DE60101270T2

DE60101270T2 - Beleuchtungseinheit

Info

Publication number: DE60101270T2
Application number: DE60101270T
Authority: DE
Inventors: W. Karl BEESON; Michael Foley; Macrea Maxfield; C. Jose DIAZ; M. Scott ZIMMERMAN
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: DE60101270D1; EP1272875B1; WO2001079895A3; KR20020092433A; AU2001255334A1; US6424786B1; EP1272875A2; WO2001079895A2; KR100756620B1; JP2003531458A; ATE254771T1

Description

Die vorliegende Anwendung ist eine Teilfortsetzung der am 4. Oktober 1999 eingereichten gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der laufenden Nummer 09/411,115, die eine Abtrennung der am 2. Dezember 1996 eingereichten laufenden Nummer 08/759,338, nunmehr US-Patent 6,010,747, ist, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Beleuchtungsanordnung, die einen hohen Grad an Lichtübertragung bereitstellt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Beleuchtungsanordnung mit mehreren optischen Mikroprismen, Mikrolinsen und einem Diffusor zum Umlenken von Licht von einer Lichtquelle.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
Optische Beleuchtungssysteme, wie etwa hinterleuchtete Flachschirmdisplays, erfordern eine gerichtete Lichtquelle, die für eine effiziente Lichtabgabe sorgt. Derartige Displays werden bei einer großen Vielzahl von Anwendungen, wie etwa Computermonitoren, Fernsehgeräten, Avionicdisplays, Kraftfahrzeug-Armaturenbrettern und anderen Einrichtungen verwendet, die Text-, Grafik- oder Videoinformationen liefern. Diese Displays können herkömmliche Katodenstrahlröhren ersetzen und bieten die Vorteile eines kleineren Profils, reduzierten Gewichts und geringeren Stromverbrauchs. Es gibt viele andere Beleuchtungsanwendungen, die ein derartiges Beleuchtungssystem ausnutzen können, das eine Anordnung aus Mikroprismen, Mikrolinsen und Diffusor verwendet. Derartige Anwendungen existieren in der Kraftfahrzeugindustrie, der Raumfahrtindustrie und auf dem kommerziellen und Heimmarkt. Zu einigen Anwendungen bei Kraftfahrzeugen zählen Autoscheinwerfer und -rücklichter mit niedrigem Profil, Kraftfahrzeuginnenlampen mit niedrigem Profil wie etwa Leselampen und Kartenlampen; Lichtquellen für Amaturentafeldisplays; Hintergrundbeleuchtungen für Navigationsflachbildschirme, Kraftfahrzeug-Flachfernsehgeräte und elektronische Instrumentenflachdisplays; Verkehrsampeln und Hintergrundbeleuchtungen für Straßenschilder. Zu anschaulichen Beispielen in der Raumfahrtindustrie zählen Hintergrundbeleuchtungen für Cockpit-Flachbildschirme und Flachfernsehgeräte im Passagierabschnitt des Flugzeugs; Leselampen und Flugzeuglandelampen mit niedrigem Profil und Landebahnbeleuchtungen. Zu Anwendungen im Heimbereich und im kommerziellen Bereich zählen Scheinwerfer und Raumbeleuchtung innen und außen mit niedrigem Profil mit einem geringen Kollimationsgrad; Hintergrundbeleuchtungen für Flachfernsehgeräte, LCD-Displays wie etwa Computer, Spieldisplays, Gerätedisplays, Maschinendisplays, Bildtelefone und Hinterprojektionsdisplays einschließlich Fernsehgeräte und Videowände.
Ein Display, das die Mängel einer Katodenstrahlröhre eliminieren kann, ist der LCD-Flachbildschirm (Flüssigkristall). LCDs sind mit einer Reihe inhärenter Nachteile behaftet. Beispielsweise zeigen LCDs bei großen Betrachtungswinkeln einen geringen Kontrast und Änderung der visuellen Farbart bei Änderung des Betrachtungswinkels auf. Die Eigenschaften der Hinterbeleuchtungsvorrichtung sind sowohl für die Qualität des vom Matrixarray aus Bildelementen des LCD angezeigten Bilds als auch für das Profil des Displays sehr wichtig. Siehe US-Patente Nr. 5,128,783 und 5,161,041 für eine Erörterung der Mängel bei bisherigen Hinterbeleuchtungskonfigurationen. Außerdem sind gegenwärtige Hinterbeleuchtungssysteme bei Anwendungen wie etwa Laptops hinsichtlich der Lichtmenge, die der Betrachter sieht, im Vergleich zu dem von der Quelle erzeugten Licht ineffizient. Am Ende werden lediglich etwa 10 bis 20% des von der Lichtquelle erzeugten Lichts nützlich durch das Computerdisplay übertragen. Jede Vergrößerung des Lichtdurchsatzes wirkt sich positiv auf den Stromverbrauch aus und verlängert schließlich die Batterielebensdauer eines tragbaren Computers und als ein Schirm für Hinterprojektionsdisplays. Dementsprechend besteht auf dem Gebiet der elektronischen Flachbildschirme ein Bedarf nach Bereitstellung einer Hinterleuchtungsanordnung, die für das elektronische Display eine energieeffiziente und gleichförmige Lichtquelle bereitstellt und gleichzeitig ein schmales Profil beibehält.
