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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung optischer Wandler
zur Verwendung in Bebilderungssystemen und insbesondere eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Ausbildung eines optischen Wandlers auf einem
Substrat.
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Ein
Vorteil elektronischer Anzeigesysteme ist deren Fähigkeit
zur Anzeige eines Bildes in einer Vielzahl von Formaten und Größen. Dies
ist insbesondere interessant zur Bereitstellung großer Displays,
die für
Tausende von Betrachtern über
erhebliche Entfernungen hinweg sichtbar sind, wie dies für Unterhaltung
und Werbung verwendbar wäre.
Ein bekanntes Verfahren zur Bereitstellung großformatiger elektronischer
Displays ist das Mosaikverfahren, bei dem eine Matrix aus kleineren
Displays miteinander verbunden wird, um eine größere Displayfläche zu bilden.
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Bilderzeugungsvorrichtungen,
wie LCDs, matrixförmige
LEDs, organische Leuchtdioden (OLEDs) und Polymerleuchtdioden (PLEDs)
stellen ein zweidimensionales Bild in Pixelform bereit, wobei die
Pixel wie üblich
in Reihen und Spalten angeordnet sind. Ein bekanntes Problem von
Displays, die derartige Komponenten verwenden, betrifft die inhärenten Maßbeschränkungen
der elektronischen bilderzeugenden Komponenten selbst. Größe und Packungsanforderungen
für diese
Vorrichtungen beschränken
deren Verwendung in großen
Displayanwendungen und erfordern besondere Verfahren und Techniken
für die
Bildvergrößerung und
Mosaikbildung.
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Optische
Wandler, üblicherweise
solche, die Anordnungen aus optischen Fasern umfassen, sind als
Mittel bekannt, um ein elektronisch erzeugtes Bild zu vergrößern und
das Bild in einem größeren Format
anzuzeigen, beispielsweise für
Mosaikanwendungen. Beispielsweise beschreibt
US-A-6,195,016 , eingereicht
von Shankle et al. am 27. Februar 2001 unter dem Titel „Fiber
Optic Display System with Enhanced Light Efficiency", ein vergrößertes Display unter
Verwendung von Bildern, die von herkömmlichen Dias bereitgestellt
werden, sichtbar vergrößert mittels
faseroptischer Lichtleiter, wobei jede Faser von der bilderzeugenden
Vorrichtung sorgfältig
zu einem Displaypanel geführt
wird. In ähnlicher
Weise beschreiben Shikata et al. in
US-A-6,418,254 unter dem Titel „Fiber-Optic
Display", eingereicht
am 9. Juli 2002, ein faseroptisches Display, das mit einem Bildprojektor
gekoppelt ist. Lowry beschreibt in
US-A-6,304,703 unter dem Titel „Tiled
Fiber Optic Display Apparatus",
eingereicht am 16. Oktober 2001, eine Mosaikimplementierung unter
Verwendung von Bündeln
aus optischen Fasern, die von bilderzeugenden Komponenten zu einer
Displayvorrichtung geführt
werden.
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Als
eine Alternative zur Führung
einzelner Fasern werden symmetrisch feste Gruppierungen optischer
Fasern bevorzugt. Beispielsweise beschreiben Sakai et al. in
US-A-5,465,315 unter
dem Titel „Display
Apparatus Having A Plurality of Display Devices", eingereicht am 7. November 1995, ein
mosaikförmiges
Display unter Verwendung von LCD-Vorrichtungen, bei dem Bilder auf
einer Displayoberfläche
unter Verwendung einer faseroptischen Abdeckung mosaikförmig angeordnet
sind. Faseroptische Abdeckungen wurden zudem zur Verwendung in einer
Reihe sonstiger Anwendungen beschrieben, etwa von Karellas in
US-A-5,572,034 unter dem Titel „Fiber
Optic Plates For Generating Seamless Images", eingereicht am 5. November 1996, der
eine Mosaikbildung mithilfe faseroptischer Abdeckungen in einer
Röntgenbebilderungsvorrichtung
beschreibt, und von Castonguay in
US-A-5,615,294 unter dem Titel „Apparatus
For Collecting Light and It's
Method of Manufacture",
eingereicht am 25. März
1997, der die Verwendung einer konischen faseroptischen Abdeckung
in einer Lichtmessinstrumentierung beschreibt.
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Faseroptische
Abdeckungen, die kommerziell verfügbar sind, sind für viele
Arten von Bildsensor- und Bildmesszwecken geeignet. Allerdings sind
die Anforderungen an die Verwendung faseroptischer Abdeckungen für die elektronische
Bildanzeige anspruchsvoller, insbesondere wenn sie mit LCD-, LED-,
OLED- oder PLED-Vorrichtungen verwendet werden. In einem solchen
Fall ist eine genaue Positionierung der optischen Fasern an der
Eingangs- und Ausgangsseite einer faseroptischen Abdeckung wichtig.
Das bedeutet, dass jedem Pixel an der bilderzeugenden Vorrichtung
ein entsprechender Faserlichtleiter in der faseroptischen Abdeckung
zugeordnet ist, der Licht von diesem Pixel zur Ausgangsdisplayfläche führt. Diese Anforderung
setzt eine individuelle Konstruktion einer faseroptischen Abdeckung
für die
Geometrie der Bilderzeugungsvorrichtung selbst (beispielsweise für eine OLED)
und für die
Geometrie der Displayoberfläche
voraus. Es ist nachvollziehbar, dass Mosaikanordnungen die Komplexität der Herstellung
der Abdeckungen noch erhöhen.
Faseroptische Abdeckungen, die für
die elektronische Bildanzeige geeignet sind, sind daher weiterhin
kostspielig und schwierig herzustellen. Lösungen für die Herstellung faseroptischer
Abdeckungen, wie die in der internationalen Patentanmeldung
WO 02/39155 (Cryan et al.)
beschriebenen, können
daher in hohem Maße
von den genauen Abmessungen der optischen Faser oder von Zwischenfüllern abhängig sein,
die für
eine genaue Beabstandung zwischen den Fasern sorgen.
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Ein
Ansatz nach dem Stand der Technik zur genauen Positionierung optischer
Fasern in einem Faserbündel
wird von Hashimoto in
US-A-3,989,578 mit
dem Titel „Apparatus
For Manufacturing Optical Fiber Bundle" beschrieben, eingereicht am 2. November
1976. Bei dem Verfahren nach
US-A-3,989,578 ,
das die Herstellung endoskopischer Vorrichtungen betrifft, wird
eine optische Faser um einen Dorn gewickelt und in Führungsrahmen ausgerichtet,
um eine genaue Positionierung zu erhalten. Hilton, Sr. beschreibt
in
US-A-5,938,812 mit dem
Titel „Method
for Constructing A Coherent Imaging Bundle", eingereicht am 17. August 1999, die Herstellung
eines mehrschichtigen faseroptischen Bündels, indem ein faseroptischer
Faden um eine Trommel in einem Kunststoffkanal gewickelt wird. Cole
beschreibt in
US-A-3,033,731 mit
dem Titel „Method
For The Manufacture Of Optical Image-Transfer Devices", eingereicht am
6. März 1958,
ein Verfahren, bei dem eine Faser um einen Dorn gewickelt wird,
um Reihen zu bilden, die dann zum Aufbau einer Faserstruktur kombinierbar
sind. Eine Trommel oder ein Dorn können also bei geeigneter Dimensionierung
eine geeignete Vorrichtung sein, um optische Fasern in einem Bündel positionsgenau
anordnen zu können.
Allerdings bieten weder
US-A-3,989,578 ,
US-A-5,938,812 noch
US-A-3,033,731 eine
geeignete Lösung
für die
Herstellung faseroptischer Abdeckungen an. Die in den vorstehend
genannten Patenten verwendeten Verfahren ordnen die Fasern benachbart
an, so dass die Abmessungen der Faser selbst die Mitte-Mitte-Beabstandung
des Faserbündels
bestimmen. Derartige Verfahren hängen
allerdings in hohem Maße
von der Gleichmäßigkeit
der Faserdimensionen ab. In der Praxis können die tatsächlichen
Abmessungen optischer Fasern allerdings erheblich variieren, sogar
für denselben
Fasertyp. Ein weiterer Toleranzfehler ergibt sich aus Differenzen
in der Wicklungsspannung, wenn Faserfäden um die Trommel gewickelt werden. Insbesondere
beschreiben weder
US-A-3,989,578 ,
US-A-5,938,812 noch
US-A-3,033,731 keinen Weg, um die
Mitte-Mitte-Abstände
zwischen Fasern zu variieren, und zwar sowohl am Eingangs- als auch
am Ausgangsende des Faserbündels.
Wie zuvor erwähnt,
ist die Möglichkeit,
den Mitte-Mitte-Abstand zwischen Fasern, die die Verfahren nach
US-A-3,989,578 ,
US-A-5,938,812 noch
US-A-3,033,731 nicht
erschließen,
von wesentlicher Bedeutung für
Display-Abbildungsanwendungen.
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In
einem Versuch, die Anforderungen der variablen Mitte-Mitte-Beabstandung
zu erfüllen,
beschreiben Chin et al. in
US-A-5,204,927 die
paarweise Verwendung von axial beabstandeten Abstandsstangen. Die
Verwendung von Abstandsstangen ermöglicht in einem faseroptischen
Bündel
eine unterschiedliche Faserbeabstandung an den Eingangs- und Ausgangsenden.
In ähnlicher
Weise beschreibt Kingstone in
US-A-5,376,201 mit dem Titel „Method of
Manufacturing An Image Magnification Device", eingereicht am 27. Dezember 1994,
die Verwendung von Abstandsführungen
in einer rotierenden Trommelanwendung für die Ausgabefaserbeabstandung, wobei
die Ausgabeabstandsführer,
die bei Ausbildung jeder Faserschicht hinzugefügt werden, Teil der vollständigen Faserbündelanordnung
werden.
