DE60028060T2 - Optisches element mit programmierten optischen strukturen - Google Patents
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Description
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Die Erfindung betrifft optische Elemente im Allgemeinen, und insbesondere Lichtleiter, optische Schichten und andere optische Elemente, die zur Verwendung in Anzeigevorrichtungen geeignet sind, und die programmierte optische Strukturen aufweisen.
- BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
- Hintergrundbeleuchtete Anzeigevorrichtungen, wie zum Beispiel Flüssigkristallanzeigen (LCD), verwenden häufig einen keilförmigen Lichtleiter. Der keilförmige Lichtleiter leitet Licht von einer im Wesentlichen linearen Quelle, wie zum Beispiel einer Kaltkathodenleuchtstofflampe (CCFL) zu einem im Wesentlichen planaren Ausgang. Der planare Ausgang wird dann verwendet, um die LCD-Anzeige zu beleuchten.
- Ein Maß für die Leistung der hintergrundbeleuchteten Anzeige ist ihre Gleichmäßigkeit. Ein Benutzer kann relativ geringe Unterschiede in der Helligkeit einer Anzeige zwischen einer Zone der Anzeige und der nächsten sehr leicht erkennen. Sogar relativ kleine Ungleichmäßigkeiten können auf einen Benutzer der Anzeige sehr störend wirken.
- Manchmal werden Flächenstreuscheiben oder Diffusionsfilter, die das Licht, das den Lichtleiter verlässt, zerstreuen, verwendet, um Ungleichmäßigkeiten zu verdecken oder zu mildern. Diese Zerstreuung führt jedoch auch dazu, dass Licht von einer bevorzugten Blickachse abgelenkt wird. Das Endergebnis kann eine Verringerung der Gesamthelligkeit der Anzeige entlang der bevorzugten Blickachse sein, die ein weiteres Maß für die Leistung einer Anzeigevorrichtung darstellt.
- Subjektiv betrachtet sind relativ geringe Zunahmen oder Abnahmen der Gesamthelligkeit im Gegensatz zu Ungleichmäßigkeiten für den Benutzer der Anzeigevorrichtung nicht leicht erkennbar. Den Konstrukteur einer Anzeigevorrichtung entmutigen jedoch sogar kleinste Abnahmen der Gesamthelligkeit, sogar solche, die so gering sind, dass sie nur durch objektive Messung feststellbar sind. Dies rührt daher, dass die Anzeigehelligkeit und der Stromverbrauch der Anzeige in engem Zusammenhang stehen. Wenn die Gesamthelligkeit erhöht werden kann, ohne den Strombedarf zu erhöhen, kann der Konstrukteur der Anzeigevorrichtung weniger Energie zuführen, und trotzdem nach wie vor ein annehmbares Helligkeitsniveau erreichen. Für batteriebetriebene, tragbare Vorrichtungen bedeutet dies längere Betriebszeiten.
- JP-9145933-A offenbart eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die prismenförmige Projektionsnuten, die an einer Prismenplatte, die zwischen einer Hintergrundbeleuchtungseinheit und einem Flüssigkristallanzeigefeld angeordnet ist, gebildet sind, aufweist. Um irgendwelche Ungleichmäßigkeiten der Leuchtkraft der Anzeige zu korrigieren, sind die Prismennuten mit allmählich abnehmenden Vertikalwinkeln angeordnet, wobei der Vertikalwinkel jedes Prismas entlang seiner Nutachse konstant, jedoch anders als der benachbarter Prismennuten ist.
- KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß der Erfindung ist ein optisches Element, wie zum Beispiel ein Lichtleiter oder eine optische Schicht, mit einem vorbestimmten, programmierten Muster optischer Strukturen gebildet. Die optischen Strukturen können so gestaltet sein, dass sie Ungleichmäßigkeit im Ausgang eines Lichtleiters gezielt korrigieren, oder sie können so gestaltet sein, dass sie sich auf andere Art in einer vorbestimmten und konstruktiven Weise auf die Leistung der Anzeige auswirken. Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale in Anspruch 1 defi niert. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vielen Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für Durchschnittsfachleute aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei ähnliche Bezugsziffern sich durchwegs auf ähnliche Elemente beziehen, und in denen:
-
1 eine sichtgerechte Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung ist, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angepasst worden ist; -
2 eine sichtgerechte Ansicht einer optischen Schicht ist, die ein programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
3 eine sichtgerechte Ansicht einer optischen Schicht ist, die ein programmiertes Muster optischer Strukturen aufweist; -
4 eine sichtgerechte Ansicht eines Lichtleiterkeils ist, der ein phasengleiches programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
5 ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 in4 ist; -
6 eine sichtgerechte Ansicht eines Lichtleiterkeils ist, der ein phasenverschobenes programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
7 eine sichtgerechte Ansicht eines linearen Linsenaufbaus ist, der ein programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
8 eine sichtgerechte Ansicht einer optischen Schicht ist, die ein programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
9 eine sichtgerechte Ansicht einer optischen Schicht ist, die ein programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist; -
10 eine sichtgerechte Ansicht einer optischen Schicht ist, die ein programmiertes Muster optischer Strukturen gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist; und -
11 eine Seitenansicht eines Lichtleiters ist, der ein erstes programmiertes Muster optischer Strukturen in einer oberen Fläche, und ein zweites programmiertes Muster optischer Strukturen in einer unteren Fläche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufweist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen, und insbesondere in Bezug auf eine optische Schicht oder einen Lichtleiter, die zur Verwendung in einem Hintergrundbeleuchtungssystem, wie es üblicherweise in Flachbildschirmvorrichtungen, wie zum Beispiel einer Laptopcomputeranzeige oder einem Desktopcomputerflachbildschirm verwendet wird, geeignet sind, beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt, und Durchschnitts fachleute werden erkennen, dass sie für praktisch jedes optische System, zum Beispiel für Projektionsschirmvorrichtungen und Flachbildfernseher, verwendet werden kann. Daher sind die Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, nicht als Einschränkung des breiten Umfangs der Erfindung anzusehen.
- Unter Bezugnahme auf