Die US-Patente 5,555,109 und 5,396,50 liefern ein optisches Beleuchtungssystem, das ein Array von Mikroprismen verwendet, die über einen dazwischenliegenden Abstandshalter an ein Array von Mikrolinsen angebracht sind. Durch einen derartigen Abstandshalter nimmt die Komplexität des beschriebenen Systems zu. Außerdem sorgt es nicht für den Empfang von diffusem Licht durch einen Diffusor.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Beleuchtungsanordnung, die für Flachbildschirme verwendet wird und eine verbesserte Hinterleuchtungsanordnung aufweist, die eine energieeffiziente und gleichförmige Lichtquelle bereitstellt. Die Verbesserung durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine energieeffiziente, helle und gleichförmige Verteilung von Licht in einer Anordnung mit niedrigem Profil bereitgestellt wird. Die optische Beleuchtungsanordnung umfaßt ein Array aus Mikroprismen in Kombination mit einem Array aus Mikrolinsen und einem wahlweisen Diffusor, wobei die Mikroprismen und der wahlweise Diffusor operativ zwischen lichtdurchlässigen Mitteln und den Mikrolinsen angeordnet sind.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Beleuchtungsanordnung bereit, die folgendes umfaßt:

(a) ein lichtdurchlässiges Mittel;
(b) ein Array aus Mikroprismen, wobei jedes Mikroprisma folgendes umfaßt:
(i) ein Lichteintrittsende, das optisch mit dem lichtdurchlässigen Mittel gekoppelt ist;
(ii) ein Lichtaustrittsende, das von dem Lichteintrittsende beabstandet ist;
(iii) ein Paar gegenüber positionierter erster Seitenwände, wobei jede erste Seitenwand eine durch das Lichteintrittsende definierte Kante und eine durch das Lichtaustrittsende definierte Kante aufweist; wobei mindestens eine der ersten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt;
(iv) ein Paar gegenüber positionierter zweiter Seitenwände, wobei jede zweite Seitenwand eine durch das Lichteintrittsende definierte Kante und eine durch das Lichtaustrittsende definierte Kante aufweist; wobei mindestens eine der zweiten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt; und
(c) eine Mikrolinse an dem Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas, so daß, wenn Licht von dem lichtdurchlässigen Mittel durch das Lichteintrittsende in jedes Mikroprisma eintritt, das Licht von den Seitenwänden durch die Mikroprismen und aus jedem Lichtaustrittsende heraus gelenkt wird.

Die Erfindung stellt außerdem eine Beleuchtungs baugruppe bereit, die folgendes umfaßt:

(a) ein lichtdurchlässiges Mittel;
(b) ein Array aus Mikroprismen, wobei jedes Mikroprisma folgendes umfaßt:
(i) ein Lichteintrittsende, das optisch mit dem lichtdurchlässigen Mittel gekoppelt ist;
(ii) ein Lichtaustrittsende, das von dem Lichteintrittsende beabstandet ist;
(iii) ein Paar gegenüber positionierter erster Seitenwände, wobei jede erste Seitenwand eine durch das Lichteintrittsende definierte Kante und eine durch das Lichtaustrittsende definierte Kante aufweist; wobei mindestens eine der ersten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt;
(iv) ein Paar gegenüber positionierter zweiter Seitenwände, wobei jede zweite Seitenwand eine durch das Lichteintrittsende definierte Kante und eine durch das Lichtaustrittsende definierte Kante aufweist; wobei mindestens eine der zweiten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt; und
(c) eine Mikrolinse an dem Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas, so daß, wenn Licht von dem lichtdurchlässigen Mittel durch das Lichteintrittsende in jedes Mikroprisma eintritt, das Licht von den Seitenwänden durch die Mikroprismen und aus jedem Lichtaustrittsende heraus gelenkt wird.
(d) ein lichtstreuendes Element, das optisch zwischen das lichtdurchlässige Mittel und das Lichteintrittsende gekoppelt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Perspektivansicht einer Beleuchtungsanordnung, die ein Array aus Mikroprismen und eine Mikrolinse am Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas enthält. Die Mikrolinsen weisen eine doppelte Krümmungsachse auf.
2 zeigt eine Seitenansicht der Beleuchtungsanordnung von 1.
3 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung, die einen Diffusor enthält, und wobei die Mikrolinsen eine einzige Krümmungsachse aufweisen.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung, wobei die Mikroprismen länglich sind und ein rechteckiges Lichteintrittsende aufweisen.
5 zeigt eine Seitenansicht der Beleuchtungsanordnung von 4.
6 Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung einschließlich gestapelter Schichten aus verjüngten Mikroprismenarrays.
7 zeigt eine Perpektivansicht einer Beleuchtungsanordnung, die gestapelte Schichten aus verjüngten Mikroprismenarrays und einen Diffusor enthält.
8 zeigt eine Struktur zum Erzeugen eines Diffusors gemäß der Erfindung.
9 zeigt durch die untere Oberfläche der Struktur von 8 gelenktes Licht.
10 zeigt einen Diffusor mit stark modulierten, der glatte Höcker aufweist
11 zeigt einen Diffusor mit stark modulierten, der glatte Höcker aufweist und eine transparente oder durchscheinende Füllschicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen 1 und 2 eine Beleuchtungsanordnung 400, die ein Array aus Mikroprismen 404 und eine Mikrolinse 402 an jedem Mikroprisma enthält. Jedes Mikroprisma weist ein Lichteintrittsende 405 auf, das optisch mit einem lichtdurchlässigen Mittel gekoppelt ist, ein Lichtaustrittsende 406, und jedes Mikroprisma weist einen quadratischen Querschnitt auf. Jedes Prisma weist ein Paar gegenüber positionierter erster Seitenwände 408 und zweiter Seitenwände 407 auf, wobei jede Seitenwand eine Kante 409 am Lichteintrittsende und eine Kante 411 am Lichtaustrittsende aufweist. Die ersten und zweiten Seitenwände sind zur Reflexion von durchgelassenem Licht vom Lichteintrittsende 405 zum Lichtaustrittsende 406 positioniert. Die Seitenwände können wahlweise mit einer lichtreflektierenden Beschichtung versehen sein, die auf die Seitenwände aufgetragen ist, um Lichtverlust durch die Seitenwände zu reduzieren.
Die Mikroprismen bilden einen Raum 410 zwischen jeweils zwei Mikroprismen des Arrays. Wenn Licht von einem lichtdurchlässigen Mittel durch das Lichteintrittsende 405 in jedes Mikroprisma gelenkt wird, wird das Licht von den Seitenwänden 407 und 408 durch die Mikroprismen und aus jedem Lichtaustrittsende 406 hinaus und dann darauffolgend durch jede Mikrolinse 402 gelenkt. Beispiele für geeignete lichtdurchlässige Mittel 413 sind Laser, Leuchtstoffröhren, Leuchtdioden, Glühlampen, Sonnenlicht, eine Lichtröhre, Lichtkeil, Wellenleiter, Rückprojektionsbeleuchtungsmittel wie etwa CRT, LCD, DMD oder Lichtventil-Lichtmaschine oder eine beliebige andere ähnliche Struktur, die dem Fachmann bekannt ist.
Die Mikrolinsen sind bevorzugt konvex, wie man am deutlichsten in 2 sehen kann. Die Mikrolinsen können zwei senkrechte Krümmungsachsen aufweisen, wie man ebenfalls in 1 sehen kann. Die Mikrolinsen können einstückig mit dem Lichtausgangsende jedes Mikroprismas ausgebildet sein oder sie können direkt am Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas angebracht sein, vorausgesetzt, es liegt kein dazwischenliegendes Abstandselement vor. Wenn die Mikrolinsen am Austrittsende des Mikroprismas angebracht sind, werden sie so gewählt, daß sie im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie die Mikroprismen aufweisen. Außerdem sind die Mikrolinsen in diesem Fall mit Hilfe eines Fluids oder eines Klebers, das oder der den Brechungsindex anpaßt, direkt am Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas angebracht.