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US-A-5,204,927 und
US-A-5,376,201 beschreiben
zwar hilfreiche Fertigungstechniken für faseroptische Koppler, aber
dennoch bleibt erheblicher Raum für Verbesserungen. Insbesondere
sind weder
US-A-5,204,927 noch
US-A-5,376,201 gut
geeignet für
die Anforderungen nach einer genauen, schnellen und preiswerten
Herstellung faseroptischer Abdeckungen der Art von optischen Wandlern,
wie sie für eine
elektronische Abbildung an Displays benötigt werden. Hinsichtlich der
Beschreibungen in
US-A-5,204,927 und
US-A-5,376,201 beschränken Krümmungseffekte
der rotierenden Trommel die erzielbare Größe einer auf diese Weise aufgebauten optischen
Abdeckung. Es ist eine kontinuierliche Zuführung der optischen Faser erforderlich,
was bei den Verfahren nach
US-A-5,204,927 und
US-A-5,376,201 eine
erhebliche Verschwendung bedeutet. Das Verfahren nach
US-A-5,376,201 beruht in
hohem Maße
auf einer genauen Fertigung der gerillten Abstandskomponenten, die
in das Gehäuse der
Faserabdeckung integriert sind, und die dazu dienen, den Abstand
jeder Ausgangsreihe zu definieren und den Abstand zwischen den Reihen
einzustellen. Neue Abstandshalter müssen zudem während des Wickelns
jeder Faserreihe genau positioniert werden. Der Herstellungsprozess
wird dadurch kostspieliger und komplexer.
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Walker
et al. beschreiben in
US-A-2002/0168157 ein
Verfahren zur Herstellung einer faseroptischen Abdeckung aus gestapelten
Bogen aus optischen Fasern, wobei die Bogen mittels Coextrusion
faseroptischen Materials durch eine speziell konstruierte Düse ausgebildet
werden. Diese flachen Bogenstrukturen können zusammen gestapelt und
miteinander verklebt werden, entweder durch Wärme oder andere Mittel, um
eine Verbundstruktur zu bilden, die bis zu einigen Meter lang sein kann
und parallele Längen
optischer Fasern umfasst, die sich über die Länge der Verbundstruktur erstrecken.
Diese Verbundstruktur wird dann quergeschnitten, um einzelne faseroptische
Abdeckungen von wählbarer
Dicke zu erhalten. Zwar bietet dieses Verfahren einige Vorteile
für die
Massenherstellung faseroptischer Abdeckungen, aber es bleiben erhebliche
Nachteile. Beispielsweise bewahrt das Extrusionsverfahren nach der
Beschreibung in der Publikation
2002/0168157 eine konstante Beabstandung zwischen
optischen Fasern während
ihrer Ausbildung; das Verfahren ist nicht dazu gedacht, die Beabstandung
zwischen optischen Fasern an verschiedenen Punkten entlang der Länge zu variieren.
Die mit diesem Verfahren in der Abdeckung ausgebildeten optischen
Fasern haben die gleiche Mitte-Mitte-Beabstandung in der gesamten
Struktur. Um eine unterschiedliche effektive Mitte-Mitte-Beabstandung
für eine
faseroptische Abdeckung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite zu erhalten, bedarf
das Verfahren nach Publikation
2002/0168157 einer Schnittbildung der Verbundstruktur
aus verklebten Fasern in einem schrägen Winkel. Dies schränkt die
Zahl möglicher Mitte-Mitte-Abstandsanordnungen
erheblich ein, die aus einem beliebigen Produktionslauf erzielbar
sind. Die Verwendung des Verfahrens nach Publikation
2002/0168157 hat weitere
Nachteile in Bezug auf die Dimensionierungsbedingungen. Die maximalen
Abmessungen einer faseroptischen Abdeckung mithilfe von Techniken
nach Publikation
2002/0168157 sind stark
von der Breite einer Extrusionsdüse
bestimmt; die Ausbildung einer breiteren Struktur bedarf der Herstellung
einer größeren Extrusionsdüse und der Skalierung
der zugrundeliegenden mechanischen Subsysteme zu Kosten, die leicht
jede Verhältnismäßigkeit übersteigen.
Die Beabstandung zwischen gestapelten Bogen in orthogonaler Richtung
zur Reihenrichtung lässt
sich mit den Verfahren nach Publikation
2002/0168157 nicht ohne
weiteres variieren, was den Bereich der erzielbaren Abstandsmaße begrenzt.
Die Querschnittsdurchmesser der optischen Faserkomponenten lassen
sich nicht ohne weiteres von der Eingangsseite der faseroptischen
Abdeckung zur Ausgangsseite variieren.
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Wie
in den vorausgehenden Beispielen gezeigt, beruhen herkömmliche
Verfahren zur Ausbildung optischer Wandler als faseroptische Abdeckungen
auf verschiedenen Techniken, wie der Montage einzelner optischer
Fasern zu einer Abdeckungsstruktur, üblicherweise mittels Wicklungs-
oder Heftungsvorgängen
oder durch Extrudieren von Reihen optischer Fasern zu Bogen, um
diese zu heften, zu verkleben und querzuschneiden. Angesichts der Schwierigkeiten,
Kosten und Einschränkungen
hinsichtlich der Verwendung optischer Fasern als Lichtleiter ist
es nachvollziehbar, dass alternative Verfahren zur Bereitstellung
eines optischen Wandlers zu reduzierten Kosten und mit höherer Flexibilität vorteilhaft
wären.
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JP 58 116505 (NIPPON CARBIDE
IND) vom 11. Juli 1983 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung gestapelter
Lichtleiter durch Drucken von Lichtleitern aus einem Polymermaterial
auf einem flexiblen Bogen. Gale M. T. et al. beschreiben in „Replicated
Microstructures for Integrated Optics", Proceedings of the SPIE, Band 2213,
1994, Seite 2–10,
ein Verfahren zur Ausbildung von Lichtleitern durch Prägen der Lichtleiterstruktur
auf thermoplastischem Material.
EP 1 332 864 A (IDEMITSU UNITECH CO.) vom
6. August 2003 und
EP
369 780 A (CANON KABUSHIKI KAISHA) vom 23. Mai 1990 beschreiben
Extrusionsrollenverfahren zur Herstellung optischer Aufzeichnungsmedien
oder brechender oder beugender Elemente, allerdings nicht für optische
Wandler oder Lichtleiterstrukturen.
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Insgesamt
ist ersichtlich, dass Bedarf nach verbesserten Verfahren zur Herstellung
optischer Wandler besteht, insbesondere für elektronische Bebilderungsanwendungen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
eines optischen Wandlers nach Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele
des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Extrusionsrollenpressvorrichtung;
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Extrusionsrollenpressvorrichtung;
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3 ein
Beispiel eines Substrats;
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4 eine
Schnittansicht des Beispielsubstrats aus 3;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer für die
vorliegende Erfindung geeigneten Lichtführungs- oder Lichtleiter-Bandstruktur;
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6 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Substrats, das mit
Kanälen
für mehrere
Lichtleiter-Bandstrukturen hergestellt ist;
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7 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Substrats, das mit
Kanälen
für mehrere
Lichtleiter-Bandstrukturen hergestellt ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung einzelner Lichtleiter-Bandstrukturen,
die voneinander durch Abtrennen vom Substrat aus 6 getrennt
sind;
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9 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Anordnung von Kanälen, die
innerhalb einer erfindungsgemäßen Lichtleiter-Bandstruktur ausgebildet
sind;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer Lichtleiter-Bandstruktur;
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11 ein
schematisches Blockdiagramm zur Darstellung eines Fertigungsprozesses,
der dazu dient, Kanäle
mit einem optischen Material zur Ausbildung von Lichtleitern zu
füllen;
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12 ein
schematisches Blockdiagramm zur Darstellung eines alternativen Fertigungsprozesses,
der dazu dient, Kanäle
mit einem optischem Material zur Ausbildung von Lichtleitern zu
füllen;
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13 eine
perspektivische, auseinandergezogene Darstellung der Stapelung einzelner
Lichtleiter-Bandstrukturen;
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14 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines zusammengesetzten optischen
Wandlers unter Verwendung gestapelter Lichtleiter-Bandstrukturen;
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15a, 15b, 15c und 15d nacheinander
die Fertigung eines optischen Wandlers mithilfe gestapelter Lichtleiter-Bandstrukturen mit
zusätzlichen
optischen Abstandshaltern;
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16 eine
perspektivische Ansicht einer Lichtleiter-Bandstruktur, die gegen
sich selbst gefaltet ist, um einen optischen Wandler gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zu bilden;
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17 eine
Seitenansicht zur Darstellung eines alternativen Verfahrens zur
ziehharmonikaartigen Faltung eines Bogens einer Lichtleiter-Bandstruktur
zur Ausbildung eines optischen Wandlers;
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18 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung, wie eine Lichtleiter-Bandstruktur
zur Bereitstellung einer gekrümmten
Oberfläche
angepasst werden kann;
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19 ein
alternatives Ausführungsbeispiel, in
dem eine Lichtleiter-Bandstruktur mehr als eine Eingangskante aufweist,
die Lichtleiter zu einer Ausgangskante führt;
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20 eine
Schnittansicht zur Darstellung eines optischen Verfahrens zur Bereitstellung
von Lichtleitern, die mittels Reflexion arbeiten; und
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21 eine
perspektivische Ansicht zur Darstellung einer mehrschichtigen Lichtleiter-Bandstruktur in einem
alternativen Ausführungsbeispiel;
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22 eine
Montageschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Wandlers;
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23 eine
Ansicht des Ausführungsbeispiels
aus 22, zusammengesetzt und im Schnitt;
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24 eine
Draufsicht eines Substrats mit Lichtführungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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25 eine
Frontalansicht eines Substrats 24;
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26 die
Ausbildung von Kanälen
auf dem Substrat der 24 und 25.
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Die
vorliegende Beschreibung betrifft insbesondere Elemente, die einen
Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bilden oder direkt damit zusammenwirken. Es sei darauf hingewiesen,
dass nicht ausdrücklich
gezeigte oder beschriebene Elemente verschiedene Formen annehmen
können,
die einschlägigen
Fachleuten bekannt sind.
