DE3522640A1 - Vorrichtung zum beleuchten einer fluessigkristallanzeige - Google Patents
Vorrichtung zum beleuchten einer fluessigkristallanzeigeInfo
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Description
Int. Az.: Case 1864 - 3 -
VORRICHTUNG ZUM BELEUCHTEN EINER FLÜSSIGKRISTALLANZEIGE
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beleuchten
einer Flüssigkristallanzeige nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung kann dazu verwendet werden, eine Flüssigkristallanzeige
von ihrer Rückseite her zu beleuchten. Wenn die Anzeige sehr lang ist, wie beispielsweise Frequenz-Anzeigevorrichtungen für
elektronische Signal generatoren mit sehr hoher Frequenzauflösung, ist
die Beleuchtung über die Länge der Anzeige üblicherweise ungleichförmig,
weil entlang der Lichtleitplatte die Intensität des Lichtes abnimmt.
Auch verringert sich üblicherweise der Anzeigenkontrast bei
solcher Beleuchtung mit dem Sichtwinkel des Betrachters, insbesondere
wenn die Flüssigkristallanzeige in einem verdunkelten Raum betrachtet
wird.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Beleuchten einer Flüssigkristallanzeige anzugeben, bei der
auf einfache Weise sowohl eine gleichmäßige Ausleuchtung langer Flüssigkristallanzeigen
als auch eine gezielt ungleichmäßige Ausleuchtung
solcher Flüssigkristallanzeigen, beispielsweise eine helle Hervorhebung
einzelner Teile davon, erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die
kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Anspruchsgemäß ist vorgesehen, daß durch die Ausformung der das Eintrittsfenster
tragenden Kante der Lichtleitplatte als Kollimator und
eine entsprechende Ausrichtung der Lichtquelle dazu ereicht wird, daß sich das Licht innerhalb der Lichtleitplatte parallel zur Fläche des
Austrittsfensters ausbreitet. Dem Austrittsfenster gegenüber weist die
Lichtleitplatte eine Streufläche auf, die mit zunehmendem Abstand vom
Eintrittsfenster näher am Austrittsfenster angeordnet ist. Die Streufläche
schneidet durch diese Anordnung mit größer werdendem Abstand
vom Eintrittsfenster vorher nicht gestreute Bereiche des parallelen
Int. Az.: Case 1864 - 4 -
Lichtbündels, das sich innerhalb der Lichtleitplatte fortpflanzt; ein
Intensitätsverlust entlang der Lichtleitplatte kann so durch Erfassung
neuer Teile des Lichtbündels zur Streuung in das Austrittsfenster kompensiert
werden. Sofern eine hellere Ausleuchtung einzelner Bereiche
der Flüssigkristallanzeige erwünscht ist, kann dies dadurch erreicht
werden, daß der Schnittwinkel zwischen dem Lichtbündel und der Streufläche erhöht wird, so daß ein größerer Teil des Lichtbündels auf einer
kürzeren Strecke zur Streuung in das Austrittsfenster erfaßt wird.
Die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet:
Nach Anspruch 2 kann zur Steuerung der Lichtverteilung vorgesehen
sein, daß entferntere Bereiche der aufgerauht (mattiert) ausgebildeten
Streufläche mit größerer Rauhigkeitstiefe ausgeführt werden, so daß
die Vertiefungen der aufgerauhten Oberfläche in zunehmendem Abstand
vom Eintrittsfenster neue Teile des Lichtbündels streuen.
Nach Anspruch 3 kann vorgesehen sein, daß die Lichtleitplatte mit zunehmendem
Abstand vom Eintrittsfenster dünner wird, so daß die Streufläche
neue Teile des Lichtbündels schneidet.
Nach Anspruch 4 kann an beiden Enden der Lichtleitplatte Licht eingestrahlt
werden und vorgesehen sein, daß die Streufläche zur Mitte der
Lichtleitplatte hin am nächsten zum Austrittsfenster angeordnet ist.
