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ZUSAMMENFASSUNG:
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Ein hoch farbgesättigter Lichtmodulator weist ein transparentes Substrat, eine Tintenstrahl-Druckbildschicht und eine Schutzschicht auf der bedruckten Fläche auf. Der Grad der Farbsättigung von Bildern auf dem Modulator ist höher als 40%, und die Gesamttransmission zwischen 15% und 95%. Die Beleuchtungsvorrichtung mit dem Lichtmodulator kann dazu ausgelegt werden, die gewünschte Lichtabstrahlungsstärke und -richtung zu erfüllen, indem Mikrostrukturen in das transparente Substrat integriert werden. Der Lichtmodulator gekoppelt mit einer Leuchtdiode kann eine hocheffiziente Beleuchtungsvorrichtung mit künstlerischer Wirkung bereitstellen.
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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 100220397 , eingereicht am 28. Oktober 2011, deren gesamte Offenbarung hiermit in den vorliegenden Gegenstand miteinbezogen wird.
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HINTERGRUND
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Traditionelle Glühlampen weisen Probleme wie eine hohe Leistungsaufnahme und eine geringe Lebensdauer auf. Die Erfindung der Leuchtdiode (LED) löst die Probleme der Leistungsaufnahme und der Lebensdauer. Es wird damit gerechnet, dass sie zur hauptsächlichen Lichtquelle der Zukunft wird. LED-Beleuchtung wurde in jüngerer Zeit kommerzialisiert und strebt aggressiv nach Marktanteilen.
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LED ist eine direktionale Lichtquelle mit hoher Helligkeit. Daher werden Streukörper benötigt, um das Licht als eine gleichmäßige Lichtausgabe zu verteilen und eine ausreichende Gesamthelligkeit in einem Raum ohne Lichtpunkte bereitzustellen. Dies verhindert auch unangenehme Gefühle beim Blicken auf die Beleuchtungsvorrichtung. Streukörper sind traditionell aus Polymerkunststoff mit Partikeln von unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt, um durch Lichtstreuung die Streuwirkung zu erzielen. Um zugleich eine hohe Helligkeit als auch eine gleichmäßige Beleuchtung zu erzielen, werden normalerweise Streukörper mit optischen Oberflächenmustern benutzt. Auch gestaltet die Integration eines Streukörpers mit Oberflächenmuster in einen Lichtleiter die Auslegung von Beleuchtungsvorrichtungen flexibler denn je.
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Neben der Gleichmäßigkeitsauslegung von LEDs besteht auch ein Bedarf an künstlerischer Präsentation. Diese Erfindung stellt Auslegungen von Beleuchtungsvorrichtungen bereit, die sowohl den Bedarf nach optischer Leistung als auch den nach Ästhetik erfüllen. Dieses Konzept wurde noch nicht im Stand der Technik offenbart oder vorweggenommen. Hochleistungsfähige digitale Drucktechnik ermöglicht es, Kunstwerke mit hoher Farbsättigung in hoher Qualität zu duplizieren, wobei die Farbpartikel in den Bildern als Farbfilter und Streukörper wirken. Farbstoffe tragen dazu bei, gerichtetes Licht von der LED zu randomisieren, und weisen eine hohe Farbsättigung auf. Das digitale Drucken auf einer Lichtleiterplatte, die wahlweise in Mikrostrukturen an der Oberfläche eingebaut ist, erlaubt die Erzeugung eines künstlerischen Lichtmodulators von hoher Helligkeit und hoher Farbsättigung. Dieses Konzept wurde noch nicht im Stand der Technik offenbart oder vorweggenommen.
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KURZDARSTELLUNG
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Diese Erfindung integriert ein digitales bedrucktes transparentes Substrat mit Oberflächenmikrostrukturen, um einen künstlerischen Lichtmodulator von hoher Helligkeit und hoher Farbsättigung zu erzielen, der in einer LED-Beleuchtungsauslegung benutzt werden kann, um eine dekorative Beleuchtungswirkung bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun auf die folgende detaillierte Beschreibung verwiesen, deren Lektüre unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erfolgen sollte; es zeigen:
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1 ein Aufbaudiagramm eines hoch farbgesättigten Lichtmodulators.
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2 ein Aufbaudiagramm eines hoch farbgesättigten Lichtmodulators mit Prismamustern auf der Oberfläche.
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3 ein Aufbaudiagramm eines hoch farbgesättigten Lichtmodulators mit halbkugelförmigen Linsenmustern auf der Oberfläche.