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Substratausbildung
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Das
erfindungsgemäße Medium
wird mithilfe eines Substrats mit einem Muster erhabener Bereiche
und Kanäle
ausgebildet. 1 und 2 zeigen alternative
Ausführungsbeispiele
zur Ausbildung eines solchen Substrats.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Gesamtanordnung eines Ausführungsbeispiels einer
Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 zur Herstellung eines
Substrats 22. In diesem Ausführungsbeispiel stellt ein Extruder 24 ein
thermoplastisches Material 26, wie beispielsweise ein Polymer,
auf einem Träger 28 bereit,
der aus demselben Material wie das thermoplastische Material 26 ausgebildet sein
kann, oder der aus anderen Materialien, wie Papier, Folien, Gewebe
oder sonstigen geeigneten Trägermaterialien
ausgebildet sein kann. Der Träger 28 wird
von einer Trägervorratsrolle 30 zugeführt. Das thermoplastische
Material 26 und der Träger 28 treten
in einen Spaltbereich 32 zwischen einer Halterung 33 ein,
die in 1 als Druckrolle 34 und als Musterrolle 36 dargestellt
ist. Wenn thermoplastisches Material 26 durch den Spaltbereich 32 tritt,
drücken
die Halterung 33 und die Musterrolle 36 thermoplastisches
Material 26 auf den Träger 28,
und ein Rollenmuster 38 aus (nicht gezeigten) erhabenen Flächen und
Kanälen
auf der Musterrolle 36 wird in das thermoplastische Material 26 gedrückt. Wenn das
Rollenmuster 38 in das thermoplastische Material 26 gedrückt wird,
füllt ein
Teil des geschmolzenen thermoplastischen Materials 26 (nicht
gezeigte) Kanäle
in dem Rollenmuster 38, um (nicht gezeigte) erhabene Bereiche
auf einer Musterfläche 42 auf
dem Substrat 22 auszubilden, während der Rest des thermoplastischen
Materials 26 auf den (nicht gezeigten) Träger 28 gedrückt wird,
der Kanäle
bildet. Dadurch entsteht ein Kanalmuster 40 mit Kanälen, die
durch erhabene Bereiche auf einer Musterfläche 42 des thermoplastischen Materials 26 getrennt
sind. Die Anordnung erhabener Bereiche und Kanäle im Kanalmuster 40 ist
negativ zur Anordnung der erhabenen Bereiche und Kanäle auf dem
Rollenmuster 38. Thermoplastisches Material 26 wird
dann unter eine Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials 26 gekühlt oder
in anderer Weise gehärtet,
und das Substrat 22 wird zur weiteren Verarbeitung auf
eine Substrataufnahmerolle 44 gewickelt, wie nachfolgend
detaillierter beschrieben wird.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Extrusionsrollenpressvorrichtung 20, die zur Ausbildung
eines Substrats 22 verwendbar ist. In dem Ausführungsbeispiel
von 2 umfasst die Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 einen
Extruder 24, der das thermoplastische Material 26 schmelzen lässt. Das
von dem von dem Extruder 24 geschmolzene thermoplastische
Material 26 wird in den Spaltbereich 32 zwischen
Träger 33 und
Musterrolle 36 gedrückt.
Das geschmolzene thermoplastische Material 26 tritt zwischen
dem Träger 33 und
der Musterrolle 36 hindurch und wird unter die Schmelztemperatur
des thermoplastischen Materials 26 abgekühlt, um
das Substrat 22 zu bilden. Während das geschmolzene thermoplastische
Material 26 durch den Spaltbereich 32 tritt, um
das Substrat 22 zu bilden, wird ein Rollenmuster 38 auf
der Musterrolle 36 in das thermoplastische Material 26 gedrückt, um
ein (nicht gezeigtes) Muster 40 aus Kanälen zu bilden, das durch (nicht
gezeigte) erhobene Bereiche auf der gemusterten Fläche 42 des
Substrats 22 getrennt ist, die das Negativ der Musterrolle 36 ist.
Das Substrat 22 wird dann zur weiteren Verarbeitung auf
eine Substrataufnahmerolle 44 gewickelt, wie nachfolgend
detaillierter beschrieben wird.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
umfasst die Musterrolle 36 eine Metallrolle, beispielsweise
aus Chrom, Kupfer oder Edelstahl, in der ein Rollenmuster 38 ausgebildet
ist. In anderen Ausführungsbeispielen
kann die Musterrolle 36 verschiedene Formen umfassen. Beispielsweise
kann die Musterrolle 36 einen beliebigen Typ einer maßhaltigen Rolle,
einer Trommel, eines Bandes oder einer anderen Oberfläche umfassen,
die bzw. das derart beschaffen ist, dass eine Metallplatte, Hülse oder
(nicht gezeigte) sonstige Struktur mit einem darauf ausgebildeten
Rollenmuster 38 mit einer Musterrolle 36 zusammengeführt werden
kann, um eine Metallkontaktoberfläche mit dem gewünschten
Rollenmuster 38 bereitzustellen. Dies ermöglicht es,
dieselbe Musterrolle 36 in Verbindung mit vielen verschiedenen
Rollenmustern zu verwenden, indem einfach die Hülse, Metallplatte oder sonstige
Struktur mit dem Rollenmuster 38 getauscht wird.
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Die
Ausbildung des Rollenmusters 38 auf einer Metallmusterrolle 36 oder
Metallplatte, Metallhülse
oder einer sonstigen Metallstruktur, die mit der Musterrolle 36 verbunden
werden kann, schützt
die genaue Geometrie des Rollenmusters 38, weist sehr gute
mechanische Verschleißeigenschaften
auf und ist ein sehr guter Leiter für Wärme und Druck. Das Rollenmuster 38 kann
auf einer Musterrolle 36, einer Platte, Hülse oder
anderen Struktur mithilfe bekannter Bearbeitungstechniken ausgebildet
werden, beispielsweise, aber nicht abschließend durch Bearbeiten des gewünschten
Musters direkt in der Rollenoberfläche mithilfe elektroerosiver
Bearbeitungswerkzeuge, durch Ätzen
des Musters direkt in die Rolle, durch Züchten des Musters mittels Fotolithografie, durch
Bearbeiten des Musters mit Hochenergielasern, durch Diamantfräsen, durch
Ionenstrahlfräsen oder
durch Erzeugen eines beliebigen Musters mittels Perlstrahlen der
Walze, gefolgt durch Verchromen.
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In
alternativen Ausführungsbeispielen
kann die Musterrolle 36 oder eine Platte, Hülse oder
sonstige Struktur für
das Rollenmuster 38 mittels anderer, nicht metallischer
Materialien ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Musterrolle 36 aus
Materialien ausgebildet werden, wie Keramik oder bestimmten Kunststoffen.
Das Rollenmuster 38 kann in diesen Materialien mittels
bekannter Techniken ausgebildet werden, beispielsweise, aber nicht
abschließend,
Gießen,
Ablation, Ionenstrahlfräsen,
Drucken und mittels lithografischer Techniken, wie der Graustufenlithografie.
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In
einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel
kann der Träger 33 weitere
Formen annehmen, beispielsweise eine Band-, Platten- oder sonstige
Struktur, die einen ausreichenden Halt bietet, sodass die Musterrolle 36 in
das thermoplastische Material 26 gedrückt werden kann, um das Kanalmuster 40 auszubilden.
Die Musterrolle 36 kann zudem alternativ hierzu weitere
Strukturen umfassen, wie ein Band, ein hin- und hergehendes Bandsystem
oder eine sonstige bewegliche Oberfläche, auf der ein Rollenmuster
ausgebildet werden kann.
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3 und 4 zeigen
eine perspektivische bzw. eine Schnittansicht eines Beispiels des Substrats 22,
ausgebildet gemäß dem Ausführungsbeispiel
aus 1. 3 zeigt ein Beispiel des auf der
Musterfläche 42 des
Substrats 22 durch ein Rollenmuster 38 ausgebildeten
Kanalmusters 40. Wie in 3 zu erkennen
ist, kann das Kanalmuster 40 verschiedene Formen, Größen und
Anordnungen umfassen, die vorgesehen sind, um bestimmte elektrische,
magnetische, mechanische, optische oder chemische Strukturen zu
ermöglichen,
wie nachfolgend detail lierter erläutert wird. Erhabene Bereiche 52 und Kanäle 54 definieren
jede Form. 3 zeigt Beispiele einiger weniger
möglicher
Formen, die auf einer Musterfläche 42 des
Substrats 22 ausbildbar sind. Andere Formen umfassen geordnete
Arrays aus Dreiecken, Strömungskanälen, Pyramiden,
Quadraten, abgerundeten Merkmalen, gekrümmten Merkmalen, Zylindern
und komplexen Formen mit mehreren Seiten. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann
die Trennung zwischen erhabenen Bereichen 52 und Kanälen 54 zwischen
0,1 μm und
ca. 100 μm betragen,
in anderen Ausführungsbeispielen
kann die Größe der Trennung
zwischen 0,5 μm
und 200 μm
betragen. Anhand von Versuchen wurde festgestellt, dass derartige
Extrusionsrollenpressverfahren eine genaue negative Replikation
des Rollenmusters 38 ergeben. Beispielsweise wurde festgestellt,
das bei Verwendung des Extrusionsrollenpressens zur Ausbildung eines
Kanalmusters 40 auf einer Musterfläche 42 des Substrats 22 die
Merkmale des Kanalmusters 40 die Maße der Merkmale des Rollenmusters 38 typischerweise
zu mehr als 95% des Maßbereichs
replizieren. Eine derart genaue Ausbildung ist sogar möglich, wenn
das Substrat bei Maschinengeschwindigkeiten im Bereich von 20 bis
200 m/min ausgebildet wird. Entsprechend ist es möglich, genaue
Anordnungen erhabener Bereiche 52 und Kanäle 54 in
dem Substrat 22 zuverlässig
und wirtschaftlich auszubilden. Dies ermöglicht die Verwendung des Substrats 22 zur
Definition einer Plattform zur Herstellung und Zusammensetzung einer
Vielzahl geeigneter Strukturen.
