sinkt. Beispielsweise kann eine innerhalb des Lichtieitkörpers angeordnete Lichtquelle von konzentrischen Kreisen aus Oberflächenelementen umgeben sein, wobei sich der Abstand der Kreise untereinander mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle verringert. Je nach Art der verwendeten Lichtquelle, insbesondere der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle, können darauf abgestimmte unterschiedliche Anordnungen der Oberflächenelemente vorteilhaft sein.
Es ist somit eine periodische, aber auch eine aperiodische Anordnung der Oberflächenelemente möglich. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Anordnung der Obcrflächenelemente in Abhängigkeit der Art und der Lage der Lichtquelle bzw. der Lichtquellen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Fiachbildschirm mit einem Flüssigkristall-Element, wie einem LCD-Element. Das Flüssϊgkristall- Element ist erfindungsgemäß mit einer entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgestalteten Beleuchtungseinrichtung hinterleuchtet.
Bekannte Bildschirm- oder Flussϊgkristall-Elemente nach dem Stand der Technik weisen ein Leuchtelement, wie einen Leuchtkasten, auf. In dem Lcuchtelement sind als Lichtquellen mehrere Leuchtstoffröhren, insbesondere CCFLs, angeordnet. Zur Verglcichmäßigung des von den Leuchtstoffröhren abgegebenen Lichts und somit zur Vergleichmäßigung der Ausleuchtung des Flussigkristall-Elementes sind zwischen den Leuchtstoffröhren und dem Flussigkristall-Element Folien angeordnet Es handelt sich hierbei um sogenannte BEF- sowie DPEF-Folien. Mit Hilfe einer BEF-Folie soll die Helligkeit verbessert werden. Dies erfolgt durch Vorsehen einer Vielzahl von Prismen auf der Folie. Mit Hilfe der DBEF-FoNe wird die Polarität des von der Rückseite des Flussigkristall-Elements reflektierten Lichts geändert und das Licht in Richtung des Flussig kristall-Elementes zuruckgelenkt. Ferner werden zur Veränderung der Polarität PRF-Folien eingesetzt. Das Vorsehen derartiger Folien hat jedoch den Nachteil, dass durch die Folien ein Teil des Lichts absorbiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Flachbildschirm wird die BEF-Folie und vorzugsweise zusätzlich auch die DBEF-Folie und die PDF-Folie durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtlcitkörper ersetzt. Als Lichtquelle sind vorzugsweise mehrere Lichtröhren, wie CCFLs, vorgesehen. Vor den Lichtröhren ist ein erfindungsgemäßer Lichtleitkörper angeordnet, der wie vorstehend erläutert, eine Vielzahl von Oberflächenelementen bzw. Oberflächenelementen-Gruppen aufweist. Besonders bevorzugt ist es, dass der Lichtlenkkörper je Lichtröhre eine vorzugsweise parallel zu der Lichtröhre angeordnete Zone mit mehreren Oberflächenelementen bzw. Oberflächenelementen-Gruppen aufweist. Hierbei können die einzelnen Zonen identisch ausgebildet sein. Hierdurch können die Produktionskosten verringert werden.
Vorzugsweise sind die einzelnen Oberflächcnelemente bzw. OberfiächeneJemente-Gruppen in den einzelnen Zonen zeilen- und spaltenförmig angeordnet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass sich der Abstand der einzelnen Zeilen zueinander mit zunehmenden Abstand von der Lichtröhre verringert. Hierdurch kann eine Vergleichmäßigung des an der Austrittsoberfläche des Lϊchtleitkörpers austretenden Lichts, d. h. insbesondere eine Vergleichmäßigung der Helligkeitsverteilung und/ oder eine Vergleichmäßigung der Wellenlängcnverteilung erzielt werden. Dies führt dazu, dass die BEF-Folie und ggf. auch die DBEF-Folie sowie die PRF-Folie entfallen können.
