EP2883090A1 - Light guide plate comprising decoupling elements - Google Patents

Light guide plate comprising decoupling elements

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EP2883090A1
EP2883090A1 EP13747406.0A EP13747406A EP2883090A1 EP 2883090 A1 EP2883090 A1 EP 2883090A1 EP 13747406 A EP13747406 A EP 13747406A EP 2883090 A1 EP2883090 A1 EP 2883090A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
holographic optical
optical elements
guide plate
distribution module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13747406.0A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Fäcke
Friedrich-Karl Bruder
Rainer Hagen
Günther WALZE
Thomas RÖLLE
Horst Berneth
Dennis Hönel
Marc-Stephan Weiser
Werner Hoheisel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayer MaterialScience AG filed Critical Bayer MaterialScience AG
Priority to EP13747406.0A priority Critical patent/EP2883090A1/en
Publication of EP2883090A1 publication Critical patent/EP2883090A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02F1/133606Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members

Definitions

  • the invention relates to a planar light distribution module for a display, comprising a Lichtmann- approximately plate which can propagate via at least one side surface einkoppelbares light by total reflection and at least one mounted on one or both of the main surfaces of the Lichtry- tion plate and standing in optical contact with this planar decoupling device in which a plurality of holographic optical elements configured to be able to extract light from the light guide plate (1) are arranged.
  • the invention also relates to an optical display, in particular an electronic display, which includes a light distribution module according to the invention.
  • Liquid crystal displays have become widely used. They are already available in many sizes. They range from small LCD displays in mobile phones, game computers, to mid-size displays for laptops, tablet PCs, desktop monitors, to large-scale applications such as TVs, billboards, and building installations.
  • cathode cathode light sources and light emitting diodes are used for light generation in the backlight unit (BLU).
  • BLU backlight unit
  • the radiation characteristic of these light sources is such; that these radiate comparatively undirected light.
  • two types are used: direct lighting and edge lighting.
  • the luminaires are mounted on the back of the display.
  • This has the advantage that the light is distributed very homogeneously over the size of the display panel, which is particularly important in televisions meaning you also use LEDs in direct lighting, they can also be dimmed, which makes an increased contrast of the display possible
  • a disadvantage are the high cost, since a variety of light sources is necessary For this reason, the edge lighting has more and more prevailed in the market
  • the light sources are mounted only at the edges of a light guide plate In this, the light is coupled to the edge and is through Total reflection transported into the interior
  • Lichtauskoppeletti the light is thereby directed forward towards the LC panel
  • Typical Lichtauskoppeletti are printed patterns of white color, the roughening the surface of the light guide plate or embossed refractive structures. The number and density of these structures can be chosen freely and allows a fairly homogeneous illumination of the display.
  • the light output elements used in the current state of the art such as e.g. white reflection color or surface roughness show the non-directional scattering behavior of a Lambertian radiator. This leads, on the one hand, to a multiplicity of light paths which have to be homogenized again by the diffuser and prism foils lying between the light guide plate and the LC panel and then have to be reoriented in order to provide a light distribution appropriate to the LC panel.
  • diffractive surface structures on the light guide plate have been described:
  • US 2006/0285185 describes a light guide plate in which the depth of the molded-in diffractive surface structure matches the efficiency of decoupling. However, the effective efficiency is considered to be low due to only one frequency in the grating structure.
  • US 2006/0187677 teaches a light guide plate in which the molded diffractive surface structures should set a homogeneous intensity distribution by a different fill factor and different orientations.
  • US 2010/0302798 discloses the use of two spatial frequencies by embossing superstructures into the diffractive surface structure. Similar adaptation by further " cutaway" in the surface structure is taught by US 2011/0051035, in order to be able to separately optimize the decoupling properties of decoupling efficiencies.
  • Park et al. Optics Express 15 (6), 2888-2899 (2007)
  • US 5,650,865 teaches the use of double holograms consisting of a reflection volume and a transmission volume hologram.
  • the two holograms select light of narrow spectral width and deflect light from a certain angle from the light guide plate vertically.
  • the double holograms for the three primary colors are geometrically assigned to the pixels of an LC panel.
  • the orientation of two pixelated holograms to each other and their adjustment to the pixels of the LC panel is complicated and difficult.
  • US 2010/0220261 describes lighting devices for liquid crystal displays containing a light guide plate containing volume holograms to redirect laser light.
  • the volume holograms are at special distances from each other, obliquely positioned in the Lichtbowungsplatte.
  • volume holograms in light guide plates are very expensive.
  • the use of volume holograms as color-selective grids on a light guide plate is known, wherein the individual volume holograms have Auskoppeleffizienzen, which increase along the irradiation direction.
  • the color-selective grids are spatially adapted to the pixels of a translucent digital light modulator, which is complicated and thus expensive with increasingly high-resolution display panels. It is an object of the present invention to provide an improved display design with a particularly flat and compact light distribution module that efficiently and homogeneously illuminates light onto a translucent digital light modulator.
  • the Lichtverteihusgsmodul should also allow a reduction in the number of light sources and thus make the production of optical displays cheaper.
  • This object is achieved in a light distribution module of the type mentioned above in that the holographic optical elements are arranged in the decoupling device with respect to at least two spatial dimensions without translational symmetry and the holographic optical elements are designed as volume grids.
  • the invention is based on the finding that, in deviation from the information known from the prior art, in particular those from GB 2260203, no uniform arrangement tion of the holographic optical elements is required to allow a homogeneous light extraction from the light guide plate. In addition, in the solution according to the invention, no discrete allocation of the extraction points to individual pixels of a display is required.
  • the light can be coupled out directionally from the light guide plate, and the homogeneous light extraction can be achieved by the distribution of the holographic optical elements on the light guide plate.
  • the shape, the size, the diffraction efficiency and / or the diffraction direction of the holographic optical elements can be varied or a wavelength selection can be carried out with the aid of the holographic optical elements.
  • typically used light sources couple the light in a wide angular range in the Lichtbowungsplatte.
  • the holographic optical elements select these rays and leave those rays that do not follow the Bragg condition in the Lichtbowungsplatte.
  • the light guide plate thus serves as a light reservoir to which the holographic optical elements "pick" light and decouple this purposefully onto the diffuser other, eg, exciplex-containing plasma light sources; solid-state light sources, such as light-emitting diodes (LEDs) based on inorganic or organic materials, preferably so-called white LEDs, which contain an ultraviolet and / or blue emission and color-converting phosphors, the color-converting phosphors also containing half - can emit conductive nanoparticles (so-called quantum dots, Q-dots), which - as is known in the art - emit after excitation with blue or UV light in the appropriate red and green and possibly blue
  • combinations of at least three monochromatic, ie red, green and blue LEDs are also suitable; Combinations of at least three monochromatic, eg red, green and blue laser diodes; or combinations of monochromatic LEDs and laser diodes, so that the basic colors can be produced by the combination.
  • the base colors may also be generated in a blue-lit, track-like element that includes appropriate Q-dots to match the blue light of the LED Converted red and green light with narrow bandwidth with high efficiency to mix.
  • the rail-shaped element also available under the registered trade name "Quantum Rail", can be positioned in front of an array of blue LEDs or blue laser diodes.
  • the production of the holographic optical elements in the transparent layer is possible by various methods. It is possible to use a mask corresponding to the pattern to be generated, the mask containing openings (positive mask) corresponding to the pattern. In this case, the holographic exposure is constructed such that either the signal beam or the reference beam or both is locally modified by the mask in its intensity or polarization.
  • This mask may be made of, inter alia, metal, plastic, strong cardboard or the like and thus contains apertures or areas in its place the beam is transmitted or its polarization is changed and a holographic optical interference by means of interference with the second beam in the holographic recording film Element generated In areas where only one beam strikes the recording material or where the polarization states of the two beams are orthogonal to one another, an exposure of the recording material takes place which does not feel like a holographically optic element
  • a gray filter can be used which locally adjusts the beam ratio of signal to reference beam and thus the amplitude of the interference field, which determines the diffraction efficiency of the holographic optical element from position varies to position
  • the gray filter can eg be realized by a printed glass or transparent, largely free from birefringence present plastic film, which is placed on the mask.
  • the gray filter is realized by a digital printing technique such as ink-jet dmck or laser printing.
  • Suitable elements would be e.g. Linear polarizers, quarter-wave or half-wave plates. Linear polarizers can also act like gray filters.
  • the signal beam can be modified by an optical diffuser.
  • the mask can be placed on the diffuser, to enable the spatial allocation there. It is also possible to modify the reference beam analogously with the mask. In the latter case, the "signal" information is distributed to reference and signal beam, since the reference beam with the mask defines the range, the signal beam introduces the diffuser characteristic.
  • the output devices of the light distribution module for example, by mask (positive mask), by varying the beam ratios by a gray filter, a polarizing filter, by using a diffuser, by incoherent pre-exposure through a gray filter (negative mask), by sequential optical pressure of individual holographic optical Elements take place, to name just a few examples.
  • a modification of the coupling-out devices can be achieved, for example, by erasing holograms by radiation, chemical swelling or shrinkage; by mechanical post-processing or by a combination of two or more of these methods.
  • holographic optical elements it may be advantageous to produce them separately and then to apply them to one another in a lamination step or in a bonding process. If different holographic optical elements with different diffraction angles are used, a separate mask is used for each of these groups and the beam geometry is modified accordingly. Here, the exposures are sensed sequentially.
  • a separate mask and another laser are used correspondingly for each of these groups.
  • the exposures can be carried out sequentially. It is also possible to provide each mask aperture with a color filter which defines the color assignment. The exposure can then take place sequentially as well as simultaneously by means of a white laser consisting of a red, green and blue. If, in addition, the absorption of the color filter is also varied for the transmitted beam, the diffraction efficiency can also be adjusted at the same time If the holographic optical elements adjoin one another or overlap, the mask can be completely dispensed with and the glass plate / plastic film can be used alone for the exposure.
  • a negative mask can also be used.
  • the areas that are exposed are desensitized by an incoherent pre-exposure. After this pre-exposure, the actual holographic exposure takes place in the remaining areas of the recording film.
  • the incoherent preexposure can take place in different light intensity. Thus, it is possible to adjust each range from no to complete desensitization.
  • the subsequent holographic exposure can now again be color-selective and / or direction-selective, so that in this way the diffraction efficiency is adjusted by the incoherent preexposure by means of a negative mask, the color selectivity and / or the direction is selectively effected by the positive mask in the second step.
  • each holographic optical element is optically printed sequentially either the recording material passed in front of an optical writing head via an xy shifting table, or the optical writing head is guided over the recording material by means of an xy positioning unit.
  • the write head may also include other functions such as color selectivity by using multiple lasers or by flexible grayscale filters or polarization elements that can adjust the signal reference beam ratio.
  • a holographic optical element covering the surface of the light guide plate and to structure in a subsequent step in isolated holographic optical elements by selectively deleting the hologram in areas or their diffraction properties for different wavelength ranges
  • This can for example but not exclusively also be done by a mask, for example, by bleaching with UV radiation, the hologram or other used for the recording material extinguishing methods used
  • the diffraction property of the holographic optical elements x-y can be adapted to be scanned by targeted local swelling or shrinkage to different spectral regions of the visible spectrum.
  • Suitable agents would be, for example, actinic radiation crosslinkable monomers of suitable refractive index, which are locally diffused and then crosslinked. This procedure may be preferred when using photopolymers as recording material used.
  • the holographic optical elements by means of a punchable and transferable film material.
  • a uniform grid structure is exposed, the structure of the pattern mechanically punched and transferred to the waveguide, for example via a lamination step.
  • the output device preferably consists of a recording material for volume holograms.
