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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft transmissive Anzeigen und insbesondere Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppen
zur Verwendung mit transmissiven Anzeigen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Transmissive
Anzeigesysteme funktionieren typischerweise durch Verändern von
Eigenschaften von Durchlicht zur Erzeugung von visuellen Darstellungen
von Bildern. Herkömmliche
transmissive Anzeigesysteme weisen typischerweise eine Lichtquelle
auf, die eine transmissive Anzeige beleuchtet. Die transmissive
Anzeige empfängt
Eingangssignale, zum Beispiel von einer Grafikkarte oder einem Anzeigetreiber.
Die Eingangssignale definieren die Bilder, die durch das Anzeigesystem
anzuzeigen sind. Die transmissive Anzeige verändert das Licht von der Lichtquelle,
wenn dieses die transmissive Anzeige durchquert, um visuelle Darstellungen
der Bilder zu erzeugen, die durch die Eingangssignale definiert sind.
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Licht
von der Lichtquelle, d. h. einer Hintergrundbeleuchtung, erfordert
typischerweise vor der Beleuchtung der transmissiven Anzeige eine
Aufbereitung. Die transmissive Anzeige kann zum Beispiel erfordern,
dass das Licht in Helligkeit und/oder Farbe räumlich einheitlich ist. Zusätzlich erfordern
einige transmissive Anzeigen, dass das Licht polarisiert ist. Zum
Zweck der Bereitstellung einer angemessenen Beleuchtung für eine transmissive
Anzeige wurden verschiedene herkömmliche
Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppenanordnungen entwickelt. Durch die
Verbesserung der Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppen kann auch das Erscheinungsbild
der visuellen Darstellungen verbessert werden, die durch transmissive
Anzeigesysteme erzeugt werden.
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WO 98/33006 betrifft eine
optische Vorrichtung zum Sammeln von Licht und zur selektiven Ausgabe
oder Konzentration des Lichts. Eine Schicht weist einen optischen
Brechungsindex n
1 und obere, untere und
seitliche Flächen
auf, die einen Neigungswinkel
ϕ definieren. Eine
hintere Fläche
erstreckt sich über
die obere, untere und seitliche Fläche. Eine erste Schicht ist
an die untere Fläche
der Schicht gekoppelt und weist einen Brechungsindex n
2 auf.
Eine zweite Schicht ist an die Unterseite der ersten Schicht gekoppelt
und bewirkt selektiv die Ausgabe von Licht in die Umgebung.
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US-A-2001/0019479 betrifft
ein Beleuchtungssystem, das eine lineare Lichtquelle und ein Lichtleiterbauteil
mit der Lichtquelle aufweist, das neben einer Seitenfläche davon
angeordnet ist, wobei die Oberseite und die Unterseite des Lichtleiterbauteils
allgemein parallel zueinander stehen und wobei Schlitze, die aus
einem unterschiedlichen Material oder Luft hergestellt sind, in
festgelegten Zwischenräumen
in der Oberseite des Lichtleiterbauteils angeordnet sind.
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US-B-6,282,029 betrifft
ein Anzeigesystem mit einer Lichtquelle, einem Anzeigefeld, einem
konischen Spiegel und einem polarisierten Reflektor. Das Licht von
der Lichtquelle wird durch einen diffusen reflektierenden Polarisator
gefiltert, um Licht in einer ersten linearen Polarisation zu enthalten.
Dieses Licht wird durch den konischen Spiegel auf den polarisierten
Reflektor gerichtet und zum Anzeigefeld reflektiert, das die Bilder
anzeigt.
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WO 97/14981 betrifft eine
Vorrichtung, die eine Beleuchtung vorschlägt, die mit einem Diffusor versehen
ist, wobei Tropfen oder Teilchen mit einem Brechungsindex, der sich
von demjenigen des Diffusors unterscheidet, zerstreut werden.
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US-A-5,856,855 betrifft
ein Beleuchtungssystem, das einen optischen Wellenleiter aus einem lichtdurchlässigen Material
aufweist, das eine Ausgangsfläche
und vier Endseiten aufweist. Das Licht von einer Lichtquelle wird über mindestens
eine der Endseiten in den optischen Wellenleiter gekoppelt.
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US-A-6,164,789 betrifft
ein System, in dem das Reflexionsvermögen eines Substrats durch die Kombination
einer reflektierenden diffusen Schicht mit einer Spiegelschicht
verbessert wird. Die Lichtausgabe einzelner Lichtquellen wird verbessert,
indem sie in ein gemischt diffuses und spiegelndes Substrat eingebettet
werden, was eine bessere Beleuchtungsquelle ergibt. Ein verjüngter Kopplungswellenleiter,
der eine große
Eingangsfläche
aufweist, kann verwendet werden, um die Beleuchtungsquelle mit einem
dünnen
Wellenleiter zu koppeln, der einen relativ kleinen Eingangsflächenbereich
aufweist. Das Dokument offenbart alle Merkmale des Oberbegriffs von
Anspruch 1 in Kombination.
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KURZDARSTELLUNG
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Die
Erfindung ist im Allgemeinen auf eine Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe
zur Verwendung in einem transmissiven Anzeigesystem gerichtet, wie
in Anspruch 1 definiert. Das transmissive Anzeigesystem weist eine
transmissive Anzeige auf, wie eine Flüssigkristallanzeige („LCD"), die durch die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe beleuchtet wird.
Die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe
weist eine Lichtquelle auf, die eine Lichtkammer beleuchtet. Die
transmissive Anzeige ist der Lichtkammer benachbart positioniert,
derart, dass Licht, das aus der Kammer austritt, die transmissive
Anzeige beleuchtet. Die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe weist einen
oder mehrere Reflektoren oder eines oder mehrere andere optische
Elemente auf, um zu gewährleisten,
dass das Licht, das aus der Lichtkammer austritt, richtig aufbereitet
wird und in seiner Inten sität
in ausreichendem Maße
einheitlich ist. Mit anderen Worten, die optischen Elemente werden
verwendet, um das Licht aufzubereiten, derart, dass die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe
die erwünschten
Beleuchtungseigenschaften aufweist, die zum Beispiel die gewünschte räumliche
Gleichförmigkeit, Polarisation,
Farbe und Winkelverteilung aufweisen. Auf diese Weise kann die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe
eine zweckdienliche Beleuchtung für eine transmissive Anzeige
bereitstellen, derart, dass die transmissive Anzeige die visuellen
Darstellungen von Bildern genau wiedergeben kann.