Ggf, können die Zonen in einzelne Unterzonen unterteilt sein. Bei den Unterzonen handelt es sich vorzugsweise um rechteckig ausgebildete Zonen, wobei die Anzahl der Oberflächenelemente bzw. der Oberflächenelemente- Gruppen in Unterzonen, die an dem seitlichen Rand des Lichtlenkkörpers angeordnet sind, größer als in weiter innen liegenden Unterzonen ist. Ferner ist es möglich, anstatt des Vorsehens von Zonen und Unterzonen eine aperiodische Anordnung der Obcrflächenelemente bzw. der Oberflächenelemcnte-Gruppen vorzusehen. Hierbei sind die einzelnen Oberflächenelemente bzw. Oberflächcnelemente-Gruppen in Abhängigkeit der Leuchtcharakteristik der Lϊchtröhren angeordnet. Die Dichte der Oberflächenelemente bzw. der Oberflächenelemente-Gruppen ist vorzugsweise insbesondere in den Ecken und an den Rändern höher,
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausfuhrungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig„ 1 eine schematische perspektivische Ansicht. einer
Beleuchtungseinrϊchtung,
Fig. 2 ein Beispiel einer Oberflächenstruktur eines
Oberflächenelementes,
Fig. 3 ein Beispiel einer möglichen Anordnung von
Oberflächenelementen, Fig. 4 ein Beispiel einer Aufteilung einer Austrittsoberfiäche eines
Lichtlcitkörpers in unterschiedliche Zonen,
Fig. 5 eine erste Tabelle, die die in Fig. 4 dargestellten Zonen beschreibt bzw. definiert,
Fig. 6 eine zweite Tabelle, die die in Fig. 4 dargestellten Zonen beschreibt bzw. definiert,
Fig. 7 eine dritte Tabelle, die die in Fig. 4 dargestellten Zonen beschreibt bzw. definiert,
Fig. 8 u. 9 schematische Draufsichten weiterer Ausfuhrungsformen von Bcleuchtungseinrichtungen,
Fig. 10 eine schematischc Darstellung eines Flachbildschirms in einer
Explosionsskizze,
Fig. 11 eine schematische Draufsicht eines LϊchtleitkÖrpers, der erfϊndungsgemäß in einen Flachbildschirm einsetzbar ist und
Fig. 12 eine Vergrößerung eines Teilbereichs des Lichtleitkörpcrs.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist einen Lϊchtleitkörper 10 auf, der im dargestellten Ausfuhrungsbeispϊel quaderförmig ist und beispielsweise aus einem transparenten Harz oder einem Kunststoff, wie PPMA oder ähnlichem, besteht. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist entlang einer Seitenfläche 12 des Lichtlcitkörpers 10 eine stabförmige Lichtquelle 14 angeordnet, wobei die Längsachse der Lichtquelle 14 parallel zur Seitenfläche 12 angeordnet ist. Die Lichtquelle 14 ist von einem parabclförmϊgen Reflektor 16 umgeben, dessen offene Seite in Richtung der Seitenfläche 12 weist, Hierdurch wird die in die Seitenfläche 12 eingekuppelte Lichtmenge erhöht. - 1 ] -
Die Lichtquelle 14, bei der sich an Stelle der dargestellten Lichtröhre auch um mehrere LEDs handeln kann, weist vorzugsweise eine Leuchtdichte im Bereich von 20.000 - 50 000 cd/m2 auf. Beim Vorsehen einer röhrenförmigen Lichtquelle 14 ist diese vorzugsweise in der Brennachse des parabelförmigen Reflektors 16 angeordnet.
An einer Unterseite 18 des Lichtleitkörpers 10 ist ein Reflektor 20, bei dem es sich um eine Reflektorfolie oder dgl. handeln kann, angeordnet. Ggf. können weitere Reflektoren an den Seitenflächen 22 und/ oder 24 und/ oder 26 angeordnet sein. Anstatt des Vorsehens von Reflektoren können die entsprechenden Flächen auch poliert werden. Ggf. ist ein Aufdampfen einer Reflektionsschicht vorteilhaft.
Auf der Austrittsoberfläche 28 des Lichtleitkörpers 10 befindet sich eine Vielzahl von diffraktϊvcn Oberflächenelementcn 30, so dass eine erfindungsgemäße Oberflächenstruktur ausgebildet ist.