  • Suitable materials are, for example, silver halide emulsions, dichromate gelatin, photorefractive materials, photochromic materials or photopolymers. Of industrial relevance, these are essentially silver halide emulsions and photopolymers. Very bright and high-contrast holograms can be written in silver halide emulsion, however, an increased expenditure on the Schulz of the moisture-sensitive films is necessary in order to ensure sufficient long-term stability.
  • photopolymers common to all photopolymers is the photoinitiator system and polymerizable random monomers.
  • a photopolymer may also contain plasticizers, stabilizers and / or further additives. This is particularly advantageous in connection with photopolymers containing crosslinked matrix polymers, as described by way of example in EP2172505A1.
  • the photopolymers described herein have as Photoinitiator a photoinitiator system modulatable to the necessary wavelength, writing monomers with active polymerizable groups and a high-crosslinked matrix polymer.
  • Suitable additives selected as described in WO 2011054796, are added, it is possible to prepare particularly advantageous materials which give an industrially interesting material in terms of their optical properties, manufacturability and processibility.
  • Suitable additives according to this process are in particular urethanes, which are preferably substituted by at least one fluorine atom. With regard to their mechanical properties, these materials can be adjusted over a wide range and can thus be adapted to a wide variety of requirements both in the unexposed and the exposed state (WO 2011054749 A1).
  • the photopolymers described can be prepared both in roll-to-roll processes (WO 2010091795) or in printing processes (EP 2218742).
  • the decoupling device can also have a layer structure, for example an optically transparent substrate and a layer of a photopolymer. It is particularly expedient to lamime ren the coupling device with the photopolymer directly on the light guide plate. It is also possible to carry out the coupling device such that the photopolymer is enclosed by two thermoplastic films In this case it is particularly advantageous; one of the two thermoplastic films adjacent to the photopolymer is attached to the light guide plate with an optically clear adhesive film.
  • thermoplastic film layers of the coupling-out device preferably consist of transparent plastics. Particular preference is given to using polymethyl methacrylate, cellulose triacetate, amorphous polyamides, amorphous polyesters, amorphous polycarbonate, cycloolefmers (COC) or else blends of the abovementioned polymers. Also glass can be used for this.
  • the decoupling device may further contain silver halide emulsions, dichromated gelatin, photorefractive materials, photochromic materials and / or photopolymers, in particular photopolymers containing a photoinitiator system and polymerizable writing monomers, preferably photopolymers containing a photoinitiator system, polymerizable writing monomers and crosslinked matrix polymers.
  • An arrangement of the holographic optical elements without translational symmetry can be described, for example, by a physical model in which a regular point grid with a point spacing a is assumed as the starting configuration, each point being assigned a holo-dot scale. corresponds graphically optical element
  • Each point of the grid is assigned a point mass; which is connected to each of its four nearest neighbors via a tension spring These tension springs are biased by a certain amount, that is; the rest length of the springs is smaller than the average distance between the grid points.
  • the spring constants of the springs are statistically distributed around an average value. Subsequently, the minimum of the energy of the entire system is determined. The resulting positions of the point masses form a grid with the sought-after properties:
  • the mean distance between two neighboring points is still a.
  • the grid is aperiodic. No direction is excellent and the autocorrelation function decreases rapidly for values greater than a.
  • the steepness of the waste can be controlled by the dispersion in the values of the spring constant.
  • a function In order to calculate the autocorrelation function of the grid, a function must first be assigned to this grid. This can be done by assigning the value 1 to all points (x, y) that lie on the lines of the grid and all other points by the value 0.
  • f (x, y) kamt is assigned to itself known manner (see, for example, E. Oran Brigham, FFT / Fast Fourier Transformation, R. Oldenbourg Verlag, Kunststoff / Vienna 1982, p. 84 ff.), the autocorrelation function can be determined:
  • An arrangement of the holographic optical elements made in this manner has the advantage that it is visually less conspicuous than a grating with translation symmetry.
  • the average lattice spacing can be selected to be larger and the production costs can be reduced.
  • the greater average grid line spacing increases the light transmission of the decoupling device.
  • the occurrence of a moiré effect is prevented.
  • the holographic optical elements are arranged in such a way that the number of holographic optical elements per area increases from at least one edge to the center of the coupling-out device.
  • This arrangement applies in particular to such edges of the coupling-out device as to a side surface of the light guide plate correspond, is Wegkoppeh the light from a light source.
  • the number of holographic optical elements per area may increase from these two opposite edges to the center of the outcoupler. If light sources are arranged on three or four side surfaces of the light guide plate, the aforementioned distribution applies accordingly.
  • a multiplicity of holographic optical elements are present in the outcoupling device.
  • a multiplicity means the presence of at least 10 holographic optical elements in the outcoupling device, preferably at least 30 holographic optical elements, preferably at least 50, more preferably at least 70, particularly preferably at least 100.
  • the holographic optical elements are formed in the outcoupling device and extend from one of the flat sides of the outcoupling device into this and / or penetrate them completely.
  • the outcoupling device with that flat side is in contact with the light guide plate on which the holographic optical elements are located. In this way, a particularly effective optical contact between the light guide plate and the output device can be generated, whereby the Auskopphmgseffizienz the holographic optical elements is improved.
  • the output device or the light guide plate is provided with a reflection layer which is arranged on the flat side opposite the output direction of the light.
  • a reflection layer which is arranged on the flat side opposite the output direction of the light.
  • the diffraction efficiency of the holographic optical elements is different, the diffraction efficiency of the holographic optical elements along a direction of incidence for light into the light guide plate starting from the edge of the outcoupling device increasing in particular If opposite light sources are provided, the diffraction efficiency decreases from the side edges starting at which the light sources einkoppem the light in the Lichtschreibungsplatte up to the center in an advantageous manner too. If light sources are provided at three or four side edges of the light guide plate, the above arrangement for diffraction efficiency applies correspondingly. If the light sources are point-shaped light sources, then an increased diffraction efficiency near the edge of the light guide plate between the point-shaped light sources is additionally advantageous.
  • the holographic optical elements can decouple light from the light guide plate at least in the wavelength range from 400 to 800 .mu.m. Nevertheless, holographic optical elements covering a broader wavelength range can also be provided. Conversely, it is also possible to use holographic optical elements which only cover a section of the visible wavelength range, in particular, for example, only the area of red, blue or green light or alternatively additionally yellow light. In this way, a color selective decoupling of individual light colors from white light be realized from the light guide plate.
  • a particularly preferred embodiment of the present invention is in a light distribution module, in which the holographic optical elements can couple out wavelength-selective light, wherein in particular at least three groups of holographic optical elements are present, which are each wavelength-selective for red, green and blue light also a fourth group for yellow light can be optionally used.
  • the holographic optical elements are designed such that the latestkop- pelted light passes through the coupling device completely transversely.
  • transmissive coupling-out devices can be used.
  • the holographic optical elements can also be used. be equipped in such a way that the decoupled light is reflected and the light guide plate is traversed after decoupling Iransversal.
  • such a reflective coupling-out device is arranged on the flat side of the light guide plate located opposite the emission direction of the light distribution module.
  • a reflection layer can also be provided on the outer surface of such a reflective coupling-out device. This can, as stated above, consist in a vapor-deposited or fragmented metal layer.
  • each of the three outcouplers selectively decouples a light color, namely, for example, red, green, and blue light, respectively, from the light guide plate.
  • the coupling-out device can have any thickness required for the intended function.
  • photopolymer layer thicknesses ⁇ 0.5 ⁇ m, preferably ⁇ 5 ⁇ m and ⁇ 100 ⁇ m, particularly preferred ⁇ 10 ⁇ m and ⁇ 40 ⁇ m it is possible to achieve that only certain selected wavelengths are diffracted.
  • only a photopolymer layer ⁇ 5 microns can be used if in this one photopolymer layer all at least three color-selective holograms are written simultaneously or successively or partially overlapping in time.
  • the holographic optical elements have, independently of one another, an extension in at least one spatial axis parallel to the surface of the coupling-out device of at least 300 ⁇ m, in particular at least 400 ⁇ m or even at least 500 ⁇ m.
  • This embodiment is particularly advantageous, since it is not necessary in the context of the present invention that the holographic optical elements illuminate a discrete pixel of a display. Instead, the use of such larger holographic optical elements enables a diffused and uniform illumination of a display background
  • the holographic optical elements used for the light distribution module of the present invention may have any shape.
  • the holographic optical elements independently of one another in the surface of the coupling-out device can have a circular, elliptical or polygonal, in particular three, four, five or hexagonal, trapezoidal or parallelogram-like cross section.
  • This design also includes embodiments in which the holographic optical elements are arranged, for example, in the form of strips which extend from one side edge of the coupling-out device to the opposite one. These strips can be arranged parallel to the side edges of the coupling-out device or else at any other angle. In this case, the individual strip-shaped holographic optical elements can run parallel to one another or else at an angle.
  • the individual holographic optical elements of a coupling-out device partly overlap, wherein in particular the surface of the coupling-out device is largely completely occupied by holographic optical elements.
  • discrete holographic optical elements can be generated which adjoin one another or overlap with adjacent holographic optical elements.
  • more than two holographic optical elements can overlap with each other and on top of each other.
  • Using other fabrication techniques eg, grayscale masks
  • the imaging performance eg, given by the resolution of the printhead, the ink dosage to represent a gray area
  • the light distribution module comprises a diffuser, which is arranged on the flat side of the combination of light distribution plate and outcoupling device, at which the light is radiated, wherein the diffuser preferably rests on the light guide plate and / or outcoupler without an optical contact is made.
  • This is preferably achieved via a roughened surface or particle-shaped spacers on the surface of the light guide plate or the diffuser.
  • the distance set by the surface finish is preferably less than or equal to 0.1 mm, in particular less than or equal to 0.05 mm.
  • a Difiusor is a plate-shaped element that has or consists of a litter layer. In this way, a particularly uniform light distribution can be generated.
  • a further diffuser is provided, which is positioned parallel to the diffuser behind the first diffusor in the radiation direction.
  • the above-mentioned preferred values apply with respect to the first diffuser.
  • a light distribution module according to the invention optionally comprises one or more diffusers.
  • the holographic optical elements inherently have a diffuser function. Such a function can be imparted to the holographic optical elements already during manufacture by appropriate illumination techniques.
  • Another object of the present invention relates to a visual display, in particular a display of a television, mobile phone, computer and the like, wherein the display is a light display.
  • Distribution module according to the present invention includes The displays according to the invention comprises in addition to the light distribution module according to the invention usually a translucent digital spatial light modulator and a lighting unit Due to the low height of the Lichtverteirungsmoduls invention this is particularly suitable for compact thin designs and energy-efficient displays, as for televisions, Computei screens , Laptops, tablets, smartphones or other similar applications are needed.
  • the optical display according to the invention contains only essentially blue light emitting light sources, wherein a color conversion to green and red light by means of Q-dots in a Quantumrail in the light source, in the holographic optical elements of the coupling device, in a diffuser or in a Color filter is done
  • these lighting units are particularly suitable for transparent displays that find a variety of applications in point-of-sale displays, advertising applications in shop windows, in transparent information boards at airports, train stations and other public Places, in automotive applications in the headliner and as information displays in and on the dashboard and the windshield of an automobile, in window glass panes, in sales refrigerators with transparent doors or other household appliances. If desired, this can also be performed as a curved or flexible display.
  • FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a display according to the invention rmt holographic optical elements in the transmission mode
  • FIG. 2 is a schematic side view of a second embodiment of a display according to the invention with holographic optical elements in the reflection mode
  • FIG. 3 is a schematic side view of a third embodiment of a display according to the invention with holographic optical elements in the transmission and reflection mode
  • FIG. 4 is a schematic side view of a fourth embodiment of a display according to the invention with three different types of holographic optical elements in the transmission mode for each primary color
  • 1 is a schematic detail view of FIG. 1 showing two beam paths and diffuse, directed diffraction of one of the beams through a holographic optical element in the direction of a diffuser containing a transparent layer (diffusion plate), FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic detail view of FIG. 1 showing three beam paths with different angles of incidence and diffuse, directed diffraction of one of the beams by a holographic optical element
  • FIG. 7 shows a schematic detail view of FIG. 6 with representation of three beam paths with different angles of incidence from an opposite direction to FIG. 6 without diffraction of the beams, FIG.
  • FIG. 8 shows a schematic detail view of FIG. 2, showing a beam path and diffuse, directed diffraction by a holographic optical element and use of an additional diffuser (scatter plate) without a further transparent layer, FIG.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment to FIG. 8 with a holographic optical element which has a reflective effect
  • FIG. 10 shows a schematic detail view of FIG. 2, showing a beam path and exclusively directed diffraction by a holographic optical element and use of two additional diffusers (scatter plates) separated by a transparent layer, FIG.
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment to FIG. 9 with a holographic optical element which has a reflective effect
  • FIG. 14 shows an outcoupling device with holographic optical elements having an increasing size along the direction of irradiation in a top view obliquely from above, FIG.
  • 15 is a coupling device with rectangular, holographic optical elements with decreasing distance in the transverse direction in plan view obliquely from above
  • 16 is a coupling-out device with holographic optical elements which bend in orthogonal planes to each other light in the top view obliquely from above
  • FIG. 17 shows a coupling-out device with holographic optical elements which bend light in planes which are successively rotated in steps of 45 ° in a plan view obliquely from above, FIG.
  • FIG. 20 shows an outcoupling device with partially overlapping holographic optical elements grouped into element sets, which bend light of varying frequency bands (wavelength bands) obliquely from above in the plan view, FIG.
  • a coupling device with a distribution of holographic optical elements of the same shape, diffraction direction, diffraction plane and diffraction efficiency, wherein the distribution of the holographic optical elements ensures a uniform light distribution of two light sources, which are positioned on one or more end faces in the plan view obliquely from above,
  • FIG. 22 shows a coupling-out device with adjoining and partially overlapping holographic optical elements having the same shape and diffraction direction and diffraction plane and a varying diffraction efficiency, which ensures a uniform light distribution of two light sources, which are positioned at one or more end faces in the plan view of oblique above.
  • the display 10 consists of a light guide plate 1 and a coupling device 2 containing holographic optical elements 13 in the form of volume gratings in the transmission mode.
  • the light guide plate 1 and the decoupling device 2 are in optical contact with each other.
  • the light guide plate 1 consists of a transparent plastic preferably a largely birefringence-free amorphous thermoplastics, more preferably of polymethylmethacrylate or polycarbonate
  • the Lichtbowungsplatte is between 50-3000 microns, preferably between 200-2000um and more preferably between 300-1500um thick.
  • the optical contact between the light guide plate 1 and the decoupling device 2 can be achieved by direct lamination of the decoupling device 2 on the Lichtschreibungsplatte 1. It is also possible to realize the optical contact by means of a liquid, ideally a liquid which corresponds to the refractive index of the light guide plate 1 and the coupling-out device 2. If the refractive index of the light guide plate 1 and the coupling-out device 2 differs, the liquid should have a refractive index. The liquid lying between those of the light guide plate 1 and the decoupling device 2 Such liquids should have a sufficiently low volatility for a permanent adhesive application. Also, the optical contact can be made possible by an optically clear (contact) adhesive, which is applied as a liquid.
  • the optical contact can be realized by means of a transfer adhesive membrane.
  • the refractive index of the optically clear adhesive and the transfer adhesive should ideally be between that of the light guide plate 1 and the outcoupler 2.
  • the optical contact is by means of liquid adhesive and transfer adhesive.
  • metallization eg. Auflamination of metal foils, metal deposition in vacuo, applying a dispersion of metal-containing colloids with subsequent sintering or through Applying a metal-ion-containing solution followed by a reduction step
  • a reflection layer 7 is generated, which is also in optical contact with the light guide plate 1
  • the decoupling device 2 consists of a recording material for volume holograms 13. Typical materials are holographic silver halide emulsions, dichromated gelatin or Photopolymers.
  • the photopolymer consists at least of a photoinitiator system and polymerizable writing monomers. Special photopolymers may additionally contain plasticizers, thermoplastic binders and / or crosslinked matrix polymers. Preference is given to photopolymers containing crosslinked matrix polymers. It is particularly preferred that the photopolymers consist of a photoinitiator system, one or more random monomers, plasticizers, and crosslinked matrix polymers.
  • the decoupling device 2 can also have a layer structure, for example an optically transparent substrate and a layer of a photopolymer. In this case, it is particularly expedient to laminate the decoupling device 2 with the photopyristor directly onto the light guide plate 1.
  • thermoplastic film layers of the decoupling device 2 are made of transparent plastics. Preference is given to using largely birefringence-free materials such as amorphous thermoplastics. Polymethyl methacrylate, cellulose triacetate, amorphous polyamides, polycarbonate and cycloolefins (COC) or else blends of the abovementioned polymers are suitable. Also glass can be used for this.
  • the light distribution module comprises a diffuser 5, which consists of a transparent substrate 6 and a diffusely scattering layer 6 '.
  • the diffuser is a volume spreader.
  • the diffusely scattering layer can consist of organic or inorganic scattering particles which are non-absorbing in the visible region and embedded in a lacquer layer and which are preferably shaped like spheres. The scattering particles and the lacquer layer have different refractive indices.
  • the light distribution module comprises a diffuser 5 which consists of a transparent substrate 6 and a diffusely scattering and / or fluorescent layer 6 '.
  • the diffusely scattering or fluorescent layer may consist of visibly non-absorbing organic or inorganic scattering particles which in whole or in part can be replaced by red or green fluorescent Q-dots and which are embedded in a lacquer layer The scattering particles and the lacquer layer have different refractive indices.
  • the display 10 according to the invention further comprises a translucent digital light modulator L, e.g.
  • the liquid crystal module can have various configurations, in particular the liquid crystal switching systems known to the person skilled in the art can be used which achieve certain advantageous efficient shading of light with different beam geometries can.
  • twisted nematic TN
  • STN super twisted nematic
  • DSTN double super twisted nematic
  • TSTN triple super twisted nematic
  • film TN vertical alignment
  • PVA, MVA in-plane switching
  • S-IPS Super IPS
  • AS-IPS Advanced Super IPS
  • A-TW-IPS Advanced True White IPS
  • H-IPS Horizontal IPS
  • E-IPS Enhanced IPS
  • AH -IPS Advanced High Performance IPS
  • ferroelectric pixelated light modulators ferroelectric pixelated light modulators.
  • Figure 2 shows a second embodiment of a display 10 according to the invention, which differs from the first embodiment of Figure 1 in that the outcoupling device 2 containing the holographic optical elements 13 is now arranged on the opposite side surface of the light guide plate 1 and diffracts light in the reflection mode.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a display 10 according to the invention, which differs from the first embodiment of FIG. 1 in that two outcoupling devices 2 are arranged with holographic optical elements 13 on both flat sides of the light guide plate 1, wherein the first outcoupling device 2 in the transmission and the other output device 2 diffracts light in the reflection mode
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a display 10 according to the invention, which differs from the first embodiment of FIG. 1 in that three outcoupling devices 2 a, 2 b, 2 c are arranged one above the other on a flat side of the light guide plate 1, wherein each of these outcoupling devices 2 a, 2 b 2c contains holographic optical elements 13 which diffract light in the transmission mode.
  • each of the coupling-out devices 2a, 2b, 2c it is possible for each of the coupling-out devices 2a, 2b, 2c to diffract only one of the primary colors “red”, “green” and “blue” or else to diffract all of the wavelength components of the visible light.
  • the wavelengths of the primary colors red, green and blue are determined by the emission wavelength of the light sources used. It is also possible more than the three primary colors "red”, “green” and “blue” to use, for example, “yellow” and the like.
  • photopolymer layer thicknesses> 5 ⁇ m It is possible to laminate three photopolymer layer thicknesses of> 5 .mu.m in each case and to describe them separately beforehand in each case. It is also possible to use only one photopolymer layer> 5 ⁇ m, but to inscribe all three color-selective photographic optical elements 13 simultaneously or in succession. Furthermore, it is possible to use photopolymer layers ⁇ 5 ⁇ m, preferably ⁇ 3 ⁇ m and particularly preferably ⁇ 3 ⁇ m and> 0.5 ⁇ m.
  • a photographic optical element 13 preferably having a wavelength lying in the spectral center of the visible electromagnetic spectral range, is also written.
  • this one wavelength at which the photographic optical element 13 is written may also be in the geometric mean of the two wavelengths the long-wave light source and the short-wave light source are. It should also be considered that inexpensive and sufficiently powerful lasers are available. Preference is given to Nd: YV04 crystal lasers with 532 nm and argon ion lasers with 514 nm
  • the simplest holographic optical elements 13 consist of diffractive gratings which diffract light by a refractive index modulation corresponding to the grating.
  • the lattice structure is generated photonically in the entire layer thickness of the recording material by exposure by means of two interfering, collimated and mutually coherent laser beams. It differs from so-called surface holograms (embossed folograms) in that the diffraction efficiency is significantly higher and theoretically 100 %, the frequency and angle selectivity is set with the active layer thickness and that due to the geometries of the holographic exposure, there is freedom to set the corresponding diffraction angle (Bragg condition).
  • volume photograms The production of volume photograms is known (H.M. Smith in “Principles of Holography” Wiley-Interscience 1969) and can be done, for example, by two-beam interference (S. Benton, “Holography Imaging”, John Wiley & Sons, 2008).
  • edgelit holograms which require special exposure geometries.
  • S. Benton S. Benton, "Holography Tmaging", John Wiley & Sons, 2008, Chapter 18
  • WO 94/18603 describes edge modulation and waveguide holograms.
  • Holographic optical elements 13 containing directed laser light are preferably edged with holograms, which are particularly preferred volume gratings since they work with steeply incident light which couples in with total reflection
  • FIG. 5 shows a detail of the structure from FIG.
  • the light beams 11 and 12 coupled in by the light source follow the total reflection and propagate in the light guide plate 1.
  • the interface of the total reflection is the interface between the light guide plate 1 and air or the optional reflection layer 7 on the one side and the interface from the output device 2 containing the holographic optical elements 13 and air. If the decoupler 2 contains other thermoplastic layers (e.g., as a protection or substrate foil), then the total reflection will take place on the layer that is in direct contact with the air
  • the holographic optical element 13 Upon passage of the light beam 11 through the output device 2, no light is diffracted; since it passes through no diffractive directive optical element 13 (see position IS). The beam is also not diffracted in the other holographic optical element 13; because there the Bragg condition is not fulfilled; while in the passage of the light beam 12 through the Auskopplungsein- device 2 in the holographic optical element 13, the light is diffracted in the direction of the translucent digital spatial light modulator. At this time, the holographic optical element 13 simultaneously exhibits a diffuser characteristic which was imprinted in the production of the holographic optical element 13.
  • This diffuse expansion is advantageous; to enable a largely angle-independent viewing of the display.
  • Important for the position of the holographic optical elements 13 is now the homogeneous light intensity at the location of the diffuser S.
  • the thickness of the transparent layer 6, the angle of divergence of the diffraction of all holographic optical elements 13 and the position of the light sources play a role.
  • a person skilled in the art can determine the optimal distribution for a specific design by means of iterative simulation and experiments.
