DE19961390A1

DE19961390A1 - Flat waveguide, used in liquid crystal display element, has light-impermeable material with degree of covering that varies over reflection surface applied to reflection surface of waveguide

Info

Publication number: DE19961390A1
Application number: DE1999161390
Authority: DE
Inventors: Peng Hong Ze
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-06-21

Abstract

Flat waveguide has a light coupling surface, a reflection surface and a light decoupling surface lying opposite the reflection surface. The reflection surface contains agents for homogenizing the luminance on the light decoupling surface. A light-impermeable material having a degree of covering that varies over the reflection surface is applied to the reflection surface of the waveguide. An Independent claim is also included for a process for the production of a waveguide comprising printing a pattern of a light-impermeable material to one surface of a body made of light-permeable material.

Description

Die Erfindung betrifft einen flächigen Lichtleiter mit einer Lichteinkoppelfläche, einer Reflexionsfläche und einer der Reflexionsfläche im wesentlichen gegen über liegenden Lichtauskoppelfläche, wobei die Reflexionsfläche Mittel zur Vergleichmässigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtleiters.The invention relates to a flat light guide with a light coupling surface, a reflection surface and one of the reflection surface essentially against over lying light coupling surface, the reflection surface means for Contains uniformity of the luminance at the light decoupling surface, and a method for producing such a light guide.

Lichtleiter dieser Art werden im wesentlichen zur Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen eingesetzt. In der EP 0 500 960 B1 wird ein Lichtleiter erwähnt, der eine Schicht aus einem lichtstreuenden Material aufweist, die auf einer der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegenden Oberfläche aufgebracht ist. Die Dichte des aufgebrachten lichtstreuenden Materials nimmt mit der Entfer nung von der Lichtquelle zu. Als nachteilig wird bei einem solchen Lichtleiter ein Lichtverlust genannt, der die Leuchtdichte des emittierten Lichts verringert. Weiterhin ist aus der EP 0 500 960 B1 ein Lichtleiter bekannt, bei dem die Lichtauskoppelfläche oder die der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Fläche aufgerauhte Abschnitte aufweist, die eine lichtemittierende Richtfunktion haben. Weiterhin weist dieser Lichtleiter ebene Abschnitte auf, wobei die aufgerauhten und ebenen Abschnitte so angeordnet sind, daß sich das Verhält nis der ebenen Abschnitte erhöht, wenn sich der Abstand von der Lichteinfalls fläche verringert. Hierdurch wird eine Vergleichmässigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche erreicht. Die Herstellung eines solchen Lichtleiters ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Nachteilig bei diesem Lichtleiter ist zudem, daß die Optimierung zur Erzielung einer gleichmäßigen Lichtauskopplung schwierig ist. Hierzu muß nämlich die Aufteilung zwischen ebenen und aufge rauhten Flächen optimiert werden, so daß gerade in der Entwicklungsphase ständig neue Werkzeuge hergestellt werden müssen.Light guides of this type are mainly used for backlighting Liquid crystal displays used. EP 0 500 960 B1 describes a light guide mentioned, which has a layer of a light-scattering material on a surface opposite the light decoupling surface is applied. The density of the light-scattering material applied increases with distance from the light source. A disadvantage of such a light guide Loss of light called, which reduces the luminance of the emitted light. Furthermore, a light guide is known from EP 0 500 960 B1, in which the Light extraction surface or that opposite the light extraction surface Surface roughened sections has a light-emitting directional function to have. Furthermore, this light guide has flat sections, the roughened and flat sections are arranged so that the ratio nis of the flat sections increases when the distance from the incidence of light area reduced. This will make the luminance even reached the light decoupling surface. The manufacture of such a light guide is however, relatively expensive. Another disadvantage of this light guide is that the optimization to achieve a uniform light decoupling is difficult. This is because the division between levels and up rough surfaces can be optimized, so that especially in the development phase new tools have to be manufactured constantly.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Lichtleiter anzugeben, bei dem eine Vergleichmässigung der Leuchtdichte an der Lichtauskoppelfläche mit einfachen Mitteln erreicht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtleiters anzugeben.In contrast, the object of the invention is to provide a light guide with an equalization of the luminance on the light decoupling surface simple means is achieved. Another object of the invention is to provide a Specify a method for producing such a light guide.