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4 ein weiteres Aufbaudiagramm eines hoch farbgesättigten Lichtmodulators mit Prismamustern im Inneren.
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5 ein Aufbaudiagramm einer Beleuchtungsvorrichtung, die einen hoch farbgesättigten Lichtmodulator und eine LED des Edge-Typs verwendet.
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6 ein Aufbaudiagramm einer Beleuchtungsvorrichtung, die einen hoch farbgesättigten Lichtmodulator, eine Lichtleiterplatte und eine LED des Edge-Typs verwendet.
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7 ein weiteres Aufbaudiagramm einer Beleuchtungsvorrichtung, die einen hoch farbgesättigten Lichtmodulator, eine Lichtleiterplatte und eine LED des Edge-Typs verwendet.
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8 ein Aufbaudiagramm einer Beleuchtungsvorrichtung, die einen hoch farbgesättigten Lichtmodulator und eine LED des Direct-Typs verwendet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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LEDs sind Punktlichtquellen, die zu einem Lichtgradienten und Ungleichmäßigkeit zwischen LEDs führen. Daher wird ein Streukörper zum Eliminieren Lichtpunkte von LED-Positionen benötigt, der Licht verteilt, damit es den gesamten Raum abdeckt. Der Streukörper ist traditionell aus einem Polymer mit Partikeln mit unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt. Es kommt zu Lichtbrechung, Streuung und Reflexion, wenn Licht durch den Streukörper tritt. Auch Folie mit rauer Oberfläche wird zum Streuen von Licht benutzt, ist jedoch teurer in der Herstellung. Daher ist es nach wie vor am üblichsten, ein Polymer mit Partikelzusätzen zu benutzen.
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Der Zweck der Streukörperplatte ist der, gerichtetes Licht von Punkt- oder Linienlichtquellen zu randomisieren, indem es durch ein Verbundmaterial tritt, so dass ein homogenes ebenes Licht erzeugt wird. Der standardmäßige Beleuchtungsstärketest wird in einem Abstand von mehr als 2,5 Metern durchgeführt. Dies bedeutet, dass eine Beleuchtungsvorrichtung von 30 Watt mit Streukörper über einem kritischen Transmissionspegel eine 1,5%ige Lichtquelle benötigt, um den Verlust von 1% zu kompensieren, der bei der Streukörpertransmission entsteht. Mit anderen Worten, es werden 4,5 Watt benötigt, um den Transmissionsverlust von 3% am Streukörper zu kompensieren. Die Zusatzkosten für die Energie sind höher als die zusätzlichen Kosten eines Streukörpers mit hoher Transmissionsleistung. Die Wichtigkeit des Streukörpers wird immer mehr verstanden und rückt in den Mittelpunkt von Verbesserungen. Während LEDs immer größere Marktanteile in der Beleuchtungsbranche erobern, wird die Integration von Streukörpern in die LED-Auslegung zu einer Notwendigkeit, um einen komfortablen Lebensraum zu schaffen.
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Streukörper aus Partikelzusätzen weisen schlechte Lichtstreuungseigenschaften auf und sind normalerweise trübe, durchscheinend und weisen eine geringe Transmissionsleistung auf. Die resultierenden LED-Vorrichtungen weisen eine geringe Helligkeit auf und verlieren den Wert der Energieeinsparung. Bei der vorliegenden Erfindung wird Digitaldruck benutzt, um hoch farbgesättigte Bilder auf einer transparenten Basisplatte zu erzeugen. Hoch gesättigte Farbstoffe in der Tinte erzeugen eine Lichtstreuungswirkung, um das Licht zu streuen. Die Integration von Mikrostrukturen auf der Basisplatte erlaubt es der Basisplatte, das gestreute Licht zu regeln und das abgestrahlte Licht gleichmäßig zu verstärken. Der resultierende Lichtmodulator zeigt homogenes Oberflächenlicht mit hoch farbgesättigten dekorativen Drucken.
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Die am häufigsten benutzten Mikrostrukturen sind Prismen, Mikrolinsen und deren Abwandlungen. Prismastrukturen können zufällig gestreutes Licht in der Abstrahlungsrichtung regeln und die Helligkeit erhöhen. Mikrolinsen weisen eine sehr effiziente Streuwirkung mit einer gewissen Lichtverstärkungswirkung auf. Eine geeignete Auslegung von Mikrostrukturen ermöglicht eine gute Lichtstreuungsleistung und eine hohe Transmissionsleistung.