Die einzelnen Oberflächenelemente 30 wirken als Beugungsgitter. Hierbei können unterschiedliche Oberflächenelementc vorgesehen sein, die als lineare Beugungsgitter mit unterschiedlichen Gitterkonstanten ausgebildet sind. Hierbei ist die Oberfläche 32 (Fig. 2) einzelner Oberflächenelemente 30 beispielsweise als Phasen-Sinusgitter ausgebildet. Hierbei weist jedes Oberflächenelement 30 vorzugsweise zwei Sinus-Halbwellen auf.
Die Herstellung der einzelnen Oberflächcnelemente 30 und insbesondere der Oberflächenstruktur 32 der Oberflächenelemente 30 erfolgt erfindungsgemäß beispielsweise durch photo -lithographische Verfahren . Ferner können die Oberflächenclemente 30 in besonders bevorzugter Ausgestaltung wie in EP 05 003 358 beschrieben hergestellt werden.
In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen Oberflächenelemente 30 zu Oberflächenelementcn-Gruppen 33 (Fig. 3) zusammengefasst. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist eine Oberflächenelemente-Gruppe 33 sechs Oberflächenelemcnte 30 auf, die zueinander vorzugsweise auf Lücke und in einem konstanten Abstand zueinander angeordnet sind. Jedes einzelne der Oberflächcnelemente 30 weist eine unterschiedliche Oberflächenstruktur auf, so dass eine Oberflächenelementen-Gruppc 33 im Wesentlichen monochromatisches oder weißes Licht abgibt.
Zur Auskopplung von Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge sind vorzugsweise unterschiedliche Oberflächenelemente 30, d. h. Obcrfiächeneiemente 30 mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur, angeordnet. Beispielsweise handelt es sich hierbei, wie in dem in Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel dargestellt, um sechs verschiedene Oberflächenelemente 30, die in Fig. 3 mit 1 bis 6 bezeichnet sind . Wie sich aus Fig. 3 ergibt, sind im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel die unterschiedlichen Oberflächenelemente 1 bis 6, die jeweils zur Auskopplung von Licht einer bestimmten Wellenlänge dienen, in einer sich wiederholenden Struktur angeordnet.
Die Oberflächenelemente 30 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel quadratisch und haben eine Kantenlänge von ca. 15 μm.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform (Fig. 4) sind die einzelnen Oberflächcnelemente 30 in Zonen angeordnet. Die Zonen sind in Fig. 4 mit 1 bis 10 sowie mit 1_1 bis 1 4 bezeichnet. Die Abmessungen der Zonen sowie der Abstand der Obcrflächenelemcnte innerhalb der Zonen ist aus der in Fig. 5 dargestellten Tabelle ersichtlich.
In dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die Lichtquelle in Fig. 4 auf der linken Seite, d. h. neben der mit 1 bezeichneten Zone, angeordnet, Ausgehend von der Lichtquelle nimmt der Abstand der einzelnen Oberflächenelemente 30 stufenweise mit zunehmendem Abstand von der - J
Lichtquelle untereinander ab. Innet haib der eϊn7clnen Zonen bzw. Bereiche weisen die Oberflächenelemcnte einen konstanten Abstand auf. Es ist jedoch auch möglich, dass die Oberflächenelementc innerhalb einer Zone unterschiedliche Abstände aufweisen. Insbesondere kann der Abstand in Längsrichtung, d.h. in Fig. 4 von links nach rechts, gegenüber dem Abstand senkrecht zur Längsrichtung variieren.
Mit Hilfe der Simulatϊonssoftware "Light Tools" von der Fa. ORA wurde eine Bcleuchtungseinrichtung wie anhand der Fign. 1 bis 5 beschrieben, mit den in Fig. 4 und 5 definierten Zonen nachgebildet und Messungen hinsichtlich der Homogenität, der Farbe, der Leuchtdichte, der Beleuchtungsstärke sowie der Kollimation durchgeführt. Die entsprechenden Messungen erfolgten an neun Punkten, die in den Ecken, den Kantenmϊtten mit ca. 2 mm Kantenabstand und im Zentrum des Lichtleiters liegen.