Nach den Ansprüchen 5 und 6 können zur Verbesserung der Ausleuchtung
noch Reflektoren zum Sammeln verlorengehenden Lichts sowie ein Diffusor
vor dem Austrittsfenster vorgesehen sein. Der Diffusor verringert die Abhängigkeit des Anzeigenkontrasts vom Sichtwinkel des
Betrachters.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der zugehörigen
Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben und erläutert.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Vorrichtung
zum Beleuchten einer Flüssigkristallanzeige.
Figur 2a zeigt eine Vorderansicht der Lichtleitplatte der in Figur 1
Hew! ett-Packard Company ' *? R 9 ? R A D
Int. Az.: Case 1864 - 5 -
gezei gten Vorri chtung.
Figur 2b zeigt eine Seitenansicht der in Figur 2a gezeigten
Figur 2b zeigt eine Seitenansicht der in Figur 2a gezeigten
Lichtleitplatte.
Figur 3a zeigt eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der
in Figur 2a gezeigten Lichtleitplatte.
Figur 3b zeigt eine Seitenansicht der in Figur 3a gezeigten
Lichtleitplatte.
Figur 4 zeigt eine Detail ansicht einer Kante der Lichtleitplatte
Figur 4 zeigt eine Detail ansicht einer Kante der Lichtleitplatte
nach Figur 1.
Wie in Figur 1 gezeigt, wird eine Flüssigkristallanzeige 10 bekannter
Art, die als Transmissionsanzeige oder als Transreflektionsanzeige
ausgeführt sein kann, rückseitig durch Glühbirnen 16 über eine Lichtlei
tplatte 11 und einen Diffusor 13 beleuchtet. Jedes Ende der Lichtlei
tplatte 11 ist als zylindrische Annäherung eines parabolischen Reflektors
ausgebildet, wie in Figur 4 gezeigt und an anderer Stelle in dieser Beschreibung näher ausgeführt. Ein primärer Reflektor 12, der
sich in unmittelbarer Nähe der Rückfläche der Lichtleitplatte 11 befindet,
greift um die parabolisch ausgeführten Endstücke der Lichtlei
tplatte 11 und umschließt die Glühbirnen 16. Der primäre Reflektor
12 kann aus hellem weißen Papier oder Plastik-Bahnenmaterial hergestellt
sein.
Die Rückfläche 7 der Lichtleitplatte 11, dargestellt in Figur 2b, ist
durch selektives Einformen von Rauhigkeit in die Oberfläche mattiert,
wobei die Oberflächenrauhigkeit dazu angepaßt ist, von jedem Ende der
Rückfläche 7 aus zum Mittelteil hin einen Gradienten zunehmender Rauhigkeit
zu erzeugen. Das durch die Glühbirnen 16 abgestrahlte Licht wird durch die parabolischen Reflektoren an jedem Ende der Lichtleitplatte
11 im wesentlichen kollimiert. Während das Licht sich entlang
der Lichtleitplatte 11 von jedem Ende aus ausbreitet, wird es schließlieh
durch die mattierte Rückfläche 7 gestreut und durch die Vorderfläche
9 der Lichtleitplatte 11 diffus hinausreflektiert. Der von jedem
Ende aus existierende Gradient von feiner zu grober Oberflächenrauhigkeit
der Rückfläche 7 dient zum Kompensieren der höheren Absorption
und internen Reflexion des Lichtes zur Mitte der Lichtleitplatte
Int.. Az.: Case 1864 - 6 -
11 hin. Daher ist die innen oder nahe der Mitte der Lichtleitplatte 11
aus dem Fenster 9 austretende Intensität des Lichts im wesentlichen
gleich mit dem an oder nahe jedem Ende aus dem Fenster 9 austretenden
Licht.
Sekundäre Reflektoren 14 reflektieren Licht, das aus der Lichtleitplatte
11 durch die Längskanten 8 austreten will, zurück durch das Fenster 9. Diese Reflektoren sind üblicherweise aus dem gleichen Material
wie der primäre Reflektor 12 hergestellt. Ein Elastomer-Verbinder
15 koppelt die Flüssigkristallanzeige 10 an die Flüssigkristallanzeigen-Treiberschaltungen
auf der Schal tungsplatte 17.