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Siebdruck weist eine geringe Auflösung und Farbsättigung auf, was zu einer schlechten Bildqualität führt. Tintenstrahldruck dagegen kann bei hoher Geschwindigkeit und mit hoher Bildauflösung und Farbsättigung durchgeführt werden. Insbesondere beim digitalen Tintenstrahldruck werden keine Druckplatten benötigt, und er erlaubt eine unbegrenzte Anzahl von wechselnden Inhalten und einen direkten Ausdruck. Die Flexibilität ermöglicht eine Produktion in kleinen Mengen und Einsparungen an Material und Arbeitsaufwand durch den wegfallenden Plattenherstellungsprozess. Außerdem ist der Tintenstrahldruck ein kontaktfreier Prozess; daher kann er zum Bedrucken rauer Oberflächen benutzt werden. Die direkten oder sauren Farbstoffe aus der wässrigen Tinte weisen eine geringe Entflammbarkeit und Feuerfestigkeit auf und sind umweltfreundlich, trocknen jedoch schlecht. Daher kann eine besondere Behandlung des transparenten Substrats notwendig sein, um Benetzungseigenschaften zu verbessern. Es ist wichtig, die Tinteneigenschaften und die Eigenschaften der Substratoberfläche aufeinander abzustimmen, um Bilder mit hoher Auflösung und eine gute Anhaftung der Tinte an der Basisplatte zu erreichen.
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Wie in 1 gezeigt, wird ein transparentes Substrat 1 zum Digitaldruck mit hoher Auflösung benutzt. Für ein Glassubstrat wird eine Oberflächenmodifikationsschicht 2 benötigt, nicht jedoch für Substrate mit guter Anhaftung der Tinte an der Druckbildschicht 3. Eine Tintenschutzschicht 4 deckt die Druckbildschicht 3 zur längeren Haltbarkeit ab, indem sie Schäden durch Kratzer und Feuchtigkeitsaufnahme der wässrigen Tinte verhindert. Dieser Aufbau stellt einen hoch farbgesättigten Lichtmodulator bereit, der im Folgenden als bedruckter Lichtmodulator bezeichnet wird.
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Um künstlerische Bilder von hoher Qualität zu erzielen, muss die Farbsättigung auf Basis des CIE-Farbraums höher als 40% sein. Unter einer starken Edge- oder Direct-LED-Lichtquelle führt eine geringe Farbsättigung zu einem schlechten Kontrastverhältnis der Bilder. Eine höhere Farbsättigung als 80% und eine Bildabdeckung von mehr als 80% führen zu einer schlechten Lichttransmission, während bei weniger als 20% die Beleuchtungseffizienz stark abnimmt. Der beste bedruckte Lichtmodulator wird daher erzielt, wenn die Farbsättigung des Bildes auf mehr als 40% und die Lichttransmission insgesamt auf zwischen 20% und 95% geregelt wird. Die Integration von Mikrostrukturen in den bedruckten Modulator kann zugleich eine hohe Farbsättigung, ein hohes Kontrastverhältnis und eine hohe Transmission erreichen.
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Die Farbsättigung der Bilder lässt sich durch die Auswahl verschiedener Farbstoffe und Druckdicken regeln. Dickere Drucke führen zu einer höheren Farbsättigung. Die Gesamttransmission wird durch das Verhältnis der direkt erkannten Beleuchtungsstärke von der Beleuchtungsvorrichtung mit oder ohne den bedruckten Lichtmodulator bestimmt.
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Wie in 2 gezeigt, sind an der nicht bedruckten Oberfläche des Lichtmodulators Prismastrukturen 5 vorgesehen. Dies kann erreicht werden, indem Prismastrukturen 5 vor dem Drucken an dem transparenten Substrat ausgebildet werden oder indem vor oder nach dem Drucken eine zusätzliche Prismafolie auf der anderen Seite angebracht wird. Die Prismastrukturen 5 tragen dazu bei, das Licht in der Abstrahlungsrichtung zu regeln und die Gesamttransmission zu verbessern. Das mikrostrukturierte transparente Substrat kann aus den EML-Produkten der Entire Company ausgewählt werden.