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Zusätzliche
Einzelheiten verschiedener Ausführungsformen
werden in den abhängigen
Ansprüchen,
den begleitenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung bekannt
gegeben. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile gehen aus der Beschreibung
und den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen transmissiven
Anzeigesystems.
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2 und 3 sind
Seitenansichten von Querschnitten von Ausführungsbeispielen eines ersten
erfindungsgemäßen Aufbereiters.
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4 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts eines zweiten beispielhaften
erfindungsgemäßen Aufbereiters.
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5 und 6 sind
Seitenansichten von Querschnitten von zusätzlichen Ausführungsformen von
erfindungsgemäßen transmissiven
Anzeigesystemen.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht von noch einer anderen Ausführungsform
einer Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 100 zur
Verwendung in einem transmissiven Anzeigesystem.
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8 und 9 sind
Seitenansichten von Querschnitten von Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppen,
die mehr als eine Lichtkammer verwenden.
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Beleuchten
einer Anzeige gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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11 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts eines anderen erfindungsgemäßen transmissiven
Anzeigesystems.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen transmissiven
Anzeigesystems 10. Das System 10 weist eine Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 und
eine transmissive Anzeige 14 auf. Die transmissive Anzeige 14 kann
zum Beispiel an eine Grafikkarte (nicht gezeigt) gekoppelt sein,
um Eingangssignale zu empfangen, die anzuzeigende Bilder definieren.
Die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 stellt Licht bereit,
das die transmissive Anzeige 14 gemäß den Eingangssignalen verändert, um
visuelle Darstellungen der Bilder zu erzeugen. Die transmissive
Anzeige 14 kann zum Beispiel ein Lichtventil, wie eine
Flüssigkristallanzeige
(„LCD") oder irgendeine
andere transmissive Anzeige sein, die Beleuchtung von einer Lichtquelle erfordert.
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Die
Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 weist eine Lichtquelle 16 auf,
die zum Beispiel eine oder mehrere punktartige Lichtquellen, wie
Leuchtdioden („LED") aufweist. Alternativ
kann die Lichtquelle 16 irgendeine lichterzeugende Vorrichtung,
einschließlich
einer Leuchtstofflampe oder dergleichen, aufweisen. Leucht stofflampen
sind indes relativ sperrig und elektrisch rauschend und können beträchtliche
Beträge
an Energie verbrauchen. Aus diesem Grund werden Halbleiterlichtquellen,
wie LED, allgemein bevorzugt. Im Vergleich dazu erfordern Halbleiterlichtquellen
einen relativ geringen Betrag an Energie und sie können anstelle
anderer Lichtquellen verwendet werden, um die Größe der Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 in
beträchtlichem
Maße zu verringern.
Als Beispiel kann eine Lichtquelle 16 eine Drei-Farben-LED,
wie das Modell NSCM310, das bei Nichia Corporation in Japan erhältlich ist,
oder eine weiße
LED aufweisen, wie das Modell NSCW100, das auch bei Nichia Corporation
in Japan erhältlich ist.
In einigen Ausführungsformen
stellt die Lichtquelle 16 eine Anzahl von LED bereit, die
das gewünschte
Licht gemeinsam erzeugen.
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Die
Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 kann auch einen ersten
Aufbereiter 18, d. h. einen Voraufbereiter aufweisen. Der
erste Aufbereiter 18 kann zum Beispiel die Polarisation,
die räumliche Gleichförmigkeit,
Winkelverteilung und/oder die Farbe des von der Lichtquelle 16 emittierten
Lichts verändern.
Auf diese Weise kann das Licht, das von der Lichtquelle 16 emittiert
wird, zur Verwendung bei der Beleuchtung der transmissiven Anzeige 14 angepasst
werden. Unten werden verschiedene besonders wirksame Ausführungsformen
des ersten Aufbereiters 18 mit mehr Einzelheiten beschrieben.
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Licht,
das den ersten Aufbereiter 18 durchquert, tritt in die
Lichtkammer 20 ein. Der Reflektor 22 liegt innerhalb
der Lichtkammer 20, um das Licht zu reflektieren, das durch
den ersten Aufbereiter 18 aufbereitet wurde. Die Lichtkammer 20 kann
(mit Ausnahme des Reflektors 22) hohl oder mit einem Füllstoff,
wie festem Glas oder Kunststoff, gefüllt sein. Der Füllstoff
könnte
zum Beispiel verwendet werden, um anstatt des Aufbereiters 18 Licht
aufzubereiten. Eine oder mehrere der Wände der Lichtkammer 20 können reflektierend
sein.
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Das
vom Reflektor 22 weg reflektierte Licht wird auf den zweiten
Aufbereiter 26, d. h. einen Nachbereiter, gerichtet. Spezifische
Ausführungsformen des
zweiten Aufbereiters 26 werden unten mit mehr Einzelheiten
aufgeführt.
Kurz gesagt, bereitet der zweite Aufbereiter 26 das Licht
unmittelbar bevor es zur Beleuchtung der transmissiven Anzeige 14 verwendet
wird weiter auf. Der zweite Aufbereiter kann auch unerwünschtes
Licht filtern oder reflektieren. Eine Apertur 28 kann um
die Außenfläche des
zweiten Aufbereiters 26 gebildet sein. Licht, das durch den
zweiten Aufbereiter 26 aufbereitet wird, kann dann die
Apertur 28 durchqueren, um die transmissive Anzeige 14 zu
beleuchten.