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Thermoplastische
Materialien 26 können eine
Vielzahl geeigneter Materialien umfassen. Beispielsweise sind Polymere
im Allgemeinen kostengünstig
und können
in nachfolgenden Formen mithilfe bekannter Prozesse ausgebildet
werden, wie beispielsweise Schmelzextrusion, Vakuumtiefziehen und
Spritzgießen.
Beispielpolymere, die für
das thermoplastische Material 26 verwendbar sind, umfassen Polyolefine,
Cycloolefine, Polyester, Polyamide, Polycarbonate, Celluloseester,
Polystyrol, Polyvinylharze, Polysulfonamide, Polyether, Polyimide,
Polyvinylidenfluorid, Polyurethane, Polyphenylensulfide, Polytetrafluorethylen,
Polyacetale, Polysulfonate, Polyesterionomere und Polyolefinionomere.
Copolymere und/oder Mischungen dieser Polymere sind ebenfalls verwendbar,
um ein thermoplastisches Material 26 mit bestimmten mechanischen
oder optischen Eigenschaften zu erhalten. Polyamide, die im thermoplastischen
Material 26 verwendbar sind, sind beispielsweise, aber
nicht abschließend,
Nylon 6, Nylon 66 und Mischungen daraus. Copolymers von Polyamiden
sind ebenfalls geeignete Polymere in kontinuierlicher Phase, die
im thermoplastischen Material 26 verwendbar sind. Ein Beispiel
eines verwendbaren Polycarbonats ist Bisphenol-A-Polycarbonat.
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Zelluloseester
sind ebenfalls zur Verwendung als thermoplastisches Material 26 geeignet
und umfassen Zellulosenitrat, Zellulosetriacetat, Zellulosediacetat,
Zelluloseacetatpropionat, Zelluloseacetatbutyrat und Mischungen
oder Copolymere daraus. Polyvinylharze, die im thermoplastischen
Material 26 verwendbar sind, sind u. a. Polyvinylchlorid,
Poly(vinylacetal) und Mischungen davon. Copolymere von Vinylharzen
sind ebenfalls verwendbar.
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Zudem
kann das thermoplastische Material 26 verschiedene bekannte
Polyester für
die erfindungsgemäßen Polymermerkmale
umfassen, einschließlich
solcher, die aus aromatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen
Dicarbonsäuren
mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und aliphatischen oder alizyklischen
Glycolen mit 2 bis 24 Kohlenstoffatomen hergestellt werden. Beispiele
geeigneter Dicarbonsäuren
sind beispielsweise, aber nicht abschließend, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Naphthalendicarbonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Itakonsäure, 1,4-Cyclohexan-Dicarbonsäure, Natriumsulfoisophthalsäure und
Mischungen daraus. Beispiele geeigneter Glycole sind beispielsweise,
aber nicht abschließend,
Ethylenglycol, Propylenglycol, Butandiol, Pentandiol, Hexandiol,
1,4-Cyclohexan-Dimethanol, Diethylenglycol, andere Polyethylenglycole
und Mischungen daraus.
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Wahlweise
werden Zusätze
zum thermoplastischen Material 26 zugegeben, um die optischen, mechanischen,
chemischen, magnetischen oder elektrischen Eigenschaften eines Kanalmusters 40 des
erhabenen Bereichs 52 und Kanals 54 zu verbessern,
die im thermoplastischen Material 26 ausgebildet werden.
Ein Beispiel solcher geeigneter Zusätze kann beispielsweise, aber
nicht abschließend, ein
optischer Aufheller sein. Ein optischer Aufheller ist im Wesentlichen
eine farblose, fluoreszierende, organische Verbindung, die ultraviolettes
Licht absorbiert und dieses als sichtbares blaues Licht abstrahlt. Hierzu
zählen
beispielsweise, aber nicht abschließend, Derivate von 4,4'-Diaminostilben-2,2'-Disulfonsäure, Coumarinderivative,
wie 4-Methyl-7-Diethylamincoumarin, 1-4-Bis(O-Cyanstyryl)benzol
und 2-Amin-4-Methylphenol. Andere verwendbare Zusätze, die
dem thermoplastischen Material 26 zugegeben werden können, sind
u. a. antistatische Verbindungen, Pigmente, Farbstoffe, Rußschwarz,
Polymerstabilisatoren oder UV-Absorptionsmittel. Schwarze Thermoplaste
können
den Kontrast des wellengeleiteten Bildes verbessern.
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Wie
zuvor beschrieben, hat das Substrat 22 eine gemusterte
Oberfläche 42 mit
einem Kanalmuster 40, das durch Kontakt mit dem Rollenmuster 38 ausgebildet
wird. Wie in 4 gezeigt, weist ein Substrat 22 zudem
eine Trägerfläche 46 auf
einer Seite des Substrats 22 auf, die der Musterfläche 42 gegenüberliegt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen
kann die Trägerfläche 46 zum
Empfangen von bildgebenden Materialien ausgebildet sein, wie z.
B. Tinten, Farbstoffen, Toner und Farbmitteln. Dies ermöglicht die
Ausbildung von Bildern, beispielsweise auf der Trägerfläche 46,
durch Tintenstrahldrucken, thermisches Drucken, Kontaktdrucken oder
sonstige Techniken. Hierzu stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung.
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Sofern
das Substrat 22 mithilfe der in 1 gezeigten
Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 ausgebildet wird, ist
die Trägerfläche 46 eine
Oberfläche, die
eine Komponente des Trägers 28 ist.
Entsprechend kann der Träger 28 aus
einem Material ausgebildet werden, das derart ausgelegt ist, dass
es bildgebende Materialien aufnimmt. Alternativ hierzu kann der
Träger 28 aus
einem Material ausgebildet werden, das Bilder ausbildet, wenn es
thermischer, elektrischer, optischer, elektromagnetischer oder sonstiger
Formen von Energie ausgesetzt wird. Ähnlich gilt, dass wenn das
Substrat 22 mit einer in 2 beschriebenen
Extrusionsrollenpressvorrichtung ausgebildet wird, die Trägerfläche 46 aus
dem thermoplastischen Material 26 ausgebildet wird. In
einem derartigen Ausführungsbeispiel
ist ein thermoplastisches Material 26 verwendbar, das bildgebende
Materialien aufzunehmen vermag oder das ein Bild bei Beaufschlagung
mit Energie auszubilden vermag. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel lässt sich
die Trägerfläche 46 durch
chemische oder sonstige Behandlungen oder Beschichtungen zur Aufnahme
bildgebender Materialien oder zur Ausbildung von Bildern bei Beaufschlagen
von Energie anpassen.
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In
dem in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
hat das Substrat 22 eine Dicke zwischen der Trägerfläche 46 und
den Kanälen
von ca. 100 μm.
Dies verleiht dem Substrat 22 eine Steifigkeit und Struktur,
die dem Kanalmuster 40 eine Maßhaltigkeit vermittelt. In
bestimmten Anwendungen kann das Kanalmuster 40 jedoch einen
oder mehrere Kanäle 54 enthalten,
die von der Trägerfläche 46 in
unterschiedlichem Maße
getrennt sind und einen Durchgang durch das Substrat 22 definieren
und eine Öffnung
an der Trägerfläche 46 bilden.
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Das
auf dem Substrat 22 ausgebildete Kanalmuster 40 kann
wahlweise mit Beschichtungen versehen werden, die die optischen,
physischen, elektrischen oder chemischen Eigenschaften der erhabenen
Bereiche 52 und Kanäle 54 verbessern. Beispiele
derartiger Beschichtungen sind u. a. Urethan zur Kratzfestigkeit,
Hartschichten, Blendschutzbeschichtungen, Antireflexionsbeschichtungen,
Antistatikmaterialien und Farbstoffe zur Änderung der Farbe der Polymermerkmale.
Beschichtungsverfahren, die zur Aufbringung derartiger Beschichtungen verwendbar
sind, umfassen beispielsweise, aber nicht abschließend, Walzbeschichten,
Schlitzdüsenbeschichten,
Gravurbeschichten, Vorhangbeschichten und Tintenstrahlbeschichten.
Derartige Beschichtungen können
in einem gleichmäßigen, zufälligen oder
kontrollierten Muster aufgebracht werden. Beschichtungen können zudem
eine Ummantelung bilden, typischerweise eine Schicht mit einem relativ niedrigen
Brechungsindex.
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Verwendung von Substraten
zur Ausbildung optischer Wandler
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5 zeigt
eine Darstellung einer Lichtleiter-Bandstruktur 80, die
als eine elementare Komponente für
die Herstellung optischer Wandler dient. Die mithilfe des Substrats 22 ausgebildete
Lichtleiter-Bandstruktur 80 umfasst eine Vielzahl von Lichtleitern 70,
die allgemein parallel zueinander angeordnet sind. Die Lichtleiter 70 erstrecken
sich von einer Eingabe- oder
Eingangskante 86 über
die Breite W zu einer Ausgabe- oder Ausgangskante 88. Benachbarte
Lichtleiter 70 auf der Eingangskante 86 sind mit einem
Eingangskantenabstand I von Lichtleiter zu Lichtleiter beabstandet.
Je nach der Art und Weise der Gruppierung der Lichtleiter 70 kann
eine Gruppe von Lichtleitern 82, wie durch den Strichlinienrahmen in 5 dargestellt,
an der Eingangskante 86 um einen Eingangskantenabstand
I von Lichtleiter zu Lichtleiter weiter beabstandet sein. Benachbarte Lichtleiter 70 auf
der Ausgangskante 88 sind mit einem Ausgangskantenabstand
O von Lichtleiter zu Lichtleiter beabstandet. Um einen optischen
Wandler mit verwendbaren optischen Qualitäten auszubilden, muss man in
der Lage sein, Lichtleiter 70 genau anzuordnen und geometrisch
zu bestimmen.