1 weist ein Beleuchtungssystem10 eine Lichtquelle12 ; einen Lichtquellenreflektor14 ; einen Lichtleiter16 mit einer Ausgangsfläche18 , einer Rückfläche20 , einer Eingangsfläche21 und einer Seitenfläche22 ; einen Reflektor24 angrenzend an die Rückfläche20 ; ein erstes Lichtumlenkungselement26 ; ein zweites Lichtumlenkungselement28 ; und einen reflektierenden Polarisator30 auf. Der Lichtleiter16 kann ein Keil, eine Abänderung eines solchen oder eine Platte sein. Wie gut bekannt ist, ist es der Zweck des Lichtleiters, das Licht von der Lichtquelle12 über einen viel größeren Bereich zu verteilen, als die Lichtquelle12 , und insbesondere im Wesentlichen über einen gesamten Bereich, der durch die Ausgangsfläche18 gebildet ist. Des Weiteren vollbringt der Lichtleiter16 diese Aufgabe vorzugsweise in einer kompakten, dünnen Baueinheit. - Die Lichtquelle
12 kann eine CCFL sein, die Licht zur Kantenfläche21 des Lichtleiters16 sendet, und der Lampenreflektor14 kann eine reflektierende Schicht sein, welche die Lichtquelle12 einhüllt und dadurch einen Lampenhohlraum bildet. Der Reflektor24 grenzt hinten an den Lichtleiter16 und kann ein wirksamer Rückreflektor, zum Beispiel eine lambertsche Schicht oder eine Spiegelschicht, oder eine Kombination daraus sein. - Bei der gezeigten Ausführungsform breitet sich das an der Kante eingeleitete Licht von der Eingangsfläche
21 in Richtung der Seitenfläche22 aus, wobei es durch interne Totalreflexion (TIR) eingeschlossen ist. Das Licht wird durch Frustration der TIR aus dem Lichtleiter16 ausgeschleust. Aufgrund des Keilwinkels vergrößert ein Strahl, der innerhalb des Lichtleiters16 eingeschlossen ist, mit jedem TIR-Aufprall seinen Einfallswinkel in Bezug auf die Ebene der oberen und unteren Wände. Daher bricht der Strahl schließlich durch die Ausgangsfläche18 und mit einem Glanzwinkel zu dieser aus, da er nicht mehr durch TIR zurückgehalten wird. Einige der Lichtstrahlen werden durch die Rückfläche20 ausgeschleust. Diese Lichtstrahlen werden durch den Rückreflektor24 in den Lichtleiter16 zurück und durch diesen hindurch reflektiert. Das erste Lichtumlenkungselement26 ist als eine Umkehrschicht gestaltet, um diese Lichtstrahlen, die aus der Ausgangsfläche18 austreten, entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer bevorzugten Blickrichtung umzulenken. - Wie in
2 gezeigt, kann das erste Lichtumlenkungselement26 eine lichtdurchlässige optische Schicht mit einer Ausgangsfläche32 und einer Eingangsfläche34 , die aus Prismen (nicht abgebildet), die das Licht, das aus dem Lichtleiter16 entlang der bevorzugten Blickrichtung austritt, brechen und reflektieren, gebildet sind, sein. Die Prismen können einen im Wesentlichen einheitlichen Aufbau aufweisen, oder sie können einen uneinheitlichen Aufbau aufweisen, wie in der gemeinsam übertragenen US-PatentschriftUS 6356391 „OPTICAL FILM WITH VARIABLE ANGLE PRISMS", die mit demselben Datum wie die vorliegende Patentschrift eingereicht worden ist, beschrieben ist. - Unter nochmaliger Bezugnahme auf
1 muss das zweite Lichtumlenkungselement28 nicht bei jedem Aufbau des Beleuchtungssystems10 erforderlich sein. Wenn das System10 ein solches Element aufweist, kann das zweite Lichtumlenkungselement ein Streukörper, ein linsenförmiger Verteiler oder eine Prismenschicht, zum Beispiel eine helligkeitssteigernde Schicht wie das Pro dukt 3M Brightness Enhancement Film (im Handel als BEFIII), erhältlich von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, sein. Der reflektierende Polarisator30 kann eine anorganische, polymere oder cholesterische Flüssigkristallpolarisatorschicht sein. Eine geeignete Schicht ist das Produkt 3M Diffuse Reflective Polarizer Film (im Handel als DRPF) oder das Produkt Specular Reflective Polarizer Film (im Handel als DBEF), beide erhältlich von der Minnesota Mining and Manufacturing Company. Des Weiteren können mindestens das zweite Lichtumlenkungselement28 und der reflektierende Polarisator30 , und eventuell auch das erste Lichtumlenkungselement26 , in einem einzigen optischen Element kombiniert sein. - Lichtleiter, die für eine Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, wie zum Beispiel der Lichtleiter