Der primäre Reflektor 12 und die sekundären Reflektoren 14 sind keine
integralen Bestandteile der Lichtleitplatte 11. Zur vollständigen internen
Reflexion von Licht muß der Brechungsindex des Mediums, innerhalb welchem sich das Licht fortpflanzt, grosser sein als der Brechungsindex
des Mediums, in das hinein das Licht versucht, sich auszubreiten. Der Brechungsindex von Luft ist geringer als der Brechungsindex
des klaren Acryl-Plastikmaterials, aus welchem die Lichtleitplatte
11 üblicherweise hergestellt ist. Um den Wirkungsgrad der an der Rückfläche
7 und an den Längskanten 8 der Lichtleitplatte 11 auftretenden
internen Reflexion zu erhalten, ist eine Acryl pi as ti k-Luft- Grenzfläche
zwischen der Lichtleitplatte 11 und dem primären Reflektor 12 sowie
den sekundären Reflektoren 14 erforderlich. Weil jeder Reflektor, der
sich den detaillierten Konturen der Rückfläche oder der Längskanten
der Licht!eitplatte 11 anpaßt, die Acrylplastik-Luft-Schnittstelle
eliminiert, wird eine Aluminisierung oder ein Anstrich der Rückfläche
7 oder der Längskanten 8 nicht empfohlen, weil dies den Brechungsindexunterschied
eliminieren würde, der zur vollständigen internen Reflexion
an diesen Oberflächen erforderlich ist.
Auf der von der Flüssigkristallanzeige 10 abgewandten Seite der Schaltungsplatte
17 sind die Treiberschaltungen angebracht, was die Flächendicke
der Anzeige insgesamt minimalisiert und die Anzahl von Verbindungen
auf ein Minimum reduziert. Ein Elastomer-Verbinder 15, bestehend
aus einer Vielzahl von Einzel strängen aus leitfähigem Gummi, die durch nicht leitfähiges Gummi voneinander getrennt sind, verbindet
Int. Az.: Case 1864 - 7 -
die Treiberschaltungen mit zugehörigen Abschnitten der Flüssigkristallanzeige
10.
Der Diffusor 13 ist ein dünnes Blatt aus einem mattierten klaren oder
getönten Plastikmaterial, welches das aus dem Fenster 9 austretende
Licht weiter streut, wodurch auch für schräge Sichtwinkel die Effekte unterschiedlicher Beleuchtung verringert werden. Rückhaltungen 20,
Versteifungen 21 und Paßstifte 22 plazieren und halten die Flüssigkristallanzeige
10, die Lichtleitplatte 11, den Diffusor 13 und die Glühbirnen
16 und halten gleichzeitig den Verbinder 15 sowie die Reflektoren
12 und 14 mit der Lichtleitplatte 11 in Berührung.
Die Rückhaltungen, Versteifungen und Paßstifte können aus Metall oder
Plastik hergestellt sein. Mit Hilfe von Schrauben 23 kann die gesamte
Anzeigeneinheit getrennt von dem Instrument, in welchem sie benutzt
werden soll, zusammengesetzt werden, was bequeme Lagerhaltung und Ersatz vor Ort ermöglicht.
Die in den Figuren 3a und 3b gezeigte Lichtleitplatte 30 ist ein anderes
Ausführungsbeispiel der Lichtleitplatte 11, bei der die Rückfläche
37 sich dem Vorderfenster 9 keilförmig nähert. Die Rückfläche 37 ist dem Fenster 9 in der Mitte der Lichtleitplatte 30 am nächsten. In dieser
Konfiguration ist die Rückfläche 37 gleichförmig mattiert, weil
zunehmend mehr von den Glühbirnen 16 emittiertes Licht durch sie gestreut
wird, während das Licht sich der Mitte der Lichtleitplatte 30
annähert und hierbei durch das Fenster 9 diffus herausreflektiert
wird.