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Der
Reflektor 22 kann als Teilung der Lichtkammer 20 in
einen inneren Abschnitt 24 und einen äußeren Abschnitt 25 gesehen
werden. Der innere und der äußere Abschnitt 24 und 25 können hohl
sein oder einer oder beide Abschnitte 24 und 25 können einen
Füllstoff
aufweisen. In einer Ausführungsform ist
der Reflektor 22 zum Beispiel nur teilweise reflektierend.
In diesem Fall kann Licht, das den Reflektor 22 durchquert,
von den Wänden
des äußeren Abschnitts 25 oder
von einem zerstreuenden Füllstoff innerhalb
des äußeren Abschnitts 25 weg
reflektiert werden, bevor es durch den Reflektor 22 wieder
in den inneren Abschnitt 24 eintritt. Auf diese Weise kann
Licht innerhalb der Lichtkammer 20 zerstreut und wiederaufbereitet
werden, bis es zur Verwendung als ein wirksamer Beleuchter der transmissiven Anzeige 14 aufbereitet
wird.
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Der
Reflektor 22 kann eine hoch oder teilweise reflektierende
Beschichtung aufweisen, die auf geformten Flächen aufgebracht ist, die die
inneren oder äußeren Abschnitte 24 und 25 der
Lichtkammer 20 definieren. Alternativ kann der Reflektor 22 eine reflektierende
Schicht aufweisen, die durch Beschichten eines zweckmä ßigen Schichtsubstrats
hergestellt wird. Der Reflektor 22 kann auch eine mehrschichtige
optische Polymer-Schicht
(„multi-layer
optical film” – „MOF") aufweisen, die
ein hohes oder ein Teilreflexionsvermögen im gewünschten Spektralbereich aufweist.
Zum Beispiel kann der Reflektor 22 eine reflektierende
MOF sein, die über
den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich
von 400 nm bis 700 nm reflektiert, während sie Infrarotlicht durchlässt, oder
eine MOF mit farbigem Spiegel sein, die, wie gewünscht, einen engeren Spektralbereich
reflektiert. In beiden Fällen
kann die reflektierende MOF Vorteile für das transmissive Anzeigesystem 10 bereitstellen, indem
nur das Licht, das erwünschte
Wellenlängen aufweist,
zur transmissiven Anzeige 14 reflektiert wird.
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Der
Reflektor 22 kann auch ein reflektierender Polymer-MOF-Polarisator sein,
der Licht reflektiert, das im Wesentlichen einen Typ von Polarisation aufweist.
Zum Beispiel kann er Licht reflektieren, das eine erste lineare
Polarisation aufweist und Licht durchlassen, das eine orthogonale
lineare Polarisation aufweist, oder er kann Licht reflektieren,
das eine erste zirkulare Polarisation aufweist, und Licht durchlassen,
das die entgegengesetzte zirkulare Polarisation aufweist. Ein Beispiel
eines linear reflektierenden Polarisators ist Dual Brightness Enhancing
Film („DBEF"), die bei der Minnesota
Mining and Manufacturing Company aus Saint Paul, Minnesota erhältlich ist.
Ein Beispiel eines zirkular reflektierenden Polarisators ist eine
cholesterische Schicht, wie NipocsTM-Schicht,
die bei Nitto-Denko in Japan erhältlich
ist. Polarisierte reflektierende Schichten können zum Beispiel zum Polarisieren
des Lichts, das in die Lichtkammer 20 eintritt, oder zum
Aufstocken anderer Polarisatoren verwendet werden, die in der Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 verwendet
werden. Dies kann die Wirksamkeit des Anzeigesystems 10 verbessern,
wenn die transmissive Anzeige 14 eine Anzeige ist, die
polarisiertes Licht erfordert.
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Der
Reflektor 22 kann ein Spiegelreflektor, wie eine glatte
spiegelreflektierende Schicht, sein. Die spiegelreflektierende Schicht
kann zum Umkehren der zirkularen Polarisation von Licht bei der
Reflexion dienen, oder der Reflektor 22 kann ein Viertelwellenspiegel
sein, der zum Drehen linearer Polarisation dient. Solche Umkehrungen
der Polarisation bei der Reflexion können bei Polarisations-Wiederaufbereitungsschemata
nützlich
sein, die reflektierende Polarisatoren verwenden, wie einige Ausführungsformen,
die unten beschrieben werden. Spiegelreflektierende Schichten stellen
im Vergleich zu gemusterten reflektierenden Flächen oder geformten Kunststoffkammern,
die oft in herkömmlichen
Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppen verwendet werden, eine verbesserte
Lichtsteuerung bereit. Zusätzlich sind
spiegelreflektierende Schichten beim Richten von Licht allgemein
wirksamer als gemusterte reflektierende Flächen oder geformte Kunststoffkammern.
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Die
Flächentextur
des Reflektors 22 ist allgemein glatt, um die räumliche
Gleichförmigkeit
der Beleuchtung der transmissiven Anzeige 14 zu verbessern.
Die Form des Reflektors 22 kann zur Maximierung der Helligkeit
der endgültigen
Hintergrundbeleuchtungsausgabe verwendet werden. Der Reflektor 22 kann
zum Beispiel gekrümmt
sein, um Licht vom ersten Aufbereiter 12 auf den zweiten
Aufbereiter 26 zu bündeln.
Alternativ oder zusätzlich
dazu kann der Reflektor 22 die Gleichförmigkeit der endgültigen Hintergrundbeleuchtungsausgabe
verbessern. Die Krümmung
kann parabolisch oder kuppelförmig
sein. Eine spiegelreflektierende Schicht kann zum Beispiel entlang
der Fläche
des inneren Abschnitts 24 oder des äußeren Abschnitts 25 parabolisch
gekrümmt
sein, wenn einer oder beide Abschnitte mit einem Füllstoff
gefüllt
sind.