16 , weisen häufig Ungleichmäßigkeiten der Lichtleistung des Lichtleiters auf. Diese Ungleichmäßigkeiten sind häufig in der Nähe der Eingangsfläche21 konzentriert. Um diese Fehler in Anwendungen des Lichtleiters zu verdecken, wird üblicherweise ein Streukörper verwendet, der die Ausgangsfläche des Lichtleiters abdeckt. Ein Streukörper neigt jedoch dazu, die Gesamthelligkeit der Anzeige zu verringern, und könnte möglicherweise nicht alle Fehler angemessen verdecken. - Unter nunmehriger Bezugnahme auf
2 ist zeichnerisch eine Schicht gezeigt, die ein sich phasengleich veränderndes Amplitudenmuster enthält. Das beschriebene Muster kann auf einer oberen oder einer unteren Fläche eines Keils, einer planen Schicht, oder, wie unten beschrieben, auf einer Umkehrschicht, gebildet sein. In dieser Hinsicht kann die Ausgangsfläche32 zusätzlich zu den Prismen, die auf der Eingangsfläche34 des ersten Lichtumlenkungselements26 gebildet sind, optische Strukturen aufweisen. Insbesondere weist das erste Lichtumlenkungselement26 eine erste Kante36 und eine zweite Kante38 auf. Von der ersten Kante36 zur zweiten Kante38 erstreckt sich eine Mehrzahl von Nuten40 , die in einem Muster42 angeordnet sind. Jede Nut40 weist eine auf ihr gebildete optische Struktur auf, die eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis der Scheitel44 und Täler46 aufweist. Das Muster42 kenn ebenfalls Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel eine Teilung, p, zwischen den Nuten40 . Die Nuten40 in2 sind mit einer Amplitudenveränderung gezeigt. Bei Anwendung der ersten Lichtumlenkungsstruktur26 könnten die Nuten so gestaltet sein, dass sich die Amplitude senkrecht zur Lichtquelle12 verändert. - Unter weiterer Bezugnahme auf
2 erkennt man, dass innerhalb des Musters42 die Nuten40 mit größerer Amplitude an der ersten Kante36 und einer Verringerung der Amplitude in Richtung der zweiten Kante38 gebildet sind. Aufgrund der größeren Flächenneigung erzeugt die größere Amplitude eine größere optische Wirkung entlang der Nutachse. Danach nimmt die optische Wirkung dieses Musters als eine Funktion des Abstands von der ersten Kante36 ab. Diese Anordnung der Nuten40 und des Musters42 ist zweckmäßig. Wie erwähnt können Ungleichmäßigkeiten der Leistung des Lichtleiters16 in der Nähe der Eingangsfläche21 konzentriert auftreten, während weiter entfernt von der Eingangsfläche21 weniger Ungleichmäßigkeiten auftreten könnten. Daher sind die Nuten40 und das Muster42 so gestaltet, dass sie eine stärkere Streuung in der Nähe der ersten Kante36 schaffen. Bei der Anwendung wird die erste Kante36 im Wesentlichen angrenzend an die Eingangsfläche21 des Lichtleiters16 angeordnet werden. Das Muster42 kann eine einheitliche Teilung, p, aufweisen, wie abgebildet, und die Tiefe der Nuten40 kann sich in Richtung der zweiten Kante38 bis auf Null verringern. Wie weiter unten ausführlicher erörtert ist, kann dieses Muster mit jeder Art von Werkzeug angefertigt werden. - Es versteht sich, dass es unter Verwendung von Strahlverfolgung und anderen Analyseverfahren möglich ist, bestimmte Anordnungen für die Nuten