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Ein Teil des Lichts verwandelt sich während des Lichtbrechungs- und Reflexionsprozesses in Wärme, was zu einer Temperaturerhöhung führt und die Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung senkt. Die Prismastruktur 5 trägt dazu bei, das Licht in die gewünschte Richtung zu lenken, und eliminiert eine übermäßige Reflexion und verstärkt die Gesamttransmission. Die meisten handelsüblichen Prismafolien werden hergestellt, indem harzüberzogene Kunststofffolie unter einer mikrostrukturierten Walze UV-gehärtet wird. Nach dem Entfernen der Walze sind die Prismastrukturen an der Kunststofffolie ausgebildet und können für Lichtregelungsanwendungen benutzt werden. Das Licht tritt durch den Streukörper und bietet gleichmäßiges ebenes Licht, das von den Prismastrukturen derart geregelt wird, dass die Lichtrichtung geändert und die Abstrahlungsstärke erhöht wird.
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Wie in 3 gezeigt, werden in der Lichtmodulatorstruktur Halbkugelstrukturen 6 ausgebildet, um die Lichtrichtungen weiter zu streuen und zu regeln. Wiederum können die Halbkugelstrukturen 6 am transparenten Substrat ausgebildet oder von außen mit einer Mikrolinsenfolie angebracht werden, gefolgt vom Bedrucken.
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Die Oberflächenmodifikationsschicht 2, die hoch farbgesättigte Druckbildschicht 3 und die Tintenschutzschicht 4 können sich auch auf der gleichen Seite wie die Mikrostrukturen befinden, wie in 4 gezeigt ist. Der resultierende visuelle Effekt unterscheidet sich geringfügig von den Strukturen aus 2 und 3. Die bevorzugte Wahl ergibt sich aus dem Bildinhalt und ästhetischen Vorlieben.
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Das erfindungsgemäße Lichtsystem ist häufig mit einer Lichtleiterplatte (LLP) und einer LED-Lichtquelle ausgelegt. Der Zweck des Lichtleiters ist der, Licht durch Gesamtreflexion von der LED-Lichtquelle an verschiedene Positionen der LLP zu leiten. Die gedruckten Muster auf der LLP zerstören die Gesamtreflexion und lenken Licht auf die Oberfläche der LLP. Die Dichte der Oberflächenmuster der LLP entscheidet über die Lichtverteilung, und je höher der Brechungsindex der LLP ist, desto besser sind die Lichtleiteigenschaften. Ein Teil des Lichts kann nicht auf die Oberfläche der LLP gelenkt werden und wird von einem Reflektor auf die Oberfläche reflektiert. Die LLP wird hauptsächlich aus Poly(methylmethacrylat) (PMMA) hergestellt, aber auch andere Materialien wie Cycloolefinpolymer (COP) und Polycarbonat (PC) können benutzt werden.
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Das transparente Substrat 1 der vorliegenden Erfindung wird normalerweise unter Glas oder transparenten Kunststoffen ausgewählt. Daher kann die LLP als Drucksubstrat benutzt werden und zugleich als Lichtleiter dienen. Wie in 5 gezeigt, wird eine Edge-Lichtquelle 7 durch das transparente Substrat 1 des bedruckten Lichtmodulators geführt und strahlt Licht von der nicht bedruckten Fläche ab. Durch Verzicht auf die LLP wird die Gesamtdicke reduziert, so dass eine schlanke künstlerische Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt wird. Wahlweise kann der Reflektor hinter der Schutzschicht 4 des bedruckten Lichtmodulators angeordnet sein, um die Helligkeit und den Kontrast des gedruckten Bildes zu erhöhen.
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Wie in 6 und 7 gezeigt, weist ein künstlerisches Beleuchtungssystem einen bedruckten Lichtmodulator und LED-Lichtquellen 7 auf, die an den Seiten einer Lichtleiterplatte 8 angeordnet sind Eine Lichtleiterplatte mit Oberflächenmuster kann als ein mikrostrukturiertes transparentes Substrat 1 benutzt werden. Sie kann aber auch aus Glas oder als Kunststoffplatte hergestellt und von außen mit einer Helligkeitsverstärkungsfolie (HVF) versehen werden, an deren Oberfläche eine Prismastruktur 5 ausgebildet ist. Auch in 6 und 7 wird eine zusätzliche LLP benötigt, und im Vergleich zu 5 sind diese Strukturen für die Feinabstimmung der optischen Leistung flexibler. Der einzige Unterschied zwischen 6 und 7 ist der, dass anstelle einer bedruckten Fläche eine nicht gemusterte Fläche bedruckt wird. Die Lichtleiterplatte 8 kann in dieser Auslegung aus einer regulären Lichtleiterplatte, einem Lichtleiter mit Helligkeitsverstärkungsfolie oder einer mikrostrukturierten Lichtleiterplatte ausgewählt werden. Wahlweise kann ein Reflektor hinter der Lichtleiterplatte 8 des bedruckten Lichtmodulators angeordnet sein, um die Helligkeit und den Kontrast des gedruckten Bildes zu erhöhen.