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Der
Reflektor 22 kann zum Beispiel auch vor dem Einset zen in
die Lichtkammer 20 vorgeformt werden. Ein Spritzgießverfahren,
ein Guss- und Aushärtungsverfahren
oder eine Kombination aus einem Spritzgießverfahren und einem Guss-
und Aushärtungsverfahren
könnten
verwendet werden, um den Reflektor 22 zu bilden. In beiden
Fällen
kann der Reflektor 22 eine reflektierende Beschichtung
auf einer auf zweckmäßige Weise
geformten Kunststoffschicht aufweisen, oder eine thermogeformte
Spiegelschicht aufweisen. Die Erzeugung des Reflektors 22 kann vereinfacht
werden, wenn der Reflektor 22 keine gemusterte Fläche erfordert.
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Das
transmissive Anzeigesystem 10 stellt gegenüber herkömmlichen
Anordnungen verschiedene Vorteile bereit. Insbesondere ermöglicht die Konstruktion
der Lichtkammer es der Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12,
eine relativ kompakte Größe aufzuweisen.
Falls erwünscht,
kann die Verwendung von Lichtleitern und/oder sperrigen Leuchtstofflampen
vermieden werden. Zudem kann der Reflektor 22 ein Spiegelreflektor
sein, um gegenüber herkömmlichen
gemusterten Reflektoren oder nicht spiegelnden geformten Kunststoffkammern
die Vorteile der Wirksamkeit und Steuerung bereitzustellen. Zusätzlich können der
erste Aufbereiter 18 und der zweite Aufbereiter 26 vor
der Montage der Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 hergestellt werden,
um die Herstellungskosten weiter zu verringern. Es ist wichtig,
dass die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 12 Licht zur
Verwendung bei der Beleuchtung der transmissiven Anzeige 14 wirksam aufbereiten
kann. Licht, das nicht richtig aufbereitet wird, kann in der Lichtkammer 20 gefiltert
oder möglicherweise
wiederaufbereitet werden, um die Lichtquelle 16 effizienter
zu verwenden.
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2 bis 3 sind
Seitenansichten von Querschnitten von Ausführungsbeispielen eines ersten
Aufbereiters 18. Wie in 2 gezeigt,
bildet das Gehäuse 32 eines
ersten Aufbereiters 18A einen Hohlraum 34. Der
Hohlraum 34 kann eine hornförmige Ausgestaltung aufweisen,
wobei der Durchmesser des Querschnitts des Hohlraums 34 in
der Richtung, in der sich das Licht ausbreitet, breiter wird. Der Hohlraum 34 ist
mit einem Loch gebildet, durch das Licht von einer Lichtquelle (wie
durch den Pfeil angegeben) eintreten kann. Die inneren Seitenwände des Hohlraums 34 können reflektierend
sein, derart, dass Licht, das in großen Winkeln in den Hohlraum
eintritt, von den inneren Seitenwänden weg reflektiert oder zerstreut
werden kann, um sich durch den ersten Aufbereiter 18A auszubreiten.
Eine Diffusorschicht 36 kann auf der breiteren Seite des
Hohlraums 34 liegen. Die Diffusorschicht 36 zerstreut
einfallendes Licht, derart, dass das Licht, das aus dem ersten Aufbereiter 18A austritt,
räumlich
in seiner Intensität gleichförmiger ist.
Mit anderen Worten kann Licht, das in den Hohlraum 34 eintritt,
von einer oder mehreren Punktquellen kommen und daher kann Licht, das
auf die Diffusorschicht 36 gerichtet wird, an bestimmten
Orten auf einer Eintrittsseite der Diffusorschicht 36 viel
intensiver sein. Licht, das aus der Diffusorschicht 36 austritt,
kann indes über
der Austrittsfläche
der Diffusorschicht 36 räumlich in seiner Intensität gleichförmiger sein.
Dies kann wiederum die räumliche
Gleichförmigkeit
von Licht, das die transmissive Anzeige 14 (1)
letztendlich beleuchtet, verbessern.
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Die
Diffusorschicht 36 kann einen Flächendiffusor oder eine Diffusionsbeschichtung
auf einer Trägerschicht
aufweisen. Alternativ könnte
ein Hauptdiffusor ohne Substrat verwendet werden, um die Diffusorschicht 36 auszuführen. In
einem anderen Beispiel könnte
ein dünner
Abschnitt aus weißem
geformtem Kunststoff verwendet werden. Die Kombination des Hohlraums 24 und
der Diffusorschicht 36 kann dazu dienen, Licht derart aus
dem ersten Aufbereiter 18A zu richten, dass das Licht über dem
Flächenbereich
der Diffusorschicht 36 in seiner Intensität im Wesentlichen
gleichförmig
ist. Als Beispiel könnte
eine geeignete Diffusorschicht durch Aufrauen einer ansonsten durchsichtigen
Schicht erzeugt werden. Alternativ könne eine Beschichtung, die
ein Harz und streuende Teilchen aufweist, auf eine durchsichtige
Schicht aufgetragen und dann gehärtet werden,
um eine zweckmäßige Diffusorschicht
auszuführen.
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In
einigen Ausführungsformen
kann eine Fresnel-Linse 38 der Diffusorschicht 36 benachbart positioniert
werden. Die Fresnel-Linse 38 stellt eine relativ kompakte
Art der Verringerung der Winkelverteilung von Licht, das in die
Lichtkammer 20 (1) eintritt, bereit. Die Fresnel-Linse 38 kann
ein separates Bauteil aus geformtem Kunststoff aufweisen oder einen
geformten Abschnitt eines Randes der Lichtkammer 20 bilden.
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Alternativ
kann die Fresnel-Linse 38 einen geformten Abschnitt eines
Randes eines ersten Aufbereiters 18A bilden. Die Fresnel-Linse 38 kann
eine lineare, zirkulare oder elliptische Rillenstruktur aufweisen.
Auf jeden Fall kann das Vorhandensein der Fresnel-Linse 38 die
Beleuchtungswirkung auf der transmissiven Anzeige 14 letztendlich
verbessern. Als eine Alternative zur Fresnel-Linse 38 könnte ein holographisches
optisches Element („HOE") verwendet werden.
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3 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform
eines ersten Aufbereiters 18. In 3 weist
der erste Aufbereiter 18B einen Hohlraum auf, der mit Diffusormaterial 42 gefüllt ist.