Die Mikroprismen und Mikrolinsen sind gegenüber Licht im Wellenlängenbereich zwischen etwa 400 und etwa 700 nm für Licht transparent. Sie weisen bevorzugt einen Brechungsindex zwischen etwa 1,40 und etwa 1,65 auf, besonders bevorzugt zwischen etwa 1,45 und etwa 1,60. Die Mikroprismen und Mikrolinsen können aus einem beliebigen transparenten massiven Material hergestellt sein. Zu bevorzugten Materialien zählen transparente Polymere, Glas und Quarzglas. Zu gewünschten Eigenschaften dieser Materialien zählen mechanische und optische Stabilität bei typischen Arbeitstemperaturen der Einrichtung. Ganz besonders bevorzugte Materialien sind Glas, Acryle, Polycarbonate, Polyester, Polymethylmethacrylat, Poly(4-methylpenten), Polystyrol und Polymere, die durch die Fotopolymerisation von Acrylatmonomeren gebildet werden. Zu bevorzugten Materialen zählen Polymere, die durch die Fotopolymerisation von Acrylatmonomermischungen gebildet werden, die aus Urethanacrylaten und -methacrylaten, Esteracrylaten und -methacrylaten, Epoxyacrylaten und -methacrylaten, (Poly)-ethylglycolacrylaten und -methacrylaten und organische Monomere enthaltendes Vinyl bestehen. Zu geeigneten Monomeren zählen Methylmethacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Isodecylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, Cyclohexylacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, ethoxyliertes Bisphenol-A-diacrylat, Neopentylglycoldiacrylat, Diethylenglycoldiacrylat, Diethylenglycoldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythrittriacrylat und Pentaerythrittetraacrylat. Besonders geeignet sind Mischungen, bei denen mindestens ein Monomer ein multifunktionales Monomer wie etwa Diacrylat oder Triacrylat ist, da diese ein Netz aus Vernetzungen innerhalb des umgesetzten Fotopolymers bilden.
Die Mikroprismen 404 sind durch Zwischenraumgebiete 410 getrennt. Der Brechungsindex der Zwischenraumgebiete 410 muß kleiner sein als der Brechungsindex der Mikroprismen, damit auf diese Seitenwände auftreffendes Licht reflektiert und durch das Austrittsende austreten kann. Zu bevorzugten Materialien für die Zwischenraumgebiete zählen Luft mit einem Brechungsindex von 1,00 und Fluorpolymermaterialien mit einem Brechungsindex im Bereich zwischen etwa 1,16 und etwa 1,40. Das ganz besonders bevorzugte Material ist Luft. Wahlweise ist ein lichtabsorbierender, d. h. ein schwarzer Farbstoff in den Gebieten 410 zwischen den Seitenwänden benachbarter Mikroprismen positioniert, um den Kontrast zu vergrößern. Dieser verbesserte Kontrast ist besonders dann nützlich, wenn das hier beschriebene System für Rückprojektionsschirmanwendungen verwendet wird. Bevorzugt sind die Zwischenraumgebiete 410 mit einem absorbierenden Material mit einem Brechungsindex gefüllt, der unter dem Brechungsindex der Mikroprismen liegt.
Die Mikroprismen können in einem beliebigen Muster auf dem lichtdurchlässigen Mittel 413 angeordnet sein, etwa in einem quadratischen, rechteckigen oder sechseckigen Muster. Wiederholentfernungen können gleich oder verschieden sein und können je nach der Auflösung und den Maßen des Displays stark variieren. Eine wahlweise Haftförderungsschicht, die ein lichtdurchlässiges organisches Material ist, kann verwendet werden, um zu bewirken, daß die Mikroprismen gut an dem lichtdurchlässigen Mittel 413 haften. Derartige Materialien sind dem Fachmann wohlbekannt. Die Dicke der Haftförderungsschicht ist unkritisch und kann stark variieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Haftschicht weniger als etwa 30 μm dick.
Die Mikroprismen 404 sind so konstruiert, daß sie eine sechsseitige geometrische Struktur mit vier Seitenwänden 407 und 408, ein Lichteintrittsende 405 parallel mit einem Lichtaustrittsende 406 aufweisen, wobei das Lichtaustrittsende 406 einen kleineren Flächeninhalt als das Lichteintrittsende 405 aufweist. Die vier Seitenwände sind derart gewinkelt, daß sich durch das lichtdurchlässige Mittel ausbreitendes Licht eingefangen und von den Mikroprismen hindurch zu den Mikrolinsen umgelenkt wird. Die Mikrolinsen sind mit der richtigen Krümmung ausgebildet und so positioniert, daß von jedem Mikroprisma ausgehendes Licht zu einer entsprechenden Mikrolinse gelenkt wird. Dies kann gefördert werden, indem Prismenwinkel eingebaut werden, die eine Totalreflektion ermöglichen, und/oder indem in die Zwischenraumgebiete 410 ein Material mit einem niedrigen Index eingebaut wird. Bei Rückprojektionsanwendungen wird mit den Mikrolinsen die Aufspreizung des Lichts in einer oder mehreren Achsen gesteuert. Wie in 2 gezeigt, ist jedes Mikroprisma 404 so gebildet, daß Seitenwände 407 und 408 zu der Normalen der Oberfläche des lichtdurchlässigen Mittels einen Neigungswinkel zwischen etwa 2 Grad und etwa 25 Grad bilden. Besonders bevorzugte Werte für den Neigungswinkel ist zwischen etwa 5 Grad und etwa 25 Grad, und noch bevorzugter zwischen etwa 5 und etwa 20 Grad. Wie dem Fachmann offensichtlich ist, bestimmt der Neigungswinkel, unter welchem Winkel bezüglich der Normalen der Lichtaustrittsoberfläche das räumlich gelenkte Licht austritt. Die Höhe der Mikroprismen kann je nach den Maßen und der Auflösung des Displays stark variieren. Das heißt, kleinere Displays wie etwa Laptopdisplays und Avionicdisplays würden im Vergleich zu größeren Displays wie etwa großen Flachbildschirmfernsehgeräten mit Rückprojektion stark reduzierte Maße aufweisen.
