DE602004012474T2 - Verfahren zur Herstellung einer gestapelten, planaren, Lichtleiterbänder umfassenden optischen Bebilderungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer gestapelten, planaren, Lichtleiterbänder umfassenden optischen Bebilderungsvorrichtung Download PDF

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Insgesamt ist ersichtlich, dass Bedarf nach verbesserten Verfahren zur Herstellung optischer Wandler besteht, insbesondere für elektronische Bebilderungsanwendungen.
  • 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.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Extrusionsrollenpressvorrichtung;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Extrusionsrollenpressvorrichtung;
  • 3 ein Beispiel eines Substrats;
  • 4 eine Schnittansicht des Beispielsubstrats aus 3;
  • 5 eine perspektivische Ansicht einer für die vorliegende Erfindung geeigneten Lichtführungs- oder Lichtleiter-Bandstruktur;
  • 6 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Substrats, das mit Kanälen für mehrere Lichtleiter-Bandstrukturen hergestellt ist;
  • 7 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Substrats, das mit Kanälen für mehrere Lichtleiter-Bandstrukturen hergestellt ist;
  • 8 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einzelner Lichtleiter-Bandstrukturen, die voneinander durch Abtrennen vom Substrat aus 6 getrennt sind;
  • 9 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Anordnung von Kanälen, die innerhalb einer erfindungsgemäßen Lichtleiter-Bandstruktur ausgebildet sind;
  • 10 eine perspektivische Ansicht einer Lichtleiter-Bandstruktur;
  • 11 ein schematisches Blockdiagramm zur Darstellung eines Fertigungsprozesses, der dazu dient, Kanäle mit einem optischen Material zur Ausbildung von Lichtleitern zu füllen;
  • 12 ein schematisches Blockdiagramm zur Darstellung eines alternativen Fertigungsprozesses, der dazu dient, Kanäle mit einem optischem Material zur Ausbildung von Lichtleitern zu füllen;
  • 13 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung der Stapelung einzelner Lichtleiter-Bandstrukturen;
  • 14 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines zusammengesetzten optischen Wandlers unter Verwendung gestapelter Lichtleiter-Bandstrukturen;
  • 15a, 15b, 15c und 15d nacheinander die Fertigung eines optischen Wandlers mithilfe gestapelter Lichtleiter-Bandstrukturen mit zusätzlichen optischen Abstandshaltern;
  • 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;
  • 17 eine Seitenansicht zur Darstellung eines alternativen Verfahrens zur ziehharmonikaartigen Faltung eines Bogens einer Lichtleiter-Bandstruktur zur Ausbildung eines optischen Wandlers;
  • 18 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung, wie eine Lichtleiter-Bandstruktur zur Bereitstellung einer gekrümmten Oberfläche angepasst werden kann;
  • 19 ein alternatives Ausführungsbeispiel, in dem eine Lichtleiter-Bandstruktur mehr als eine Eingangskante aufweist, die Lichtleiter zu einer Ausgangskante führt;
  • 20 eine Schnittansicht zur Darstellung eines optischen Verfahrens zur Bereitstellung von Lichtleitern, die mittels Reflexion arbeiten; und
  • 21 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer mehrschichtigen Lichtleiter-Bandstruktur in einem alternativen Ausführungsbeispiel;
  • 22 eine Montageschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Wandlers;
  • 23 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 22, zusammengesetzt und im Schnitt;
  • 24 eine Draufsicht eines Substrats mit Lichtführungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 25 eine Frontalansicht eines Substrats 24;
  • 26 die Ausbildung von Kanälen auf dem Substrat der 24 und 25.
  • 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.
  • Substratausbildung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Verwendung von Substraten zur Ausbildung optischer Wandler
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aufbringen von optischem Material zur Ausbildung von Lichtleitern
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenbau und Ausrichtung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Formgebung optischer Wandler 120
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Endbearbeitungsvorgänge
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Verfahren zur Erzielung einer Pixelausrichtung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Alternative Ausführungsbeispiele
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Demnach wird ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung eines optischen Wandlers bereitgestellt.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Ausbilden eines optischen Wandlers durch Zusammensetzen mindestens zweier Lichtführungs-Bandstrukturen gemeinsam in einer gestapelten Anordnung, gekennzeichnet durch die Schritte: Bereitstellen mindestens zweier Lichtführungs-Bandstrukturen (80), die jeweils gebildet werden durch die Schritte des Extrusionsrollenpressens eines Substrats durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials (26) zwischen einem Träger und einem Musterrollenträger (33), wobei eine Musterrolle (36) darin ein Muster bildet und das geschmolzene thermoplastische Material auf einen Wert unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials abkühlt, um ein Substrat (22) zu bilden, das ein Muster aus Kanälen (40) aufweist, von denen jeder sich von einer Eingabekante (86) bis zu einer Ausgabekante (88) des Substrats (22) erstreckt und Lichtführungen (70) bildet, die sich entlang eines jeden Kanals von der Eingabekante zur Ausgabekante erstrecken.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das thermoplastische Material zwischen dem Träger und der gemusterten Rolle unter Druck injiziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Extrusionsrollenpressens den Schritt des Hindurchführens eines Basismaterials und des geschmolzenen thermoplastischen Materials zwischen einem Träger und einer gemusterten Rolle umfasst, wobei die gemusterte Rolle das thermoplastische Material derart ausformt, dass darin Kanäle entstehen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der optische Wandler eine Eingabekante und eine Ausgabekante aufweist, wobei Lichtführungen an der Eingabekante durch eine erste Trenneinrichtung und an einer Ausgabekante durch eine sich von der ersten Trenneinrichtung unterscheidende zweite Trenneinrichtung getrennt sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Aufbringens einer aus einem optischen Material bestehenden Beschichtung in die Kanäle.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, worin der optische Wandler eine Eingabekante und eine Ausgabekante aufweist, mit dem Schritt des Bereitstellens einer Trenneinrichtung zwischen den Lichtführungs-Bandstrukturen an der Eingabekante, die sich von der Trenneinrichtung der Lichtführungs-Bandstrukturen an der Ausgabekante unterscheidet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Verhältnis vom Abstand der Ausgabekante zum Abstand der Eingabekante größer ist als etwa 1,4.
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