Die erst genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf die Reflexionsfläche des Lichtleiters ein lichtundurchlässiges Material mit einem über die Reflexions fläche variierenden Bedeckungsgrad aufgebracht ist. Der variierende Bedeckungsgrad entspricht dabei dem Verhältnis von ebenen und aufgerauhten Flächen bei dem zuvor beschriebenen Lichtleiter. Vorzugsweise ist das lichtun durchlässige Material als Muster auf den Lichtleiter aufgedruckt. Somit können auf einfache Weise an der Reflexionsfläche Bereiche mit erhöhter Lichtstreuung realisiert werden. Zur Vergleichmässigung der Leuchtdichte ist insbesondere vorgesehen, daß der Bedeckungsgrad mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelfläche zunimmt. Die bedruckten Bereiche auf der Reflexionsflä che des Lichtleiters können insbesondere als Streifen ausgeführt werden. Mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelfläche kann dann das Verhältnis von bedruckter zu unbedruckter Fläche zunehmen, so daß ein zunehmender Bedeckungsgrad der Reflexionsfläche erzielt wird. In einer weiteren Ausfüh rungsform ist vorgesehen, daß der Lichtleiter mehrere Lichteintrittsflächen aufweist. Insbesondere kann es sich dabei um zwei im wesentlichen gegen überliegende Lichteintrittsflächen handeln, wobei in diesem Fall der Bedeckungsgrad der Reflexionsfläche des Lichtleiters zur Mitte des Lichtleiters hin zunimmt. In einer besonderen Ausführungsform kann ein lichtleitender Körper eingesetzt werden, bei dem die Lichteinkoppelfläche an einer Breitseite des Lichtleiters angeordnet und zur Einkopplung von Lichtstrahlung in einem spitzen Winkel zur Haupterstreckung des Lichtleiters ausgeführt ist. Eine solche Form eines Lichtleiters ist aus dem Deutschen Gebrauchsmuster DE 29 91 1944.0 bekannt. Auch bei diesem Lichtleiter wird erfindungsgemäß auf eine Refle xionsfläche ein Muster aufgedruckt, das einen mit zunehmenden Abstand von den Lichteinkoppelflächen zunehmenden Bedeckungsgrad aufweist.The first-mentioned object is achieved in that on the reflection surface the light guide is an opaque material with a reflection area varying degree of coverage is applied. The varying one The degree of coverage corresponds to the ratio of flat and roughened Areas in the light guide described above. This is preferably light permeable material is printed as a pattern on the light guide. So you can areas with increased light scattering in a simple manner on the reflection surface will be realized. To even out the luminance is in particular provided that the degree of coverage with increasing distance from the Light coupling area increases. The printed areas on the reflective surface surface of the light guide can in particular be designed as a strip. With The ratio can then increase with increasing distance from the light coupling surface increase from printed to unprinted area, so that an increasing Degree of coverage of the reflection surface is achieved. In another version Form is provided that the light guide has several light entry surfaces having. In particular, it can be essentially two against act overlying light entry surfaces, in which case the Degree of coverage of the reflective surface of the light guide towards the center of the light guide increases. In a special embodiment, a light-guiding body be used in which the light coupling surface on a broad side of the Arranged light guide and for coupling light radiation in a pointed Angle to the main extension of the light guide is executed. Such a form an optical fiber is from German utility model DE 29 91 1944.0 known. With this light guide, according to the invention, a reflect xionsfläche a pattern printed, the one with increasing distance from the light coupling surfaces has increasing coverage.

Um einen neutralen Farbeindruck zu erhalten ist vorgesehen, auf die Refle xionsfläche des Lichtleiters ein weißes lichtundurchlässiges Material aufzudrucken. Besondere Farbeffekte können jedoch dadurch erhalten werden, daß ein farbiges lichtundurchlässiges Material auf die Reflexionsfläche aufgedruckt wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben.In order to obtain a neutral color impression, it is intended to use the Refle xionsfläche the light guide to print a white opaque material. However, special color effects can be obtained in that a colored opaque material printed on the reflective surface becomes. Further advantageous embodiments of the invention are in the Unteran sayings.

Der erfindungsgemäße Lichtleiter kann insbesondere in einer Anzeigeeinheit eingesetzt werden, die ein Flüssigkristallelement, den zur Hintergrundbeleuch tung des Flüssigkristallelements angeordneten Lichtleiter, eine Lichtquelle, deren Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird, und eine zwischen dem Licht leiter und dem Flüssigkristallelement angeordnete Streuscheibe enthält.The light guide according to the invention can in particular in a display unit are used, which is a liquid crystal element, the backlight device of the liquid crystal element arranged light guide, a light source, whose light is coupled into the light guide, and one between the light contains conductor and the liquid crystal element arranged diffuser.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtleiters wird von einem Körper aus einem lichtdurchlässigen Material ausgegangen, der die gewünschte Form des Lichtleiters aufweist. Auf diesen Körper wird ein Muster aus einem lichtun durchlässigen Material aufgedruckt. Dieses Muster weist vorzugsweise einen über die Fläche variierenden Bedeckungsgrad auf. Der Körper besteht aus einem lichtdurchlässigen Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem amor phen thermoplastischen Kunststoffmaterial. Beispiele geeigneter Materialien sind Polymethylmethacrylat (PMMA), Polykarbonat (PC) oder Polystyrol.A body is used to produce a light guide according to the invention made from a translucent material that has the desired shape of the light guide. A pattern from a light is placed on this body permeable material printed. This pattern preferably has one covering degree varying over the area. The body consists of a translucent plastic material, especially from a cupid phen thermoplastic material. Examples of suitable materials are polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or polystyrene.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below using exemplary embodiments and Drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 zwei Ansichten der Reflexionsseite von erfindungsgemäßen Lichtleitern, Fig. 1 shows two views of the reflection side of inventive optical fibers,