Die Schräglage der Rückfläche 37 ist als linearer Gradient gezeigt,
der sich von jedem Ende zur Mitte erstreckt. Wenn jedoch eine andere Verteilung der Lichtintensität im Fenster 9 erwünscht ist, evtl. sogar
eine ungleichförmige, kann die Lage der Rückfläche 37 zur Steuerung
der Verteilung konkav, konvex oder als Kombination aus diesen Möglichkeiten
ausgebildet sein.
In Figur 4 ist als Einzelheit jedes Ende 40 der Lichtleitplatten 11
oder 30 dargestellt. Jedes Ende 40 weist einen Reflektorabschnitt 41
Int. Az.: Case 1864 - 8 -
und eine Ausnehmung 42 für die Glühbirne auf. Der primäre Reflektor 12
umspannt jede Glühbirne 16, indem er sich um den Ref1ektortei1 41 anlegt.
Der Reflektorabschnitt 41 ist so ausgeformt, daß er einen zylindrischen
parabolischen Reflektor zum Konimieren des Lichts in den
Lichtleitplatten 11 und 30 annähert.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Gesamtdicke der Anzeigeneinheit
nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen durch die Dicke der Lichtleitplatte 11 bestimmt. Die vorliegende Erfindung hat den
größten Nutzen, wo das Verhältnis zwischen der Länge und der Dicke der Licht!eitplatte 11 größer oder gleich 20 ist.
-I-
Leerseite -
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Beleuchten einer Flüssigkristallanzeige, mit einer
Lichtquelle und einer flachen Lichtleitplatte, die auf einer Kante
ein der Lichtquelle zugewandtes Eintrittsfenster für Licht und in der Fläche ein der Flüssigkristallanzeige zugewandtes Austrittsfenster
für Licht aufweist
dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Verteil
ung des Lichts über das Austrittsfenster (9)
- die das Eintrittsfenster (42) tragende Kante (41, 42) im wesentlichen
als Kollimator für das eintretende Licht ausgebildet ist,
- die Lichtquelle (16) in Bezug auf das Eintrittsfenster (42) so „
angeordnet ist, daß das kollimierte Licht sich in der Licht!eit- I
platte (11) im wesentlichen parallel zur Fläche des Austritts- «■
fensters (9) fortpflanzt,
- die Lichtleitplatte (11) dem Austrittsfenster (9) gegenüber eine
Streufläche (7, 37) für das Licht aufweist und
- zumindest Teile der Streufläche (7, 37) mit zunehmendem Abstand vom Eintrittsfenster (42) näher am Austrittsfenster (9) angeordnet
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streufläche (7) aufgerauht ist und mit zunehmendem Abstand vom
Eintrittsfenster (42) zumindest Teile der Streufläche mit zunehmender Rauhigkeitstiefe ausgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke
der Lichtleitplatte (11) mit zunehmendem Abstand vom Eintrittsfenster
(42) zumindest auf Teilstücken derart abnimmt, daß die entsprechenden Teile der Streufläche (37) näher am Austrittsfenster
(9) liegen.
Hewlett-Packard Company
Int. Az.: Case 1864 - 2 -
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß an zwei gegenüberliegenden Enden Licht in die Lichtleitplatte
(U) eingestrahlt wird, und daß zumindest Teile der Streufläche
zur Mitte der Lichtleitplatte (11) hin näher am Austrittsfenster
(9) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß Reflektoren (12, 14) im Abstand von der Lichtleitplatte
(11) angeordnet sind, die Licht zur Lichtleitplatte (11) zurück
reflektieren, das nicht in Richtung zur Flüssigkristallanzeige hin aus der Lichtleitplatte (11) austritt.
reflektieren, das nicht in Richtung zur Flüssigkristallanzeige hin aus der Lichtleitplatte (11) austritt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch
einen vor dem Austrittsfenster (9) angebrachten Diffusor (13) für
das aus dem Austrittsfenster (9) austretende Licht.
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