  • Figure 6 describes in detail the angular selection of the holographic optical element 13. Only the beam 20 is thereby deflected, while the light beams 21 are not diffracted with slightly different angles of incidence, which do not follow the Bragg condition. If the holographic optical element 13 consists of a plurality of frequency-selective sub-holograms (that is to say, for example, red, green and blue light), the layer thickness> 5 ⁇ m must be selected. The angle selection is chosen in this case; The advantage of this approach is the ability to adjust chromatic aberrations and general color matching by individually adjusting the diffraction efficiency for each color.
  • the holographic optical elements 13 select these rays and leave those non-Bragg rays in the light guide plate 1.
  • the light guide plate 1 thus serves as a light reservoir to which the holographic optical elements 13 "extract" light and decouple this purposefully onto the diffuser 5.
  • Figure 7 shows the analog light beams 25, all of which are not diffracted, since the holographic optical elements 13 diffract the light directionally selective.
  • the holographic optical element 13 diffract the light directionally selective.
  • Figure 8 shows a further inventive embodiment in which a transmissive holographic optical element 13, which is read in reflection, is used.
  • the light beam 12 is irradiated into the Lichtschreibungsplatte 1 After propagation under total reflection, it passes through the holographic optical element 13 in the decoupler 2 and is bent at the position 14 under the Bragg condition
  • the holographic optical element 13 diffracts the beam into a divergent diffuse beam now after exiting the Lichtschreibungsplatte 1 directly to the diffuser S meets, which then again generates an angular dispersion; so that in the illumination of the light-transmitting digital spatial light modulator L, not shown, a homogeneous, divergent surface light is present advantage of this structure is the more compact design, as can be dispensed with an additional Absland Mrs.
  • FIG. 9 shows a further inventive embodiment in which a holographic optical element 13 having a reflective effect is used.
  • the light beam 12 is irradiated in the light guide plate 1.
  • the light passes the holographic optical element 13 in the outcoupler 2 in the rearward direction and is diffracted at the position 14 under the Bragg condition.
  • the holographic optical element 13 diffracts the beam into a divergent diffused beam now After exiting the Lichtschreibungsplatte 1 directly to the diffuser 5, which then again generates an angular dispersion, so that in the illumination of the light-transmitting digital spatial light modulator L, not shown, a homogeneous, divergent surface light is present advantage of this structure is the more compact design, as a additional spacer layer can be dispensed with.
  • FIG. 10 shows a further inventive embodiment in which a transmissively acting holographic optical element 13 which is read in reflection is used.
  • Light beam 12 is irradiated into the light guide plate 1 After propagation under total reflection, it passes through the holographic optical element 13 in the decoupling device 2 and is diffracted at the position 14 under the Bragg condition.
  • the holographic optical element 13 diffracts the beam into a directed beam which Now after exiting the Lichternmgsplatte 1 first on a diffuser. 5 meets where the love divergent is scattered diffusely. At position 16, this light then impinges on a second diffuser 5, which diffuses again diffusely.
  • the first diffuser S is used to homogenize the light intensity
  • the second serves to disperse the emission angle in order to allow a wide angle view of the display 10.
  • the advantage of this structure is the high diffraction efficiency that can be achieved with such a holographic optical element 13.
  • One or both pushers 6 ' may contain scattering or fluorescent particles.
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment to FIG. 10, in which a holographically optical element having a reflective effect is used.
  • the light beam 12 is radiated into the light guide plate 1.
  • the light passes the holographic optical element 13 in the output device 2 in the rearward direction and is diffracted at the position 14 under the Bragg condition.
  • the holographic optical element 13 diffracts the beam into a directed beam now after exiting the Lichtschreibungsplatte 1 on a first diffuser layer 6 'in the diffuser 5 meets, where the light is divergently diffused scattered. At position 16, this light then impinges on a second diffuser layer 6 ', which diffuses again diffusely.
  • the first diffuser layer 6' is used to homogenize the light intensity, the second serves to disperse the emission angles in order to allow a wide angle view of the display.
  • the advantage of this structure is the high diffraction efficiency that can be achieved with such a holographic optical element 13.
  • FIGS. 12-19 Different embodiments with respect to the arrangement of the holographic optical elements in the coupling-out device 2 are shown in FIGS. 12-19.
  • This is an oblique perspective view from the user side of the display.
  • the light beam 12 propagating under a total depth is symbolized by an arrow.
  • the outgoing light beam 17 points in perspective at the observer.
  • the holographic optical elements 13 are shown as a circle
  • the illustrated circles are selected as such only from the point of view of the simplified graphical representation
  • FIG. 12 shows an example where such a horizontal luminance distribution is compensated for by increasing the diffraction efficiency of the holographic optical elements 30 to 36. not only using linear or geometric changes in diffraction efficiency, but also irregular variable diffraction efficiencies. This is special in lighting effects at corners of the optical waveguide or by the coupling characteristic of the light sources of advantage
  • FIG. 13 shows a further possible arrangement; compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1. At this time, the distance between the holographic optical elements 40 to 46 is changed.
  • the advantage of this arrangement is that the holographic exposure conditions in the production of all holographic optical elements 13 can be chosen to be the same.
  • FIG. 14 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1.
  • the size of the holographic optical elements 50 to 56 is changed.
  • Advantage of this arrangement is that the holographic exposure conditions in the production of all holographic optical elements 13 can be chosen the same.
  • FIG. 15 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1.
  • the size of the holographic optical elements 13 is changed.
  • other shape patterns of the holographic optical elements 60-61 are selected.
  • the advantage of this arrangement is that the holographic exposure conditions can be selected to be the same in the production of all holographic optical elements 13.
  • FIG. 16 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1.
  • the direction of the diffraction planes of the holographic optical elements 70 to 73 is changed in 90 ° steps.
  • the advantage of this arrangement is that the light beams present in the light guide plate under total reflection can be coupled out more directly and thus more efficiently. Also, such a design is advantageous when the light sources are positioned at more than one edge of the light guide plate.
  • FIG. 17 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1. At this time, the direction of the diffraction planes of the holographic optical elements 70 to 77 is changed to 45 °.
  • a layer 2 as shown in Figure 1; to engrave the hobgobical optical elements 80-82.
  • the layer thickness be at least 5 ⁇ m in order to set a sufficiently narrow spectral Bragg condition.
  • holographic optical elements when only blue LEDs or laser diodes are used as the light source, only such holographic optical elements can be used that are tuned to the wavelength of the blue light source. Red and green spectral components are then obtained by applying suitable Q-dots to a part of the holographic optical elements.
  • the elements 80 to 82 then represent holographic optical elements to which either no Q-dots have been applied or red or green emitting Q-dots. Mixtures of red and green emitting Q-dots are possible as a coating.
  • FIG 20 another possible arrangement is shown; compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1. This is related to that in Fig. 18, where spectrally diffracting holographic optical elements 101-103 are used.
  • the holographic optical elements 101-103 are positioned partially overlapping each other and have a high diffraction efficiency for a specific visible light spectral range. This is possible by using three separate layers placed one above the other or by building them in a layer.
  • the former has the advantage that the requirement for the dynamic range of the recording medium (ie the ability to generate holographic gratings) is lower and the production of the layers takes place separately
  • the second possibility shows a simplified structure, which makes it possible to realize thinner layer structures.
  • Fig. 20 shows a case which can be manufactured by means of negative and positive mask.
  • the desensitization of the recording material is carried out by a negative mask, so that the areas without holographic optical element are defined thereby. Thereafter, the red, green and blue holographic optical elements with the respective lasers are sequentially written in the recording material with three positive masks.
  • FIG. 21 shows a particularly preferred arrangement of the holographic optical elements 13 in order to compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1 which is illuminated by two light sources 110.
  • the holographic optical elements 13 are of the same size, diffraction efficiency and diffraction direction, whereby the homogeneous light distribution in the transparent layer 2 is made possible by different density distribution and arrangement of the holographic optical elements 13 to the two light sources 110.
  • the number per area of the holographic optical elements 13 of the edges at which there are light sources 110 is added to the center of the light guide plate 1.
  • FIG. 22 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1, which is illuminated by two light sources 110.
  • the holographic optical elements 30-35 are of different diffraction efficiency at the same diffraction direction. Furthermore, the holographic optical elements 30-35 overlap each other.

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Abstract

The invention relates to a planar light distribution module for a display, comprising a light guide plate, through which light that can be coupled via at least one lateral surface can propagate by means of total reflection, and comprising at least one planar decoupling system (2) which is mounted on one or both main surfaces of the light guide plate (1), is in optical contact with said plate and contains a plurality of holographic optical elements (13) which are designed in such a way that they can decouple light from the light guide plate (1). The light distribution module is characterised in that the holographic optical elements (13) are arranged in the decoupling system (2) without translation symmetry. The invention also relates to an optical display, in particular an electronic display which contains a light distribution module according to the invention.

Description

Lichtführungsplatte mit Auskoppelelementen  Light guide plate with decoupling elements
Die Erfindung betrifft ein planeres Lichtverteilungsmodul für ein Display, umfassend eine Lichtfüh- rungsplatte durch welche über wenigstens eine Seitenfläche einkoppelbares Licht mittels Totalreflektion propagieren kann und wenigstens eine auf einer oder beiden der Hauptflächen der Lichtfüh- rungsplatte angebrachte und mit dieser in optischem Kontakt stehende planere Auskopplungseinrichtung , in der eine Vielzahl holographisch optischer Elemente , die so ausgestaltet sind, dass sie Licht aus der Lichtführungsplatte (1) auskoppeln können, angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Anzeige, insbesondere ein elektronisches Display, das ein erfindungsgemäßes Lichtverteilungsmodul beinhaltet Flüssigkristallanzeigen haben eine weite Verbreitung erlangt Sie gibt es bereits in vielen Größen. Sie reichen von kleinen LC-Display in Mobütelefonen, Spielcomputern zu mittelgroßen Displays für Laptops, Tablet-PCs, Desktopmonitoren bis zu großen Anwendungen wie für Fernseher, Werbetafeln und Gebäudeinstallationen.  The invention relates to a planar light distribution module for a display, comprising a Lichtfüh- approximately plate which can propagate via at least one side surface einkoppelbares light by total reflection and at least one mounted on one or both of the main surfaces of the Lichtfüh- tion plate and standing in optical contact with this planar decoupling device in which a plurality of holographic optical elements configured to be able to extract light from the light guide plate (1) are arranged. The invention also relates to an optical display, in particular an electronic display, which includes a light distribution module according to the invention. Liquid crystal displays have become widely used. They are already available in many sizes. They range from small LCD displays in mobile phones, game computers, to mid-size displays for laptops, tablet PCs, desktop monitors, to large-scale applications such as TVs, billboards, and building installations.
Üblicherweise werden Kahkathodenleuchtquellen und lichtemittierende Dioden (LEDs) zur Lichter- zeugung in der rückwärtigen Beleuchtungseinheit (Backlight Unit, kurz BLU) verwendet Die Ab- slrahlungscharakteristik dieser Lichtquellen ist derart; dass diese vergleichsweise ungerichtetes Licht abstrahlen. Grundsätzlich werden zwei Bauformen verwendet: Direkte Beleuchtung und Kantenbeleuchtung. Conventionally, cathode cathode light sources and light emitting diodes (LEDs) are used for light generation in the backlight unit (BLU). The radiation characteristic of these light sources is such; that these radiate comparatively undirected light. Basically, two types are used: direct lighting and edge lighting.