40 und das Muster42 zu ermitteln, die beobachtete Ungleichmäßigkeiten in der Ausgabe des Lichtleiters16 am besten korrigieren. Das heißt, eine oder mehrere der Eigenschaften der Nuten40 und des Musters42 können gezielt aufgebaut werden, um eine bestimmte Ungleichmäßigkeit zu korrigieren. Wie oben in Verbindung mit dem ersten Lichtumlenkungselement26 beschrieben, stellen die Nuten40 und das Muster42 der Ausgabe des Lichtleiters16 in der Nähe des Eingangsfläche21 eine optische Wirkung bereit, um Ungleichmäßigkeiten zu verdecken, die in der Nähe der Eingangsfläche21 auftreten können. Weiter entfernt von der Eingangsfläche21 wird weniger oder keine optische Wirkung bereitgestellt, da man weiter entfernt von der Eingangsfläche21 üblicherweise weniger oder weniger intensive Ungleichmäßigkeiten des Lichtleiters16 beobachtet. Auf diese Weise wird die optische Wirkung dort bereitgestellt, wo sie am meisten gebraucht wird, um Ungleichmäßigkeiten zu verdecken oder zu vermindern, während dort weniger optische Wirkung bereitgestellt wird, wo weniger Ungleichmäßigkeiten, die zu verdecken wären, auftreten könnten. Darüber hinaus könnte der Ausgabe des Lichtleiters praktisch überall eine optische Wirkung hinzugefügt werden, indem die Eigenschaften der Nuten hinzugefügt und/oder verändert werden. Des Weiteren muss das Hinzufügen optischer Wirkung nicht gleichmäßig erfolgen. Stattdessen kann einzelnen Bereichen der Lichtleiterausgabe nötigenfalls eine optische Wirkung hinzugefügt werden, falls dies erforderlich ist, um das Verdecken eines Fehlers zu unterstützen, oder um eine bestimmte optische Wirkung zu erzielen. - Planare Lichtleiter und bestimmte Keillichtleiter, die mit der Verwendung frustrierter TIR arbeiten, können auf einer Rückfläche des Lichtleiters ein Ausschleusmuster aufweisen. Typischerweise ist das Ausschleus muster ein Muster aus weißen Punkten, die an der Rückfläche des Lichtleiters angeordnet sind. Licht, das auf einen der Punkte auftrifft, wird durch den weißen Punkt diffus reflektiert, und ein Abschnitt dieses reflektierten Lichts wird dazu gebracht, aus dem Lichtleiter auszutreten. Trotz der unscharfen Natur dieses Verfahrens zum Ausschleusen von Licht aus dem Lichtleiter, kann das das Punktmuster selbst in der Lichtleiterausgabe sichtbar sein. Daher ist typischerweise eine zusätzliche Streuung bereitgestellt, um das Punktmuster zu verdecken.
- Unter Bezugnahme auf
3 ist eine Ausschleusschicht50 gezeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. In einer Fläche52 der Ausschleusschicht ist eine Mehrzahl optischer Strukturen54 gebildet, die in einem Muster56 angeordnet sind. Die optischen Strukturen54 sind im Wesentlichen so gestaltet, dass sie das Muster weißer Punkte zum Ausschleusen von Licht aus dem Lichtleiter ersetzen. Obwohl sie in3 als Kreise oder Punkte gezeigt sind, sind die optischen Strukturen54 insgesamt nicht auf irgendeine bestimmte Form beschränkt, noch sind sie auf irgendeine bestimmte Form innerhalb des Musters56 beschränkt. Daher können die optischen Strukturen54 Prismen, Linien, Punkte, Quadrate oder Ellipsen sein, oder ganz allgemein jegliche Form aufweisen. Des weiteren können die optischen Strukturen54 innerhalb des Musters56 viel eher in sehr geringen Abständen voneinander angeordnet sein, während die Punkte innerhalb eines Punktmusters zum Beispiel ungefähr 50–100 μm voneinander entfernt sein müssen. Diese sehr geringen Abstände der optischen Strukturen54 vermeiden oder verringern die Notwendigkeit einer Zerstreuung in der Ausgabe des Lichtleiters, die normalerweise erforderlich ist, um das Muster weißer Punkte zu verdecken. Die Erfindung