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Mithilfe
jedes Ausführungsbeispiels
einer Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 ist es möglich, eine Bahn 74 des
Substrats 22 mit einer Vielzahl darauf befindlicher Kanalmuster 40 mit
genauen Anordnungen erhabener Bereiche 52 und Kanäle 54 herzustellen.
Die genaue Anordnung der erhabenen Bereiche 52 und Kanäle 54 ist
zur Ausbildung genauer Anordnungen der Lichtleiter 70 verwendbar.
Ein Beispiel eines solchen Substrats 22 ist die in 6 gezeigte Bahn 74 des
Substrats 22. Wie anhand von 6 ersichtlich
ist, dienen die im Substrat 22 ausgebildeten Kanäle 54 als
Formen, die eine nachfolgende Anwendung eines (nicht gezeigten)
optischen Materials entgegennehmen können, um jeden Lichtleiter 70 zu bilden.
Das optische Material kann in einer Vielzahl von Verfahren aufgebracht
werden, um die Kanäle 54 zu
füllen.
Nach Füllen
und Aushärten
in den Kanälen 54 werden
Lichtleiter 70 in den Kanälen 54 ausgebildet.
Nach Ausbilden jedes Lichtleiters 70 in den Kanälen 54 des
Substrats 22 können
die Bahn des Substrats 22 und die in den Kanälen 54 darauf
ausgebildeten Lichtleiter 70 geteilt werden, beispielsweise,
indem man die Bahn des Substrats 22 und die darauf ausgebildeten
Lichtleiter entlang der in 6 in Strichlinien
dargestellten Eingangskanten-Schnittlinien Ci und
Ausgangskantenschnittlinien Co aufschneidet,
um eine Vielzahl separater Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c, 80d und 80e zu
bilden.
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Die
Verwendung des Extrusionsrollenpressverfahrens ermöglicht die
Herstellung einer Reihe alternativer Kanalmuster 40 im
Substrat 22. Während 6 die
Kanäle 54 im
Allgemeinen parallel zu den Kanten des Bogens des Substrats 22 zeigt
(d. h. parallel zur Richtung des Substrats 22 durch die
Extrusionsrollenpressvorrichtung 20), sind auch andere Anordnungen
möglich.
Beispielsweise können
die Kanäle 54 in
orthogonaler Richtung zu den Kanten des Substrats 22 ausgebildet
werden, wie in 7 gezeigt, oder in einem anderen
Winkel relativ zu den Kanten. Die Verwendung von Extrusionsrollenpressverfahren
zur Ausbildung des Substrats 22 ermöglicht die Ausbildung einer
Bahn 74 des Substrats 22 mit einer Länge, die
in der Größenordnung
mehrerer Meter oder mehr liegen kann, und die sich über eintausend
Meter oder mehr erstrecken könnte.
Dies ermöglicht
eine ökonomische
Massenherstellung von beispielsweise Lichtleiter-Bandstrukturen 80 mithilfe einer
Bahn 74 des Substrats 22.
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Wie
in 8 gezeigt, können
die erhabenen Bereiche 52 und Kanäle 54 einen Bereich
möglicher Querschnittsformen
umfassen, wie von dem Rollenmuster 38 auf der Musterrolle 36 bestimmt,
wobei diese Querschnittsformen darauf ausgelegt sind, ein aushärtbares
optisches Material 90 aufzunehmen und das aushärtbare optische
Material 90 zu gießen, um
Lichtleiter 70a, 70b und 70c mit Formen
auszubilden, die den Formen der Kanäle 54 entsprechen.
Wie in 9 gezeigt, kann der Weg, den einzelne Lichtleiter 70a, 70b und 70c von
der Eingangskante 86 der Lichtleiter-Bandstruktur 80 zu
einer Ausgangskante 88 nehmen, variieren. Beispielsweise
können direkte
Lichtleiter 70a bereitgestellt werden, die Licht über einen
direkten Weg zwischen einer Eingangskante 86 und einer
Ausgangskante 88 führen,
indirekte Licht leiter 70b, die Licht über einen weniger direkten
Weg führen,
und geschlängelte
Lichtleiter 70c, die Licht entlang einer geschlängelten
Bahn führen.
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Die
Herstellung mithilfe eines beliebigen Ausführungsbeispiels der Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 ermöglicht zudem
die Kontrolle der Abmessungen der Kanäle 54 an verschiedenen
Orten entlang der Lichtleiter 70, wodurch die Lichtleiter 70 über ihre
Länge hinweg
unterschiedliche Querschnittsbereiche und/oder Formen aufweisen
können.
Beispielsweise und wie in 10 gezeigt,
weist eine Lichtleiter-Bandstruktur 80 Lichtleiter 70 mit
jeweils einem Austrittsbereich A2 in Nähe der Ausgangskante 88 auf,
der größer als
ein Eintrittsbereich A1 der Lichtleiter 70 an
der Eingangskante 86 ist. Dies kann beispielsweise in Verbindung
mit einem oder mehreren Bildelementen einer Videoanzeige verwendet
werden, um den effektiven Pixelfüllfaktor zu
verbessern oder die Helligkeit des Displays einzustellen. Diese
Fähigkeit
ist auch beispielsweise verwendbar, um das Äquivalent einer konischen optischen
Faserabdeckung herzustellen, etwa wie die konischen faseroptischen
Abdeckungen von Edmund Industrial Optics, Barrington, NJ. In einer
konischen faseroptischen Abdeckung ist jede optische Verbundfaser
an einem Ende breiter als an dem anderen.
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Aufbringen von optischem Material
zur Ausbildung von Lichtleitern
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Wie
bereits erwähnt,
werden die Lichtleiter 70 unter Verwendung eines Substrats 22 durch
Aufbringen eines optischen Materials 90 zum Füllen oder teilweisen
Füllen
von Kanälen 54 im
Substrat 22 ausgebildet. Das optische Material 90 ist
typischerweise eine Art durchlässiges
Material mit günstigen
optischen Qualitäten
für Lichtdurchlässigkeit
und Brechung. Beispielsweise könnte
das optische Material 90 ein Polymer der Art sein, das
durch Bestrahlen mit UV-Licht aushärtet, wie beispielsweise das
Norland Optical Adhesive von Norland Products, Cranbury, NJ, USA.
Andere Arten des optischen Materials 90 sind ebenfalls
verwendbar, je nach Geschwindigkeit, Temperatur, Dicke, Flexibilität und sonstigen
Anforderungen.
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Das
Substrat 22 umgibt das optische Material 90 und
hat einen Brechungsindex, der kleiner als der Brechungsindex des
Substrats 22 ist. Eine derartige Anordnung ergibt üblicherweise
eine erhebliche Innenreflexion des Lichts auf dem Weg durch das
optische Material 90. Die Innenreflexion des Lichts tritt auf,
wenn Licht auf seinem Weg zur Mitte des optischen Mate rials zurückgeworfen
wird, wenn es auf die Innenfläche
des Substrats 22 trifft. Der Wirkungsgrad des optischen
Wellenleiters nimmt ab, wenn der Brechungsindex des Substrats 22 gegenüber dem optischen
Material 90 um 0,05 kleiner ist. Das Substrat 22 könnte in
einem anderen Ausführungsbeispiel eine
Ummantelungsschicht zwischen dem Substrat und dem optischen Material
aufweisen. Dies ermöglicht
eine größere Freiheit
hinsichtlich der Wahl des Polymers oder Werkstoffs für das Substrat,
weil die Ummantelung die Eigenschaft hat, einen Brechungsindex aufzuweisen,
der niedriger als der des optischen Materials ist und den Wellenleitungseffekt
erzeugt. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die (nicht gezeigte) Ummantelung benachbart zu den Lichtleitern
mit dem Substrat 22 coextrudiert, darauf beschichtet oder
darauf abgeschieden werden, um zu einer Beeinflussung des Brechungsindex
beizutragen. Die Ummantelung kann zudem eine Reflexionsschicht sein.
Eine Reflexionsschicht (wie ein Metall), die das optische Material
umgibt, wirkt wie ein Spiegel und hält den Großteil des Lichtes in dem optischen
Material, wodurch ein sehr effizienter Wellenleiter entsteht.
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Eine
Vielzahl von Materialien ist zur Ausbildung des optischen Materials
90 und
zur Ummantelung verwendbar. Das optische Material
90 wird
typischerweise aus einem Polymermaterial gebildet, beispielsweise
Methacrylaten, wie n-Butylmethacrylat und 2-Ethylhexylmethacrylat.
Insbesondere umfasst ein geeignetes optisches Material eine auf
die Masse bezogene 1:1 Mischung aus n-Butylmethacrylat und 2-Ethylhexylmethacrylat,
die wiederum 0,05 Gew.-% Triethylenglycoldimethacrylat-Vernetzungsmittel
und 0,2 Gew.-% Di(4-t-Butylcyclohexyl)peroxydicarbonat (Perkadox
16.TM., Akzo Nobel Chemicals, Inc., Chicago, Ill.) als thermischen
Initiator enthalten kann. Zusätzliche
Materialien und Beispiele werden in
US-A-5,225,166 beschrieben.
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Die
Ummantelung lässt
sich aus verschiedenen Verfahren ausbilden. Polymere werden bevorzugt,
weil sie kostengünstig
und leicht zu verarbeiten sind. Fluorpolymere haben sich als Ummantelung
für Lichtleiterschichten
als geeignet erwiesen, weil sie einen relativ niedrigen Brechungsindex
aufweisen. Je größer die
Brechungsindexdifferenz ist (wobei das optische Material einen höheren Brechungsindex
als die Ummantelung hat), je effizienter ist der Lichtleiter und
je geringer ist der Lichtverlust.