Die Mikrolinsen können entweder eine Kugellinse, eine aspherische Linse oder eine astigmatische Linse sein. Die Mikrolinsen sind nicht notwendigerweise kreisförmig, sondern können eine rechteckige Form aufweisen. Falls die Mikrolinsen eine Kugellinse sind, hat die Linse eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius. Der Krümmungsradius kann je nach den Wiederholentfernungen des entsprechenden Mikroprismenarrays stark variieren. Damit die Mikrolinsen im wesentlichen das Ganze von den Mikroprismen aus dem lichtdurchlässigen Mittel herausgelenkte Licht sammeln, sollte die Blendenzahl der Mikrolinsen relativ klein sein. Die Blendenzahlwerte für die Mikrolinsen können im Bereich zwischen etwa 0,5 und etwa 4,0 liegen. Besonders bevorzugte Werte für die Blendenzahl liegen im Bereich zwischen etwa 0,6 und etwa 3,0.
Arrays aus Mikroprismen und Mikrolinsen können über eine Reihe von Techniken hergestellt werden, wie etwa Formen, einschließlich Spritzgießen und Formpressen, Gießen, einschließlich Warmwalz-Preßguß, Fotopolymerisation innerhalb eines Werkzeugs und Fotopolymerisationsprozesse, die keine Form verwenden. Eine bevorzugte Herstellungstechnik wäre eine, die es gestattet, daß das Array aus Mikroprismen und das Array aus Mikrolinsen als eine einzige integrierte Einheit hergestellt werden. Ein Vorteil dieser Technik wäre die Eliminierung von Ausrichtfehlern zwischen dem Array aus Mikroprismen und Mikrolinsen, falls die Arrays getrennt hergestellt und dann in der oben beschriebenen Beziehung angebracht werden würden.
3 zeigt eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung 400. In diesem Fall weisen die Mikrolinsen 413 eine einzige Krümmungsachse auf. Außerdem enthält die Baugruppe einen optischen Diffusor 440, der optisch zwischen das lichtdurchlässige Mittel und das Lichteintrittsende der Mikroprismen gekoppelt ist. Der Diffusor 440 besteht aus einem transparenten oder durchscheinenden Substrat 444, das bevorzugt glatte Höcker auf einer Substratoberfläche aufweist. Sowohl die Höhe als auch die Breite der Höcker liegt im Bereich zwischen etwa 1 Mikrometer und etwa 20 Mikrometern, obwohl sie größer oder kleiner sein können. Mit den Höckern ist eine optionale Füllschicht 442 verbunden, die dazu dient, die Rückstreuung von Licht zu reduzieren.
Ein geeigneter Lichtdiffusor kann aus einem Film aus fotopolymerisierbarem Material auf einem Substrat hergestellt werden, indem kollimiertes oder fast kollimiertes Licht durch ein Substrat aus einem transparenten oder durchscheinenden Material in das fotopolymerisierbare Material gelenkt wird. Kollimiertes Licht kann definiert werden als dasjenige Licht, bei dem der Divergenzwinkel der Lichtstrahlen unter 0,5 Grad liegt. Im Gegensatz dazu beträgt der Divergenzwinkel der Lichtstrahlen in fast kollimiertem Licht unter 10 Grad, bevorzugt unter +5 Grad und besonders bevorzugt unter 3,5 Grad. Bei dieser Anwendung ist das Licht, sei es kollimiert oder fast kollimiert, bevorzugt inkohärent, d. h., das Licht weist keine gleichförmige Phase auf. Die meisten Lichtquellen (mit Ausnahme von Laserlichtquellen), wie etwa Lichtbogenlampen, Glühlampen oder Leuchtstofflampen, erzeugen inkohärentes Licht, obwohl auch kohärentes Licht verwendet werden kann.
Das fotopolymerisierbare Material wird über einen Zeitraum belichtet, der ausreicht, um nur einen Teil des Materials zu vernetzen oder zu polymerisieren. Danach wird der unvernetzte Teil des Materials entfernt, wodurch auf dem fotopolymerisierten Teil eine stark modulierte Oberfläche zurückbleibt. Diese zurückbleibende Struktur kann direkt als ein Diffusor eingesetzt oder dazu verwendet werden, eine metallische Kopie zum Prägen eines weiteren Materials herzustellen und einen Diffusor zu erzeugen.
Zu geeigneten Materialien für das Diffusorsubstrat zählen optisch klare, transparente Materialien, halbklare, transparente Materialien mit einer gewissen Trübung oder Lichtstreuung aufgrund von Inhomogenitäten in der Zusammensetzung oder der Struktur des Materials und durchscheinende Materialien. Geeignete Materialien für die Substrate können auch durch ihre Kristallinität klassifiziert werden, und es zählen dazu amorphe Materialien, halbkristalline Materialien, die in einer amorphen Matrix verteilte Kristallbereiche enthalten, und rein kristalline Materialien. Das Substrat weist in der Regel zwei gegenüberliegende flache Oberflächen auf, die allgemein parallel zueinander verlaufen, doch könnten auch andere Konfigurationen verwendet werden. Zu Materialien, die die Kriterien des vorausgegangenen Absatzes erfüllen, zählen anorganische Gläser wie etwa Borosilikatglas und Quarzglas; amorphe Polymere wie etwa Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Cellulosebutyrat, Ethylen-Vinyl-Alkoholcopolymere wie etwa Polyvinylalkohol, Polymethylmethacrylat und Polystyrol; und zu halbkristallinen Polymeren zählen Polyester, Nylons, Epoxidharze, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen, Polyimide und Polyurethane. Unter den vorausgegangenen halbkristallinen Polymeren ist Polyester in einem Film die bevorzugte und Polyethylenterephthalat (PET) die ganz besonders bevorzugte Wahl für das Substrat. Alle der in diesem Absatz genannten Materialien sind im Handel erhältlich.