Das Diffusormaterial zerstreut das einfallende Licht derart, dass
das Licht, das aus dem ersten Aufbereiter 18B austritt,
in seiner Intensität
gleichförmiger
ist. Ein zweckmäßiges Diffusormaterial
könnte
zum Beispiel durch Kombinieren eines Harzes mit zerstreuenden Teilchen und
Einspritzen der Mischung in den Hohlraum des ersten Aufbereiters 18B erzeugt
werden. Die Mischung kann dann ausgehärtet werden. Beispiele von
zerstreuenden Teilchen weisen Titandioxid oder transparente Stoffe
auf, die einen Brechungsindex aufweisen, der sich von demjenigen
des ausgehärteten
Harzes unterscheidet.
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Das
Füllen
des Hohlraums mit Diffusormaterial kann die Diffusion von Licht
im Vergleich zur Ausführungsform
in 2 verbessern. Das Füllen des Hohlraums mit Diffusormaterial
kann indes schwieriger und teurer sein als die Verwendung einer
Diffusorschicht. In einigen Ausführungsformen
kann der Hohlraum mit Diffusormaterial gefüllt werden und es kann auch
eine Diffusorschicht verwendet werden. Erneut kann die Fresnel-Linse 38 auch
verwendet werden, um die Winkelverteilung von Licht, das in die Lichtkammer 20 (1)
eintritt, zu verringern. Auch eine Polarisatorschicht (nicht gezeigt)
könnte
verwendet werden, um das Licht, das in die Lichtkammer 20 eintritt,
richtig zu polarisieren. Ein Beispiel einer geeigneten Polarisatorschicht
ist HLC25618S-Schicht, die bei Sanritz in Japan erhältlich ist.
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In
noch anderen Ausführungsformen
weist ein erster Aufbereiter 18 eine Schicht oder Beschichtung
auf, die Licht, das eine erste Wellenlänge aufweist, in Licht umwandelt,
das eine zweite Wellenlänge
aufweist. Die Lichtquelle 16 kann zum Beispiel ultraviolettes
(„UV") Licht emittieren.
In diesem Fall kann der erste Aufbereiter 18 eine Schicht,
Beschichtung oder einen Füllstoff
aufweisen, der fluoreszierende Stoffe aufweist, die UV-Licht in
Licht innerhalb des sichtbaren Spektrums umwandelt.
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4 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts einer bestimmten Ausführungsform
eines zweiten Aufbereiters 26. Der zweite Aufbereiter 26 kann
eine Vielzahl von Schichten oder geformten optischen Bauteilen aufweisen,
so dass Licht, das aus dem zweiten Aufbereiter 26 herauskommt,
den erforderlichen spektralen Inhalt, eine angemessene Lichtverteilung
und den erforderlichen Polarisationszustand aufweist. Zum Beispiel
kann der zweite Aufbereiter 26 eine Fresnel-Linse 46 aufweisen,
um einfallendes Licht (durch Pfeile angegeben) zu kollimieren.
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Der
zweite Aufbereiter 26 kann auch einen reflektierenden Polarisator 48 aufweisen.
Der reflektierende Polarisator 48 kann als ein die Helligkeit
verbesserndes Bauteil wirken, indem er Licht mit unerwünschter
Polarisation zur Wiederaufbereitung in die Lichtkammer zurückreflektiert.
Mit anderen Worten, der reflektierende Polarisator 48 kann
nur Licht, das richtig polarisiert ist, das Durchqueren erlauben. Licht,
das eine unerwünschte
Polarisation aufweist, wird reflektiert. Das durch den reflektierenden
Polarisator 48 reflektierte Licht kann wieder in die Lichtkammer
eintreten, möglicherweise
richtig polarisiert werden und dann später den reflektierenden Polarisator 48 durchqueren.
Auf diese Weise kann Licht von der Lichtquelle 16 auf effizientere
Weise verwendet werden. Ein Beispiel eines geeigneten reflektierenden
Polarisators ist DBEF, der bei der Minnesota Mining and Manufacturing
Company in Saint Paul, Minnesota verfügbar ist.
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Der
zweite Aufbereiter 26 kann auch eine oder mehrere Prismenschichten 52 aufweisen,
die zum Vermindern der Winkelverteilung von Licht dienen, das aus
der Lichtkammer 20 austritt. Die Prismenschicht 52 kann
zum Beispiel Licht, das mit bestimmten Winkeln in Bezug auf die
Prismenschicht 52 aus der Lichtkammer 20 austritt,
umleiten. Das durch die Prismenschicht 52 umgeleitete Licht
kann auch wiederaufbereitet werden, wobei es möglicherweise in einem Winkel
aus der Lichtkammer 20 austritt, mit dem es die Prismenschicht 52 durchqueren wird.
Es könnte
zum Beispiel eine Brightness Enhancing Film („BEF") verwendet werden, die bei der Minnesota
Mining and Manufacturing Company in Saint Paul, Minnesota verfügbar ist,
um die Prismenschicht 52 auszuführen. Alternativ kann die Prismenschicht 52 TRAF
aufweisen, die bei der Minnesota Mining and Manufacturing Company
in Saint Paul, Minnesota verfügbar
ist. TRAF leitet Licht um, das in hohen Winkeln einfällt, damit es
in unterschiedlichen Winkeln austritt.
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In
einigen Ausführungsformen
könnten
mehr als eine Prismenschicht 52 nebeneinander angeordnet,
aber um 90 Grad in Bezug aufeinander gedreht werden. In diesem Fall
können
die zwei Prismenschichten gemeinsam das aufweisen, was als „gekreuzte
Prismenschicht" bezeichnet
wird.
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Der
zweite Aufbereiter 26 kann auch eine Diffusorschicht 50 und
eine Polarisatorschicht 54 aufweisen. Die Diffusorschicht 50 kann
die räumliche Gleichförmigkeit
von Licht verbessern. Zusätzlich kann
die Diffusorschicht gefärbt
sein, um Licht mit unerwünschten
Wellenlängen
zu filtern. Alternativ könnte
ein separater Farbfilter (nicht gezeigt) verwendet werden, um die
erwünschte
spektrale Ausbeute zu gewährleisten.