Bei einer Anordnung der Oberflächenclemente wie anhand der Fign. 4 und 5 definiert, führte die durchgeführte Simulation zu folgenden Ergebnissen:
Homogenität: 91%
Farbe: weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1600 Lux
mittlere Leuchtdichte: 2950 Nits Kollimationsrichtung : 17°
Bei einer weiteren Simulation wurden die Abstände zwischen den Oberflächenelcmenten 30 in den einzelnen Zonen (Fig. 4), wie Fig. 6 entnehmbar, definiert.
Hierbei wurden die folgenden Ergebnisse ermittelt: - 1 G
Homogenität: 86%
Farbe: neutral (leicht blau)
mittlere Beleuchtungsstärke: 1000 Lux
mittlere Leuchtdichte: 1900 Nits
Kollϊmationsrichtung : 17°
Bei einer wetteren Simulation wurden die Abstände zwischen den Oberflächcnelementen 30 in den einzelnen Zonen (Fig. 6), wie Fig. 7 entnehmbar, definiert.
Hierbei wurden die folgenden Ergebnisse ermittelt:
Homogenität: ca. 78%
Farbe: weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1050 Lux
mittlere Leuchtdichte: 1850 Nits
Kollϊmationsrichtung : 17°
Bei einer weiteren Untersuchung wurden die Zonen 8, 9 und 10 weggelassen und somit ein kürzerer Lichtleitkörper 10 untersucht, in den das Licht ebenfalls entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Lϊchtkörper von links eingekoppelt wurde. Der hier untersuchte Lϊchtleitkörper hatte somit Abmessungen von ca. 36 mm (Länge) und 44 mm (Breite), wobei die Länge in Richtung der Zonen, 7 -
d. h. in Fig. 4 von links nach rechts gemessen ist. Die Abstände der einzelnen Oberflächenelemente innerhalb der Zonen entsprachen denen in Fig. 5 definierten für die Zonen 1 bis 6, die Zonen 1..1, 1_2, 1 3 und 1_4. Hierbei wurden folgende Ergebnisse gemessen :
Homogenität: ca. 88%
Farbe: weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1100 Lux
mittlere Leuchtdichte: 2150 Nits
Kollimationsrichtung : 17°
Bei weiteren Untersuchungen wurde die Oberfläche des Lichtleitkörpers 10 nicht in Zonen unterteilt, sondern ein konstanter Abstand der einzelnen Oberflächenelemente gewählt. Hierbei konnten die folgenden Ergebnisse ermittelt werden:
Abstand : 4 μm
Homogenität: ca. 75%
Farbe: weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1850 Lux
mittlere Leuchtdichte: 3350 Nits
Kollimationsrϊchtung : 17° Abstand : 6 μm
Homogenität: ca. 78%
Farbe: weiss
Beleuchtungsstärke : 1600 Lux
Leuchtdichte: 2400 Nits
Kollimationsrϊchtung : 17°
Abstand : 8 μm
Homogenität: ca. 82%
Farbe: weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1400 Lux
mittlere Leuchtdichte: 2500 Nits
Kollϊmationsrichtung : 17°
Abstand : 10 μm
Homogenität: ca. 84% Farbe: weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1200 Lux
mittlere Leuchtdichte: 2200 Nits
Koüimationsrichtung : 17°
Abstand : 11 μm
Homogenität: ca. 87%
Farbe : weiss
mittlere Beleuchtungsstärke: 1200 Lux
mittlere Leuchtdichte: 2150 Nits
Kollimatϊonsrichtung : 17°
Aus den vorstehenden Untersuchungsergebnissen können die folgenden Schlussfolgerungen gezogen werden :
1. Durch die Anordnung und Verteilung der diffraktiven Oberflächenelemente ist es möglich hohe Homogenitäten hinsichtlich der Lichtverteϊlung einzustellen
2. Auch bei relativ schlechter angeordneten Oberfiächenanordnungen mit geringerer Homogenität ist die Farbmischung zu weiss stets gegeben.