ermöglicht auch das Ändern der Neigung des Lichtleiters in einer Feinsteinstellung. Das heißt, die Neigung des Lichtleiters kann lokal in einer Feinsteinstellung erhöht oder verringert werden. Wenn ein Lichtstrahl auf eine höhere positive Neigung trifft, wird er schneller aus dem Lichtleiter ausgeschleust, als wenn er auf den Nennwinkel des Keils aufträfe. - Während wir die Erfindung bis hierher in Bezug auf optische Schichten erörtert haben, kann sie auch auf den Lichtleiterkeil selbst angewendet werden. Unter Bezugnahme auf
4 und5 weist ein Lichtleiter60 eine Eingangsfläche62 , eine Ausgangsfläche64 und eine Rückfläche66 auf. Die Eingangsfläche62 ist so gestaltet, dass sie angrenzend an eine Lichtquelle (nicht abgebildet) angeordnet ist, welche die Quelle für Licht bereitstellt, das auf die Eingangsfläche62 auftrifft. Das Licht, das auf die Eingangsfläche62 auftrifft, wird als Ergebnis frustrierter TIR innerhalb des Lichtleiters60 durch die Ausgangsfläche64 ausgeschleust. Wie oben erörtert, gibt es üblicherweise Ungleichmäßigkeiten der Lichtausgabe des Lichtleiters60 , insbesondere in der Nähe der Eingangsfläche62 . - Unter weiterer Bezugnahme auf
4 und5 wird an der Rückfläche66 des Lichtleiters60 zusätzlich eine Streuung erzielt, deren Intensität des Weiteren so eingestellt wird, dass sie von der Eingangsfläche62 aus abnimmt. Das heißt, an der Rückfläche66 sind phasengleiche optische Strukturen68 gebildet, die so gestaltet sind, dass sie ein diffuses Ausschleusen in der Nähe der Eingangsfläche62 schaffen, und dass sie sich ausgehend von der Eingangsfläche62 bis auf Null verringern. Das Muster kann auch keine Verringerung aufweisen, das heißt, es kann von Null ansteigen, sich zufällig verändern, oder in einzelne Bereiche aufgeteilt sein. Es ist auch möglich, dass die optischen Strukturen phasenverschoben sind, wie zum Beispiel die optischen Strukturen68' , die in einer Rückfläche66' des Lichtleiters60' , der in6 gezeigt ist, gebildet sind. Es versteht sich, dass Muster optischer Strukturen auch in der Ausgangsfläche64 gebildet sein können, entweder getrennt oder zusammen mit einem Muster, das in der Rückfläche66 gebildet ist. Der grundlegende Zweck des Bereitstellens der optischen Strukturen ist es, eine Wirkung zu erzielen, die Ungleichmäßigkeiten der Lichtleiterleistung minimiert, wo auch immer diese auftreten, und beim Lichtleiter60 , der in4 und5 gezeigt ist, erscheinen die Ungleichmäßigkeiten hauptsächlich angrenzend an die Eingangsfläche62 . - Unter Bezugnahme auf
5 können die optischen Strukturen68 auf einer Fläche72 einer optischen Schicht70 gebildet sein. Die optische Schicht70 kann dann durch Verwendung von UV-Aushärtung, Haftklebstoff oder irgendeines anderen geeigneten Klebstoffs mit dem Keilaufbau des Lichtleiters60 verbunden werden. Alternativ dazu kann der Keil in großen Mengen geformt werden, um die optischen Strukturen68 in die Rückfläche66 aufzunehmen. - Wie sich aus der obigen Erörterung ganz allgemein versteht, kann praktisch jegliche Anordnung optischer Strukturen in einer optischen Schicht gebildet werden, und die optische Schicht kann, zum Beispiel durch Kontaktieren, mit einem Lichtleiter oder einem anderen „bulk-optischen" Element verbunden werden. Zum Beispiel Blendverringerung, Anti-Wetout, Fresnelgegenstände und praktisch jede andere Struktur, die in einer Fläche einer optischen Schicht gebildet werden kann, können auf einfache Weise in der Schicht nachgebildet werden, und die Schicht dann kann mit einem anderen optischen Element verbunden werden.
