-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Lichtleiter, die sich zur Verwendung
in beleuchteten Anzeigen eignen.
-
Allgemeiner Stand der Technik
-
Es
ist bereits bekannt, Lichtleiter zur Beleuchtung von Paneelen für allgemeine
Beleuchtungszwecke und für
Anzeigeanwendungen zu verwenden (zum Beispiel zum Beleuchten von
Schildern und Werbeflächen
und auch zum Beleuchten von Flüssigkristallanzeigen).
In einer Form, die oft als ein Lichtkasten bezeichnet wird, weist
der Lichtleiter eine hohle kastenförmige Struktur auf, die einen
optischen Hohlraum definiert, und in einer weiteren Form weist er
eine massive Lichtleitplatte auf. In beiden Formen kann eine Hauptfläche des
Leiters durch Licht beleuchtet werden, das zum Beispiel von mindestens einer
länglichen
Lichtquelle, die neben einem Rand des Lichtleiters angeordnet ist,
in einer Richtung, die allgemein parallel zu dieser Hauptfläche verläuft, in den
Leiter hinein gerichtet wird.
-
Lichtleiter
in Form hohler Lichtkästen
sind zum Beispiel in
EP-A-0
490 279 ,
0 377 309 und
0 293 182 und in
GB-A-2 310 525 beschrieben.
In jedem dieser Lichtkästen
wird ein prismatischer optischer Film verwendet, der dazu dient,
eine gleichmäßigere Verteilung
von Licht über
die beleuchtete Fläche
zu erreichen. Des Weiteren beschreibt eine Anmeldungsbekanntmachung
mit dem Titel "Dünner Lichtkasten", im März 1990
von der Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul,
Minnesota, USA, herausgegeben, den Aufbau und die Herstellung von
Lichtkästen,
in denen ein optischer Beleuchtungsfilm "Scotch
TM Optical
Lighting Film" in
Kombination mit einer Formfolie aus Lichtabzugsfilm "V-5115 Scotch
TM Light Extractor Film" verwendet wird, zur Verwendung bei
der Beleuchtung von Grafikanzeigen.
WO
97/01774 beschreibt einen Lichtkasten mit gegenüberliegenden
Reflexionsflächen,
die aus einem optischen Mehrschichtfilm bestehen, wobei eine der
Flächen
Bereiche aufweist, durch die Licht den Lichtkasten verlassen kann.
Diese Bereiche können
aus einem mehrschichtigen reflektierenden Polarisationsfilm gebildet
werden, wobei in diesem Fall die gegenüberliegende Fläche des
Lichtkastens vorzugsweise eine Beschichtung aufweist, um die Polarisation
von Licht zu randomisieren, das von diesen Flächen zurück in den Lichtkasten reflektiert
wird.
-
Im
Fall von Lichtleitern in Form massiver Lichtleitplatten ist es bestens
bekannt, Lichtabzugselemente eines beliebigen Typs auf der rückseitigen Hauptfläche der
Platte auszubilden, was dazu dient, eine gleichmäßigere Verteilung von Licht über die Vorderfläche (d.
h. die Fläche,
die beleuchtet wird) zu erreichen. In einigen Fällen werden gedruckte Lichtabzugselemente
verwendet und werden direkt auf die Rückfläche der Lichtleitplatte aufgebracht.
Anordnungen dieses Typs sind zum Beispiel in den
US-Patenten Nr. 5,736,686 ;
5,649,754 ;
5,600,462 ;
5,377,084 ;
5,363,294 ;
5,289,351 ;
5,262,928 ;
5,667,289 und
3,241,256 beschrieben.
-
US-A-5 618 096 beschreibt
Lichtaussendepaneele verschiedener Typen und erwähnt die Möglichkeit des Anordnens von
Lichtabzugsverformungen auf einer oder auf beiden Seiten eines Paneels zum
Steuern der Lichtmenge, die von jedem Bereich des Paneels abgestrahlt
wird. Es wird auch erwähnt, dass
die Verformungen auf eine Folie oder einen Film gedruckt werden
können,
die bzw. der dafür
verwendet wird, die Verformungen auf das Paneelelement aufzubringen.
WO 92/05535 beschreibt
ein beleuchtetes Anzeigesystem mit einem transparenten Paneel, das
eine Punktmatrix, die auf beiden Seiten aufgebracht ist, und eine lichtundurchlässige Trägerfolie,
die auf der Rückseite
angebracht ist, aufweist. Ein zu beleuchtendes Bild ist auf eine
weitere Folie gedruckt, die an der Vorderseite des Paneels angeordnet
ist.
-
Wie
schon in früheren
Offenbarungen erkannt, gehören
zu den Problemen, die beim Bau eines Lichtleiters für Beleuchtungszwecke
zu lösen sind,
das Erreichen eines gleichmäßigen Helligkeitspegels über das
beleuchtete Paneel hinweg sowie das Minimieren der Energie, die
benötigt
wird, um einen Beleuchtungspegel zu erzeugen, der unter den gegebenen
Umständen
ausreichend ist. Was das erste dieser Probleme anbelangt, ist es
oft der Fall, dass das Paneel in dem Bereich heller beleuchtet ist, welcher
der Lichtquelle am nächsten
liegt, wodurch das Gesamterscheinungsbild und die Effektivität der Beleuchtung
beeinträchtigt
werden. Was das zweite dieser Probleme anbelangt, liegt es aus Umwelt-
und Kostensicht klar auf der Hand, dass die Energie, die für Beleuchtungszwecke
aufgewendet wird, so gering wie möglich sein sollte. Wenn des
Weiteren die Energie von einer Batterie kommt (wie es der Fall sein
kann, wenn LCD- und Computeranzeigen beleuchtet werden), so ist
es auch allgemein wünschenswert,
dass der Energieverbrauch minimiert wird, damit die Batterie so
klein und leicht wie möglich
gehalten werden kann.
