DE60028060T2

DE60028060T2 - Optisches element mit programmierten optischen strukturen

Info

Publication number: DE60028060T2
Application number: DE60028060T
Authority: DE
Inventors: E. Mark Saint Paul GARDINER; Jr. Sanford Saint Paul COBB; A. Kenneth Saint Paul EPSTEIN; D. Wade Saint Paul KRETMAN
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: KR100654652B1; CN1311280C; US6845212B2; CN1378632A; US20050001043A1; US7221847B2; DE60028060D1; EP1218665B1; KR20020056898A; US20030103760A1; EP1218665A1; WO2001027527A1; JP2003511726A; AU1187701A

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 in 4 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 Beleuchtungssystem 10 eine Lichtquelle 12; einen Lichtquellenreflektor 14; einen Lichtleiter 16 mit einer Ausgangsfläche 18, einer Rückfläche 20, einer Eingangsfläche 21 und einer Seitenfläche 22; einen Reflektor 24 angrenzend an die Rückfläche 20; ein erstes Lichtumlenkungselement 26; ein zweites Lichtumlenkungselement 28; und einen reflektierenden Polarisator 30 auf. Der Lichtleiter 16 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 Lichtquelle 12 über einen viel größeren Bereich zu verteilen, als die Lichtquelle 12, und insbesondere im Wesentlichen über einen gesamten Bereich, der durch die Ausgangsfläche 18 gebildet ist. Des Weiteren vollbringt der Lichtleiter 16 diese Aufgabe vorzugsweise in einer kompakten, dünnen Baueinheit.
Die Lichtquelle 12 kann eine CCFL sein, die Licht zur Kantenfläche 21 des Lichtleiters 16 sendet, und der Lampenreflektor 14 kann eine reflektierende Schicht sein, welche die Lichtquelle 12 einhüllt und dadurch einen Lampenhohlraum bildet. Der Reflektor 24 grenzt hinten an den Lichtleiter 16 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 Seitenfläche 22 aus, wobei es durch interne Totalreflexion (TIR) eingeschlossen ist. Das Licht wird durch Frustration der TIR aus dem Lichtleiter 16 ausgeschleust. Aufgrund des Keilwinkels vergrößert ein Strahl, der innerhalb des Lichtleiters 16 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 Ausgangsfläche 18 und mit einem Glanzwinkel zu dieser aus, da er nicht mehr durch TIR zurückgehalten wird. Einige der Lichtstrahlen werden durch die Rückfläche 20 ausgeschleust. Diese Lichtstrahlen werden durch den Rückreflektor 24 in den Lichtleiter 16 zurück und durch diesen hindurch reflektiert. Das erste Lichtumlenkungselement 26 ist als eine Umkehrschicht gestaltet, um diese Lichtstrahlen, die aus der Ausgangsfläche 18 austreten, entlang einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer bevorzugten Blickrichtung umzulenken.
Wie in 2 gezeigt, kann das erste Lichtumlenkungselement 26 eine lichtdurchlässige optische Schicht mit einer Ausgangsfläche 32 und einer Eingangsfläche 34, die aus Prismen (nicht abgebildet), die das Licht, das aus dem Lichtleiter 16 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-Patentschrift US 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 Lichtumlenkungselement 28 nicht bei jedem Aufbau des Beleuchtungssystems 10 erforderlich sein. Wenn das System 10 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 Polarisator 30 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 Lichtumlenkungselement 28 und der reflektierende Polarisator 30, und eventuell auch das erste Lichtumlenkungselement 26, 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 Eingangsfläche 21 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 Ausgangsfläche 32 zusätzlich zu den Prismen, die auf der Eingangsfläche 34 des ersten Lichtumlenkungselements 26 gebildet sind, optische Strukturen aufweisen. Insbesondere weist das erste Lichtumlenkungselement 26 eine erste Kante 36 und eine zweite Kante 38 auf. Von der ersten Kante 36 zur zweiten Kante 38 erstreckt sich eine Mehrzahl von Nuten 40, die in einem Muster 42 angeordnet sind. Jede Nut 40 weist eine auf ihr gebildete optische Struktur auf, die eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis der Scheitel 44 und Täler 46 aufweist. Das Muster 42 kenn ebenfalls Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel eine Teilung, p, zwischen den Nuten 40. Die Nuten 40 in 2 sind mit einer Amplitudenveränderung gezeigt. Bei Anwendung der ersten Lichtumlenkungsstruktur 26 könnten die Nuten so gestaltet sein, dass sich die Amplitude senkrecht zur Lichtquelle 12 verändert.