Das fotopolymerisierbare Material kann aus einer fotopolymerisierbaren Komponente, einem Fotoinitiator und einem Fotoinhibitor bestehen. Die fotopolymerisierbare Komponente kann ein fotopolymerisierbares Monomer oder Oligomer oder eine Mischung aus fotopolymerisierbaren Monomeren und/oder Oligomeren sein. Zu im Handel erhältlichen fotopolymerisierbaren Monomeren und Oligomeren, die sich für diese Anwendung eignen, zählen Epoxidharze wie etwa Bisphenol-A-Epoxidharze, Epoxy-Cresol-Novolakharze, Epoxy-Phenol-Novolakharze, Bisphenol-F-Harze, von Phenol-Glycidylether abgeleitete Harze, cycloaliphatische Epoxidharze und aromatische oder heterocyclische Glycidyl-Amin-Harze; Allyle; vinylether und andere -vinylhaltige organische Monomere; und Acrylate und Methacrylate wie etwa Urethanacrylate und -methacrylate, Esteracrylate und -methacrylate, Epoxyacrylate und -methacrylate und (Poly)ethylenglycolacrylate und -methacrylate. Acrylatmonomere werden in den US-Patenten 5,396,350; 5,428,468, 5,462,700 und US-Patent 5,481,385 beschrieben, die durch Bezugnahme hier aufgenommen sind. Zu bevorzugten fotopolymerisierbaren Materialien zählen (a) eine Mischung aus Acrylaten und Epoxidharzen; (b) Mischungen aus aromatischen Diacrylaten und Bisphenol-A-Epoxidharzen und (c) eine Mischung aus ethoxyliertem Bisphenol-A-Diacrylat (EBDA) und Epoxidharz Dow DER-362 (einem Polymer aus Bisphenol-A und Epichlorhydrin). Ein Beispiel für letzteres ist eine Mischung aus 70 Gewichtsteilen EBDA und 30 Gewichtsteilen Epoxidharz Dow DER-362. Es können auch andere Materialien verwendet werden, wie der Fachmann leicht erkennt. Ein bei der Auswahl der fotopolymerisierbaren Komponente relevanter Faktor besteht darin, daß die Aushärtgeschwindigkeit und die Schrumpfung von Epoxidharzen sich von denen der Acrylatmaterialien unterscheiden können.
Der Fotoinitiator produziert eine aktivierte Spezies, die zur Fotopolymerisation des Monomers oder Oligomers oder der Mischung aus Monomeren und/oder Oligomeren führt, wenn er durch Licht aktiviert wird. Bevorzugte Fotoinitiatoren sind aus US-Patent Nr. 5,396,350, US-Patent Nr. 5,462,700 und US-Patent Nr. 5,481,385 (oben erwähnt) bekannt. Der am meisten bevorzugte Fotoinitiator ist α,α-Dimethoxy-α-phenylacetophenon (wie etwa Irgacure-651, ein Produkt der Ciba-Geigy Corporation). Der Fotoinitiator ist mit Erfolg bei einer Beschickungsmenge von 2 Teilen Fotoinitiator pro einhundert Teile Monomer- oder Oligomermaterial verwendet worden. Bevorzugt sollte der Fotoinitiator bei einer Beschickungsmenge von 0,5 bis 10 Teilen Fotoinitiator pro einhundert Teile des Monomer- oder Oligomermaterials und besonders bevorzugt bei einer Beschickungsmenge von 1 bis 4 Teilen Fotoinitiator pro einhundert Teile Monomer- oder Oligomermaterial verwendet werden.
Der Inhibitor verhindert die Fotopolymerisation bei geringen Lichtpegeln. Der Inhibitor erhöht den Schwellwertlichtpegel für die Polymerisation des Fotopolymers, so daß zwischen dem vernetzten und dem unvernetzten fotopolymerisierbaren Material anstelle eines Gradienten eine deutliche Grenze vorliegt. Dem Fachmann sind verschiedene Inhibitoren bekannt, wie sie beispielsweise im US-Patent Nr. 5,462,700 und US-Patent Nr. 5,481,385 (oben angeführt) beschrieben sind. Sauerstoff ist ein bevorzugter Inhibitor und ohne weiteres verfügbar, wenn die Fotopolymerisation in Anwesenheit von Luft durchgeführt wird.
8 zeigt eine Struktur für die Herstellung eines Diffusors gemäß der Erfindung. Eine Schicht aus fotopolymerisierbarem Material 10 wird durch ein beliebiges zweckmäßiges Verfahren wie etwa Rakeln, auf einem Substrat abgeschieden, wodurch man eine Schicht mit einer allgemein gleichförmigen Dicke von etwa 0,02 mm bis etwa 2 mm, bevorzugt etwa 0,12 mm bis etwa 0,37 mm und besonders bevorzugt einer Dicke von etwa 0,2 mm bis etwa 0,3 mm erhält. Zufriedenstellende Ergebnisse sind mit einer Schicht mit einer allgemein gleichförmigen Dicke von etwa 0,2 mm bis etwa 0,3 mm erzielt worden. Wahlweise kann unter dem Substrat eine Glasträgerschicht 30 angeordnet werden. Bevorzugt ist die obere Oberfläche der Schicht 10 zu einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre hin offen.
Wie in 9 zu sehen ist, wird kollimiertes oder fast kollimiertes Licht durch die untere Oberfläche des Substrats 20 und die fotopolymerisierbare Schicht gelenkt. Falls eine Glasträgerschicht 30 bereitgestellt worden ist, tritt das Licht zuerst durch das Glas hindurch. Bei dem Licht kann es sich um ein beliebiges sichtbares Licht, Ultraviolettlicht oder andere Wellenlängen (oder Kombinationen von Wellenlängen) handeln, die eine Polymerisation des fotopolymerisierbaren Materials induzieren können, wie der Fachmann leicht erkennt. Viele der gemeinhin verwendeten Fotoinitiatoren, einschließlich Irgacure-651, reagieren jedoch günstig auf Ultraviolettlicht im Wellenlängenbereich zwischen etwa 350 nm und etwa 400 nm, obwohl dieser Bereich unkritisch ist. Bevorzugt liegt die Intensität des Lichts im Bereich von etwa 1 mW/cm² bis etwa 1000 mW/cm², besonders bevorzugt zwischen etwa 5 mW/cm² und etwa 200 mW/cm² und optimal etwa 10 mW/cm² und etwa 30 mW/cm². Zufriedenstellende Ergebnisse wurden mit einer Lichtintensität von etwa 30 mW/cm² erzielt.