Die Polarisatorschicht 54 absorbiert oder reflektiert Licht,
das eine unerwünschte
Polarisation aufweist und lässt
Licht mit der gewünschten Polarisation
durch. Es kann auch eine Apertur 56 hinzugefügt werden,
um Streulicht anzuhalten, das die optische Qualität des Lichts,
das aus dem zweiten Aufbereiter 26 austritt, verschlechtern
könnte.
Beispiele einer zweckmäßigen Diffusorschicht
und einer zweckmäßigen Polarisatorschicht
wurden vorhergehend erwähnt.
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Die
Bauteile des zweiten Aufbereiters 26 können in verschiedenen Reihenfolgen
angeordnet werden. Der zweite Aufbereiter 26 kann indes
am wirksamsten arbeiten, wenn die Bauteile angeordnet sind, wie
in 4 veranschaulicht. Zum Beispiel kann Licht die
Fresnel-Linse 46,
dann die Diffusorschicht 50, dann die Prismenschicht 52,
dann den reflektierenden Polarisator 48 und dann den Polarisator 54 durchqueren,
bevor es schließlich
die Apertur 56 durchquert.
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Erneut
mit Bezug auf 1 könnten eines oder mehrere der
verschiedenen Bauteile zusätzliche
Merkmale aufwei sen, um die Verbindungen zwischen den Bauteilen zu
erleichtern. Zum Beispiel kann der zweite Aufbereiter 26 einen
verjüngten
Rahmen und Haltevorrichtungen oder dergleichen aufweisen, um das
Zusammenfügen
mit einem Gehäuse
der transmissiven Anzeige 14 zu erleichtern. Auf ähnliche
Weise kann der erste Aufbereiter 18 Merkmale zum Erleichtern
des Zusammenfügens
mit der Lichtquelle 16 aufweisen. Das Zusammenfügen könnte zum
Beispiel durch mechanische Bauteile erleichtert werden oder es könnte alternativ
dazu ein Klebemittel oder ein Bindemittel verwendet werden.
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5 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts einer anderen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen transmissiven
Anzeigesystems 60. In dieser Ausführungsform weist eine Lichtkammer 62 zwei
separate Lichtkammernbereiche 64 und 66 auf. Ein
zusätzlicher
dritter Aufbereiter 68 kann zwischen den zwei Lichtkammernbereichen 64 und 66 positioniert
sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht
das Positionieren der Lichtquelle 16 auf der gleichen Seite
der Lichtkammer 62 wie der zweite Aufbereiter 26. Mit
anderen Worten ist im transmissiven Anzeigesystem 60 die
Lichtquelle 16 entlang einer gemeinsamen Seite mit der
transmissiven Anzeige 14 positioniert. Dadurch, dass die
transmissive Anzeige 14 und die Lichtquelle 16 entlang
einer gemeinsamen Seite der Lichtkammer 62 positioniert
sind, können
die transmissive Anzeige 14 und die Lichtquelle 16 direkt
an eine Hauptleiterplatte gekoppelt werden, ohne dass zusätzliche
flexible Schaltungen erforderlich sind, die oft in herkömmlichen
transmissiven Anzeigesystemen verwendet werden. Mit anderen Worten,
könnten
die Lichtquelle 16 und die transmissive Anzeige 14 direkt
an die Hauptleiterplatte gekoppelt sein. Es kann indes erforderlich
sein, dass die Hauptleiterplatte mit einem Loch zur Ansicht der
transmissiven Anzeige 16 gebildet werden muss.
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Beim
Betrieb wird Licht von der Lichtquelle 16 aufbe reitet,
wenn es den ersten Aufbereiter 18 durchquert. Das Licht
wird dann vom Reflektor 22A weg reflektiert, der eine Form
aufweist, die bewirkt, dass Licht zum dritten Aufbereiter 68 reflektiert
wird. Das Licht durchquert den dritten Aufbereiter 68 und wird
vom Reflektor 22B weg reflektiert, der eine Form aufweist,
die bewirkt, dass Licht zum zweiten Aufbereiter 26 reflektiert
wird. Das Licht durchquert dann den zweiten Aufbereiter 26 und
beleuchtet die transmissive Anzeige 14. Die Reflektoren 22A und 22B können dem
Reflektor 22 (1) ähnlich sein, der vorhergehend
beschrieben wurde. In ähnlicher
Weise kann der erste Aufbereiter 18 demjenigen ähnlich sein,
der in 2 oder 3 veranschaulicht ist, und der
zweite Aufbereiter 26 kann demjenigen ähnlich sein, der in 4 veranschaulicht
ist. Der dritte Aufbereiter 68 kann ein oder mehrere optische
Elemente, wie eine Diffusorschicht oder eine Polarisatorschicht
aufweisen, die das Licht gemäß den erwünschten
Merkmalen aufbereiten. Eine zweckmäßige Polarisatorschicht und
eine zweckmäßige Diffusorschicht
sind vorhergehend aufgelistet.
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In
einer Ausführungsform,
die 5 betrifft, weisen der Reflektor 22A und
der Reflektor 22B eine einzige reflektierende Schicht auf.
In diesem Fall könnte
die reflektierende Schicht der reflektierende Polarisator oder eine
Spiegelschicht sein, die geformt sind, um sowohl den Reflektor 22A als
auch den Reflektor 22B zu bestimmen.
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6 ist
eine Ansicht eines Querschnitts einer anderen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen transmissiven
Anzeigesystems 70. In dieser Ausführungsform weist eine Lichtkammer 72 erneut zwei
separate Lichtkammernbereiche 74 und 76 auf und
ein zusätzlicher
dritter Aufbereiter 78 kann zwischen den zwei Lichtkammernbereichen 74 und 76 positioniert
sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht
das Positionieren der Lichtquelle 16 auf der im Verhältnis zum
zweiten Aufbereiter 26 gegenüberliegenden Seite der Lichtkammer 72.