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LEDs, die an einem Lichtquellenträger 9 befestigt sind, bilden eine Lichtquelle des Direct-Typs. Wie in 8 gezeigt, weist die Beleuchtungsvorrichtung einen bedruckten Lichtmodulator, eine LED-Lichtquelle des Direct-Typs oder eine ebene organische Leuchtdiode (OLED) auf. Als Lichtquelle kann die OLED-Beleuchtungsplatte der Lumiotec Company benutzt werden. Der Lichtquellenträger 9 kann eine metallisierte Folie sein, die als Elektrode für die Verdrahtung der LED oder OLED benutzt wird. Metallisierte Folie wird normalerweise durch Aufdampfen von Indiumzinnoxid (ITO) auf eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt.
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Mit ITO metallisierte Folie kann auch als Drucksubstrat 1 benutzt werden, um ein flexibles Beleuchtungssystem bereitzustellen. Das Drucken erfolgt auf der nicht metallisierten Seite.
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Obwohl die Prismastruktur in 4 und 8 dazu dient, die Strukturen des Lichtmodulators zu veranschaulichen, kann es sich bei den Oberflächenmustern für die Lichtregelung auch um Mikrolinsen, Pyramiden, Linsen usw. handeln, je nach der gewünschten optischen Leistung.
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BEISPIELE
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Anhand von zwei Beispielen sollen im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung wird durch die angegebenen Beispiele jedoch in keiner Weise eingeschränkt.
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ERSTES BEISPIEL
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Wie in 6 gezeigt, wurde 120 cm mal 80 cm großes Kalknatronglas als Substrat 1 mit einer Oberflächenmodifikationsschicht 2 beschichtet, um die Absorptionsgeschwindigkeit und die Anhaftung der Tinte am Glas zu verbessern. Es folgte ein digitaler Tintenstrahldruck mit einem EPSON-Industriedrucker, wodurch eine hoch auflösende Bildschicht 3 mit einer transparenten Schutzschicht 4 bedeckt wurde, bei der es sich um eine harte Harzbeschichtung auf Acryl- oder Epoxyharzbasis handelt. Der resultierende bedruckte Lichtmodulator weist eine Abdeckung des Bildbereichs von 50% mit einer Farbsättigung von 55% auf.
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An der nicht bedruckten Seite des Glases wurde eine 3M-Vikuiti-Folie mit Prismastruktur 5 angebracht, um einen hoch farbgesättigten Lichtmodulator auszubilden, der als eine künstlerische Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet wurde, indem eine mikrostrukturierte Lichtleiterplatte 8 Entire EPG und zwanzig LEDs 7 mit 36 Watt von der Opto Tech Corporation integriert wurden.
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Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Beleuchtungsvorrichtung zeigt eine homogene Helligkeit und eine Bild von hoher Farbsättigung mit einer Gesamttransmission von 25%.
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Zweites Beispiel
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Wie in 5 gezeigt, wurde als Substrat 1 eine mikrostrukturierte EML-Lichtleiterplatte mit Prismastruktur 5 von der Entire Company benutzt. Auf der mikrostrukturierten Seite der LLP wurde in dem für das erste Beispiel beschriebenen Verfahren ein Digitaldruck ausgeführt, um die gewünschten Druckbilder 3 bereitzustellen, woraufhin die Schutzschicht 4 hergestellt wurde. Es wurde keine externe LLP hinzugefügt. Am resultierenden dünnen bedruckten Lichtmodulator wurden zwanzig LEDs mit 36 Watt von der Opto Tech Corporation angebracht. Die resultierende dünne Beleuchtungsvorrichtung zeigt eine hohe Gleichmäßigkeit in der Helligkeit und Farbsättigung mit einer Gesamttransmission von 87%.
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Die Gleichmäßigkeit der Helligkeit ist in beiden Beispielen sehr gut, doch liefert das zweite Beispiel eine bessere Gesamttransmission als das erste Beispiel.
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Darüber hinaus werden Fachleute verstehen, dass zahlreiche Modifikationen, Ersetzungen und Variationen am hoch farbgesättigten Beleuchtungsmodulator dieser Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Geist und Umfang abzuweichen. Angesichts dessen wird der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die einzelnen dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, da diese nur beispielhafter Natur sind, sondern entspricht ausschließlich demjenigen der beiliegenden Ansprüche und ihrer funktionsbezogenen Äquivalente.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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