Bei dem Durchtritt von Licht durch die fotopolymerisierbare Schicht 10 beginnen sich die Moleküle des fotopolymerisierbaren Materials zu vernetzen (oder zu polymerisieren), beginnend an der unteren Oberfläche der fotopolymerisierbaren Schicht. Bevor die ganze Dicke der fotopolymerisierbaren Schicht eine Gelegenheit zur Vernetzung gehabt hat, wird das Licht ausgeschaltet, wodurch nur die untere fotovernetzte Polymerkomponente 12 der fotopolymerisierbaren Schicht 10 zurückbleibt. Die Lichtdosierung, die erforderlich ist, um das gewünschte Ausmaß an Vernetzung zu erzielen, hängt von dem eingesetzten fotopolymerisierbaren Material ab. Falls beispielsweise die fotopolymerisierbare Mischung aus EBDA und Epoxidharz Dow DER-362 und der Fotoinitiator α,α-Dimethoxy-α-phenylacetophenon verwendet werden und in einer Dicke im Bereich zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,3 mm aufgetragen werden, liegt die von der fotopolymerisierbaren Schicht empfangene Gesamtlichtdosis bevorzugt im Bereich zwischen etwa 5 mJ/cm² und etwa 2000 mJ/cm², besonders bevorzugt zwischen etwa 20 mJ/cm² und etwa 300 mJ/cm² und optimal zwischen etwa 60 mJ/cm² und etwa 120 mJ/cm². Ein zufriedenstellendes Ergebnis wurde durch Verwendung der fotopolymerisierbaren Mischung aus EBDA und Epoxidharz Dow DER-362 erzielt. Es wurde in einer Dicke von etwa 0,2 mm bis 0,3 mm zusammen mit dem Fotoinitiator Irgacure-651 in einer Menge von 2 Teilen Fotoinitiator pro 100 Teile der fotopolymerisierbaren Mischung aufgetragen. Die Lichtquellenintensität betrug etwa 30 mW/cm², und die Dosierung lag zwischen 60 mJ/cm² und 120 mJ/cm².
Zum Entfernen des unpolymerisierten Teils wird dann ein Entwickler auf die fotopolymerisierbare Schicht aufgetragen. Bei dem Entwickler kann es sich um ein beliebiges Material handeln, üblicherweise eine Flüssigkeit, die das unpolymerisierte Material löst oder auf andere Weise entfernt, ohne daß die vernetzte Komponente beeinträchtigt wird. Geeignete Entwickler sind organische Lösungsmittel wie etwa Methanol, Aceton, Methylethylketon (MEK), Ethanol, Isopropylalkohol oder eine Mischung aus derartigen Lösungsmitteln. Alternativ kann man einen wasserbasierten Entwickler verwenden, der ein oder mehrere Tenside enthält, wie der Fachmann ohne weiteres versteht. Wenn der unpolymerisierte Teil entfernt worden ist, bleibt die fotovernetzte Komponente 40 auf dem Substrat.
Wie man in 10 erkennen kann, ist die Oberfläche 42 der fotovernetzten Komponente 40 stark moduliert und weist glatte Höcker auf, wobei sowohl die Höhe als auch die Breite dieser im Bereich zwischen 1 Mikrometer und etwa 20 Mikrometer liegt, obwohl sie größer oder kleiner sein können. Die Seitenverhältnisse, d. h. die Verhältnisse der Höhen zu den Breiten, der Höcker auf der stark modulierten Oberfläche der fotovernetzten Komponente sind allgemein recht hoch. Da das Substrat für das unbewaffnete menschliche Auge optisch durchsichtig oder halbdurchsichtig ist und keine offensichtlichen maskierenden Merkmale aufweist, die den Lichtdurchgang blockieren, würde man keine stark modulierte Oberfläche erwarten. Eine stark modulierte Oberfläche kann man mit Substraten erzielen, die aus einem fotopolymerisierbaren Material hergestellt sind, das nur eine Monomer- oder Oligomerkomponente oder eine Mischung aus derartigen Komponenten enthält. Diese fotovernetzten Materialien weisen Schwankungen hinsichtlich der räumlichen Gleichförmigkeit der Polymerisation auf, und zwar aufgrund zufälliger Fluktuationen bei der räumlichen Intensität des einwirkenden Lichts und statistischer Fluktuationen in der mikroskopischen Struktur des Substrats. Ein Beispiel für letzteren Faktor ist das Material PET, ein halbkristallines Polymermaterial, das zufällige mikroskopische Kristalle mit amorphem Polymer dazwischen enthält. Die zufälligen mikroskopischen Kristalle brechen Licht anders als das sie umgebende amorphe Polymer, falls die Brechungsindizes der beiden Phasen geringfügig verschieden sind. Die polymerisierte Komponente wird intern Schlieren aufweisen, die durch die Dicke der Schicht verlaufen. Die Lichtdosis kann in einer einzigen Belichtung oder in mehreren Belichtungen oder Dosen aufgebracht werden, wobei das fotopolymerisierbare Material zwischen Belichtungen unbelichtet bleibt. Mehrfachbelichtungen, um die gleiche Gesamtdosis zu erzielen, können zu einer Oberfläche führen, die stärker moduliert ist, als sich dies aus einer einzigen Belichtung ergeben würde. Die fotopolymerisierte Komponente kann auf unterschiedliche Weise verwendet werden. Sie kann beispielsweise als ein Lichtdiffusor in einem Projektionsbetrachtungsschirm oder als eine Komponente in einem Flüssigkristalldisplay-(LCD)-Beleuchtungssystem zum Verbergen der strukturellen Merkmale des Systems verwendet werden.
Eine konforme Metallkopieschicht kann durch Elektroformen, stromlose Abscheidung, Dampfabscheidung und andere Techniken auf der stark modulierten Schicht ausgebildet werden, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt. Die Metallschicht wird dann dazu verwendet, geprägte Kopien der Oberflächenstruktur der ursprünglichen fotovernetzten Komponente herzustellen. Die Metallkopieschicht kann dann in einer Vielzahl bekannter Prägeverfahren wie etwa Wärmeprägen in durchsichtige oder durchscheinende thermoplastische Materialien oder Weichprägen oder Gießen (d. h. Fotohärtungsprägen) in ein durchsichtiges oder durchscheinendes fotoreaktives Material oder eine solche Mischung verwendet werden. Eine prägbare Schicht aus einem Material, wie etwa Polycarbonat, Acrylpolymer, Vinylpolymer, sogar fotopolymerisierbarem Material, wird auf ein Substrat gelegt. Die metallische Kopieschicht wird dann auf die prägbare Schicht aufgebracht, wodurch eine entsprechende Oberfläche erzeugt wird. Im Fall des Hartprägens oder bevorzugt thermischen Prägens wird die metallische Kopieschicht unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme oder Druck oder beidem in die Oberfläche der prägbaren Schicht gedrückt. Bei dem Weichprägen oder Gießen wird die metallische Kopieschicht in Kontakt mit einem reaktiven flüssigen fotopolymerisierbaren Material angeordnet und letzteres dann belichtet, um einen festen polymeren Film zu bilden. Das zum Belichten des Fotopolymers in einer Weichprägeanwendung verwendete Licht wird in der Regel nicht kollimiert. Sofern die prägbare Schicht nicht aus fotopolymerisierbaren Material hergestellt worden ist, das mit kollimiertem oder fast kollimiertem Licht belichtet wird, wird die prägbare Schicht deshalb keine Schlieren aufweisen. Durch den Einsatz einer beliebigen der obengenannten Prägetechniken kann eine große Anzahl von Stücken mit der gleichen Oberflächenkontur der stark modulierten Oberfläche der ursprünglichen fotovernetzten Komponente hergestellt werden. Die metallische Kopieschicht wird entfernt und es bleibt die entstehende geprägte Schicht zurück. Die geprägte Schicht kann, mit oder ohne das darunterliegende Substrat, als ein Lichtdiffusor verwendet werden.