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Die
spezielle Art des optischen Materials 90 bestimmt die notwendige
Aushärtungszeit
und die nötigen
Aushärtungsbedingungen,
wie Wärme
oder Lichtenergie. Das optische Material 90 wird typischerweise
in einem amorphen oder sonstigen Zustand aufgebracht, der eine Strömung des
Materials in Kanäle 54 ermöglicht,
und der aushärtbar
ist, sodass das optische Material 90, nachdem es die Kanäle 54 gefüllt hat,
in einen Zustand übergehen
kann, der eine Verfestigung des optischen Materials 90 ermöglicht,
damit es fest genug ist, innerhalb der Kanäle 54 zu verbleiben
und eine effiziente und verwertbare optische Bahn zu erzeugen. In
einem Ausführungsbeispiel
und wie in 11 gezeigt, wird optisches Material 90 in
die Kanäle 54 auf
dem Substrat 22 mittels Rollendruck eingebracht. 11 zeigt
in schematischer Form eine Beschichtungsvorrichtung 94 zur
Ausbildung von Lichtleitern 70 mittels einer Bahn 74 des
Substrats 22. Das Substrat 22 wird wie zuvor beschrieben
oder mit einem anderen Verfahren ausgebildet und aus einer Quelle,
wie einer Rolle 96, zugeführt. Alternativ hierzu kann
die Quelle eine Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 umfassen,
die benutzt wird, um die Bahn 74 des Substrats 22 direkt der
Beschichtungsvorrichtung 94 ohne Zwischenlagerung der Bahn 74 des
Substrats 22 auf der Rolle 96 zuzuführen.
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In
dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die Bahn 74 des Substrats 22 durch einen Spalt 98 zwischen
den Rollen 100 und 102 gezogen. Eine Quelle 104 stellt
eine Quelle des optischen Materials 90 bereit, die in den
Spalt 98 strömt.
Die Rollen 100 und 102 wenden Druck auf, der das
optische Material 90 in die Kanäle 54 einbringt, um
die Bahn 106 aus Lichtleiter-Bahnstrukturen mit Lichtleitern 70 in entsprechenden
Kanälen 54 zu
bilden. Die Bahn 106 wird um ein Empfangselement 108 gewickelt
oder in sonstiger Weise gelagert. Alternativ hierzu kann die Bahn 106 weiter
verarbeitet werden, und zwar wahlweise beschichtet oder in anderer
Weise behandelt werden, dann geschnitten, gefaltet oder in anderer Weise
weiterverarbeitet werden, um einzelne Lichtleiter-Bandstrukturen 80 bereitzustellen,
die zur Ausbildung eines optischen Wandlers verwendbar sind.
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12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Beschichtungsvorrichtung 94, das eine etwas andere
Technik zum Ausfüllen
von Kanälen 54 im
Substrat 22 verwendet. Die Bahn 74 des Substrats 22 wird
zwischen dem Beschichtungsträger 112 und einem
Schabermechanismus 114 hindurchgeführt, der kontinuierlich von
der Quelle des optischen Materials 90 mit einem Meniskus 116 aus
optischem Material 90 versorgt wird. Dieser drückt das
optische Material 90 in Kanäle 54, die in den
Kanälen 54 Lichtleiter 70 ausbilden,
während
die Bahn 106 vorwärts und
auf die Empfangsrolle geführt
wird.
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Eine
beliebige Zahl weiterer in der Technik bekannter Beschichtungstechniken
ist verwendbar, um optisches Material 90 aufzubringen oder
die Kanäle 54 im
Substrat 22 zu füllen
oder teilweise zu füllen.
Konkrete Beispiele solcher anderen Verfahren umfassen: Rollenbeschichten
und Schaberlamellenbeschichten, Spaltbeschichten, Vorhangbeschichten,
Schlitzdüsenbeschichten,
Sprühbeschichten oder
Drucken oder sonstige Beschichtungstechniken, von denen einige nachstehend
detaillierter beschrieben werden. Bestimmte dieser Beschichtungsverfahren
werden detaillierter in der Parallelanmeldung 10/411,624, eingereicht
am 11. April 2003 im Namen von Kerr et al., beschrieben.
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Während der
Herstellung der Lichtleiter-Bandstruktur 80 können verschiedene
Arten zusätzlicher
Beschichtungen wahlweise lichtfest gemacht werden, entweder vor
oder nach Füllen
der Kanäle 54 mit
optischem Material 90. Beispielsweise könnten optische Beschichtungen
zur Optimierung der Reflexionseigenschaften, zur Verbesserung der Lichtabsorption,
zur Bereitstellung unterschiedlicher Brechungsindizes oder zur Reduzierung
von Streulichteffekten aufgebracht werden. Auch andere Arten von
Beschichtungen könnten
aufgebracht werden, u. a. Schutz- oder Haftbeschichtungen oder Beschichtungen,
die Beabstandungen oder geeignete Halterungsflächen vorsehen. Beschichtungen
könnten entweder
auf eine oder auf beiden Seiten des Substrats 22 oder auf
Teile davon aufgebracht werden, einschließlich der Kanäle 54 oder
umgebender Strukturen. Beispielsweise könnte eine Beschichtung nur
innerhalb eines oder innerhalb mehrerer Kanäle 54 aufgebracht
werden, um Kanäle 54 mit
bestimmten optischen Eigenschaften bereitzustellen. Beschichtungen
für Beabstandungen
könnten
in geeigneter Dicke aufgebracht werden, um den nötigen Abstand zwischen benachbarten
Reihen von Lichtleitern 70 an der Eingangskante 86 und
der Ausgangskante 88 zu erzielen. Es wäre beispielsweise möglich, die
Beschichtungsdicke in geeigneter Weise zwischen der Eingangskante 86 und
der Ausgangskante 88 zu variieren, um die nötigen Abmessungen
zu erhalten. In einem Ausführungsbeispiel
ist ein Verhältnis
von Ausgangs- zu Eingangsdicke der aufgetragenen Beschichtung beispielsweise
größer als
1,4.
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Zusammenbau und Ausrichtung
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13 und 14 zeigen
auseinandergezogene bzw. zusammengesetzte Ansichten, die darstellen,
wie Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d zusammengesteckt
werden können,
um einen optischen Wandler 120 mit einer Eingangskante 122 und
einer Ausgangskante 124 zu bilden. In einem weiteren, alternativen
Ausführungsbeispiel
können
Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d vordefinierte
Montage- und/oder Ausrichtungsdurchgänge 128 aufweisen,
die mechanische Lagestrukturen ermöglichen, etwa das Einsetzen
eines Ausrichtungsstifts 130 in Ausrichtungsdurchgänge 128.
Derartige Ausrichtungsdurchgänge
können
als Teil des Musters der Kanäle 40 ausgebildet
sein, die auf dem Substrat 22 ausgebildet sind. Andere
herkömmliche
mechanische Ausrichtungsmechanismen sind verwendbar. Andere Mechanismen
zur Erzielung einer Ausrichtung zwischen Lichtleiter-Bandstrukturen 80 könnten beispielsweise
Löcher,
Arretierungen, Buchsen, Stifte usw. umfassen. Alternativ hierzu
könnten
Magnete und Eisenmaterialien als Teil des Substrats 22 verwendet
werden, beispielsweise um eine Ausrichtung zu erzielen und zu bewahren.
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Alternativ
hierzu weisen Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d Ausgangskanten 126a, 126b, 126c und 126d auf,
die zur Ausrichtung der Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d verwendet
werden. Beispielsweise kann die Ausrichtung der Ausgangskanten 126 mithilfe
einer externen Lehre oder einer (nicht gezeigten) Form erzielt werden,
die in die Ausgangskanten 126 eingreifen, um eine einwandfreie
Ausrichtung zu gewährleisten.
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Elektromechanische
Systeme sind ebenfalls verwendbar. Beispielsweise sind Machine-Vision- oder andere
vergleichbare Sensorsysteme verwendbar, um eine Ausrichtung einer
Vielzahl von Lichtleiter-Bandstrukturen elektronisch zu ermitteln,
und zwar bezogen auf die Darstellung der Anordnung der Lichtleiter-Bandstrukturen
und um dieselben anhand der gemessenen Informationen mechanisch
auszurichten.
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Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d können aneinander
beispielsweise mit einem Klebstoff befestigt werden. Ein Klebstoff
könnte
auf die Lichtleiter-Bandstruktur 80 während der Fertigung aufgetragen
werden, um eine „Peel-and-Stick"-Haftverbindung der
Lichtleiter-Bandstruktur 80 aneinander oder an einer anderen
Fläche
zu ermöglichen.
Wahlweise könnte
ein Klebstoff während
des Zusammensetzens des optischen Wandlers 120 auf gebracht
werden. Füll-
und Abstandselemente könnten
ebenfalls bereitgestellt werden. Alternative Möglichkeiten zur Verbindung von
Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d sind
mechanische Befestigungselemente, Erwärmen, Schweißen, Verschrauben
und/oder Ausbilden von Verriegelungsmerkmalen auf jeder Lichtleiter-Bandstruktur 80a, 80b, 80c und 80d,
die darauf ausgelegt sind, in Merkmale auf benachbarten Lichtleiter-Bandstrukturen
einzugreifen. Jedes andere bekannte mechanisches System ist verwendbar,
um die Lichtleiter-Bandstrukturen 80a, 80b, 80c und 80d in einer
ausgerichteten Weise zu verbinden.
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In 13 und 14 werden
Lichtleiter-Bandstrukturen gezeigt, die ausgerichtet werden, indem
sie in einem vordefinierten, linearen Stapelungsmuster gestapelt
werden. Andere Stapelungsmuster sind ebenfalls verwendbar.
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15a bis 15d zeigen
Seitenansichten eines Ausführungsbeispiels,
das aufeinanderfolgende Lichtleiter-Bandstrukturen 80 zeigt,
die gegeneinander gestapelt werden können, um einen optischen Wandler 120 zu
bilden. 15a zeigt eine einzelne Lichtleiter-Bandstruktur 80 mit
zusätzlichen Eingangs-
und Ausgangskantenabstandselementen 142 bzw. 144. 15b zeigt mehrere Lichtleiter-Bandstrukturen 80,
die symmetrisch aufgereiht sind, wobei die Eingangs- und Ausgangskantenabstandselemente 142 bzw. 144 die
entsprechende Ausrichtung zur Stapelung aufweisen. 15c zeigt, wie die Ausgangskante 148 zusammengesetzt
wird, wobei die Ausgangskantenabstandselemente 14 zwischen
den Lichtleiter-Bandstrukturen 80 angeordnet sind. 15d zeigt, wie die Eingangskante 146, die
als Strichlinie dargestellt ist, dann ausgebildet wird. Wie in 15d vorgesehen, kann ein gewisses Trimmen an der
Eingangskante 146 erforderlich sein, um die Eingangskante 146 flach
zu halten. Die Lichtleiter-Bandstrukturen 80 können selbstverständlich in unterschiedlichen
Breiten hergestellt werden (W in 1), wobei
ein Trimmen, wie in 15d vorgesehen, entfällt.