-
Zusätzlich zu
diesen Überlegungen
wäre es vorteilhaft,
wenn man in der Lage wäre,
auf vergleichsweise einfache und kosteneffektive Weise Lichtleiter
mit über
einen weiten Bereich variierenden Abmessungen herzustellen, die
sich zur Verwendung in einer Vielzahl verschiedener Situationen
eignen, aber trotzdem mit einem hohen Effizienzgrad arbeiten.
-
Kurzdarstellung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt einen Lichtleiter gemäß Definition
in Anspruch 1 bereit. Der Lichtleiter weist ein Gehäuse, das
einen optischen Lichtleithohlraum mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche definiert,
sowie mindestens eine Lichtquelle auf, die dafür konfiguriert ist, Licht von
einem Ende aus in den Hohlraum zu richten, um es zwischen den Hauptflächen zu
leiten, wobei die erste Hauptfläche
ein Fenster aufweist, durch das Licht aus dem optischen Hohlraum
abgestrahlt werden kann, und die zweite Hauptfläche ein Bahnmaterial mit einer
spiegelreflektierenden Fläche
aufweist, die in den Hohlraum hineinweist und diffus reflektierende Lichtabzugselemente
aufweist, die in einer zuvor festgelegten Konfiguration daran angebracht
sind, um zu bewirken, dass Licht aus dem optischen Hohlraum durch
das Fenster hindurch abgestrahlt wird.
-
Der
Begriff "Lichtabzugselement" bezeichnet in diesem
Zusammenhang eine Struktur, die in der Lage ist, Licht in einem
solchen Winkel zu reflektieren, dass es aus dem optischen Hohlraum
durch das Fenster hindurch abgestrahlt wird. In einer bevorzugten
Form sind die Lichtabzugselemente gedruckte Elemente, die in einem
diffus reflektierenden Material ausgebildet sind. Im Sinne des vorliegenden
Textes enthält
der Begriff "gedruckt" den Fall, bei dem
das diffus reflektierende Material durch einen herkömmlichen
Druckprozess abgeschieden wird, während dem es zu einem zeitweiligen
Kontakt zwischen einer Druckfläche
(wobei die Form mindestens eines Lichtabzugselements zuvor festgelegt
ist) und der Fläche, auf
der die Lichtabzugselemente auszubilden sind, kommt. Er enthält auch
den Fall, bei dem das diffus reflektierende Material abgeschieden
wird, indem es an zuvor festgelegten Stellen auf die Fläche projiziert wird,
auf der die Lichtabzugselemente auszubilden sind.
-
Lichtleiter
gemäß der Erfindung
können
in verschiedenen Größen unter
Verwendung vergleichsweise kostengünstigerer Materialien und in
einer Weise hergestellt werden, die sich für die Massenfertigung eignet,
und können
die effektive, gleichmäßige und
effiziente Beleuchtung von Anzeigepaneelen unter Verwendung verfügbarer Lichtquellen ermöglichen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es
werden Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben,
in denen Folgendes dargestellt ist:
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Lichtleiters gemäß der Erfindung.
-
2 ist
eine schaubildhafte perspektivische Ansicht eines Lichtleiters ähnlich der,
die in 1 gezeigt ist, wobei der Lichtleiter teilweise
auseinandergezogen gezeigt ist.
-
3 ist
eine schaubildhafte Querschnittsansicht des Lichtleiters in auseinandergezoger
Form auf der Linie III-III von 2.
-
4 veranschaulicht
die Rückseite
eines Lichtleiters des Typs, der in den 1 bis 3 gezeigt
ist.
-
5 ist
eine Kurvendarstellung, die ein Charakteristikum der Rückseite
eines Lichtleiters des Typs zeigt, der in den 1 bis 3 gezeigt
ist.
-
6 und 7 sind
Ansichten ähnlich
den 3 und 4 eines weiteren Lichtleiters
und der Rückseite
dieses Lichtleiters.
-
8 ist
eine Kurvendarstellung ähnlich 5 für die in 7 gezeigte
Rückseite.
-
9 veranschaulicht
eine Modifikation des Lichtleiters der 2 und 3.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Der
in 1 gezeigte Lichtleiter 1 weist ein kastenartiges
Gehäuse 3 auf,
das einen optischen Hohlraum definiert. Das Gehäuse 3 hat einander
gegenüberliegende
Hauptflächen 5, 6 und
einander gegenüberliegende
schmale Seiten 7, 8 und 9, 10.
Eine längliche
Lichtquelle 11 ist neben einer der schmalen Seiten 7 angeordnet,
um Licht in einer Richtung allgemein parallel zu den Ebenen der
Hauptflächen 5, 6 in
den optischen Hohlraum zu richten. Eine der Hauptflächen (die
Fläche 5)
bildet ein Fenster, durch das Licht aus dem optischen Hohlraum heraus
abgestrahlt und für
Beleuchtungszwecke verwendet werden kann.
-
Der
optische Hohlraum
13 im Inneren des Gehäuses
3 ist in der
schaubildhaften Illustration von
3 zu sehen.
Die schmale Seite
7 des Gehäuses neben der Lichtquelle
11 weist
ein optisches Bahnmaterial
15 auf, das ein Fenster bildet,
durch das Licht von der Quelle
11 in den Lichtleiter
1 eintreten kann.