Mit anderen Worten, die Lichtquelle 16 ist im transmissiven
Anzeigesystem 70 auf der im Verhältnis zur transmissiven Anzeige 14 gegenüberliegenden
Seite der Lichtkammer 72 positioniert. Das Positionieren
der transmissiven Anzeige 14 und der Lichtquelle 16 entlang
gegenüberliegender
Seiten der Lichtkammer 62 kann Vorteile bereitstellen.
Zum Beispiel kann die Notwendigkeit zusätzlicher flexibler Schaltungen,
die in herkömmlichen transmissiven
Anzeigesystemen häufig
verwendet werden, um die Lichtquelle 16 mit der Hauptleiterplatte
zu koppeln, vermieden werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Anordnungen ermöglicht
die Ausführungsform
von 6 das direkte Koppeln der Lichtquelle 16 mit
der Hauptleiterplatte. Nur die transmissive Anzeige 14 würde eine
flexible Schaltung erfordern. Ein Vorteil gegenüber der Ausführungsform
von 5 wäre,
dass die transmissive Anzeige 14 ohne die Bildung zusätzlicher
Löcher
auf der Leiterplatte angesehen werden könnte.
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Im
Betrieb wird das Licht von der Lichtquelle 16 aufbereitet,
wenn es den ersten Aufbereiter 18 durchquert. Das Licht
wird dann vom Reflektor 22C weg reflektiert, der eine Form
aufweist, die bewirkt, dass das Licht zum dritten Aufbereiter 78 reflektiert wird.
Das Licht durchquert den dritten Aufbereiter 78 und wird
vom Reflektor 22D weg reflektiert, der eine Form aufweist,
die bewirkt, dass Licht zum zweiten Aufbereiter 26 reflektiert
wird. Das Licht durchquert dann den zweiten Aufbereiter 26 und
beleuchtet die transmissive Anzeige 14. Die Reflektoren 22C und 22D können wieder
dem vorhergehend beschriebenen Reflektor 22 (1) ähnlich sein.
Auf ähnliche Weise
kann der erste Aufbereiter 18 demjenigen ähnlich sein,
der in 2 oder 3 veranschaulicht ist, und der
zweite Aufbereiter 26 kann demjenigen ähnlich sein, der in 4 veranschaulicht
ist. Der dritte Aufbereiter 78 kann ein oder mehrere optische
Bauteile, wie eine Diffusorschicht oder eine Polarisatorschicht
aufweisen, die das Licht gemäß den gewünschten
Eigenschaften weiter aufbereiten.
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In
einer Ausführungsform,
die 6 betrifft, weisen der Reflektor 22C und
der Reflektor 22D eine einzige reflektierende Schicht auf.
In diesem Fall müsste
die reflektierende Schicht ein reflektierender Polarisator sein.
Die einzige reflektierende Schicht würde auch ein Element des dritten
Aufbereiters 78 aufweisen. Die reflektierende Schicht könnte gebildet sein,
um sowohl den Reflektor 22C als auch den Reflektor 22D zu
bilden, die sich durch den dritten Aufbereiter 78 biegen.
Die Transmissionsachse des reflektierenden Polarisators würde vorzugsweise
45 Grad relativ zu einem Rand der Kammer betragen, um zu gewährleisten,
dass Licht, das vom Reflektor 22C weg reflektiert wird,
den dritten Aufbereiter 78 durchqueren würde.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht von noch einer anderen Ausführungsform
einer Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 100 zur
Verwendung in einem transmissiven Anzeigesystem. Wie gezeigt, weist
die Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe 100 eine Lichtquelle 16 auf,
die Licht den ersten Aufbereiter 18 durchqueren lässt. Das
Licht wird dann vom Reflektor 22E weg reflektiert, der
eine Form aufweist, die bewirkt, dass Licht zum dritten Aufbereiter 108 reflektiert
wird. Das Licht durchquert den dritten Aufbereiter 108 und
wird vom Reflektor 22F weg reflektiert, der eine Form aufweist,
die bewirkt, dass Licht zum zweiten Aufbereiter 26 reflektiert
wird. Das Licht durchquert dann den zweiten Aufbereiter 26.
Eine transmissive Anzeige (nicht gezeigt) kann dem zweiten Aufbereiter 26 benachbart
positioniert sein, um beleuchtet zu werden. Die in 7 veranschaulichte Anordnung
kann Raumvorteile für
einige kompakte Anzeigesysteme bereitstellen.
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8 und 9 sind
Seitenansichten von Querschnitten, von Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppen,
die mehr als eine Lichtkammer verwenden. Diese Ausführungsformen verwenden
die vorhergehenden Lehren gemeinsam, um ein Hintergrundbeleuchtungssystem
auszuführen,
das einen vergrößerten Beleuchtungsbereich
für die
transmissive Anzeige aufweist. Zum Beispiel können die Lichtquellen 14A und 14B,
wie in 8 gezeigt, Licht die ersten Aufbereiter 18C beziehungsweise 18D in
die Lichtkammern 20A und 20B durchqueren lassen.
Das Licht kann dann von den Reflektoren 22G und 22H weg
reflektiert werden, bevor der zweite Aufbereiter 26 beleuchtet
wird. Eine transmissive Anzeige (nicht gezeigt) kann dem zweiten
Aufbereiter 26 benachbart positioniert werden, um beleuchtet
zu werden. Der zweite Aufbereiter 26 kann ferner eine obere
Diffusorschicht, d. h. eine zusätzliche
Diffusorschicht, aufweisen, die die äußerste Schicht des zweiten
Aufbereiters 26 aufweist, um entlang der Verbindungslinie
der Lichtkammern 20A und 20B eine gleichförmige Beleuchtung
zu erreichen.