Fig. 2 eine Anzeigeeinheit mit einem Flüssigkristallelement. Fig. 2 shows a display unit with a liquid crystal element.

In Fig. 1a ist die Ansicht der Reflexionsfläche eines Lichtleiters 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Lichtleiter 1 weist bedruckte Bereiche 2 auf, die streifenförmig abwechselnd zu unbedruckten Bereichen 3 angeordnet sind. Die bedruckten Bereiche 2 sind hier aus Gründen der Dar stellbarkeit als schwarze Balken dargestellt, während ein Bedrucken mit weißer Farbe besonders bevorzugt wird. Der in Fig. 1a dargestellte Lichtleiter weist zwei Lichteinkoppelflächen auf, die senkrecht zur dargestellten Reflexionsfläche angeordnet sind. Die beiden Lichteinfallsflächen sind einander gegenüberlie gend angeordnet. Die Einfallsrichtung des Lichtes ist durch Pfeile 4, 5 darge stellt. Der Bedeckungsgrad der Reflexionsseite des Lichtleiters 1, das heißt das Verhältnis von bedruckten Flächen 2 zu unbedruckten Flächen 3, nimmt mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelseite zu. Bei dem in Fig. 1a dargestellten Lichtleiter mit beidseitiger Lichteinkopplung ist der Bedeckungsgrad in der Mitte des Lichtleiters daher am höchsten.In Fig. 1a, the view of the reflection surface of a light guide 1 is shown according to a first embodiment. The light guide 1 has printed areas 2 , which are arranged in stripes alternating with unprinted areas 3 . The printed areas 2 are shown here for the sake of clarity as black bars, while printing with white color is particularly preferred. The light guide shown in Fig. 1a has two light coupling surfaces, which are arranged perpendicular to the reflection surface shown. The two light incidence surfaces are arranged opposite one another. The direction of incidence of the light is represented by arrows 4 , 5 Darge. The degree of coverage of the reflection side of the light guide 1 , that is to say the ratio of printed areas 2 to unprinted areas 3 , increases with increasing distance from the light coupling side. In the light guide shown in FIG. 1 a with light coupling on both sides, the degree of coverage is therefore highest in the center of the light guide.

In Fig. 1b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Licht leiters 1 dargestellt. Dieser Lichtleiter ist für einseitige Lichteinkopplung vorge sehen, wobei die Lichteinfallsrichtung durch den Pfeil 6 angegeben wird. Die Reflexionsseite des Lichtleiters 1 weist wiederum bedruckte Bereiche 2 und unbedruckte Bereiche 3 auf, wobei der Bedeckungsgrad mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelseite zunimmt.In Fig. 1b shows a further embodiment of a light guide 1 according to the invention. This light guide is provided for one-sided light coupling, the direction of light being indicated by arrow 6 . The reflection side of the light guide 1 in turn has printed areas 2 and unprinted areas 3 , the degree of coverage increasing with increasing distance from the light coupling side.