Vorzugsweise hat das Bahnmaterial
15 eine strukturierte
Oberfläche
auf der Seite, die von der Lichtquelle entfernt liegt, um das Licht
von der Quelle
11 umzulenken und zu gewährleisten, dass das Licht, das
durch dieses Fenster strahlt, in den optischen Hohlraum
13 vorzugsweise
in einer Richtung eintritt, die allgemein parallel zu den Ebenen
der Flächen
5,
6 verläuft. Das
optische Bahnmaterial
15 kann zum Beispiel eine strukturierte
Oberfläche
haben, die eine Reihe von Erhöhungen
und Vertiefungen aufweist, die durch mehrere parallele Dreiecksprismen
gebildet werden. Eine ähnliche
Verwendung von Bahnmaterial dieses Typs ist in
EP-A-0 293 182 beschrieben. In
dem Lichtleiter
1 ist das Material
15 vorzugsweise so
ausgerichtet, dass sich die Prismen parallel zu der länglichen
Lichtquelle erstrecken. Geeignetes Bahnmaterial ist unter der Handelsbezeichnung "Scotch
TM Optical
Lighting Film" von
der Minnesota Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA,
erhältlich.
-
Die
schmale Seite
8 des Lichtleiters
1 gegenüber dem
Fenster
15 hat eine Reflexionsfläche
17 auf der Seite,
die in den optischen Hohlraum
13 hineinweist. Diese Reflexionsfläche, die
vorzugsweise eine hocheffiziente spiegelreflektierende Fläche ist,
kann durch jedes beliebige geeignete Material gebildet werden, wird
aber vorzugsweise durch einen mehrschichtigen optischen Film des
Typs gebildet, der im
US-Patent
Nr. 5 882 774 und in
WO
97/01774 beschrieben ist. Ein geeignetes alternatives Material
ist ein Silberreflexionsfilm, zum Beispiel der Film, der unter der
Handelsbezeichnung "Silverlux" von der Minnesota
Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich ist.
-
Die
anderen beiden einander gegenüberliegenden
schmalen Seiten 9, 10 des Lichtleiters haben auch
Reflexionsflächen 18,
die in den Hohlraum hineinweisen. In diesem Fall werden die Reflexionsflächen vorzugsweise
durch ein Filmmaterial gebildet, das unter der Handelsbezeichnung "Light Enhancement
Film" von der Minnesota
Mining and Manufacturing Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich ist.
Es kann aber auch jedes andere geeignete Reflexionsmaterial verwendet
werden. Es ist allgemein festgestellt worden, dass ein diffus reflektierendes
Material bevorzugt ist, wenn das Länge-zu-Breite-Verhältnis dieser
schmalen Seiten kleiner als 10 ist, und dass ein spiegelreflektierendes
Material bevorzugt ist, wenn dieses Verhältnis größer als 10 ist. Es versteht
sich, dass dieses Verhältnis
dem Länge-zu-Dicke-Verhältnis des
Lichtleiters 1 entspricht (auch als sein "Seitenverhältnis" bekannt).
-
Die
Vorderfläche
oder das Fenster
5 des Lichtleiters weist ein optisches
Bahnmaterial
19 auf, das vorzugsweise das Licht von der
Quelle
11 entlang des optischen Hohlraums
13 zwischen
den Flächen
5,
6 leitet
und Licht nur dann aus dem optischen Hohlraum austreten lässt, wenn
es in bestimmten Winkeln auf das Material
19 trifft. Genauer
gesagt, hat das Bahnmaterial
19 eine glatte Fläche, die
in den optischen Hohlraum hineinweist, und auf der Seite, die von
dem optischen Hohlraum fort weist, eine strukturierte Fläche, die
eine Reihe von Erhöhungen und
Vertiefungen aufweist, die durch mehrere parallele Dreiecksprismen
gebildet werden, wodurch Licht, das auf das Material
19 auftrifft,
während
es entlang des optischen Hohlraums
13 strahlt, einer inneren
Totalreflexion unterliegt, sofern es innerhalb eines zuvor festgelegten
Winkelbereichs auf das Material
19 auftrifft. Insofern
kann das Material
19 das gleiche sein wie das Material
15,
und in diesem Fall wird das Material so ausgerichtet, dass sich
die Prismen in einer Richtung im rechten Winkel zur Erstreckungsrichtung
der Lichtquelle
11 erstrecken, wie in
2 angedeutet.
Eine ähnliche
Verwendung von Material dieses Typs ist in
EP-A-0 293 182 beschrieben.
Um die prismatischen Strukturen auf dem Bahnmaterial
19 zu
schützen,
kann ein weiteres Paneel
21 neben dem Material
19 auf
der Außenseite
des Lichtleitergehäuses
angeordnet sein. Dieses weitere Paneel ist nicht wesentlich, aber
wenn es vorhanden ist, so kann es eine Lage aus opalisierendem lichtstreuenden
Material aufweisen, um die Gleichmäßigkeit des Lichts, das durch
das Bahnmaterial
19 hindurchstrahlt, noch weiter zu verbessern.
-
Die
Rückseite
6 des
Lichtleiters
1 weist ein Bahnmaterial
23 auf,
das eine hocheffiziente spiegelreflektierende Fläche
24 bildet, die
in den optischen Hohlraum
13 hineinweist. Die Reflexionsfläche
24 sollte
so beschaffen sein, dass ihr Reflexionsgrad nicht wesentlich für Licht
verringert wird, das in anderen Richtungen als normal zu der Fläche auftrifft,
und mindestens 90% (vorzugsweise mindestens 98%) beträgt. Vorzugsweise
ist das Bahnmaterial
23 ein mehrschichtiger optischer Film
des Typs, der im
US-Patent Nr. 5 882
774 und in
WO 97/01774 beschrieben
ist. Ein geeignetes alternatives Material, insbesondere für Lichtleiter,
die ein vergleichsweise geringes Seitenverhältnis (weniger als etwa 10)
haben, ist unter der Handelsbezeichnung "Silverlux" von der Minnesota Mining and Manufacturing
Company aus St. Paul, Minnesota, USA, erhältlich.