In der direkten Beleuchtung (direkt BLU) werden die Leuchtkörper auf die Rückseite des Displays montiert. Dies hat den Vorteil, dass das Licht sehr homogen über die Größe des Displaypanels verteilt ist, was insbesondere bei Fernsehern von Bedeutung ist Verwendet man zudem LEDs in einer direkten Beleuchtung, lassen diese sich auch dimmen, was einen erhöhten Kontrastwert des Display möglich macht Ein Nachteil sind dabei die hohen Kosten, da eine Vielzahl von Leuchtquellen nötig ist Aus diesem Grund hat sich jüngst die Kantenbeleuchtung mehr und mehr im Markt durchgesetzt Dabei werden die Leuchtquellen nur an den Kanten einer Lichtführungsplatte montiert In dieser wird das Licht an der Kante eingekoppelt und wird durch Totalreflektion in das Innere transportiert Durch an der Flächenseite der Lichtführungsplatte angebrachte Lichtauskoppelelemente wird das Licht dadurch nach vorne in Richtung des LC-Panels gelenkt Typische Lichtauskoppelelemente sind dabei gedruckte Muster aus weißer Farbe, das Anrauen der Oberfläche der Lichtführungsplatte oder eingeprägte lichtbrechende Strukturen. Die Anzahl und Dichte dieser Strukturen läßt sich frei wählen und erlaubt eine recht homogene Ausleuchtung des Displays. In direct lighting (direct BLU), the luminaires are mounted on the back of the display. This has the advantage that the light is distributed very homogeneously over the size of the display panel, which is particularly important in televisions meaning you also use LEDs in direct lighting, they can also be dimmed, which makes an increased contrast of the display possible A disadvantage are the high cost, since a variety of light sources is necessary For this reason, the edge lighting has more and more prevailed in the market Recently, the light sources are mounted only at the edges of a light guide plate In this, the light is coupled to the edge and is through Total reflection transported into the interior By on the surface side of the light guide plate mounted Lichtauskoppelelemente the light is thereby directed forward towards the LC panel Typical Lichtauskoppelelemente are printed patterns of white color, the roughening the surface of the light guide plate or embossed refractive structures. The number and density of these structures can be chosen freely and allows a fairly homogeneous illumination of the display.
In der Weiterentwicklung von hochauflösenden LC-Displays sucht man nach Wegen, energiesparsa- mere Displays mit besseren Darstellungsqualitäten möglich zu machen. Ein wichtiger Teilaspekt ist dabei die Vergrößerung des Farbraums (Garnut) und die homogene Ausleuchtung (Leuchtdichtenverteilung). In the further development of high-resolution LC displays, ways are being sought to make energy-saving displays with better presentation qualities possible. An important aspect is the enlargement of the color space (garnut) and the homogeneous illumination (luminance distribution).
Die Vergrößerung des Farbraums gelingt dadurch, dass die Farbtreue der einzelnen Pixel erhöht wird. Diese geht einher mit der Verwendung zunehmend engerer Spektralverteilungen der roten, grünen und blauen PixeL Eine Einengung der spektralen Verteilung der Farbfilter ist denkbar, geht aber auf Kosten der Lichtausbeute und erhöht den Stromverbrauch. Daher ist es vorteilhaft, spektral eng emittierende Lichtquellen zu verwenden, wie z.B. lichtemittierende Dioden oder Laserdioden. Enlarging the color space is achieved by increasing the color fidelity of the individual pixels. This is accompanied by the use of increasingly narrow spectral distributions of the red, green and blue pixels. A narrowing of the spectral distribution of the color filters is conceivable, but at the expense of the luminous efficacy and increases the power consumption. Therefore, it is advantageous to use spectrally narrow emissive light sources, e.g. light emitting diodes or laser diodes.
Die im heutigen Stand der Technik verwendeten Lichtauskoppelelemente wie z.B. weiße Reflektions- farbe oder Oberflächenrauung zeigen das ungerichtete Streuverhalten eines Lambertschen Strahlers. Dies führt zum einen zu einer Vielzahl von Lichtwegen, die durch die zwischen der Lichtführungs- platte und dem LC-Panel liegenden Diffusor- und Prismenfolien erneut homogenisiert und dann wieder gerichtet werden müssen, um eine dem LC Panel angemessene Lichtverteilung bereitzustellen. The light output elements used in the current state of the art, such as e.g. white reflection color or surface roughness show the non-directional scattering behavior of a Lambertian radiator. This leads, on the one hand, to a multiplicity of light paths which have to be homogenized again by the diffuser and prism foils lying between the light guide plate and the LC panel and then have to be reoriented in order to provide a light distribution appropriate to the LC panel.
Neben diesen reflektiven bzw. refraktiven Auskoppelelementen wurden diffraktiv wirkende Oberflächenstrukturen an der Lichtführungsplatte beschrieben: In addition to these reflective or refractive decoupling elements, diffractive surface structures on the light guide plate have been described:
In US 2006/0285185 wird eine Lichtführungsplatte beschrieben, bei der die Tiefe der eingeformten diffraktiven Oberflächenstruktur die Effizienz der Auskopplung angepasst ist Die effektive Effizienz wird aber bedingt durch nur eine Frequenz in der Gitterstruktur als niedrig angesehen. US 2006/0285185 describes a light guide plate in which the depth of the molded-in diffractive surface structure matches the efficiency of decoupling. However, the effective efficiency is considered to be low due to only one frequency in the grating structure.
US 2006/0187677 lehrt eine Lichtführungsplatte in der die eingeformten diffraktiven Oberflächenstrukturen durch einen unterschiedlichen Füllfaktor und unterschiedliche Ausrichtungen eine homogene Intensitätsverteilung einstellen soll. Aus US 2010/0302798 ist die Verwendung zweier Raumfrequenzen durch Einprägung von Überstrukturen in die diffiaktive Oberflächenstruktur bekannt Ähnliche Anpassung durch weitere Einschnitte ("cutaway") in der Oberflächenstruktur lehrt US 2011/0051035, um Auskoppeleigenschaften von Auskoppeleffizienzen separat optimieren zu können. Park et al. (Optics Express 15(6), 2888-2899 (2007)) berichten über dot-matrix difrraktive punktförmige Oberflächenstrukturen und erreichen allerdings damit nur eine Intensitätsuniformität von 62%. US 2006/0187677 teaches a light guide plate in which the molded diffractive surface structures should set a homogeneous intensity distribution by a different fill factor and different orientations. US 2010/0302798 discloses the use of two spatial frequencies by embossing superstructures into the diffractive surface structure. Similar adaptation by further " cutaway" in the surface structure is taught by US 2011/0051035, in order to be able to separately optimize the decoupling properties of decoupling efficiencies. Park et al. (Optics Express 15 (6), 2888-2899 (2007)) reported dot-matrix diffractive point-like surface structures, but only achieved an intensity uniformity of 62%.
US 5,650,865 lehrt die Verwendung von Doppelhologrammen, die aus einem Reflektions- und einem Transmissionsvolumenhologramm bestehen. Die beiden Hologramme selektieren Licht von enger spektraler Breite und lenken Licht aus einem bestimmten Winkel aus der Lichtführungsplatte senkrecht aus. Die Doppelhologramme für die drei Grundfarben sind dabei den Pixeln eines LC-Panels geometrisch zugeordnet Die Orientierung zweier pixelierter Hologramme zueinander und ihre Justierung zu den Pixeln des LC-Panels ist dabei aufwendig und schwierig. US 2010/0220261 beschreibt Beleuchtungsvorrichtungen für Flüssigkristalldisplays enthalten eine Lichtführungsplatte, die Volumenhologramme enthält, um Laserlicht umlenken. Dabei sind die Volumenhologramme in speziellen Abständen zueinander, schräg in die Lichtfuhrungsplatte positioniert. Die Herstellung von Volumenhologrammen in Lichtführungsplatten ist allerdings sehr kostenintensiv. Aus GB 2260203 ist die Verwendung von Volumenhologrammen als farbselektive Gitter auf einer Lichtführungsplatte bekannt, wobei die einzelnen Volumenhologramme Auskoppeleffizienzen haben, die entlang der Einstrahlungsrichtung zunehmen. Die farbselektiven Gitter sind dabei räumlich auf die Pixel eines lichtdurchlässigen digitalen Lichtmodulators angepasst, was bei zunehmend höherauflösenden Displaypanels aufwändig und damit teuer ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Displaydesign mit einem besonders flachen und kompakten Lichtverteilungsmodul bereitzustellen, das Licht effizient und homogen auf einen lichtdurchlässigen digitalen Lichtmodulator projizieren kann. Das Lichtverteihusgsmodul soll ferner eine Reduzierung der Anzahl der Lichtquellen erlauben und damit die Herstellung von optischen Anzeigen preisgünstiger gestalten. Diese Aufgabe wird bei einem Lichtverteilungsmodul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die holographisch optischen Elemente in der Auskopplungseinrichtung bezüglich wenigstens zwei Raumdimensionen ohne Translationssymetrie angeordnet sind und die holographisch optischen Elemente als Volumengitter ausgestaltet sind. US 5,650,865 teaches the use of double holograms consisting of a reflection volume and a transmission volume hologram. The two holograms select light of narrow spectral width and deflect light from a certain angle from the light guide plate vertically. The double holograms for the three primary colors are geometrically assigned to the pixels of an LC panel. The orientation of two pixelated holograms to each other and their adjustment to the pixels of the LC panel is complicated and difficult. US 2010/0220261 describes lighting devices for liquid crystal displays containing a light guide plate containing volume holograms to redirect laser light. The volume holograms are at special distances from each other, obliquely positioned in the Lichtfuhrungsplatte. However, the production of volume holograms in light guide plates is very expensive. From GB 2260203 the use of volume holograms as color-selective grids on a light guide plate is known, wherein the individual volume holograms have Auskoppeleffizienzen, which increase along the irradiation direction. The color-selective grids are spatially adapted to the pixels of a translucent digital light modulator, which is complicated and thus expensive with increasingly high-resolution display panels. It is an object of the present invention to provide an improved display design with a particularly flat and compact light distribution module that efficiently and homogeneously illuminates light onto a translucent digital light modulator. The Lichtverteihusgsmodul should also allow a reduction in the number of light sources and thus make the production of optical displays cheaper. This object is achieved in a light distribution module of the type mentioned above in that the holographic optical elements are arranged in the decoupling device with respect to at least two spatial dimensions without translational symmetry and the holographic optical elements are designed as volume grids.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass in Abweichung der aus dem Stand der Technik bekannten Angaben, insbesondere derjenigen aus GB 2260203, keine gleichmäßige Anord- nung der holographisch optischen Elemente erforderlich ist, um eine homogene Lichtauskopplung aus der Lichtführungsplatte zu ermöglichen. Zudem ist bei der erfindungsgemäßen Lösung keine diskrete Zuordnung der Auskopplungsstellen zu einzelnen Pixeln eines Displays erforderlich. The invention is based on the finding that, in deviation from the information known from the prior art, in particular those from GB 2260203, no uniform arrangement tion of the holographic optical elements is required to allow a homogeneous light extraction from the light guide plate. In addition, in the solution according to the invention, no discrete allocation of the extraction points to individual pixels of a display is required.