- Schichten, die programmierte optische Strukturen aufweisen, können unter Verwendung eines Mikroreplikationsverfahrens hergestellt werden. In einem solchen Verfahren wird, zum Beispiel durch Schneiden des Musters in eine Metallwalze, eine Urform angefertigt, und diese Urform wird dann verwendet, um durch Fließ pressen, Gießen und Aushärten, Prägen oder andere geeignete Verfahren Schichten herzustellen. Alternativ dazu können die Schichten auch durch Pressen, Spritzgießen oder Walzen gebildet werden. Eine bevorzugte Vorrichtung und ein bevorzugtes Verfahren zur Mikroreplikation sind in der US-Patentschrift
US 6322236 mit dem Titel „Optical Film With Defect-Reducing Surface and Method of Making the Same", die mit demselben Datum wie die vorliegende Patentschrift eingereicht worden ist, beschrieben. - Als ein Beispiel des oben beschriebenen Merkmals der Erfindung und unter Bezugnahme auf
7 weist eine lineare Fresnellinse oder ein Prisma80 eine im Wesentlichen ebene Eingangsfläche82 und eine Ausgangsfläche84 auf. Die Ausgangsfläche84 ist mit Linsenstrukturen86 gebildet, und über den Linsenstrukturen86 sind zusätzliche optische Strukturen88 angebracht. Die optischen Strukturen88 weisen eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis auf, die sich von einer ersten Kante90 der Linse80 zu einer zweiten Kante92 der Linse80 verändert. Die Linse80 kann in großen Mengen gebildet werden, oder die Linsenstrukturen86 einschließlich der optischen Strukturen88 können, wie in7 gezeigt, auf einer Schicht94 gebildet werden, die dann mit einem optischen Trägermaterial96 in großer Menge verbunden wird. - Unter nunmehriger Bezugnahme auf
8 ist zeichnerisch eine Schicht100 gezeigt, die ein veränderliches Amplitudenmuster102 enthält, das unter Verwendung eines „V"-förmigen Werkzeugs gebildet worden ist. Das Muster102 kann auf einer oberen und/oder einer unteren Fläche der Schicht100 gebildet sein. Ebenso kann das Muster in einem Keil oder auf einer Platte gebildet sein. Die Schicht100 weist eine erste Kante104 und eine zweite Kante106 auf. Von der ersten Kante104 zur zweiten Kante106 erstreckt sich eine Mehrzahl von Nuten108 , die im Muster102 angeordnet sind. Jede Nut108 weist eine optische Struktur auf, die auf ihr gebildet ist, und die eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis aufweist. Das Muster102 kann ebenfalls Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel eine Teilung, p, die einen Abstand zwischen den Nuten108 definiert. Die Nuten108 in8 haben Amplitudenänderung. Bei der Anwendung der Schicht100 können die Nuten so gestaltet sein, dass die Änderung der Amplitude senkrecht zu einer Lichtquelle des Lichtleiters, der die Schicht100 aufweist, angeordnet ist. - Unter weiterer Bezugnahme auf
8 erkennt man, dass die Nuten108 innerhalb des Musters102 mit einer größeren Amplitude an der ersten Kante104 und einer Abnahme der Amplitude in Richtung der zweiten Kante106 gebildet sind. Aufgrund der höheren Flächenneigung erzeugt eine größere Amplitude mehr optische Wirkung entlang der Nutachse. Die optische Wirkung dieses Musters verringert sich dann als eine Funktion des Abstands von der ersten Kante104 . Diese Anordnung der Nuten108 und des Musters102 ist zweckmäßig. - Unter Bezugnahme auf
9 und10 sind Schichten110 beziehungsweise112 abgebildet. Jede Schicht110 und112 weist dieselbe Eigenschaft auf wie die Schicht100 , und ähnliche Bezugsziffern sind verwendet, um ähnliche Elemente darin zu bezeichnen. Im Gegensatz zu dem Muster, das unter Verwendung eines „V"-förmigen Werkzeugs hergestellt worden ist, weist die Schicht110 ,9 , ein Muster114 von Nuten116 auf, das unter Verwendung eines Werkzeugs mit gekrümmter Nase angefertigt worden ist. Die Schicht112 ,10 weist ein Muster118 von Nuten120 auf, das unter Verwendung eines Werkzeugs mit Vierkantnase angefertigt worden ist. Die Muster114 und118 sind wie beschrieben gestaltet, um optische Wirkung in der Fläche oder den Flächen der Schichten110 und112 bereitzustellen. Es versteht sich, das praktisch jegliche Werkzeuggestalt verwendet werden kann, wobei das jeweilige Werkzeug ausgewählt wird, um eine gewünschte Menge und Form einer optischen Wirkung in der Fläche oder den Flächen der Schicht zu erzielen. - Im Lichtleiter