-
Wie
weiter unten noch eingehender beschrieben wird, trägt die spiegelreflektierende
Fläche 24 diffus
reflektierende Lichtabzugselemente in einer zuvor festgelegten Konfiguration,
um zu bewirken, dass Licht aus dem optischen Hohlraum 13 durch das
Fenster 5 hindurch in einer kontrollierten Weise abgestrahlt
wird. In diesem Fall weisen die Lichtabzugselemente eine Gruppierung
von Punkten 27 auf, die in einem diffus reflektierenden
Material auf der Fläche 24 ausgebildet
sind, wie in 4 gezeigt.
-
In
den 2 und 3 ist die Lichtquelle 11 in
einem dreiseitigen Gehäuse 25 angeordnet
gezeigt, dessen offene. Seite neben dem Bahnmaterial 15 angeordnet
ist, welches das Eintrittsfenster des Lichtleiters 1 bildet.
Das Gehäuse 25 ist
so aufgebaut, dass gewährleistet
wird, dass die Lichtquelle 11 so viel Licht wie möglich in
den optischen Hohlraum 13 leitet, und zu diesem Zweck können die
Innenflächen
des Gehäuses
mit einem geeigneten hocheffizienten, diffus reflektierenden Material
beschichtet sein, zum Beispiel einer Reflexionsfarbe oder einem reflektierenden
Bahnmaterial. Alternativ könnte
die Lichtquelle 11 mit einem Parabolreflektor versehen sein,
um das Licht von der Quelle in Richtung des optischen Hohlraums 13 zu
lenken, oder sie könnte durch
eine geeignete Lochlichtquelle ersetzt werden. Die Verwendung des
Bahnmaterials 15 in der schmalen Seite 7 des Lichtleitergehäuses neben
der Lichtquelle 11 ist zwar bevorzugt, aber nicht wesentlich.
-
Der
oben beschriebene Lichtleiter 1 funktioniert folgendermaßen. Licht
von der Quelle 11 (eventuell nach einer Reflexion oder
Umlenkung an den Wänden
des Gehäuses 25)
tritt durch das Fenstermaterial 15 in den optischen Hohlraum 13 ein
und breitet sich vorzugsweise in einer Richtung parallel zu den
Hauptflächen 5, 6 des
Lichtleiters in Richtung der Fläche 17 aus,
wo es reflektiert und zurückgeworfen
wird. Jedoch wird jegliches Licht, das auf die Abzugselemente auf
der Rückfläche 24 (d.
h. die Punkte 27) trifft, diffus reflektiert, und ein Teil
dieses Lichts trifft folglich auf die Vorderfläche 5 des Lichtleiters
in einem solchen Winkel auf, dass es das optische Bahnmaterial 19 passieren
und aus dem Lichtleiter austreten kann.
-
Die
Verwendung von Lichtabzugselementen verschiedener Formen, um zu
bewirken, dass Licht von Lichtleitern abgestrahlt wird, ist bereits
bestens bekannt. In dem Lichtleiter der 1 bis 3 weisen
die Lichtabzugselemente 27 (wie bereits angesprochen) eine
Gruppierung von Punkten auf, die in einem diffus reflektierenden
Material auf der spiegelreflektierenden Fläche 24 ausgebildet
sind. Die kreisrunde Form der Lichtabzugselemente ist jedoch nicht wesentlich,
und sie können
von jeder beliebigen Form sein (zum Beispiel Quadrate, Dreiecke,
Linien usw.), die sich problemlos durch einen Druckprozess herstellen
lässt,
und können
sogar eine Mischung aus Formen und/oder Größen aufweisen. Lichtabzugselemente
in Form durchgängiger
Linien auf der Reflexionsfläche 24 sind
auch möglich.
Vorzugsweise werden die Lichtabzugselemente 27 ausgebildet, indem
sie direkt auf die Reflexionsfläche 24 gedruckt werden,
doch sie könnten
alternativ auch auf eine transparente Folie gedruckt werden, die
dann an der Fläche 24 angehaftet
wird. Des Weiteren können,
obgleich die Verwendung gedruckter Lichtabzugselemente bevorzugt
ist, auch andere Formen verwendet werden, wie unten beschrieben.
-
Die
gedruckten Lichtabzugselemente 27 auf der Reflexionsfläche 24 des
Lichtleiters 1 sind so angeordnet, dass sie ein gewünschtes
Beleuchtungsmuster über
die Vorderfläche 5 des
Lichtleiters hinweg erzeugen. In vielen Fällen wird eine gleichmäßige Beleuchtung
der Fläche 5 gewünscht, und
das kann erreicht werden, wenn sich der Prozentsatz der Fläche 24,
der mit den diffus reflektierenden Elementen 27 bedeckt
ist, mit der Entfernung von der Lichtquelle 11 verändert (vor
allem erhöht)
(gemessen in der Richtung eines rechten Winkels zur Erstreckungsrichtung
der Lichtquelle). Dies ist schaubildhaft in 4 veranschaulicht,
wo zu sehen ist, dass der Anteil der Fläche 24 des Bahnmaterials 23,
die mit den Lichtabzugselementen 27 bedeckt ist, in der Region
unmittelbar neben der Lichtquelle 11 null ist und dann
mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle zunimmt. In 4 ist
gezeigt, wie der Flächenanteil
der Lichtabzugselemente 27 kurz vor dem anderen Ende der
Bahn 23 einen Maximalwert erreicht und dann in der Region,
die von der Lichtquelle 11 am weitesten entfernt ist, geringfügig abnimmt.
Diese Abnahme dient dazu, die Auswirkungen der Reflexionsfläche 17 am
entfernten Ende des optischen Hohlraums 13 auszugleichen.