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9 veranschaulicht
ein anderes Beispiel. In 9 lassen die Lichtquellen 14C und 14D Licht die
ersten Aufbereiter 18E beziehungsweise 18F in die
Lichtkammern 20C und 20D durchqueren. Das Licht
wird dann von den Reflektoren 22G und 22H weg
reflektiert, bevor der zweite Aufbereiter 26 beleuchtet
wird. Die transmissive Anzeige kann wieder dem zweiten Aufbereiter 26 benachbart
positioniert sein, um beleuchtet zu werden, und der zweite Aufbereiter 26 kann
ferner eine obere Diffusorschicht aufweisen, um entlang der Verbindungslinie
der Lichtkammern 14C und 14D eine gleichförmige Beleuchtung
zu erreichen.
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Die
Ausführungsformen
in 8 und 9 können den Vorteil der Vergrößerung des
Beleuchtungsbereichs für
die transmissive Anzeige bereitstellen. Die Verwendung von relativ
sperrigen Bauteilen kann indes immer noch vermieden werden, was es
dem System ermöglicht,
einen relativ kompakten Formfaktor im Verhältnis zur Größe des Beleuchtungsbereichs
beizubehalten. Zusätzliche
Lichtquellen und Lichtkammern könnten
erfindungsgemäß kombiniert
werden, um größere und
breitere Beleuchtungsbereiche auszuführen.
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beleuchten
einer Anzeige veranschaulicht. Wie gezeigt, stellt eine Lichtquelle
Licht bereit (112), das dann durch einen ersten Aufbereiter
aufbereitet wird (114). Ein zweiter Aufbereiter reflektiert
(116) dann das Licht und bereitet es auf (118).
Dann kann eine Anzeige mit dem Licht wirksam beleuchtet werden (120).
Der erste und der zweite Aufbereiter können im Wesentlichen den vorhergehend
beschriebenen entsprechen. Auf ähnliche Weise
könnte
der Reflektor im Wesentlichen einem der vorhergehend beschriebenen
Reflektoren entsprechen. Der Reflektor könnte auch verwendet werden,
um das Licht aufzubereiten. Es könnten
auch zusätzlich
ein dritter Aufbereiter und ein zweiter Reflektor verwendet werden,
wie in 5 oder 6 gezeigt.
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11 ist
eine Seitenansicht eines Querschnitts eines transmissiven Anzeigesystems 130 gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung. Das transmissive Anzeigesystem 130 ist insbesondere
dem System 10 ähnlich,
das in 1 veranschaulicht ist. Das transmissive Anzeigesystem 130 beseitigt
indes den äußeren Abschnitt 25 (1) der
Lichtkammer. Stattdessen weist der innere Abschnitt 24 eine
Lichtkammer ohne einen äußeren Abschnitt
auf.
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Die
Erfindung kann verschiedene Vorteile bereitstellen. Die Erfindung
kann zum Beispiel verwendet werden, um die Größe von Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppen
zu verringern. Dies ist insbesondere bei der Verwendung mit Miniaturanzeigen vorteilhaft,
d. h. Anzeigen, die eine diagonale Abmessung von weniger als 3 Zentimetern
aufweisen. Solche Anzeigen werden oft in Suchern für Digitalkameras
und Videokameras oder auf dem Kopf getragene Videoanzeigen oder
dergleichen verwendet. Die Erfindung erreicht einen relativ kompakten
Formfaktor, indem die Notwendigkeit der Verwendung von sperrigen
herkömmlichen
Bauteilen beseitigt wird.
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Die
erfindungsgemäß ausgestaltete
Lichtkammer beseitigt zum Beispiel die Notwendigkeit der Verwendung
flacher Wellenleiter, die typischerweise durch Leuchtstofflampen
beleuchtet werden. Leuchtstofflampen erfordern typischerweise einen
hohen Betrag an Strom und spezialisierte Hochspannungstreiber, die
elektrisches Rauschen einführen
können. Die
Erfindung erfordert indes diese kostspieligen und sperrigen Bauteile
nicht. Stattdessen können
anstatt von Lichtleitern und Leuchtstofflampen wirksame „punktartige" Lichtquellen, wie
Leuchtdioden, verwendet werden. Daher wird auch die Notwendigkeit einer
Leuchtstofftreiberschaltung beseitigt.
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Die
Erfindung kann innerhalb der Lichtkammer einen glatten Spiegelreflektor
verwenden, um Licht zu reflektieren. Glatte Spiegelreflektoren können die
Wirksamkeit des Hintergrundbeleuchtungssystems im Vergleich zu gemusterten
Reflektoren oder nicht spiegelnden geformten Kunststoffkammern verbessern.
Ferner können
die meisten Spiegelreflektoren eine bessere Lichtsteuerung bereitstellen
als gemusterte Reflektoren oder nicht spiegelnde geformte Kunststoffkammern.
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Die
Erfindung stellt eine wirksame und effektive Baugruppe zur Verteilung
von Licht von verschiedenen punktartigen Lichtquellen zum Beleuchten
einer transmissiven Anzeige mit der erforderlichen räumlichen
Gleichförmigkeit
von Helligkeit und Farbe bereit. Ferner kann die Erfindung in einigen
Ausführungsformen
die Notwendigkeit kostspieliger Verbinder, wie flexibler Schaltungen,
beseitigen, die die Anzeige mit der Hauptleiterplatte verbinden.
Durch Positionieren der Anzeige und der Lichtquelle entlang einer
gemeinsamen Seite der Lichtkammer oder entgegengesetzter Seiten
der Lichtkammer kann die Anzeige direkt an die Hauptleiterplatte
gekoppelt werden, ohne dass zusätzliche
flexible Schaltungen erforderlich sind. Ein anderer Vorteil betrifft
die Kosten von Herstellung und Montage, die durch verschiedene Gesichtspunkte
der Erfindung in beträchtlichem Maße gesenkt
werden können.
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Es
wurden verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Zum Beispiel wurde eine Hintergrundbeleuchtungs-Baugruppe
zur Verwendung in einem transmissiven Anzeigesystem beschrieben.
Gleichwohl können
verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Umfang der
Erfindung zu verlassen. Dementsprechend liegen andere Ausführungsformen
innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.