3. Die Kollimationsrichtung ist unabhängig von der Verteilung der Oberflächenelemente einstellbar
4. Die Lichtintensität ist eine Funktion des Abstandes der Dots untereinander - <. O -
Insbesondere bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung als Backlight für Mobiltelefone, bei welchen eine Homogenität von 75% oder mehr akzeptabel ist, wird eine für den Benutzer angenehme und hochqualitative Beleuchtung eines Displays ermöglicht. Insbesondere gezielte Kollimationsrichtungen in Verbindung mit voreingestellter Farbetemperatur sind ohne die Zuhilfenahme von lichtlenkenden Folien herstellbar. Damit ist eine weitere Mϊnϊaturisierung des Gesamtsystems bei gleichzeitig geringerer Komponentenanzahl und hoher Flexibilität des Layouts ermöglicht.
In den Fig. 8 und 9 sind zwei weitere Ausführungsformen von Beleuchtungseinrichtungen dargestellt, die insbesondere auch als Backlight für Mobiitelefone geeignet sind.
Die Lichtleitkörper 10 sind prinzipiell wie an Hand der vorstehenden Figuren beschrieben ausgebildet. Bei den Lichtquellen handelt es sich um LEDs. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist eine einzige LED 34 in einer Ecke des Lichtleitkörpcrs 10 angeordnet. Hierbei ist die entsprechende Ecke 36 vorzugsweise abgeschrägt, so dass die Austrittsseite der LED 34 innerhalb der Ecke angeordnet bzw. innerhalb des rechteckigen Lichtleitkörpers 10 vorgesehen ist™ Hierdurch wird das Licht über eine abgeschrägte Fläche 48 in den Lichtleitkörper 10 eingekoppelt. Da der Lichtleitkörper 10 nicht quadratisch, sondern üblicherweise rechteckig ausgebildet ist, ist die Abschrägung nicht in einem 45°-Winkel, sondern vorzugsweise derart vorgenommen, dass ein Winkel α zwischen der Schmalseite 40 und der schrägen Fläche 38 kleiner als 45° ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der einzelnen Oberflächenelemente bzw.. der einzelnen Oberflächenelemente-Gruppen derart angeordnet, dass eine möglichst gleichmäßige Auskopplung des Lichts erfolgt. Hierbei ändert sich der Abstand der einzelnen Oberflächenelemente bzw. Oberflächenelemente-Gruppen in Richtung der gestrichelten Linien 42 derart, - 2J -
dass sich der Abstand der einzelnen Elemente bzw. Gruppen mit einer Vergrößerung des Abstandes von der LED 34 verringert.
Die in Fig.. 9 dargestellte Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist als Lichtquellen ebenfalls LEDs 44 auf, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel drei LEDs 44 an einer Schmalseite 40 des Lichtleitkörpers 10 angeordnet sind. Hierbei weist der Lichtleitkörper 10 an der Schmalseite 40 vorzugsweise Einbuchtungen 46 auf,. Die Einbuchtungen 46 sind vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispϊel erstrecken sich die Ausbuchten 46 über die gesamte Dicke des Lichtleitkörpers 10. Es ist ebenso möglich, beispielsweise halbkugelförmige Ausbuchtungen vorzusehen, wobei der Kugeldurchmesser geringer als die Dickes des Lichtleitkörpers 10 ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Oberflächenelemente bzw. die Oberflächenelemente-Gruppen wiederum derart angeordnet, dass eine Vergleichmäßigung der Helligkeϊtsverteilung an der Austrittsoberfläche 28 gegeben ist.