Um die Rückstreuung von Licht zu reduzieren, kann die fotovernetzte Komponente mit einer transparenten oder durchscheinenden Füllschicht 442 beschichtet werden, wie in 11 zu sehen ist. Analog könnte die Füllschicht auf eine geprägte Schicht aufgebracht werden. Der Brechungsindex n₂ der Füllschicht kann vom Brechungsindex n₁ der fotovernetzten Komponente verschieden sein. Falls beispielsweise n₁ = 1,55 ist, dann kann n₂ im Bereich zwischen etwa 1,30 und etwa 1,52 oder zwischen etwa 1,58 und etwa 1,80 liegen. Der optimale Brechungsindex ist eine Funktion der gewünschten Verteilung des aus dem Diffusor austretenden Lichts, d. h. bei einem gegebenen Wert für n₁ kann das streuende Lichtmuster, das man erhält, wenn Licht vollständig durch den Diffusor hindurchtritt, durch Ändern von n₂ variiert werden. Je nach der Anwendung kann man natürlich auch n₁ variieren. Zu geeigneten Materialien für die Füllschicht mit einem Brechungsindex, der in der Regel kleiner ist als n₁, zählen Silikon, fluorierte Acrylate oder Methacrylate, Fluorepoxide, Fluorsilikone, Fluorethane und andere Materialien, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt. Für die Füllschicht können auch Materialien wie etwa aromatische Acrylate mit einem Brechungsindex verwendet werden, der in der Regel über n, liegt. Bei einer Abwandlung könnte anstelle eines im wesentlichen homogenen Materials für die Füllschicht eine Schicht verwendet werden, die lichtstreuende Teilchen mit noch einem dritten Brechungsindex n₃ aufweisen. Alternativ könnten in der prägbaren Schicht lichtstreuende Teilchen angeordnet werden. In beiden Fällen könnten die lichtstreuenden Teilchen aus einem lichtdurchlässigen Material wie etwa Glasperlen oder Polymerperlen oder Polymerteilchen hergestellt werden, die beispielsweise aus amorphen, optisch klaren Polymeren hergestellt sind, wie etwa Polystyrol, Acryle, Polycarbonate, Olefine oder anderen Materialien, wie der Fachmann ohne weiteres versteht.
Die verschiedenen Schichten der Lichtdiffusoren mit verschiedenen Brechungsindizes könnten bezüglich der Lichtquelle so angeordnet werden, daß der Diffusionseffekt auf das Licht geändert wird. Beispielsweise könnte Licht durch den Diffusor hindurchtreten, indem es zuerst durch eine Schicht mit einem höheren Brechungsindex und dann durch eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex hindurchtritt oder umgekehrt. Zudem kann außerdem das Reflexionsvermögen der streuenden Strukturen und das Ausmaß des rückgestreuten Lichts geändert werden, indem die Richtung des Lichts, das durch die Struktur hindurchtritt, verändert wird. Bei Diffusoranwendungen, die eine geringe Rückstreuung einfallenden Lichts verlangen (der optische Verlust, der die Effizienz des optischen Systems reduziert), sollte das Licht bevorzugt vor der Schicht mit dem höheren Brechungsindex durch die Schicht mit dem niedrigeren Brechungsindex hindurchtreten.
Der Diffusor kann eine oder mehrere der folgenden Funktionen erfüllen: Verbergen der strukturellen Merkmale der streuenden Elemente auf dem lichtdurchlässigen Mittel 413; Verbessern der Gleichförmigkeit von von dem lichtdurchlässigen Mittel übertragenem Licht; Definieren der Winkelverteilung von Licht übertragen das lichtdurchlässige Mittel, was eine größere Helligkeit oder die gleiche Helligkeit bei reduzierter Leistung erleichtert; und wahlweise Funktionieren als ein transflektiver Diffusor, d. h. eine optische Einrichtung, die sowohl übertragenes als auch durchgelassenes Licht verwendet.
4 und 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Beleuchtungssystem 500 längliche Mikroprismen 501 umfaßt und ein rechteckiges Lichteintrittsende aufweisen und eine Mikrolinse 502 an jedem Mikroprisma. Jedes Mikroprisma 501 weist ein optisch mit einem lichtdurchlässigen Mittel 513 verbundenes Lichteintrittsende 505 und ein Lichtaustrittsende 506 auf. Jedes Prisma weist ein Paar gegenüber positionierter erster Seitenwände 508 und zweiter Seitenwände 507 auf, wobei jede Seitenwand eine Kante 509 am Lichteintrittsende und eine Kante 511 am Lichtaustrittsende aufweist. Die ersten und zweiten Seitenwände sind so positioniert, daß sie durchgelassenes Licht vom Lichteintrittsende 505 zum Lichtaustrittsende 506 reflektieren. Die Seitenwände können wahlweise mit einer Lichtreflexbeschichtung versehen sein, die auf die Seitenwände aufgetragen ist, um Lichtverlust durch die Seitenwände zu reduzieren.
Die Mikroprismen bilden einen Raum 510 zwischen jeweils zwei Mikroprismen des Arrays. Wenn Licht von einem lichtdurchlässigen Mittel 513 durch das Lichteintrittsende 505 in jedes Mikroprisma gelenkt wird, wird das Licht von den Seitenwänden 507 und 508 durch die Mikroprismen und aus jedem Lichtaustrittsende 506 hinaus und danach durch jede Mikrolinse 502 gelenkt.