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Sofern
verwendet, bewahrt das Eingangskantenabstandselement 142 den
festen Eingangskantenabstand Ig von Lichtleiter
zu Lichtleiter und bestimmt zudem einen Eingangskantenabstand zwischen
Lichtleiter-Bandstrukturen 80 bei Stapelung, wie nachfolgend
beschrieben wird. Wie zuvor erwähnt,
kann eine Sammlung von Lichtleitern Gruppen von Lichtleitern 70 bilden,
mit einer solchen Anordnung würde
ein Eingangskantengruppenabstand Ig von
Lichtleiter zu Lichtleiter zwischen Gruppen von Lichtleitern 70 an
der Eingangskante 146 vorliegen. In ähnlicher Weise haben Lichtleiter-Bandstrukturen 80 an
der Ausgangskante 148 einen Ausgangskantenabstand O von
Lichtleiter zu Lichtleiter. Sofern verwendet, bewahrt das Ausgangskantenabstandselement 144 den
festen Ausgangskantenabstand O von Lichtleiter zu Lichtleiter und
bestimmt zudem einen Ausgangskantenabstand zwischen Lichtleiter-Bandstrukturen 80 bei
Stapelung, wie nachfolgend beschrieben wird.
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Das
Eingangs- und Ausgangskantenabstandselement 142 bzw. 144 könnte aus
einer Reihe verschiedener Materialien hergestellt werden, beispielsweise
Band, Kunststoff, Klebstoff oder gegossen sein. Alternativ hierzu
könnte
die Lichtleiter-Bandstruktur 80 selbst dicker oder dünner an
der Eingangskante 146 oder an der Ausgangskante 148 hergestellt
sein, wodurch die geeignete Maßbeziehung
bei Stapelung bereitgestellt würde.
Beschichtungen könnten
verwendet werden, um eine Trennung an geeigneten Abständen für die Eingangskante 146 und
die Ausgangskante 148 zu erzielen. Beispielsweise ist eine
Beschichtung mit variabler Dicke verwendbar, etwa eine Beschichtung,
die entlang der Ausgangskante 148 dicker als entlang der
Eingangskante 146 ist. Wo solche Beschichtungen verwendet werden,
um eine Trennung an der Eingangskante 146 und der Ausgangskante 148 zu
erzielen, kann das Dickenverhältnis
entlang der Ausgangskante 148 zum Dickenverhältnis entlang
der Eingangskante 146 beispielsweise größer als ca. 1,4 betragen.
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Es
wird Bezug genommen auf die perspektivische Ansicht von 16,
in der ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zum Zusammensetzen des optischen Wandlers 120 dargestellt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Bahn 106 aus Lichtleiter-Bandstrukturen 80 gegen
sich selbst ein- oder mehrmals entlang der Faltlinie F zurückgefaltet. 17 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zum Zusammensetzen des optischen Wandlers 120 aus
Schlitzen 150 von Lichtleiter-Bandstrukturen 80.
In diesem Ausführungsbeispiel
werden die Schlitze 150 ziehharmonikaförmig an Positionen gefaltet,
die den Eingangskantenschnittlinien Ci und
den Ausgangskantenschnittlinien Co in 6 entsprechen.
Optionale Eingangs- und Ausgangskantenabstandselemente 142 bzw. 144 können in
den ziehharmonikaförmigen
Stapel 152 eingesetzt werden, wie in 17 gezeigt.
Die Faltungsanordnungen aus 16 und 17 zeigen ähnliche,
zuvor erwähnte
Ausrichtungsmechanismen zur Verwendung mit einzelnen gestapelten
Segmenten von Lichtleiter-Bandstrukturen 80.
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Formgebung optischer Wandler 120
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Die
Verwendung von Lichtleiter-Bandstrukturen 80 lässt eine
erhebliche Flexibilität
zur Anpassung der Abmessungen und der Krümmung des optischen Wandlers 120 zu.
Durch Änderung
der Länge der
Segmente der Lichtleiter-Bandstruktur 80 sind verschiedene
Anordnungen aus Höhe
und Breite des optischen Wandlers 120 erzielbar. Beispielsweise können die
Lichtleiter-Bandstrukturen 80 auf verschiedene Weise zur
Anpassung an die Form des optischen Wandlers 120 gewickelt
werden. Wie zuvor erwähnt,
könnten
die Lichtleiter-Bandstrukturen 80 selbst mit gekrümmten Formen
hergestellt werden, um so eine Vielzahl geformter Anordnungen für optische
Wandler 120 zu ermöglichen.
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Geringfügige Anpassungen
an den Eingangs- und Ausgangskanten 146 und 148 können eine
Kombination der Lichtleiter-Bandstrukturen 80 ermöglichen,
um eine Krümmung
an der Eingangskante 122 oder an der Ausgangskante 124 des
optischen Wandlers 120 bereitzustellen. Wie in 18 gezeigt,
wird die Lichtleiter-Bandstruktur 80 an eine geringfügige Krümmung Q
angepasst, wobei eine Reihe von Schlitzen 150 an der Eingangskante 146 und
der Ausgangskante 148 vorgesehen sind, um eine Krümmung Q
zu erzeugen, wie in der Abbildung gezeigt. Krümmung Q könnte entweder in konvexer oder
in konkaver Richtung verlaufen. Krümmung Q könnte erzeugt werden, wenn die
Lichtleiter-Bandstruktur 80 auf dem Substrat 22 ausgebildet
wird, oder sie könnte
durch nachfolgende Prozesse erzeugt werden, etwa durch Einbringen
von Schlitzen 150, wie in 18 gezeigt.
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Eine
Vielzahl zusätzlicher
Formen und Anordnungen ist erzielbar, einschließlich Anordnungen mit einer
unterschiedlichen Zahl von Eingangskanten 146 und Ausgangskanten 148. 19 zeigt
ein einfaches Beispiel, in dem eine Lichtleiter-Bandstruktur 80 mehr
als eine Eingangskante 146 aufweist, die Lichtleiter 70 zu
einer Ausgangskante 148 führt. Mit einer Krümmungskombination
könnten
verschiedene Anordnungen der Eingangs- und Ausgangskanten 146 bzw. 148 und
die Mosaikbildung großer
Displaystrukturen aus optischen Wandlern 120 erfindungsgemäß hergestellt
werden.
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Endbearbeitungsvorgänge
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Sobald
die Lichtleiter-Bandstrukturen 80 entsprechend ausgerichtet
sind, um eine Eingangskante 122 und Ausgangskante 124 zu
bilden, können
Endbearbeitungsvorgänge
durchgeführt
werden. Diese Prozesse sehen die endgültige Formgebung, die Kapselung
von Materialien und Oberflächenbearbeitungsoperationen
vor und können
zudem Verfahren zur Verbesserung der optischen Leistung zusammengesetzter
optischer Wandler 120 umfassen.
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Zur
Formgebung der Enden der Lichtleiter 70 sind Wärme oder
abrasive Substanzen verwendbar. Beispielsweise ist Wärme anwendbar,
um die Formgebung des Endes jedes Lichtleiters 70 zu gestalten, der
dadurch eine integrierte Linsenstruktur für jeden Kanal 54 bildet.
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Eine
beliebige Zahl von Zwischensubstanzen ist verwendbar, um Abstände zwischen
Lichtleiter-Bandstrukturen 80 zu füllen. Zwischenmaterialien können Kunststoffe,
Harze, Epoxidharze oder sonstige geeignete Materialien umfassen,
einschließlich solcher
Materialien, die für
bestimmte optische Eigenschaften ausgewählt werden, beispielsweise
für die
Lichtleitung. Ein schwarzes Zwischenmaterial oder ein Zwischenmaterial
mit einem bestimmten optischen Index könnte verwendet werden, um unerwünschte Effekte
zu vermeiden, beispielsweise ein Übersprechen zwischen den Lichtleiter-Bandstrukturen 80.
Der optische Wandler 120 kann durch Eintauchen in eine
bestimmte Härtungsflüssigkeit
endbearbeitet werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass Zwischensubstanzen optional sind, da
es Verwendungszwecke geben kann, für die eine Anordnung eines
flexiblen optischen Wandlers 120 am vorteilhaftesten ist. Beispielsweise
kann es Anwendungen geben, in denen Dithering oder eine sonstige
mechanische Bewegung oder Flexibilität geeignet ist.
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Verfahren zur Erzielung einer
Pixelausrichtung
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Ein
Hauptproblem in der Herstellung optischer Wandler betrifft die Faseranordnung
auf einzelne Lichtquellen in einer Anordnung oder „Pixel-Pixel"-Ausrichtung. Dieses
Problem wurde bislang für hochdichte
Bebilderungsanwendungen nicht gelöst, in denen die zuvor zum
Hintergrund der Erfindung beschriebenen herkömmlichen Fertigungsverfahren eingesetzt
werden. Stattdessen wurden bestimmte Arten von Umgehungstechniken
eingesetzt, wie z. B. ein allgemeines Gruppieren mehrerer optischer
Fasern für
eine einzelne Lichtquelle, so dass zumindest einige der Fasern das
vorgesehene Licht empfangen. Eine solche Lösung sieht jedoch keine Pixel-Pixel-Ausrichtung
vor und schränkt
die Auflösung
eines optischen Wandlers 120 eindeutig ein.