Selbstverständlich können die unterschiedlichen beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können an mehreren Seiten LEDs vorgesehen sein. Insbesondere sind mehrere LEDs um den gesamten Umfang des Lichtleitkörpcrs 10 angeordnet. Ebenso ist eine Kombination der in den Fig. 8 und 9 beschriebenen Ausführungsform möglich. Insbesondere kann es auch zweckmäßig sein, LEDs zusammen mit einer oder mehreren CCFL-RÖhren zu kombinieren. Beispielsweise kann die in Fig. 1 dargestellte Beleuchtungseinrichtung derart modifiziert werden, dass in den beiden der CCFL- Röhre 14 gegenüberliegenden Ecken jeweils eine LED, insbesondere wie in Fig.. 8 dargestellt, vorgesehen ist. Hierdurch kann auf einfache Weise ein gutes Ausleuchten dieser beiden Ecken, die einen großen Abstand zu der CCFL-Röhre 14 aufweisen, gewährleistet werden. Bei einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist diese in einem Flachbildschirm angeordnet. Das wesentlichen Element eines Flachbildschϊrms ist ein Flussigkristall-Element 50 (Fig.. 10). Bei dem Flüssigkristall-Element handelt es sich üblicherweise um ein LCD-Element. Ferner ist als Lichtquelle 52 ein Lichtkasten oder dg!.. vorgesehen, wobei dieser mehrere parallel zueinander angeordnete Lichtröhren 54 aufweist. Bei den Lichtröhren 54 handelt es sich vorzugsweise um CCFLs.
Gemäß dem Stand der Technik sind zwischen dem Lichtkasten 52 und dem Flüssigkristall-Element 50 mehrere Folien angeordnet. Hierbei handelt es sich sogenannte BEF-, DBEF- und PRF-Foiien.
Erfindungsgemäß ist zumindest die BEF-Folie durch einen Lichtleitkörper 56 ersetzt. Der Lichtleitkörper 56 ist prinzipiell wie vorstehend insbesondere an Hand der Fig. 1 - 3 beschrieben aufgebaut.
Der Lichtleitkörper 56 weist vorzugsweise mehrere horizontal bzw.. parallel zu den Lichtröhren 54 ausgerichtete Zonen 58 auf. Hierbei ist vorzugsweise jede Zone 58 einer Lichtröhre 54 zugeordnet, wobei die Lϊchtröhre 54 mittig hinter der Zone 58 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Zonen 58 identisch aufgebaut, d. h. jede Zone weist eine identische Anordnung an Oberflächenelementen bzw. Oberflächenelementen-Gruppen auf,.
Eine bevorzugte Anordnung von Oberflächenelementen-Gruppen 33 ist in Fig. 12 dargestellt. Hierbei sind die einzelnen Oberflächenelemente-Gruppen 33 zu einer Mittelinie 60 symmetrisch angeordnet. Ausgehend von der Mittellinie 60 nimmt der Abstand der einzelnen Oberflächenelemente-Gruppen 33 zueinander in Richtung eines Pfeils 62, d. h. nach außen, ab.
Im dargestellten Ausfuhrungsbeispie! sind die Oberflächenelementen-Gruppen 33 in Zeilen und Spalten angeordnet, wobei der Abstand der Spalten konstant -- I \ -
ist. Bei einer Weiterbildung der Erfindung können die Zonen 58 in vorzugsweise rechteckige Unterzonen eingeteilt werden. Diese sind in Fig. 2 sodann nebeneinander angeordnet. Hierbei ist es möglich, innerhalb der einzelnen Unterzonen beispielsweise unterschiedliche Spaltenabstände vorzusehen, wobei die an einem Rand, d. h. in Fig. 12 links oder rechts an der Zone 58 vorgesehenen Unterzonen vorzugsweise geringere Spaltenabstände aufweisen.
Anstelle oder zusätzlich eines Lichtkastens 52 (Fig. 10) können beispielsweise auch vier oder mehr Lichtröhren 54 vorgesehen sein, die am Umfang des Lichtieitkörpers 56 angeordnet sind, so dass das Licht seitlich in den Lichtleitkörper 56 eingestrahlt wird. Die Anordnung der Oberflächenelemente bzw. der Oberflächenelementen-Gruppen ist hierbei wiederum derart vorgenommen, dass von dem Lichtleitkörper in Richtung des LCD-Elementes eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Helligkeit gegeben ist. Vorzugsweise nimmt hierbei der Abstand der einzelnen Oberflächenelementc bzw. Oberflächenelementen-Gruppen in Richtung des Zentrums des Lichtleitkörpers ab. Ebenso ist es möglich, dass die Oberfläche des Lichtieitkörpers in vier Zonen bzw. Segmente, vorzugsweise vier identische rechteckige Segmente unterteilt ist, wobei diese vorzugsweise jeweils punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Lichtieitkörpers aufgebaut sind.