Enthalten sind außerdem gestapelte Schichten aus verjüngten Mikroprismenarrays. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein erstes längliches Array aus Mikroprismen 530 an einem zweiten länglichen Array aus Mikroprismen 540 angebracht ist, wobei sich die Mikrolinsen am Lichteintrittsende des zweiten Mikroprismenarrays befinden. 7 zeigt eine Perspektivansicht einer Beleuchtungsanordnung, die gestapelte Schichten aus verjüngten Mikroprismenarrays enthält. Ein erstes längliches Array aus Mikroprismen 640 ist an einem zweiten länglichen Array aus Mikroprismen 650 angebracht, wobei sich die Mikrolinsen 502 am Lichtaustrittsende des zweiten Mikroprismenarrays 650 befinden. Diese Anordnung enthält außerdem einen Diffusor 640 mit einer ähnlichen Struktur wie der obige Diffusor 440.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen besonderen Ausführungsformen die Grundlagen der vorliegenden Erfindung lediglich veranschaulichen und daß der Fachmann zahlreiche Modifikationen vornehmen könnte, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Beleuchtungsanordnung, die folgendes umfaßt: (a) ein lichtdurchlässiges Mittel (413); (b) ein Array aus Mikroprismen (404), wobei jedes Mikroprisma folgendes umfaßt: (i) ein Lichteintrittsende (405), das optisch mit dem lichtdurchlässigen Mittel gekoppelt ist; (ii) ein Lichtaustrittsende (406), das von dem Lichteintrittsende beabstandet ist; (iii) ein Paar gegenüber positionierter erster Seitenwände (408), wobei jede erste Seitenwand eine durch das Lichteintrittsende definierte Kante (409) und eine durch das Lichtaustrittsende definierte Kante (411) aufweist; wobei mindestens eine der ersten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt; (iv) ein Paar gegenüber positionierter zweiter Seitenwände (407), wobei jede zweite Seitenwand eine durch das Lichteintrittsende definierte Kante (409) und eine durch das Lichtaustrittsende definierte Kante (411) aufweist; wobei mindestens eine der zweiten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt; und dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mikroprisma weiterhin folgendes umfaßt: (c) eine Mikrolinse (402) an dem Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas, so daß, wenn Licht von dem lichtdurchlässigen Mittel durch das Lichteintrittsende in jedes Mikroprisma eintritt, das Licht von den Seitenwänden durch die Mikroprismen und aus jedem Lichtaustrittsende heraus gelenkt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mikrolinsen konvex sind.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Mikrolinsen eine einzige Krümmungsachse aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Mikrolinsen zwei senkrechte Krümmungsachsen aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mikrolinsen einstückig mit dem Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mikrolinsen direkt am Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas ohne ein dazwischenliegendes Abstandselement angebracht sind.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Mikrolinsen im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie die Mikroprismen aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Mikrolinsen mit Hilfe eines Fluids oder eines Klebers, das oder der den Brechungsindex anpaßt, direkt am Lichtaustrittsende jedes Mikroprismas angebracht sind.
Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem schwarzen Farbstoff zwischen den Seitenwänden benachbarter Mikroprismen.
Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem lichtstreuenden Element, das optisch zwischen das lichtdurchlässige Mittel und das Lichteintrittsende gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei das lichtstreuende Element am Lichteintrittsende angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer lichtreflektierenden Beschichtung an den Seitenwänden.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Lichtaustrittsende einen Flächeninhalt aufweist, der kleiner ist als der des Lichteintrittsendes.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mikroprismen nach innen verjüngte Seitenwände aufweisen und das Lichtaustrittsende einen Flächeninhalt aufweist, der kleiner ist als der des Lichteintrittsendes.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mikroprismen, Mikrolinsen und die lichtdurchlässigen Mittel einen Brechungsindex zwischen etwa 1,40 und etwa 1,65 aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das lichtdurchlässige Mittel ein Wellenleiter ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Mikroprismen und Mikrolinsen aus einem organischen Polymermaterial aufgebaut sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Lichtaustrittsende eine Oberfläche aufweist, die parallel zu einer Oberfläche des Eintrittsendes verläuft.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwände zu der Normalen der Ebene des Lichteintrittsendes einen Neigungswinkel zwischen etwa 2 und etwa 25 Grad bilden.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die zweiten Seitenwände zu der Normalen der Ebene des Lichteintrittsendes einen Neigungswinkel zwischen etwa 5 und etwa 25 Grad bilden.
Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Array zweiter Mikroprismen, das zwischen dem Array von Mikroprismen und den Mikrolinsen angebracht ist, wobei jedes zweite Mikroprisma folgendes umfaßt: (i) ein zweites Lichteintrittsende, das über das Lichtaustrittsende mindestens eines der Mikroprismen optisch mit dem lichtdurchlässigen Mittel gekoppelt ist; (ii) ein zweites Lichtaustrittsende; (iii) ein zweites Paar gegenüber positionierter erster Seitenwände, wobei jede erste Seitenwand eine durch das zweite Lichteintrittsende definierte Kante und eine durch das zweite Lichtaustrittsende definierte Kante aufweist; wobei mindestens eine der ersten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum Lichtaustrittsende bewirkt; (iv) ein zweites Paar gegenüber positionierter zweiter Seitenwände, wobei jede zweite Seitenwand eine durch das zweite Lichteintrittsende definierte Kante und eine durch das zweite Lichtaustrittsende definierte Kante aufweist; wobei mindestens eine der zweiten Seitenwände so positioniert ist, daß sie eine Reflexion von durchgelassenem Licht zum zweiten Lichtaustrittsende und zu den Mikrolinsen bewirkt.
Anordnung nach Anspruch 21, weiterhin mit einem lichtstreuenden Element, das optisch zwischen das lichtdurchlässige Mittel und das Lichteintrittsende gekoppelt ist.
Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, die zusätzlich folgendes enthält: (d) ein lichtstreuendes Element, das optisch zwischen das lichtdurchlässige Mittel und das Lichteintrittsende gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 23, wobei das lichtstreuende Element am Lichteintrittsende angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 23, wobei das lichtstreuende Element ein transparentes oder durchscheinendes Substrat umfaßt und glatte Höcker auf einer Substratoberfläche aufweist, wobei sowohl die Höhe als auch die Breite der Höcker im Bereich zwischen etwa 1 Mikrometer und etwa 20 Mikrometern liegt.
Anordnung nach Anspruch 23, wobei die Höcker auf der Oberfläche des Substrats ein polymerisiertes Material umfassen.
Anordnung nach Anspruch 23, wobei die Höcker neben dem Lichteintrittsende der Mikroprismen angeordnet sind.