So kann bei dem erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmodul das Licht aus der Lichtfuhrungsplatte gerichtet ausgekoppelt werden und die homogene Lichtauskopplung durch die Verteilung der holo- grafisch optischen Elemente auf der Lichtfuhrungsplatte erreicht werden. Zusätzlich können beispielsweise noch die Form, die Größe, die Beugungseffizienz und/ oder die Beugungsrichtung der holographisch optischen Elemente variiert werden oder eine Wellenlängenselektion mit Hilfe der holographisch optischen Elemente vorgenommen werden. Mit anderen Worten koppeln typischer- weise verwendete Lichtquellen das Licht in einem breiten Winkelbereich in die Lichtfuhrungsplatte ein. Dabei selektieren die holografisch optischen Elemente diese Strahlen und belassen diejenigen Strahlen, die nicht der Bragg-Bedingung folgen, in der Lichtfuhrungsplatte. Durch die geschickte Wahl der Form und Größe oder der diffraktiven Effizienz oder der Verteilung der holografisch optischen Elemente auf der Lichtfuhrungsplatte oder durch die Beugungsrichtung oder durch Wellenlän- genselektion oder durch eine Kombination zweier oder mehrere dieser Eigenschaften ist es möglich die Lichthomogenität an einem Difiusor gleichmäßig einzustellen. Die Lichtfuhrungsplatte dient damit als Lichtreservoir, dem die holografisch optischen Elemente Licht„entnehmen" und dies zielgerichtet an den Difiusor auskoppeln. Diese und weitere Möglichkeiten werden im Folgenden noch detaillierter behandelt Als Lichtquellen für die erfinderischen Displays eignen sich Plasmaemissionslampen, wie z.B. Kah- kathodenfloureszenzlampen oder andere z.B. Exciplex enthaltende Plasmalichtquellen; Festkörper- lichtquellen wie z.B. Licht emittierende Dioden (LEDs) auf Basis anorganischer oder organischer Materialien, vorzugsweise sog. weiße LEDs, die eine ultraviolette und/oder blaue Emission und farbkonvertierende Phosphors enthalten, wobei die farbkonvertierenden Phosphors auch solche halb- leitende Nanopartikel (sog. Quantendots, Q-dots) enthalten können, die - wie dem Fachmann bekannt ist - nach Anregung mit blauem oder UV-Licht im geeigneten roten und grünen sowie ggf. blauen Spektralbereich mit hoher Effizienz emittieren. Q-dots mit möglichst schmaler Bandbreite der Lichtemission sind bevorzugt. Außerdem eigenen sich auch Kombinationen aus mindestens drei monochromatischen, also z.B. roten, grünen und blauen LEDs; Kombinationen aus mindestens drei monochromatischen, also z.B. roten, grünen und blauen Laserdioden; oder Kombinationen aus monochromatischen LEDs und Laserdioden, sodass die Grundfarben durch die Kombination herstellbar sind. Alternativ können die Grundfarben auch in einem mit blauen LEDs beleuchteten, schienenfor- migen Element erzeugt werden, das geeignete Q-dots enthält, um zu dem blauen Licht der LED konvertierte8 rotes und grünes Licht mit schmaler Bandbreite mit hoher Effizienz dazu zu mischen. Das schienenförmige Element, auch unter dem eingetragenen Handelsnamen„Quantum Rail" erhältlich, kann vor einem Array aus blauen LEDs oder blauen Laserdioden positioniert werden. Thus, in the light distribution module according to the invention, the light can be coupled out directionally from the light guide plate, and the homogeneous light extraction can be achieved by the distribution of the holographic optical elements on the light guide plate. In addition, for example, the shape, the size, the diffraction efficiency and / or the diffraction direction of the holographic optical elements can be varied or a wavelength selection can be carried out with the aid of the holographic optical elements. In other words, typically used light sources couple the light in a wide angular range in the Lichtfuhrungsplatte. In this case, the holographic optical elements select these rays and leave those rays that do not follow the Bragg condition in the Lichtfuhrungsplatte. By the skillful choice of the shape and size or the diffractive efficiency or the distribution of the holographic optical elements on the Lichtfuhrungsplatte or by the diffraction direction or by wavelength selection or by a combination of two or more of these properties, it is possible to uniformly adjust the light homogeneity on a Difiusor , The light guide plate thus serves as a light reservoir to which the holographic optical elements "pick" light and decouple this purposefully onto the diffuser other, eg, exciplex-containing plasma light sources; solid-state light sources, such as light-emitting diodes (LEDs) based on inorganic or organic materials, preferably so-called white LEDs, which contain an ultraviolet and / or blue emission and color-converting phosphors, the color-converting phosphors also containing half - can emit conductive nanoparticles (so-called quantum dots, Q-dots), which - as is known in the art - emit after excitation with blue or UV light in the appropriate red and green and possibly blue spectral range with high efficiency as narrow as possible Bandwidth of light emission are preferred. In addition, combinations of at least three monochromatic, ie red, green and blue LEDs are also suitable; Combinations of at least three monochromatic, eg red, green and blue laser diodes; or combinations of monochromatic LEDs and laser diodes, so that the basic colors can be produced by the combination. Alternatively, the base colors may also be generated in a blue-lit, track-like element that includes appropriate Q-dots to match the blue light of the LED Converted red and green light with narrow bandwidth with high efficiency to mix. The rail-shaped element, also available under the registered trade name "Quantum Rail", can be positioned in front of an array of blue LEDs or blue laser diodes.
Die Herstellung der holographisch optischen Elemente in die transparente Schicht ist über verschie- dene Verfahren möglich. Es ist möglich eine dem zu erzeugenden Muster entsprechende Maske zu verwenden, wobei die Maske Öffnungen enthalt (Positivmaske), die dem Muster entsprechen. Dabei wird die holographische Belichtung derart aufgebaut, dass entweder der Signalstrahl oder der Referenzstrahl oder beide durch die Maske in seiner Intensität oder Polarisation örtlich modifiziert wird. Diese Maske kann unter anderem aus Metall, Kunststoff, starken Karton oder drgl. gefertigt sein und enthalt damit Öffnungen oder Bereiche an deren Stelle der Strahl durchgelassen wird oder seine Polarisation geändert wird und mittels Interferenz mit dem zweiten Strahl im holographischen Auf- zeichnungsfilm ein holographisch optisches Element erzeugt In Bereichen, wo nur ein Strahl auf das Aufzeichnungsmaterial trifft oder wo die Polarisationszustände der beiden Strahlen orthogonal zueinander sind, erfolgt eine Belichtung des Aufzeichnungsmaterials, die zu keinem holographisch opti- sehen Element fühlt The production of the holographic optical elements in the transparent layer is possible by various methods. It is possible to use a mask corresponding to the pattern to be generated, the mask containing openings (positive mask) corresponding to the pattern. In this case, the holographic exposure is constructed such that either the signal beam or the reference beam or both is locally modified by the mask in its intensity or polarization. This mask may be made of, inter alia, metal, plastic, strong cardboard or the like and thus contains apertures or areas in its place the beam is transmitted or its polarization is changed and a holographic optical interference by means of interference with the second beam in the holographic recording film Element generated In areas where only one beam strikes the recording material or where the polarization states of the two beams are orthogonal to one another, an exposure of the recording material takes place which does not feel like a holographically optic element
Sollen lokal unterschiedliche Beugungseffizienzen für die holographisch optischen Elemente erzeugt werden, so kann ein Graufilter verwendet werden, der das Strahlverhältnis (beam ratio) von Signal- zu Referenzstrahl lokal anpasst und damit die Amplitude des Interferenzfeldes, das die Beugungseffizienz des holographischen optischen Elementes bestimmt von Position zu Position variiert Der Graufilter kann z.B. durch eine bedruckte Glasscheibe oder transparente, weitgehend frei von Doppelbrechung vorliegende Kunststofffolie, die auf die Maske gelegt wird realisiert werden. Idealerweise wird der Graufilter durch eine digitale Drucktechnik wie beispielsweise Ink-jet-dmck oder Laserdruck realisiert. If locally different diffraction efficiencies are to be generated for the holographic optical elements, a gray filter can be used which locally adjusts the beam ratio of signal to reference beam and thus the amplitude of the interference field, which determines the diffraction efficiency of the holographic optical element from position varies to position The gray filter can eg be realized by a printed glass or transparent, largely free from birefringence present plastic film, which is placed on the mask. Ideally, the gray filter is realized by a digital printing technique such as ink-jet dmck or laser printing.
Neben einem Graufilter kann auch ein Element verwendet werden, das lokal den Polarisationszu- stand von mindestens einem der beiden Schreibstrahlen variiert, da damit ebenfalls die Amplitude des Interferenzfeldes beeinflusst werden kann. Geeignete Elemente wären z.B. Linearpolarisatoren, Lambda-Viertel oder Lambda-Halbe Plättchen. Linearpolarisatoren können auch wie Graufilter wirken. In addition to a gray filter, it is also possible to use an element which locally varies the polarization state of at least one of the two write beams since this can likewise influence the amplitude of the interference field. Suitable elements would be e.g. Linear polarizers, quarter-wave or half-wave plates. Linear polarizers can also act like gray filters.
Möchte man nicht nur ein einfaches holographisches Gitter sondern auch noch eine Diffusoreigen- schaft mit in das holographisch optische Element einbelichten, so kann dabei der Signalstrahl durch einen optischen Diffusor modifiziert werden. Die Maske kann dabei auf den Diffusor gelegt werden, um dort die räumliche Zuordnung zu ermöglichen. Ebenfalls ist es auch möglich den Referenzstrahl analog mit der Maske zu modifizieren. Im letzteren Fall ist die„Signal"-Information auf Referenz und Signalstrahl verteilt, da der Referenzstrahl mit der Maske den Bereich definiert, der Signalstrahl die Diffusoreigenschaft einbringt Weiterhin ist es möglich, zunächst ein Masterhologramm des Dif- fusors zu erzeugen, das in einem zweiten holographischen Belichtungsschritt zur Erzeugung der eigentlichen holographisch optischen Elemente in der transparenten Schicht verwendet wird. Wenn ein Masterhologramm verwendet wird, benötigt man die Positivmaske nur für dessen Herstellung und es kann bei der nachfolgenden Kopieerstellung ggf. darauf verzichtet werden. If one not only wants to imprint a simple holographic grating but also a diffuser characteristic into the holographic optical element, then the signal beam can be modified by an optical diffuser. The mask can be placed on the diffuser, to enable the spatial allocation there. It is also possible to modify the reference beam analogously with the mask. In the latter case, the "signal" information is distributed to reference and signal beam, since the reference beam with the mask defines the range, the signal beam introduces the diffuser characteristic. It is also possible to first generate a master hologram of the diffuser, which in a second holographic exposure step is used to generate the actual holographic optical elements in the transparent layer If a master hologram is used, the positive mask is only needed for its production and may be dispensed with in the subsequent copy creation.
Die Auskopplungseinrichtungen des Lichtverteilungsmoduls kann beispielsweise mittels Maskenver- fahren (Positivmaske), über Variation des Beam-ratios durch einen Graufilter, einen Polarisationsfilter, durch Verwendung eines Diffusors, durch inkohärente Vorbelichtung durch einen Graufilter (Negativmaske), durch sequentiellen optischen Druck von individuellen holographisch optischen Elementen erfolgen, um nur einige Beispiele zu nennen. Eine Modifikation der Auskopplungseinrichtungen kann beispielsweise durch Löschen von Hologrammen durch Strahlung, chemische Quellung oder Schwindung; durch mechanische Nachbearbeitung oder durch eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Verfahren erfolgen. The output devices of the light distribution module, for example, by mask (positive mask), by varying the beam ratios by a gray filter, a polarizing filter, by using a diffuser, by incoherent pre-exposure through a gray filter (negative mask), by sequential optical pressure of individual holographic optical Elements take place, to name just a few examples. A modification of the coupling-out devices can be achieved, for example, by erasing holograms by radiation, chemical swelling or shrinkage; by mechanical post-processing or by a combination of two or more of these methods.
Möchte man mehrere verschiedene Schichten mit holographisch optischen Elementen verwenden, kann es vorteilhaft sein, diese separat herzustellen und dann in einen Laminationsschritt oder in einem Verklebungsverfahren aufeinander zu applizieren. Werden verschiedene holographisch optische Elemente mit unterschiedlichen Beugungswinkeln verwendet, wird für jede dieser Gruppen eine eigene Maske verwendet und die Strahlgeometrie entsprechend modifiziert. Hier werden die Belichtungen sequentiell durchgefühlt. If one wishes to use several different layers with holographic optical elements, it may be advantageous to produce them separately and then to apply them to one another in a lamination step or in a bonding process. If different holographic optical elements with different diffraction angles are used, a separate mask is used for each of these groups and the beam geometry is modified accordingly. Here, the exposures are sensed sequentially.