Claims

- ?A -Patentansprüche
1. Beleuchtungseinrichtung zum Hinterleuchten von Flachbildschirmen, insbesondere Displays für mobile Anwendungen, mit
einer Lichtquelle (14) und
einem Lichtleitkörper (10), in dem von der Lichtquelle (14) abgegebenes Licht eingekoppelt und an einer Austrittsoberfläche (28) ausgekoppelt wird,
wobei die Austrittsoberfläche (28) zur Lichtausbreitung diffraktive Oberflächenelementcn (30) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
sämtliche Oberflächenelemente (30) eine Oberflächenstruktur mit konstanter Amplitude aufweisen.
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Oberflächenelemente (30) als Beugungselemente wirken, die ein kollimiertes Lichtbündel mit spektraler Lichtaufspaltung erzeugen.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (30) derart angeordnet sind, dass durch Überlagerung von mindestens zwei benachbarten Lichtbundeln monochromatisches Licht und/ oder weißes Licht entsteht. - 2 '3 -
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (30) eine Größe von 0,04 - 10.000 μtn2, insbesondere 0,04 - 500 μm2 aufweisen.
5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Oberflächenelemente (30) untereinander einen Abstand von 1 - .1.00 μm, insbesondere 1 - 50 μm und besonders bevorzugt 1 - 15 μm aufweisen.
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbarter Obcrflächcnelemente (30) mit einer Vergrößerung des Abstandes zur Lichtquelle (14) abnimmt.
7. Belcuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbarter Oberflächenelemente (30) stufenweise abnimmt,
8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (30) aperiodisch angeordnet sind„
9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsoberfläche (28) Bereiche aufweist, innerhalb derer die Oberflächenelemente (30) den selben Abstand haben.
10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (14) innerhalb und/ oder außerhalb des Lichtleϊtkörpers (10) angeordnet ist. - ?. β -
11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Einkopplung des Lichts die Lichtquelle ( 14) teilweise von Reflektoren umgeben ist.
12. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein parabelförmiger Reflektor vorgesehen ist und die insbesondere als Leuchtstoffröhre ausgebildete Lichtquelle (14) im Brennpunkt angeordnet ist.
13. Beleuchtungseϊnrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenfläche des Lichtleitkörpers (10), bei der es sich nicht um die Austrittsoberfläche handelt, mit einem Reflektor versehen ist und/ oder eine reflektierende Oberfläche aufweist.
14. Beieuchtungscinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine oder mehrere LEDs aufweist.
15. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitkörper ( 10) quaderförmig ist.
16. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitkörper (10) keilförmig ist, wobei die Lichtquelle (14) an einer Schmalseite des Keils angeordnet ist.
17. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise mindestens zwei, insbesondere mindestens vier und besonders bevorzugt mindestens sechs Oberflächenelemente (30) zu einer Oberflächenelementen-Gruppe (33) zusammengefasst sind, wobei die Oberflächenelementen-Gruppe (33) monochromatisches und/ oder weißes Licht abgibt. - ? 1 -
18. Flachbildschirm, mit einem Flussigkristall-Element (50) und einer das Flüssig keitskristall- Element hinterleuchteten Beleuchtungseϊnrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 17.
19. Flachbildschirm nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle mehrere insbesondere parallel zueinander angeordnete Lϊchtröhren (54) vorgesehen sind und der Lϊchtlenkkörper (56) je Lϊchtröhre (54) eine vorzugsweise parallel zu der Lichtröhre (54) angeordnete Zone (58) mit Oberflächenelementcn (30) und/ oder Oberflächenelementen-Gruppen (33) aufweist.