Die Funktion des auf den Lichtleiter 1 aufgedruckten Musters wird nachfolgend beschrieben. Im Bereich der Einkoppelstellen ist die Lichtstärke des einfallen den Lichtes am größten. An der Reflexionsfläche des Lichtleiters wird daher in der Nähe der Lichteinkoppelfläche ein höherer Anteil des Lichtes reflektiert und somit auch wieder aus dem Lichtleiter ausgekoppelt als an weiter entfernten Bereichen. Durch das aufgedruckte Muster auf der Reflexionsfläche werden nun zusätzliche Streuflächen auf der Reflexionsseite des Lichtleiters 1 gebildet, an denen eine verstärkte Lichtstreuung und damit Lichtauskopplung auftritt. Durch den höheren Bedeckungsgrad der weiter von der Lichteinkoppelseite liegenden Bereiche wird dort eine größere Streuung realisiert als an den näher zur Lichteinkoppelseite liegenden Bereichen. Hierdurch wird ein Ausgleich für die geringere Lichtintensität in den weiter von der Lichteinkoppelseite liegenden Bereichen erreicht, so daß insbesondere eine Vergleichmässigung der Leucht dichte des aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Lichts erzielt wird. Um eine ausreichend gute Gleichmässigkeit der Lichtauskopplung zu erreichen, wird die Variation des Bedeckungsgrades experimentell ermittelt. Die Herstellung eines weiter optimierten Lichtleiters ist nun jedoch auf einfache Weise möglich, da lediglich ein neues Muster auf die Reflexionsfläche des Lichtleiters aufgedruckt werden muß, so daß zusätzliche Werkzeugkosten, die ansonsten anfallen, entfallen.The function of the pattern printed on the light guide 1 is described below. The light intensity of the incident light is greatest in the area of the coupling points. A higher proportion of the light is therefore reflected on the reflection surface of the light guide in the vicinity of the light coupling surface and is thus also coupled out again from the light guide than at regions further away. The printed pattern on the reflection surface now forms additional scattering surfaces on the reflection side of the light guide 1 , on which increased light scattering and thus light decoupling occurs. Due to the higher degree of coverage of the areas further from the light coupling side, a greater spread is realized there than at the areas closer to the light coupling side. As a result, a compensation for the lower light intensity in the areas further from the light coupling side is achieved, so that, in particular, a uniformization of the luminance of the light coupled out of the light guide is achieved. In order to achieve a sufficiently good uniformity of the light decoupling, the variation in the degree of coverage is determined experimentally. The production of a further optimized light guide is now possible in a simple manner, since only a new pattern has to be printed on the reflection surface of the light guide, so that additional tool costs that would otherwise be incurred are eliminated.

In Fig. 2 ist eine Anzeigeeinheit mit einem Flüssigkristallelement 7, einem zur Hintergrundbeleuchtung des Flüssigkristallelements angeordneten Lichtleiter 1, einer Lichtquelle 8, deren Licht in den Lichtleiter 1 eingekoppelt wird, und einer zwischen dem Lichtleiter 1 und dem Flüssigkristallelement 7 angeordneten Streuscheibe 9 dargestellt. Ferner ist ein Halteelement 10 vorhanden. Abhängig davon, ob eine ein- oder beidseitige Lichteinkopplung in den Lichtleiter 1 gewünscht wird, werden Lichtleiter gemäß Fig. 1a oder 1b eingesetzt.In Fig. 2 is a display unit having a liquid crystal element 7, arranged to backlight the liquid crystal element optical fiber 1, a light source 8, whose light is coupled into the light guides 1, and, arranged between the light guide 1 and the liquid crystal element 7 Lens 9 is shown. A holding element 10 is also present. Depending on whether one-sided or double-sided light coupling into the light guide 1 is desired, light guides according to FIGS. 1a or 1b are used.

Claims

1. Flat light guide with a light coupling surface, a reflection surface and one of the reflection surface essentially opposite light coupling surface, the reflection surface containing means for equalizing the luminance on the light coupling surface, characterized in that an opaque material with an opaque material on the reflection surface of the light guide degree of coverage is applied over the reflecting surface.

2. Light guide according to claim 1, characterized in that the light through casual material is printed as a pattern on the light guide.

3. Light guide according to one of the preceding claims, characterized records that the degree of coverage with increasing distance from the Light coupling area increases.

4. Light guide according to one of the preceding claims, characterized records that there are several light entry surfaces.

5. Light guide according to claim 4, characterized in that two in essence Chen opposing light entry areas are available and the Be degree of coverage increases towards the center of the light guide.

6. Light guide according to one of the preceding claims, characterized records that the light coupling surface substantially perpendicular to the reflect xionsfläche and to the light decoupling surface is arranged.

7. Light guide according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized characterized in that the light coupling surface on a broad side of the light conductor arranged and for coupling light radiation in a pointed Angle to the main extension of the light guide is executed.

8. Light guide according to one of the preceding claims, characterized records that a white opaque material on the reflections surface is applied.

9. Light guide according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized characterized in that a colored opaque material on the Re flexion surface is applied.

10. Light guide according to one of the preceding claims, characterized records that the light guide for backlighting a liquid crystal stall display is trained.

11. Light guide according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized characterized in that the light guide for backlighting a Be service element is formed.

12. Light guide according to claim 11, characterized in that the light guide is annular.

13. Display unit with a liquid crystal element, one for background Illumination of the liquid crystal element arranged light guide, a light source, the light of which is coupled into the light guide, and one between the light guide and the liquid crystal element arranged diffuser, characterized by the use of a light guide according to one of the preceding claims 1 to 10.

14. Process for producing a light guide for backlighting a liquid crystal display, characterized in that on a surface a body made of a translucent material a pattern of a opaque material is printed.

15. The method according to claim 14, characterized in that the pattern with a degree of coverage varying across the surface is printed.

16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the Body is made of translucent plastic material.

17. The method according to claim 16, characterized in that the body an amorphous thermoplastic material, especially poly methyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or polystyrene becomes.