Die Notwendigkeit dafür
(und ihr Umfang) werden in jedem Fall durch die konkrete Konfiguration
des Lichtleiters bestimmt. Es versteht sich, dass 4 rein
schaubildhaft ist und dass die Änderung
des Flächenanteils
der Lichtabzugselemente 27 in der Regel stetig und nicht
abrupt, wie in dieser Zeichnung gezeigt, sein würde. Eine typischere Änderung
des Flächenanteils
der Lichtabzugselemente 27 ist in 5 veranschaulicht,
die zeigt, dass der Flächenanteil über die
ersten 10% der Länge
des optischen Hohlraums 13, von der Lichtquelle 11 gemessen,
null ist und dann linear zunimmt und in einer Entfernung von etwa
90% der Länge
des optischen Hohlraums, von der Lichtquelle gemessen, 100% (d.
h. eine vollständige
Bedeckung) erreicht. Der Flächenanteil
nimmt dann an dem Ende des optischen Hohlraums 13, der
von der Lichtquelle 11 entfernt liegt, geringfügig ab.
-
6 und 7 veranschaulichen
einen Lichtleiter 31, der allgemein dem Leiter ähnelt, der
in den 2 bis 4 veranschaulicht ist, der aber eine
zusätzliche
Lichtquelle 11' enthält, die
gegenüber
der Lichtquelle 11 (d. h. neben der schmalen Seite 8 des
Gehäuses 3)
angeordnet ist. Damit Licht von der Quelle 11' in den optischen
Hohlraum 13 eintreten kann, weist die Seite 8 des
Gehäuses 3 ein
optisches Bahnmaterial 15',
das ein Fenster bildet, anstatt des Reflexionsmaterials 17 von 3 auf.
Außerdem
ist die Rückfläche 24 des
Lichtleiters mit einer in geeigneter Weise modifizierten Konfiguration von
Lichtabzugspunkten 27' versehen,
was weiter unten noch genauer beschrieben wird.
-
Die
Lichtquelle 11' befindet
sich in einem dreiseitigen Gehäuse 25' ähnlich dem
der Lichtquelle 11, aber wie im Fall der Lichtquelle 11 könnte sie
alternativ mit einem Parabolreflektor versehen sein, um Licht von
der Quelle in den optischen Hohlraum zu richten, oder könnte durch
eine geeignete Lochlichtquelle ersetzt werden. Das Material 15', welches das
Fenster von dem Gehäuse 25' in den optischen
Hohlraum 13 hinein bildet, ist vorzugsweise das gleiche
wie das optische Bahnmaterial 15.
-
Der
Lichtleiter 31 funktioniert in einer ähnlichen Weise wie der oben
beschriebene Leiter 1, außer dass in diesem Fall Licht
von beiden Quellen 11, 11' (eventuell nach einer Reflexion
oder Umlenkung an den Wänden
des zugehörigen
Gehäuses 25, 25') durch das
zugehörige Fenstermaterial 15, 15' in den optischen
Hohlraum 13 ein und breitet sich vorzugsweise in eine Richtung
parallel zu den Hauptflächen 5, 6 des
Lichtleiters in Richtung des Lichtgehäuses am anderen Ende des optischen
Hohlraums aus, wo ein Teil des Lichts reflektiert und zurückgeworfen wird.
Jegliches Licht, das auf die Abzugselemente auf der Rückfläche 24 (d.
h. die Punkte 27')
auftrifft, wird diffus reflektiert, und ein Teil dieses Lichts trifft
infolge dessen auf die Vorderfläche 5 des
Lichtleiters in einem solchen Winkel auf, dass es durch das optische
Bahnmaterial 19 hindurch passieren und aus dem Lichtleiter
austreten kann.
-
Wie
bei dem Lichtleiter 1 der 2 bis 4 sind
die gedruckten Lichtabzugspunkte 27' auf der Reflexionsfläche 24 des
Lichtleiters 31 so angeordnet, dass ein gewünschtes
Beleuchtungsmuster über die
Vorderfläche 5 des
Lichtleiters hinweg entsteht. In vielen Fällen wird eine gleichmäßige Beleuchtung der
Fläche 5 gewünscht, und
dies kann erreicht werden, wenn sich der Prozentsatz der Fläche 24,
der mit den diffus reflektierenden Punkten 27' bedeckt ist, mit
der Entfernung von jeder der Lichtquellen 11, 11' (gemessen in
der Richtung in einem rechten Winkel zu der Erstreckungsrichtung
der Lichtquellen) bis zu einem Maximum in der mittleren Region,
die von beiden Lichtquellen den gleichen Abstand aufweist, verändert (vor
allem zunimmt). Dies ist schaubildhaft in 7 veranschaulicht,
in der zu sehen ist, dass der Anteil der Fläche 24 des Bahnmaterials 23,
der mit den Lichtabzugselementen 27' bedeckt ist, in den Regionen unmittelbar
neben den Lichtquellen 11, 11' null ist und dann in jedem Fall
mit zunehmender Entfernung von der jeweiligen Lichtquelle zunimmt
und in der mittleren Region 33 der Fläche einen Maximalwert erreicht.
Es versteht sich, dass 7 rein schaubildhaft ist und
dass die Änderung
des Flächenanteils
der Lichtabzugspunkte 27' in
der Regel stetig und nicht abrupt, wie in dieser Zeichnung gezeigt,
sein würde.
Eine typischere Änderung
des Flächenanteils
der Lichtabzugselemente 27' ist
in 8 veranschaulicht, die zeigt, dass der Flächenanteil über die
ersten 10% der Länge
des optischen Hohlraums 13, von jeder der Lichtquellen 11, 11' gemessen, null
ist und dann linear zunimmt und in einer mittleren Region in einer
Entfernung, die sich 40% der Länge
des optischen Hohlraums, von jeder Lichtquelle gemessen, nähert, 100%
(d. h. eine vollständige
Bedeckung) erreicht.