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Die
Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ermöglicht
die Ausbildung eines optischen Wandlers 120 mit einer genauen
Anordnung von Lichtleitern 70. Insbesondere lässt sich
die Anordnung von Lichtleitern 70 innerhalb einer Lichtleiter-Bandstruktur 80 innerhalb
einer Lichtleiter-Bandstruktur 80 genau definieren und
formen. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die relative
Anordnung von Lichtleitern 70 in einer Lichtleiter-Bandstruktur 80 relativ
zur Anordnung der Lichtleiter 70 in einer benachbarten
Lichtleiter-Bandstruktur 80 genau positioniert werden.
Das Maß der optischen
Wandlung lässt
sich in biaxialer Weise genau definieren, wobei sich das über die
Lichtleiter 70 der einzelnen Lichtleiter-Bandstrukturen
bereitgestellte Maß der
Wandlung von dem Maß der
Wandlung unterscheidet, das zwischen den Lichtleiter-Bandstrukturen
des optischen Wandlers 120 bereitgestellt wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe „Eingang" und „Ausgang" in dieser Spezifikation in relativer
Weise verwendet werden und umkehrbar sind. Der Sinn, in dem diese
Begriffe verwendet werden, bezieht sich auf die Verwendung des optischen Wandlers 120 als
Teil einer Anzeige, einschließlich beispielsweise
einer Mosaikanzeige. Optische Wandler 120 könnten alternativ
als Teil eines Lichtsammlungsinstruments verwendet werden; in diesem
Fall würde
die Eingangsseite typischerweise eine größere Leiter-Leiter-Beabstandung
I erfordern, um Licht auf eine kleine Sensorkomponente der Ausgangskante 124 zu
leiten. Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die Herstellung von faseroptischen Abdeckungen 100 in beliebiger
Ausrichtung, und zwar mit variabler Beabstandung an gegenüberliegenden
Seiten oder mit gleicher Beabstandung, falls erforderlich.
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Alternative Ausführungsbeispiele
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Die
Erfindung wurde mit besonderem Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele
detailliert beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt, sondern
kann von einschlägigen
Fachleuten innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie in den nachstehenden
Ansprü chen
offenbart, Varianten und Abwandlungen unterzogen werden. Beispielsweise könnten Komponenten
des optischen Wandlers 120, die mit erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hergestellt werden, in einem beliebigen Größenbereich liegen. Verschiedene Verfahren
könnten
zu Endbearbeitung, Packung und Mosaikanordnung von optischen Wandlern 120 verwendet
werden, die mit erfindungsgemäßen Verfahren
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hergestellt werden. Die Lichtleiter-Bandstrukturen 80 werden
vorzugsweise als im Wesentlichen flache Bänder zur Erleichterung der
Stapelung hergestellt. Allerdings könnten sekundäre Operationen,
wie Tiefziehen, zur weiteren Formgebung der Lichtleiter-Bandstrukturen 80 eingesetzt
werden.
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In
dem zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Lichtleiter 70 nur
auf einer Seite des Substrats 22 bereitgestellt. Allerdings könnten die
Lichtleiter 70 auch alternativ auf beiden Seiten des Substrats 22 bereitgestellt
und in einer Reihe verschiedener Konfigurationen auf beiden Seiten
ausgerichtet oder gestapelt werden. Das in 11, 12, 13, 14 und 15a bis 15d gezeigte
Ausführungsbeispiel
bildet und verwendet Lichtleiter-Bandstrukturen 80 in einer Konfiguration,
worin eine einzelne Reihe von Lichtleitern 70 bereitgestellt
wird. Derselbe Basisprozess, der bereits für die Ausbildung von Lichtleiter-Bandstrukturen 80 beschrieben
wurde, könnte
einmal oder mehrmals zum Aufbau einer mehrschichtigen Lichtleiter-Bandstruktur 160 mit
einer Reihe von Lichtleitern 70 in jeder Schicht wiederholt
werden. 20 zeigt eine mehrschichtige
Lichtleiter-Bandstruktur 160 mit zwei Schichten 162a und 162b.
Schicht 162b wird mithilfe der zuvor beschriebenen Verfahren
zuerst auf dem Substrat 22 ausgebildet. Schicht 162a wird
dann mithilfe einer zweiten Schicht des Substrats 22 ausgebildet,
wie in 20 gezeigt, oder mithilfe einer
Zwischenschicht, die beispielsweise auf Schicht 162b aufgetragen
wird. Ein optischer Wandler 120 ist demnach mithilfe einer
derartigen mehrschichtigen Lichtleiter-Bandstruktur 160 ausbildbar. Dies
kann durch Montage mehrerer mehrschichtiger Lichtleiter-Bandstrukturen 160 mithilfe
der Techniken erfolgen, die für
das Zusammensetzen der Lichtleiter-Bandstruktur 80 zur
Ausbildung eines optischen Wandlers 120 beschrieben wurden.
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Alternativ
hierzu kann der Prozess des Zusammensetzens der Lichtleiter-Bandstruktur 80 zur Ausbildung
eines optischen Wandlers 120 durchgeführt werden, indem eine erste
Bahnschicht aus Lichtleiter-Bandstrukturen ausgebildet wird durch Rollenpressen
einer Substratbahn mit einem Muster aus Kanälen, wobei jeder Kanal von
seinem benachbarten Kanal gemäß einem vorbestimmten
Muster beabstandet ist, und durch Auftragen eines optischen Materials
in die Kanäle
der Substratbahn, um Lichtleiter zu bilden und mindestens eine nachfolgende Bahnschicht
aus Lichtleiter-Bandstrukturen 80 auf der ersten Bahnschicht
zu bilden durch Rollenpressen einer Substratbahn auf der ersten
Bahnschicht von Lichtleiter-Bandstrukturen, wobei jede nachfolgende
Schicht ein Muster aus Kanälen
aufweist, und wobei jeder Kanal von dem benachbarten Kanal gemäß einem
vorbestimmten Muster beabstandet ist, und Auftragen eines optischen
Materials in die Kanäle
der Substratbahn zum Ausbilden von Lichtleitern. Eine so ausgebildete
Bahn kann segmentiert werden, um einen optischen Wandler mit einer
Eingangskante und einer Ausgangskante mit einem Array aus gestapelten,
sich dazwischen erstreckenden Lichtleitern, ausgebildet werden.
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Lichtleiter 70 derart
beschrieben, dass sie mittels optischer Materialien 90 ausgebildet
werden. Eine weitere Option zur Ausbildung einer oder mehrerer reflektierender
Lichtleiter 170 ist die Ausbildung eines reflektierenden
Rohrs, wie in der Schnittansicht aus 21 gezeigt.
Für eine
solche Anordnung würden
ein oder mehrere Kanäle 54 gebildet
und mit einer reflektierenden Beschichtung 172 versehen.
Eine optionale reflektierende Beschichtung 174 kann bereitgestellt
werden, um eine reflektierende Oberfläche mit einem auf diese Weise
aufgebauten reflektierenden Lichtleiter 70 bereitzustellen.
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22 und 23 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
dieser Art, das einen optischen Wandler 120 zeigt, der
durch Verbinden von mindestens zwei Lichtleiter-Bandstrukturkabeln 176 und 178 ausgebildet
wird. Wie in 22 gezeigt, haben die Lichtleiter-Bandstrukturkabel 176 und 178 je
eine gemusterte Oberfläche 42 und
eine gemusterte Grundfläche 46 mit
darin ausgebildeten Kanälen 182 bzw. 184.
Eine reflektierende Ummantelung 180 wird aufgetragen oder
in sonstiger Weise entlang den Kanälen 182 und 184 bereitgestellt,
um eine reflektierende Oberfläche
auszubilden. In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Kanäle 182 und 184 derart
ausgelegt, dass sie zur Ausbildung von Lichtleitern 70 zusammenwirken,
wenn ein erstes Lichtleiter-Bandstrukturkabel 176 und ein
zweites Lichtleiter-Bandstrukturkabel 178 miteinander verbunden
werden. In diesem Ausführungsbeispiel
hat jedes Lichtleiter-Bandstrukturkabel 176 und 178 eine
gemusterte Oberfläche 42 mit
einer Ausrichtungsoberfläche 186 und
einer gemusterten Grundfläche 46 mit
Ausrichtungskanälen 188,
die zur Aufnahme der Ausrichtungsoberfläche 186 ausgelegt
sind und ein Ausrichten jedes Lichtleiter-Band strukturkabels 176 und 178 zueinander
ermöglichen.
In diesem Ausführungsbeispiel
können die
Kanäle 182 und 184 auf
einer Grundfläche 46 ausgebildet
werden, indem ein Muster auf dem in 1 gezeigten
Träger 33 als
Druckrolle 34 ausgebildet wird. Allerdings kann ein solches
Muster in ähnlicher
Weise auf einem alternativen Ausführungsbeispiel des Trägers 33 ausgebildet
werden. Zwar werden nur eine solche Ausrichtungsoberfläche 186 und
ein solcher Ausrichtungskanal auf jeder Fläche gezeigt, aber es sind mehr
als ein Muster verwendbar.
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In
einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel
ist die Extrusionsrollenpressvorrichtung 20 aus 2 verwendbar,
um Lichtleiter 70 auf dem Substrat 22 direkt auszubilden,
indem der zuvor beschriebene Prozess umgekehrt und ein Muster aus optischem
Material 90 auf einen Träger 28 mithilfe des
zuvor für
das Aufbringen thermoplastischen Materials 26 auf den Träger 28 beschriebenen
Prozesses aufgebracht wird. Dadurch werden Lichtleiter 70 direkt
auf dem Substrat 22 ausgebildet. 24 und 25 zeigen
Draufsichten und Schnittansichten eines Substrats. In diesem Ausführungsbeispiel
kann ein thermoplastisches Material 26 oder ein sonstiges Material
auf das Substrat 22 aufgebracht werden, das in dieser Weise
mithilfe der hier beschriebenen oder in der Technik sonst bekannten
Beschichtungstechniken ausgebildet wird, um eine Beschichtung eines
thermoplastischen Materials 26 zur Ausbildung von Kanälen 54 und
einer Lichtleiter-Bandstruktur 80, wie in 26 gezeigt,
aufzubringen.
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Demnach
wird ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung eines optischen Wandlers
bereitgestellt.