20. Flachbildschirm nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (30) und/ oder die Oberflächenelementen-Gruppen (33) in einer Zone (58) zeilen- und spaltenförmig angeordnet sind, wobei sich der Abstand der Zeilen vorzugsweise mit zunehmendem Abstand zur Lichtröhre (54) verringert.
21. Flachhiidschirm nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Oberflächenelemente (30) bzw. der Oberflächenelemente-Gruppen (33) je Zone (58) zu einer Mittelinie (60) symmetrisch ist, wobei die Mittellinie (60) vorzugsweise im kürzesten Abstand zu der Lϊchtröhre (54) angeordnet ist.
22. Flachbildschirm nach einem der Ansprüche 19 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (58) in Unterzonen unterteilt sind, wobei die Unterzonen vorzugsweise rechteckig ausgebildet sind.
23. Flachbildschirm nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich am Rand angeordnete Unterzonen mehr Oberflächenelemente (30) bzw. Oberflächeneiemente-Gruppen {33) als die übrigen Unterzonen aufweisen,
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2239285A1 (de) 2009-04-07 2010-10-13 Nanogate Advanced Materials GmbH Abformzusammensetzung
US8896923B2 (en) 2006-05-10 2014-11-25 Oji Holdings Corporation Corrugated pattern forming sheet, and methods for manufacturing antireflector, retardation plate, original process sheet plate, and optical element
WO2015053974A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Illumination device with spaced-apart diffractive media

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5135539B2 (ja) * 2007-06-07 2013-02-06 王子ホールディングス株式会社 拡散導光体およびバックライトユニット
US8807817B2 (en) * 2012-08-13 2014-08-19 3M Innovative Properties Company Colorful diffractive luminaires providing white light illumination
JP2014072019A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Dainippon Printing Co Ltd 導光板、及び面光源装置
KR102654863B1 (ko) * 2016-11-08 2024-04-05 삼성전자주식회사 지향성 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 영상 표시 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1016817A1 (de) * 1998-12-30 2000-07-05 Nokia Mobile Phones Ltd. Lichtleiter zur hinten Beleuchtung eines flaches Anzeigepanels
JP2001155520A (ja) * 1999-11-22 2001-06-08 Sharp Corp 面状光源、並びにそれを用いたバックライト光学系およびディスプレイ
JP2004319252A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Toppan Printing Co Ltd 導光板、それを用いた照明装置および表示装置
JP2004319251A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Toppan Printing Co Ltd 導光板、それを用いた照明装置および表示装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09178949A (ja) * 1995-12-25 1997-07-11 Sharp Corp 平面照明装置
JPH10269824A (ja) * 1997-03-26 1998-10-09 Omron Corp 回折格子及び当該回折格子を用いた反射型画像表示装置
US6598987B1 (en) * 2000-06-15 2003-07-29 Nokia Mobile Phones Limited Method and apparatus for distributing light to the user interface of an electronic device
JP3394025B2 (ja) * 2000-09-13 2003-04-07 嶋田プレシジョン株式会社 フロントライト導光板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1016817A1 (de) * 1998-12-30 2000-07-05 Nokia Mobile Phones Ltd. Lichtleiter zur hinten Beleuchtung eines flaches Anzeigepanels
JP2001155520A (ja) * 1999-11-22 2001-06-08 Sharp Corp 面状光源、並びにそれを用いたバックライト光学系およびディスプレイ
JP2004319252A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Toppan Printing Co Ltd 導光板、それを用いた照明装置および表示装置
JP2004319251A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Toppan Printing Co Ltd 導光板、それを用いた照明装置および表示装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 23 10 February 2001 (2001-02-10) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8896923B2 (en) 2006-05-10 2014-11-25 Oji Holdings Corporation Corrugated pattern forming sheet, and methods for manufacturing antireflector, retardation plate, original process sheet plate, and optical element
EP2239285A1 (de) 2009-04-07 2010-10-13 Nanogate Advanced Materials GmbH Abformzusammensetzung
WO2010115672A1 (en) 2009-04-07 2010-10-14 Nanogate Advanced Materials Gmbh Impression composition
WO2015053974A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Illumination device with spaced-apart diffractive media

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KR100918243B1 (ko) 2009-09-21
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