121 , der in11 abgebildet ist, ist ein erstes Muster122 optischer Strukturen124 in einer unteren Fläche126 , und ein zweites Muster128 optischer Strukturen130 in einer oberen Fläche132 des Keils134 gebildet. Das erste Muster122 kann so gestaltet sein, dass es das Ausschleusen von Licht aus dem Keil134 erleichtert, während das zweite Muster128 so gestaltet sein kann, dass es Ungleichmäßigkeiten der Lichtleistung des Keil verdeckt. Es versteht sich jedoch, dass die Muster, die im Keil134 ausgeführt werden, von der gewünschten Lichtleistung abhängen, die mit dem Keil134 erreicht werden soll. Des Weiteren können die Muster122 und128 , wie oben beschrieben, zunächst in einer optischen Schicht gebildet werden können, die später, zum Beispiel durch Kontaktieren, mit dem Keil verbunden wird. In einer anderen Form werden die Flächen122 und128 zusammen mit dem Keil spritzgegossen. - Weitere Abänderungen und alternative Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute angesichts der obigen Beschreibung augenscheinlich. Diese Beschreibung ist ausschließlich als Veranschaulichung auszulegen und soll dazu dienen, Fachleuten die beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung zu lehren. Die Einzelheiten des Aufbaus und des Verfahrens können in hohem Maße verändert werden, ohne den Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.
Claims (10)
- Optisches Element, aufweisend eine Fläche (
18 ,20 ), eine erste Kante (36 ), eine gegenüberliegende zweite Kante (38 ) und Nuten (40 ), die in der Fläche (18 ,20 ), die sich von der ersten Kante (36 ) zur zweiten Kante (38 ) erstreckt, gebildet sind, wobei jede Nut (40 ) eine Nutachse aufweist, und die Nutachsen im Wesentlichen parallel verlaufen, wobei das optische Element dadurch gekennzeichnet ist, dass: optische Strukturen, die Scheitel (44 ) und Täler (46 ) aufweisen, an jeder der Nuten (40 ) gebildet sind, und die optischen Strukturen den Nuten (40 ) einen Brechwert verleihen, und die optischen Strukturen eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis der Scheitel (44 ) und Täler (46 ) aufweisen, die sich entlang der Nut als eine Funktion der Position der optischen Struktur an der Nut (40 ) zwischen der ersten Kante (36 ) und der zweiten Kante (38 ) verändert. - Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (
40 ) Prismennuten sind. - Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft eine Amplitude aufweist, wobei sich die Amplitude entlang der Nutachse verändert.
- Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der optischen Strukturen benachbarter Nuten (
40 ) eine Änderung zwischen gleichen und verschobenen Phasen ist. - Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechwert so angeordnet ist, dass er entlang der Nutachse an einer Position, die näher bei der ersten Kante (
36 ) angeordnet ist, größer ist. - Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Strukturen einzelne optische Strukturen aufweisen, die in den Nuten (
40 ) gebildet sind. - Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Strukturen fortlaufende Strukturen sind, die entlang der Länge der Nut (
40 ) gebildet sind. - Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Brechwert entlang der Nutachse von einer Position näher bei der ersten Kante (
36 ) zu einer Position näher bei der zweiten Kante (38 ) von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert, der kleiner als der erste Wert ist, verringert. - Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element entweder ein Lichtleiter (
16 ), eine optische Schicht (50 ) oder ein Element eines Hintergrundbeleuchtungssystems (26 ) ist. - Verfahren zum Verringern von Fehlern in einer Lichtleistung eines Hintergrundbeleuchtungssystems, aufweisend das Bereitstellen eines optischen Elements nach einem der vorhergehenden Ansprüche in dem Hintergrundbeleuchtungssystem.
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