-
Die 4 und 7 zeigen
beide an, dass der Flächenanteil,
der durch die Lichtabzugselemente 27, 27' gebildet wird,
verändert
wird, indem man die Anzahl der Punkte je Flächeneinheit der Fläche 24 ändert, während eine
gleichmäßige Punktgröße beibehalten
bleibt. Als eine Alternative kann die Größe der Abzugselemente verändert werden,
während eine
gleichbleibende Anzahl von Abzugselementen je Flächeneinheit der Fläche 24 beibehalten
wird, und als eine weitere Alternative können sowohl die Größe der Abzugselemente
als auch die Anzahl je Flächeneinheit
verändert
werden.
-
In
einigen Fällen
kann es auch zweckmäßig sein,
den Flächenanteil
der Lichtabzugselemente 27, 27' quer zu dem optischen Hohlraum
zu verändern (d.
h. in einer Richtung parallel zu der Erstreckungsrichtung der Lichtquelle(n) 11, 11').
-
Die
Abzugselemente 27, 27' der 4 und 7 können mit
Hilfe jedes geeigneten Druckmediums gedruckt werden, das als ein
diffuser Reflektor fungiert und mit der Reflexionsfläche 24 und
mit dem verwendeten Druckprozess kompatibel ist. Ein geeignetes
Medium ist eine hocheffiziente, diffus reflektierende, matt weiße Druckfarbe.
Es kann jeder geeignete Druckprozess verwendet werden, um das Druckmedium
auf der Fläche
des Bahnmaterials abzuscheiden, einschließlich Siebdruck, Tiefdruck
und Offset-Druck. Tintenstrahldruck kann ebenfalls verwendet werden.
In einem bevorzugten Prozess wird das Druckmedium mit Hilfe eines
herkömmlichen Seiden-Siebdruckprozesses
abgeschieden, weil dies ein vielfältig einsetzbarer, vergleichsweise
kostengünstiger
Prozess ist, der für
lange Produktionsdurchgänge
geeignet ist, aber trotzdem die Beibehaltung einer guten Kontrolle über die
Größe der Abzugselemente 27, 27' ermöglicht.
Das Ausmaß,
in dem die Reflexionsfläche 24 mit
dem Druckmedium bedeckt werden sollte, kann für einen bestimmten Lichtleiter
empirisch ermittelt werden, indem man ein willkürliches, linear variierendes
Muster aus Abzugselementen 27, 27' auf der Fläche 24 anordnet und
die resultierende Beleuchtung der Vorderfläche 5 des Lichtleiters
mit der vergleicht, die bei Fehlen jeglicher Abzugselemente erhalten
wird. Das Muster wird dann auf der Basis dieses Vergleichs justiert,
um die gewünschte
Beleuchtung zu erhalten.
-
Obgleich
es allgemein gewünscht
ist, einen gleichbleibenden Beleuchtungspegel über die Vorderfläche 5 des
Lichtleiters 1, 31 hinweg zu erreichen, kann es
Situationen geben, wo es zweckmäßig ist,
einen Beleuchtungspegel zu erzeugen, der über die Fläche 5 hinweg in einer
zuvor festgelegten Weise variiert. Zum Beispiel könnte der
Beleuchtungspegel über
der Vorderfläche 5 so
an das beleuchtete Bild angepasst werden, dass die helleren Teile
des Bildes mehr Licht und die dunkleren Teile des Bildes weniger
erhalten. Das könnte
zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass man zuerst auf der Reflexionsfläche 24 das
Muster von Abzugselementen 27, 27' herstellt, das benötigt wird,
um eine gleichmäßige Beleuchtung
der Vorderfläche 5 zu
erhalten, und anschließend über dieses
Muster weitere Abzugselemente legt, die in einer bildabhängigen Konfiguration angeordnet
sind. Die weiteren Abzugselemente könnten zum Beispiel direkt über die
Elemente 27, 27' gedruckt
werden, oder sie könnten
auf eine separate transparente Folie gedruckt werden, die dann an die
bereits gedruckte Fläche 24 angehaftet
wird. Als eine Alternative könnten
die weiteren Abzugselemente auf der glatten Oberfläche des
optischen Bahnmaterials 19 in der Vorderfläche 5 des
Lichtleiters angeordnet werden, wobei sie in diesem Fall aus einem
durchscheinenden Material gebildet werden sollten, das in der Lage
ist, einfallendes Licht von innerhalb des optischen Hohlraums 13 sowohl
zu reflektieren als auch durchzulassen. Als eine weitere Alternative
könnten
die Abzugselemente 27, 27' von der Reflexionsfläche 24 (wenigstens
in bestimmten Bereichen) weggelassen werden, wobei nur die weiteren
bildbezogenen Abzugselemente vorhanden sind.
-
Eine
Anordnung des Typs, der im vorangegangenen Absatz angesprochen wurde,
ist schaubildhaft in 9 für einen Lichtleiter veranschaulicht, der
durch eine einzelne Lichtquelle 11, wie in den 2 und 3,
beleuchtet werden soll. Die Reflexionsfläche 24, die das Muster
von Abzugselementen 27 trägt, die benötigt werden, um eine gleichmäßige Beleuchtung
der Vorderfläche
des Lichtleiters zu erreichen, ist in Kombination mit einer Folie 35 gezeigt,
die das zu beleuchtende grafische Bild trägt. Über die Reflexionsfläche 24 ist
eine transparente Folie 37 gelegt, die weitere Abzugselemente 39 trägt, die
in einer bildbezogenen Konfiguration angeordnet sind, wodurch die
helleren Teile des Bildes mehr Licht und die dunkleren Teile des
Bildes weniger empfangen. In der Regel ist das grafische Bild auf
der Folie 35 ein digital gedrucktes Bild, wobei in diesem
Fall die Bilddatei, die zum Drucken des Bildes verwendet wird, auch
zum Drucken der Abzugselemente 39 auf die Folie 37 verwendet
werden kann, wobei erforderlichenfalls Faktoren wie zum Beispiel
die Art der Druckfarben, die in dem grafischen Bild verwendet werden,
und die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt
werden.