Werden verschiedene holographisch optische Elemente, für unterschiedliche Rekonstruktionsfrequenzen verwendet, wird für jede dieser Gruppen eine eigene Maske und ein anderer Laser entspre- chend verwendet Hier können die Belichtungen sequentiell durchgeführt werden. Ebenfalls ist es möglich, jede Maskenöffhung mit einem Farbfilter zu versehen, der die Farbzuordnung definiert Die Belichtung kann dann sequentiell als auch zeitgleich mittels eines aus einem roten, grünen und blauen bestehenden weißen Lasers erfolgen. Variiert man zudem die Absorption des Farbfilters auch noch für den transmittierenden Strahl, kann auch die Beugungseffizienz zeitgleich angepasst werden Grenzen die holographisch optischen Elemente aneinander an oder überlappen sich, kann auf die Maske vollständig verzichtet werden und die Glasplatte/Kunststoffolie allein für die Belichtung verwendet werden. If different holographic optical elements are used for different reconstruction frequencies, a separate mask and another laser are used correspondingly for each of these groups. Here, the exposures can be carried out sequentially. It is also possible to provide each mask aperture with a color filter which defines the color assignment. The exposure can then take place sequentially as well as simultaneously by means of a white laser consisting of a red, green and blue. If, in addition, the absorption of the color filter is also varied for the transmitted beam, the diffraction efficiency can also be adjusted at the same time If the holographic optical elements adjoin one another or overlap, the mask can be completely dispensed with and the glass plate / plastic film can be used alone for the exposure.
Neben einer Positivmaske kann auch eine Negativmaske verwendet werden. Dabei werden die Berei- che, die belichtet werden, durch eine inkohärente Vorbelichtung desensibilisiert. Nach dieser Vorbelichtung erfolgt die eigentliche holographische Belichtung in den verbleibenden Bereichen des Auf- zeichnungsfilms. Die inkohärente Vorbelichtung kann dabei in unterschiedlicher Lichtintensität erfolgen. Derart ist es möglich, jeden Bereich von keiner bis vollständiger Desensibilisierung einzustellen. Die nachfolgende holographische Belichtung kann nun wieder farbselektiv und/oder richtungsselektiv erfolgen, sodass auf diese Weise die Einstellung der Beugungseffizienz durch die inkohärente Vorbelichtung mittels Negativmaske erfolgt, die Farbselektivität und/oder die Richtungsselektiv im zweiten Schritt durch die Positivmaske erfolgt Die Desensibilisierung des Aufzeichnungsmaterials erfolgt durch eine Negativmaske, so dass die Bereiche ohne holographisch optisches Element dadurch defi- niert werden. Danach werden mit drei Positivmasken sequentiell die roten, grünen und blauen holographisch optischen Elemente mit den jeweiligen Lasern in das Aufzeichnungsmaterial geschrieben. Ebenfalls ist es möglich, jede Positivmaskenöffnung mit einem Farbfilter zu versehen, der die Farbzuordnung definiert. Die Belichtung kann dann sequentiell als auch zeitgleich mittels eines aus einem roten, grünen und blauen bestehenden weißen Lasers erfolgen Bei einem weiteren Verfahren, das für das Erzeugen von holographisch optischen Elementen in der Auskopplungseinrichtung geeignet ist, wird sequentiell jedes holographisch optische Element optisch gedruckt Dabei wird über einen x-y- Verschiebetisch entweder das Aufzeichnungsmaterial vor einen optischen Schreibkopf vorbeigeführt, oder der optische Schreibkopf wird mittels einer x-y- Positioniereinheit über das Auf zeichnungsmaterial geführt Dabei werden nacheinander jede Position einzeln angefahren und mittels Interferenzbelichtung das holographisch optische Element einbelichtet Das Verfahren eignet sich dabei insbesondere auch für eine leicht Anpassung der Rekonstruktionsrichtungen der einzelnen holographisch optischen Elemente, da durch das Drehen des optischen Schreibkopfes oder des Aufzeichnungsmaterials eine leichte Anpassung möglich ist Der Schreibkopf kann natürlich auch weitere Funktionen enthalten, wie Farbselektivität durch Verwendung mehrerer Laser oder durch flexible Graustufenfilter oder Polarisationselemente, die das Signal- Referenzstrahlverhältnis (beam ratio) anpassen können. Es liegt zudem im Rahmen der Erfindung, zuerst ein holographisch optisches Element flächig bedeckend auf die Oberfläche der Lichtführungsplatte zu applizieren und in einem nachfolgenden Schritt in vereinzelte holographisch optische Elemente zu strukturieren, indem man gezielt in Bereichen das Hologramm löscht bzw. deren Beugungseigenschaften für verschiedene Wellenlängenbereiche des sichtbaren Spektrum lokal beeinflusst Das kann zum Beispiel aber nicht ausschließlich ebenfalls durch eine Maske geschehen, indem man zum Beispiel mit UV Strahlung das Hologramm bleicht oder andere für das Aufzeichnungsmaterial angepasste Löschmethoden benutzt In addition to a positive mask, a negative mask can also be used. The areas that are exposed are desensitized by an incoherent pre-exposure. After this pre-exposure, the actual holographic exposure takes place in the remaining areas of the recording film. The incoherent preexposure can take place in different light intensity. Thus, it is possible to adjust each range from no to complete desensitization. The subsequent holographic exposure can now again be color-selective and / or direction-selective, so that in this way the diffraction efficiency is adjusted by the incoherent preexposure by means of a negative mask, the color selectivity and / or the direction is selectively effected by the positive mask in the second step. The desensitization of the recording material takes place a negative mask, so that the areas are defined without holographic optical element. Thereafter, the red, green and blue holographic optical elements with the respective lasers are sequentially written in the recording material with three positive masks. It is also possible to provide each positive mask opening with a color filter that defines the color assignment. The exposure may then be sequential as well as simultaneous with one of a red, green and blue white laser. In another method suitable for generating holographic optical elements in the outcoupler, each holographic optical element is optically printed sequentially either the recording material passed in front of an optical writing head via an xy shifting table, or the optical writing head is guided over the recording material by means of an xy positioning unit. Each position is approached one after the other and the holographic optical element is imprinted by means of interference exposure also for a slight adjustment of the reconstruction directions of the individual holographic optical elements, since an easy adaptation is possible by rotating the optical writing head or the recording material Of course, the write head may also include other functions such as color selectivity by using multiple lasers or by flexible grayscale filters or polarization elements that can adjust the signal reference beam ratio. It is also within the scope of the invention to apply first a holographic optical element covering the surface of the light guide plate and to structure in a subsequent step in isolated holographic optical elements by selectively deleting the hologram in areas or their diffraction properties for different wavelength ranges This can for example but not exclusively also be done by a mask, for example, by bleaching with UV radiation, the hologram or other used for the recording material extinguishing methods used
Weiterhin kann zum Beispiel die Beugungseigenschaft der holographischen optischen Elemente x-y scannend durch gezielt lokale Quellung oder Schwindung auf verschiedene spektrale Bereiche des sichtbaren Spektrum angepasst werden. Geeignete Agenzien wären zum Beispiel mit aktinischer Strahlung vernetzbare Monomere mit geeignetem Brechungsindex, die lokal eindiffundieren und dann vernetzt werden. Diese Verfahrensweise kann bevorzugt bei Verwendung von Photopolymeren als Auf zeichnungsmaterial zum Einsatz kommen. Furthermore, for example, the diffraction property of the holographic optical elements x-y can be adapted to be scanned by targeted local swelling or shrinkage to different spectral regions of the visible spectrum. Suitable agents would be, for example, actinic radiation crosslinkable monomers of suitable refractive index, which are locally diffused and then crosslinked. This procedure may be preferred when using photopolymers as recording material used.
Schließlich ist es möglich, die holographisch optischen Elemente mittels eines ausstanzbaren und transferierbaren Filmmaterials zu erzeugen. Dabei wird eine einheitliche Gitterstruktur belichtet, die Struktur des Musters mechanisch ausgestanzt und auf den Wellenleiter transferiert, beispielsweise über einen Laminationsschritt. Finally, it is possible to produce the holographic optical elements by means of a punchable and transferable film material. In this case, a uniform grid structure is exposed, the structure of the pattern mechanically punched and transferred to the waveguide, for example via a lamination step.
Die Auskopplungseinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Aufzeichnungsmaterial für Volumenhologramme. Geeignete Materialien sind beispielsweise Silberhalogenidemulsionen, Dichromatgela- tine, photorefraktive Materialien, photochrome Materialien oder Photopolymere. Von industrieller Relevanz sind hieraus im wesentlichen Silberhalogenidemulsionen und Photopolymere. In Silberha- logenidemulsion lassen sich sehr helle und kontrastreiche Hologramme schreiben, allerdings ist ein erhöhter Aufwand für den Schulz der feuchtigkeits-empfindlichen Filme notwendig, um eine ausreichende Langzeitstabilität zu gewährleisten. Für Photopolymere gibt es mehrere grundlegende Material-Konzepte, allen Photopolymeren gemeinsam ist das Photoinitiatorsystem und polymerisierbare Schreibmonomere. Darüber hinaus können diese Bestandteile in Trägermaterialien wie zum Beispiel thermoplastische Binder, vernetzte oder nicht-vernetzte Binder, Flüssigkristalle, Sol-Gele oder nano- poröse Gläser eingebettet sein. Zusätzlich können weitere Eigenschaften gezielt durch spezielle Additive maß-geschneidert eingestellt werden. In einer besonderen Ausführungsform kann ein Photopolymer noch Weichmacher, Stabilisatoren und/oder weitere Additive enthalten. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit Photopolymeren enthaltend vernetzte Matrixpolymere, wie sie beispielhaft in EP2172505A1 beschrieben sind, von Vorteil. Die hierin beschriebenen Photopolymere weisen als Photoinitiator ein auf die notwendige Wellenlänge modular adjustierbares Photoinitiator-System, Schreibmonomere mit aktimsch polymerisierbaren Gruppen und ein hoch-vernelztes Matrix-Polymer auf. Werden geeignete Additive, ausgewählt wie in WO 2011054796 beschrieben, hinzugefugt, lassen sich besonders vorteilhafte Materialien herstellen, die hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften, Herstellbarkeit und Verarbeitbarkeit ein industriell interessantes Material ergeben. Geeignete Additive nach diesem Verfahren sind insbesondere Urethane, die bevorzugt mit mindestens einem Fluor- Atom substituiert sind. Diese Materialien sind hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften über breite Bereiche einzustellen und können dadurch sowohl im unbelichteten wie belichteten Zustand auf vielerlei Anforderungen angepasst werden (WO 2011054749 AI). Die beschriebenen Photopo- lymere lassen sich sowohl in Rolle-zu-Rolle- Verfahren (WO 2010091795) oder in Druck-Verfahren (EP 2218742) herstellen. The output device preferably consists of a recording material for volume holograms. Suitable materials are, for example, silver halide emulsions, dichromate gelatin, photorefractive materials, photochromic materials or photopolymers. Of industrial relevance, these are essentially silver halide emulsions and photopolymers. Very bright and high-contrast holograms can be written in silver halide emulsion, however, an increased expenditure on the Schulz of the moisture-sensitive films is necessary in order to ensure sufficient long-term stability. There are several basic material concepts for photopolymers, common to all photopolymers is the photoinitiator system and polymerizable random monomers. In addition, these components may be embedded in support materials such as thermoplastic binders, crosslinked or non-crosslinked binders, liquid crystals, sol gels or nanosized glasses. In addition, further properties can be tailored to specific needs by means of special additives. In a particular embodiment, a photopolymer may also contain plasticizers, stabilizers and / or further additives. This is particularly advantageous in connection with photopolymers containing crosslinked matrix polymers, as described by way of example in EP2172505A1. The photopolymers described herein have as Photoinitiator a photoinitiator system modulatable to the necessary wavelength, writing monomers with active polymerizable groups and a high-crosslinked matrix polymer. If suitable additives, selected as described in WO 2011054796, are added, it is possible to prepare particularly advantageous materials which give an industrially interesting material in terms of their optical properties, manufacturability and processibility. Suitable additives according to this process are in particular urethanes, which are preferably substituted by at least one fluorine atom. With regard to their mechanical properties, these materials can be adjusted over a wide range and can thus be adapted to a wide variety of requirements both in the unexposed and the exposed state (WO 2011054749 A1). The photopolymers described can be prepared both in roll-to-roll processes (WO 2010091795) or in printing processes (EP 2218742).
