DE3522640A1

DE3522640A1 - Vorrichtung zum beleuchten einer fluessigkristallanzeige

Info

Publication number: DE3522640A1
Application number: DE19853522640
Authority: DE
Inventors: Michael B. Spokane Wash. Jewell; Merle L. Sandpoint Id. Olmstead
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1984-07-03
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1986-01-09
Also published as: GB2161309B; GB2161309A; JPS6133079U; US4616295A; GB8515955D0

Description

Hewl ett-Packard Company 3522640

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

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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

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Int. Az.: Case 1864 - 5 -

gezei gten Vorri chtung.
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

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

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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

Hewlett-Packard Company 3522640 Int. Az.: Case 1864 - 1 - 24. Juni 1985 gn/tbb VORRICHTUNG ZUM BELEUCHTEN EINER FLÜSSIGKRISTALLANZEIGE PATENTANSPRÜCHE

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.

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.