-
Obgleich 9 die
weiteren Abzugselemente 39 zeigt, die sich auf der separaten
Folie 37 befinden, versteht es sich, dass sie sich alternativ
auch auf der Reflexionsfläche 24 befinden
könnten.
In diesem Fall können
bei Verwendung eines digitalen Druckprozesses alle benötigten Lichtabzugselemente
(d. h. Elemente 27 sowie Elemente 39) problemlos zusammen
auf der Fläche 24 abgeschieden
werden.
-
Die
Verwendung eines Bahnmaterials 23 für die Rückseite des optischen Hohlraums 13 der
Lichtleiters 1, 31 ist vorteilhaft, weil ein solches
Material einfach zu handhaben ist, und zwar nicht nur während des
eigentlichen Druckprozesses (wo der Umstand, dass das Bahnmaterial
flache, unstrukturierte Flächen
hat, einen besonderen Vorteil darstellt), sondern auch während eventueller
anschließender Trocknungs-
und Lagerstufen vor der Montage des Lichtleiters. Wenn es in dem
Lichtleiter zum Einsatz kommt, so verhindert das reflektierende
Bahnmaterial 23, dass Licht den optischen Hohlraum 13 durch die
Rückseite 6 hindurch
verlässt,
wodurch die Beleuchtung der Vorderfläche 5 verbessert wird.
Außerdem
beeinträchtigen
eventuelle Kratzer auf der Fläche
des reflektierenden Bahnmaterials (zu denen es zum Beispiel während der
Handhabung oder Montage des Lichtleiters kommen kann) nicht die
Beleuchtung der Vorderfläche 5.
Weil des Weiteren die Abzugselemente 27 auf eine planare
Reflexionsfläche 24 gedruckt
werden, besteht auch kein Risiko, dass weitere Interferenzmuster
entstehen, selbst wenn die Abzugselemente in einer regelmäßigen Gruppierung angeordnet
sind.
-
Das
Druckmedium, das zum Ausbilden der Abzugselemente 27, 27' verwendet wird,
wird im Hinblick auf die Kompatibilität mit dem Bahnmaterial, auf das
es aufgebracht wird, sowie auf seine Beständigkeits- und Remissionseigenschaften
ausgewählt. Hochlichtundurchlässige weiße Druckfarben
sind bevorzugt, und es ist festgestellt worden, dass die beste Druckqualität erhalten
wird, wenn UV-härtende Druckfarben
in einem Siebdruckprozess verwendet werden. Siebdruck bietet den
weiteren Vorteil, dass die Druckfarbenschicht, die auf dem Bahnmaterial 23 abgeschieden
wird, dick und folglich vergleichsweise widerstandsfähig und
auch weniger ausbleichungs- und verfärbungsanfällig ist. Des Weiteren werden – im Gegensatz
zu einigen Druckprozessen – beim Siebdruckprozess
keine hohen Drücke
auf das Material 23 ausgeübt, so dass eine geringere
Gefahr der Beschädigung
des Materials 23 besteht. Er kann auch verwendet werden,
um das Druckmedium auf eine große
Bandbreite verschiedener Bahnmaterialen in einem weiten Größenbereich
aufzubringen. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Medien verwendet
werden könnten,
um die Lichtabzugselemente 27, 27' zu bilden, wie auch andere Prozesse,
einschließlich
beispielsweise Laserdruck, Tintenstrahldruck, Thermotransferdruck
und thermischer Tintenstrahldruck.
-
In
einigen Fällen
können
die Abzugselemente 27, 27' auch durch andere Verfahren ausgebildet werden,
einschließlich
beispielsweise Oberflächenaufrauung
des Bahnmaterials oder Abscheiden von diffus reflektierendem Material
(das Partikel enthalten kann) in einer gewünschten Konfiguration unter
Verwendung von Beschichtungs- oder Sprühprozessen.
-
Ein
hohler Lichtleiter, wie oben mit Bezug auf die 1 bis 3 oder 6 beschrieben,
kann in einer solchen Weise hergestellt werden, dass er vergleichsweise
leicht ist. Das ist ein besonderer Vorteil, wenn der Lichtleiter
groß ist
(zum Beispiel zum Beleuchten großer Schilder), und insbesondere,
wenn er an einer schlecht zugänglichen
Stelle installiert werden soll. Es macht auch die Verwendung dickerer Lichtleiter
(welche die Möglichkeit
bieten, mehr Licht in den optischen Hohlraum 13 hineinzulassen)
leichter realisierbar. Es ist auch vergleichsweise einfach, Lichtleiter
dieses Typs in vielen verschiedenen Größen und insbesondere mit breit
gefächerten
Seitenverhältnissen
(d. h. verschiedenen Länge-zu-Dicke-Verhältnissen)
herzustellen. Zum Beispiel können
Lichtleiter dieses Typs mit Seitenverhältnissen von nur 5 und bis
hinauf zu 100 hergestellt werden, und in beiden Fällen funktionieren
sie effizient. Lichtleiter mit kleinen Seitenverhältnissen
bieten den Vorteil, dass das Licht, das zu dem optischen Hohlraum 13 durchgelassen
wird, weniger häufig
reflektiert wird, bevor es durch das Fenster 5 abgestrahlt
wird. Folglich ist der Genauigkeitsgrad geringer, der in der Konfiguration
der Lichtabzugselemente 27, 27' benötigt wird.
-
Von
besonderem Interesse auf dem Gebiet der beleuchteten Schilder ist
die Tatsache, dass Lichtleiter des in den 1 bis 3 und 6 gezeigten
Typs mit Breiten von nur 10 cm und sogar – je nach der Größe des Schildes – von nur
3 cm hergestellt werden können.