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 erkennt man, dass innerhalb des Musters 42 die Nuten 40 mit größerer Amplitude an der ersten Kante 36 und einer Verringerung der Amplitude in Richtung der zweiten Kante 38 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 Kante 36 ab. Diese Anordnung der Nuten 40 und des Musters 42 ist zweckmäßig. Wie erwähnt können Ungleichmäßigkeiten der Leistung des Lichtleiters 16 in der Nähe der Eingangsfläche 21 konzentriert auftreten, während weiter entfernt von der Eingangsfläche 21 weniger Ungleichmäßigkeiten auftreten könnten. Daher sind die Nuten 40 und das Muster 42 so gestaltet, dass sie eine stärkere Streuung in der Nähe der ersten Kante 36 schaffen. Bei der Anwendung wird die erste Kante 36 im Wesentlichen angrenzend an die Eingangsfläche 21 des Lichtleiters 16 angeordnet werden. Das Muster 42 kann eine einheitliche Teilung, p, aufweisen, wie abgebildet, und die Tiefe der Nuten 40 kann sich in Richtung der zweiten Kante 38 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 Muster 42 zu ermitteln, die beobachtete Ungleichmäßigkeiten in der Ausgabe des Lichtleiters 16 am besten korrigieren. Das heißt, eine oder mehrere der Eigenschaften der Nuten 40 und des Musters 42 können gezielt aufgebaut werden, um eine bestimmte Ungleichmäßigkeit zu korrigieren. Wie oben in Verbindung mit dem ersten Lichtumlenkungselement 26 beschrieben, stellen die Nuten 40 und das Muster 42 der Ausgabe des Lichtleiters 16 in der Nähe des Eingangsfläche 21 eine optische Wirkung bereit, um Ungleichmäßigkeiten zu verdecken, die in der Nähe der Eingangsfläche 21 auftreten können. Weiter entfernt von der Eingangsfläche 21 wird weniger oder keine optische Wirkung bereitgestellt, da man weiter entfernt von der Eingangsfläche 21 üblicherweise weniger oder weniger intensive Ungleichmäßigkeiten des Lichtleiters 16 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 Ausschleusschicht 50 gezeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. In einer Fläche 52 der Ausschleusschicht ist eine Mehrzahl optischer Strukturen 54 gebildet, die in einem Muster 56 angeordnet sind. Die optischen Strukturen 54 sind im Wesentlichen so gestaltet, dass sie das Muster weißer Punkte zum Ausschleusen von Licht aus dem Lichtleiter ersetzen. Obwohl sie in 3 als Kreise oder Punkte gezeigt sind, sind die optischen Strukturen 54 insgesamt nicht auf irgendeine bestimmte Form beschränkt, noch sind sie auf irgendeine bestimmte Form innerhalb des Musters 56 beschränkt. Daher können die optischen Strukturen 54 Prismen, Linien, Punkte, Quadrate oder Ellipsen sein, oder ganz allgemein jegliche Form aufweisen. Des weiteren können die optischen Strukturen 54 innerhalb des Musters 56 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 Strukturen 54 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 und 5 weist ein Lichtleiter 60 eine Eingangsfläche 62, eine Ausgangsfläche 64 und eine Rückfläche 66 auf. Die Eingangsfläche 62 ist so gestaltet, dass sie angrenzend an eine Lichtquelle (nicht abgebildet) angeordnet ist, welche die Quelle für Licht bereitstellt, das auf die Eingangsfläche 62 auftrifft. Das Licht, das auf die Eingangsfläche 62 auftrifft, wird als Ergebnis frustrierter TIR innerhalb des Lichtleiters 60 durch die Ausgangsfläche 64 ausgeschleust. Wie oben erörtert, gibt es üblicherweise Ungleichmäßigkeiten der Lichtausgabe des Lichtleiters 60, insbesondere in der Nähe der Eingangsfläche 62.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 und 5 wird an der Rückfläche 66 des Lichtleiters 60 zusätzlich eine Streuung erzielt, deren Intensität des Weiteren so eingestellt wird, dass sie von der Eingangsfläche 62 aus abnimmt. Das heißt, an der Rückfläche 66 sind phasengleiche optische Strukturen 68 gebildet, die so gestaltet sind, dass sie ein diffuses Ausschleusen in der Nähe der Eingangsfläche 62 schaffen, und dass sie sich ausgehend von der Eingangsfläche 62 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 Strukturen 68', die in einer Rückfläche 66' des Lichtleiters 60', der in 6 gezeigt ist, gebildet sind. Es versteht sich, dass Muster optischer Strukturen auch in der Ausgangsfläche 64 gebildet sein können, entweder getrennt oder zusammen mit einem Muster, das in der Rückfläche 66 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 Lichtleiter 60, der in 4 und 5 gezeigt ist, erscheinen die Ungleichmäßigkeiten hauptsächlich angrenzend an die Eingangsfläche 62.