Es ist festgestellt worden, dass Lichtleiter dieses Typs, die kleine
Seitenverhältnisse
(in der Regel weniger als 10) haben und mit herkömmlichen Leuchtstoffröhren als
Lichtquellen arbeiten, Wirkungsgrade haben, die vorteilhaft (und
in einigen Fällen
sehr vorteilhaft) im Vergleich zu jenen sind, die unter Verwendung
massiver Lichtleiter erreicht werden können. In dem alternativen Fall,
wo die Lichtleiter größere Seitenverhältnisse
haben, ist festgestellt worden, dass sie besser als massive Lichtleiter
in der Lage sind, einen gewissen Grad an Fehlausrichtung der Lichtquelle
zu kompensieren.
-
Die
Lichtquellen, die mit dem Lichtleiter 1, 31 verwendet
werden, brauchen keine längliche
Form zu haben, wie sie hier veranschaulicht ist. Es könnten auch
andere Lichtquellen verwendet werden, einschließlich beispielsweise Leuchtdioden
(LEDs). Je nach der Form der Lichtquelle können mehrere Quellen verwendet
werden, um Licht durch die benachbarte Seite des Gehäuses 3 in
den optischen Hohlraum 13 zu richten. In diesem Fall kann
der Flächenanteil
der Lichtabzugselemente 27, 27' auch quer zu dem optischen Hohlraum
(d. h. zwischen den Seiten 9, 10) variieren.
-
Die
in den 1 bis 3 und 6 veranschaulichten
Lichtleiter wurden oben so beschrieben, dass sie zum Beleuchten
einer grafischen Anzeige verwendet werden, aber sie könnten auch
für andere Zwecke
verwendet werden, einschließlich
beispielsweise zum Beleuchten von Flüssigkristallanzeigen.
-
Es
wird nun ein Beispiel eines beleuchteten Schildes besprochen, das
einen Lichtleiter des Typs enthält,
der in den 1 bis 3 veranschaulicht ist.
-
Das
Gehäuse 3 des
Lichtleiters 1, mit Ausnahme der vorderen Hauptfläche 5,
kann eine einstückige,
vakuumgeformte Konstruktion aus einem beliebigen geeigneten Material
sein, zum Beispiel PVC (Polyvinylchlorid). Alternativ kann das Gehäuse aus mehreren
Teilen, zum Beispiel aus einem Acrylmaterial, gebildet werden, von
denen jedes eine Seite des Gehäuses
bildet, die in einer beliebigen geeigneten Weise zusammengebaut
werden. Das Gehäuse misst
ungefähr
60 × 60 × 4,5 cm.
-
Die
Innenfläche
der rückwärtigen Hauptfläche
6 des
Gehäuses
wird mit einer Bahn
23 eines spiegelreflektierenden, mehrschichtigen
optischen Films des Typs bedeckt, der im
US-Patent Nr. 5 882 774 und in
WO 97/01774 beschrieben
ist, der einen Reflexionsgrad in einer Richtung normal zu der Fläche des
Film von mindestens 98% aufweist. Die Fläche
24 des Films
23,
die in das Gehäuse
3 hineinweist,
trägt ein
gedrucktes Punktmuster, wodurch ein prozentualer Flächenanteil
entsteht, der wie in
5 dargestellt variiert. Das Punktmuster
wurde auf die Fläche
24 des
Film
23 mittels einer weißen UV-härtenden Druckfarbe eines Typs
siebgedruckt, der für das
Bedrucken von Compact-Discs formuliert wurde (eine geeignete Druckfarbe
ist von NOR-COTE aus Eastleigh, Hampshire, England, erhältlich).
Die Änderung
des prozentualen Flächenanteils
der Druckfarbe auf der Fläche
24 wurde
durch Variieren der Größe der Punkte
bei gleichzeitiger Beibehaltung der Anzahl von Punkten je Flächeneinheit
der Fläche
erreicht (auf der Basis von Querlinien aus Punkten, die etwa 20
Punkte per Inch (2,54 cm) enthielten).
-
Die
Innenfläche
einer schmalen Seite 7 des Gehäuses 3 wird mit einer
Folie 15 des oben angesprochenen "ScotchTM Optical
Lighting Film" bedeckt, die
so angeordnet wird, dass die Prismen in das Gehäuse hineinweisen und sich parallel
zu den langen Kanten dieser Seite des Gehäuses erstrecken. Die Innenfläche der
gegenüberliegenden
schmalen Seite 8 des Gehäuses 3 wird mit dem
gleichen spiegelreflektierenden Filmmaterial wie die Innenfläche der hinteren
Hauptfläche 6 bedeckt,
aber ohne das gedruckte Punktmuster. Die Innenflächen der verbleibenden schmalen
Seiten 9, 10 des Gehäuses 3 werden mit
dem oben angesprochenen "Light
Enhancement Film" bedeckt.
-
Das
Gehäuse 3 ist
mit einer Folie 19 des oben angesprochenen "ScotchTM Optical
Lighting Film" verschlossen,
welche die vordere Hauptfläche 5 bildet.
Der Film ist so angeordnet, dass sich die Prismen auf der Außenseite
des Gehäuses
befinden und sich zwischen den schmalen Seiten 7 und 8 erstrecken.
-
Das
auf diese Weise hergestellte Lichtleitermodul wurde in einem Schild-Gehäuse angeordnet und
mit einer 60 cm langen, 14 W starken Leuchtstoffröhre in einem
hochreflektierenden Gehäuse 25 neben
der schmalen Seite 7 des Lichtleitergehäuses 3 ausgestattet
und so angeordnet, dass Licht in das Lichtleitergehäuse 3 hinein
gerichtet wurde. Es wurde festgestellt, dass die vordere Hauptfläche 5 des Gehäuses 3 mit
einem hohen Grad an Gleichmäßigkeit
und auf einen Pegel beleuchtet wurde, der ausreichte, um eine effektive
Beleuchtung eines grafischen Bildes, das sich vor der Fläche 5 befand,
zu erreichen.