Unter Bezugnahme auf 5 können die optischen Strukturen 68 auf einer Fläche 72 einer optischen Schicht 70 gebildet sein. Die optische Schicht 70 kann dann durch Verwendung von UV-Aushärtung, Haftklebstoff oder irgendeines anderen geeigneten Klebstoffs mit dem Keilaufbau des Lichtleiters 60 verbunden werden. Alternativ dazu kann der Keil in großen Mengen geformt werden, um die optischen Strukturen 68 in die Rückfläche 66 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 Prisma 80 eine im Wesentlichen ebene Eingangsfläche 82 und eine Ausgangsfläche 84 auf. Die Ausgangsfläche 84 ist mit Linsenstrukturen 86 gebildet, und über den Linsenstrukturen 86 sind zusätzliche optische Strukturen 88 angebracht. Die optischen Strukturen 88 weisen eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis auf, die sich von einer ersten Kante 90 der Linse 80 zu einer zweiten Kante 92 der Linse 80 verändert. Die Linse 80 kann in großen Mengen gebildet werden, oder die Linsenstrukturen 86 einschließlich der optischen Strukturen 88 können, wie in 7 gezeigt, auf einer Schicht 94 gebildet werden, die dann mit einem optischen Trägermaterial 96 in großer Menge verbunden wird.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8 ist zeichnerisch eine Schicht 100 gezeigt, die ein veränderliches Amplitudenmuster 102 enthält, das unter Verwendung eines „V"-förmigen Werkzeugs gebildet worden ist. Das Muster 102 kann auf einer oberen und/oder einer unteren Fläche der Schicht 100 gebildet sein. Ebenso kann das Muster in einem Keil oder auf einer Platte gebildet sein. Die Schicht 100 weist eine erste Kante 104 und eine zweite Kante 106 auf. Von der ersten Kante 104 zur zweiten Kante 106 erstreckt sich eine Mehrzahl von Nuten 108, die im Muster 102 angeordnet sind. Jede Nut 108 weist eine optische Struktur auf, die auf ihr gebildet ist, und die eine Eigenschaft hinsichtlich Amplituden-, Dauer- oder Seitenverhältnis aufweist. Das Muster 102 kann ebenfalls Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel eine Teilung, p, die einen Abstand zwischen den Nuten 108 definiert. Die Nuten 108 in 8 haben Amplitudenänderung. Bei der Anwendung der Schicht 100 können die Nuten so gestaltet sein, dass die Änderung der Amplitude senkrecht zu einer Lichtquelle des Lichtleiters, der die Schicht 100 aufweist, angeordnet ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8 erkennt man, dass die Nuten 108 innerhalb des Musters 102 mit einer größeren Amplitude an der ersten Kante 104 und einer Abnahme der Amplitude in Richtung der zweiten Kante 106 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 Kante 104. Diese Anordnung der Nuten 108 und des Musters 102 ist zweckmäßig.
Unter Bezugnahme auf 9 und 10 sind Schichten 110 beziehungsweise 112 abgebildet. Jede Schicht 110 und 112 weist dieselbe Eigenschaft auf wie die Schicht 100, 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 Schicht 110, 9, ein Muster 114 von Nuten 116 auf, das unter Verwendung eines Werkzeugs mit gekrümmter Nase angefertigt worden ist. Die Schicht 112, 10 weist ein Muster 118 von Nuten 120 auf, das unter Verwendung eines Werkzeugs mit Vierkantnase angefertigt worden ist. Die Muster 114 und 118 sind wie beschrieben gestaltet, um optische Wirkung in der Fläche oder den Flächen der Schichten 110 und 112 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 in 11 abgebildet ist, ist ein erstes Muster 122 optischer Strukturen 124 in einer unteren Fläche 126, und ein zweites Muster 128 optischer Strukturen 130 in einer oberen Fläche 132 des Keils 134 gebildet. Das erste Muster 122 kann so gestaltet sein, dass es das Ausschleusen von Licht aus dem Keil 134 erleichtert, während das zweite Muster 128 so gestaltet sein kann, dass es Ungleichmäßigkeiten der Lichtleistung des Keil verdeckt. Es versteht sich jedoch, dass die Muster, die im Keil 134 ausgeführt werden, von der gewünschten Lichtleistung abhängen, die mit dem Keil 134 erreicht werden soll. Des Weiteren können die Muster 122 und 128, 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 Flächen 122 und 128 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

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.