Die Auskopplungseinrichtung kann zudem einen Schichtaufbau besitzen, beispielsweise ein optisch transparentes Substrat und eine Schicht eines Photopolymers. Dabei ist es besonders zweckmäßig, die Auskopplungseinrichtung mit dem Photopolymer direkt auf die Lichtführungsplatte zu lamime- ren. Ebenfalls ist es möglich, die Auskopplungseinrichtung derart auszuführen, dass das Photopolymer von zwei thermoplastischen Filmen eingeschlossen ist In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft; das einer der beiden thermoplastischen Filme, die an das Photopolymer angrenzen, mit einem optisch klaren Klebstofffilm an der Lichtfuhrungsplatte angebracht wird. The decoupling device can also have a layer structure, for example an optically transparent substrate and a layer of a photopolymer. It is particularly expedient to lamime ren the coupling device with the photopolymer directly on the light guide plate. It is also possible to carry out the coupling device such that the photopolymer is enclosed by two thermoplastic films In this case it is particularly advantageous; one of the two thermoplastic films adjacent to the photopolymer is attached to the light guide plate with an optically clear adhesive film.
Die thermoplastischen Filmschichten der Auskopplungseinrichtung bestehen vorzugsweise aus trans- parenten Kunststoffen. Besonders bevorzugt werden dabei weitgehend doppelbrechungsfreie Materialien wie amorphe Thermoplaste verwendet Geeignet sind dabei Polymethylmethacrylat, Cellulose- triacetat, amorphe Polyamide, amorphe Polyester, amorphes Polycarbonat, Cycloolefme (COC) oder auch Blends der vorgenannten Polymere. Auch Glas kann hierfür verwendet werden. The thermoplastic film layers of the coupling-out device preferably consist of transparent plastics. Particular preference is given to using polymethyl methacrylate, cellulose triacetate, amorphous polyamides, amorphous polyesters, amorphous polycarbonate, cycloolefmers (COC) or else blends of the abovementioned polymers. Also glass can be used for this.
Die Auskopplungseinrichtung kann ferner Silberhalogenidemulsionen, Dichromatgelatine, photore- fraktive Materialien, photochrome Materialien und/ oder Photopolymere enthalten, insbesondere Photopolymere enthaltend ein Photoinitiatorsystem und polymerisierbare Schreibmonomere, bevorzugt Photopolymere enthaltend ein Photoinitiatorsystem, polymerisierbare Schreibmonomere und vernetzte Matrixpolymere. The decoupling device may further contain silver halide emulsions, dichromated gelatin, photorefractive materials, photochromic materials and / or photopolymers, in particular photopolymers containing a photoinitiator system and polymerizable writing monomers, preferably photopolymers containing a photoinitiator system, polymerizable writing monomers and crosslinked matrix polymers.
Eine Anordnung der holographisch optischen Elemente ohne Translationssymetrie kann beispielswei- se durch ein physikalisches Modell beschrieben werden, bei dem als Ausgangskonfiguration ein regelmäßiges Punktgitter mit einem Punktabstand a angenommen wird, wobei jeder Punkt einem holo- graphisch optischen Element entspricht Jedem Punkt des Gitters wird eine Punktmasse zugeordnet; welche mit jedem ihrer vier nächsten Nachbarn über eine Zugfeder verbunden ist Diese Zugfedern sind um einen gewissen Betrag vorgespannt, das heißt; die Ruhelänge der Federn ist kleiner als der mittlere Abstand zwischen den Gitterpunkten. An arrangement of the holographic optical elements without translational symmetry can be described, for example, by a physical model in which a regular point grid with a point spacing a is assumed as the starting configuration, each point being assigned a holo-dot scale. corresponds graphically optical element Each point of the grid is assigned a point mass; which is connected to each of its four nearest neighbors via a tension spring These tension springs are biased by a certain amount, that is; the rest length of the springs is smaller than the average distance between the grid points.
Die Federkonstanten der Federn werden statistisch verteilt um einen Mittelwert vorgegeben. Anschließend wird das Minimum der Energie des Gesamtsystems bestimmt Die daraus folgenden Positionen der Punktmassen bilden ein Gitter mit den gesuchten Eigenschaften: The spring constants of the springs are statistically distributed around an average value. Subsequently, the minimum of the energy of the entire system is determined. The resulting positions of the point masses form a grid with the sought-after properties:
Der mittlere Abstand zweier benachbarter Punkte ist weiterhin a. Das Gitter ist aperiodisch. Es ist keine Richtung ausgezeichnet und die Autokorrelationsfunktion nimmt für Werte größer als a rasch ab. Die Steilheit des Abfalls lässt sich durch die Streuung in den Werten der Federkonstanten steuern. The mean distance between two neighboring points is still a. The grid is aperiodic. No direction is excellent and the autocorrelation function decreases rapidly for values greater than a. The steepness of the waste can be controlled by the dispersion in the values of the spring constant.
Um die Autokorrelationsiunktion des Gitters berechnen zu können, muss zunächst einmal diesem Gitter eine Funktion zugeordnet werden. Dies kamt in der Weise erfolgen, dass allen Punkten (x, y), die auf den Linien des Gitters liegen, der Wert 1 zugeordnet wird und allen übrigen Punkten der Wert 0. Für diese Funktion f(x, y) kamt auf an sich bekannte Weise (siehe beispielsweise E. Oran Brig- ham, FFT/ Schnelle Fourier-Transformation, R. Oldenbourg Verlag, München/ Wien 1982, S. 84 ff.) die Autokorrelationsfunktion bestimmt werden: In order to calculate the autocorrelation function of the grid, a function must first be assigned to this grid. This can be done by assigning the value 1 to all points (x, y) that lie on the lines of the grid and all other points by the value 0. For this function f (x, y) kamt is assigned to itself known manner (see, for example, E. Oran Brigham, FFT / Fast Fourier Transformation, R. Oldenbourg Verlag, Munich / Vienna 1982, p. 84 ff.), the autocorrelation function can be determined:
Bei einem streng periodischen Gitter, wie einem quadratischen Gitter der Kantenlänge a hat die Funktion Z(x, y) in allen Punkten mit x = n*a oder mit y = n*a mit n als ganzer Zahl Maxima von jeweils gleicher Amplitude und zwar unabhängig vom Wert n. Sobald dieses Gitter in einer Weise deformiert wird, dass die Nahordnung erhalten bleibt, die Fernordnung dagegen nicht, nimmt die Höhe der Maxima mit wachsendem n rasch ab. For a strictly periodic lattice, such as a quadratic lattice of edge length a, the function Z (x, y) has maxima of equal amplitude in all points where x = n * a or y = n * a with n as integer regardless of the value n. As soon as this lattice is deformed in such a way that the order of proximity is preserved, but the distance order is not, the height of the maxima decreases rapidly with increasing n.
Eine in dieser Weise vorgenommene Anordnung der holographisch optischen Elemente hat den Vorteil, dass diese visuell weniger auffällig als ein Gitter mit Translationssymetrie ist Dadurch kann der mittlere Gitterabstand größer gewählt und die Herstellungskosten reduziert werden. Ferner wird durch den größeren mittleren Gitterlinienabstand der die Lichtdurchlässigkeit der Auskopplungsein- richtung erhöht Zudem wird das Auftreten eines Moire-Effekts unterbunden. An arrangement of the holographic optical elements made in this manner has the advantage that it is visually less conspicuous than a grating with translation symmetry. As a result, the average lattice spacing can be selected to be larger and the production costs can be reduced. Furthermore, will the greater average grid line spacing increases the light transmission of the decoupling device. In addition, the occurrence of a moiré effect is prevented.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls sind die holographisch optischen Elemente in der Weise angeordnet, dass die Anzahl an holographisch optischen Elementen pro Fläche von wenigstens einem Rand zur Mitte der Auskopplungseinrichtung zunimmt Diese Anordnung gilt insbesondere für solche Ränder der Auskopplungseinrichtung, die zu einer Seitenfläche der Lichtführungsplatte korrespondieren, an der Licht von einer Lichtquelle eingekoppeh wird. Insofern kann also bei Vorhandensein von zwei an gegenüberliegenden Seitenflächen der Lichtfuhrungsplatte angeordneten Lichtquellen die Anzahl an holographisch optischen Elementen pro Fläche von diesen beiden gegenüberliegenden Rändern zur Mitte der Auskopplungseinrichtung zunehmen. Sind an drei oder vier Seitenflächen der Lichtführungsplatte Lichtquellen angeordnet so gilt die vorgenannte Verteilung entsprechend. Handelt es sich bei den Lichtquellen um punktförmige Lichtquellen so ist zusätzlich eine erhöhte Anzahl von Auskoppelelementen nahe des Randes der Lichtführungsplatte jeweils zwischen den punktförmigen Lichtquellen vorteilhaft Analog erfolgt die Ausgestaltung, wenn eine oder mehrere Lichtquellen an den Kanten der Lichtführungsplatte positioniert sind. Bei dem erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmodul ist vorgesehen, dass eine Vielzahl holographisch optischer Elemente in der Auskopplungseinrichtung vorhanden sind. Unter einer Vielzahl wird im Sinne der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein von wenigstens 10 holographisch optischen Elementen in der Auskopplungseinrichtung verstanden, vorzugsweise wenigstens 30 holographisch optische Elemente, vorzugsweise wenigstens 50, weiter bevorzugt wenigstens 70, besonders bevorzugt wenigstens 100. In an advantageous embodiment of the light distribution module according to the invention, the holographic optical elements are arranged in such a way that the number of holographic optical elements per area increases from at least one edge to the center of the coupling-out device. This arrangement applies in particular to such edges of the coupling-out device as to a side surface of the light guide plate correspond, is eingekoppeh the light from a light source. As such, in the presence of two light sources disposed on opposite side surfaces of the light guide plate, the number of holographic optical elements per area may increase from these two opposite edges to the center of the outcoupler. If light sources are arranged on three or four side surfaces of the light guide plate, the aforementioned distribution applies accordingly. If the light sources are punctiform light sources, an increased number of outcoupling elements near the edge of the light guide plate is advantageous in each case between the punctiform light sources. Analogously, the configuration takes place when one or more light sources are positioned at the edges of the light guide plate. In the light distribution module according to the invention it is provided that a multiplicity of holographic optical elements are present in the outcoupling device. For the purposes of the present invention, a multiplicity means the presence of at least 10 holographic optical elements in the outcoupling device, preferably at least 30 holographic optical elements, preferably at least 50, more preferably at least 70, particularly preferably at least 100.
In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls sind die holographisch optischen Elemente in der Auskopplungseinrichtung ausgebildet und erstrecken sich ausgehend von einer der Flachseiten der Auskopplungseinrichtung in diese und / oder durchdringen diese vollständig. Bei einer solchen Ausfuhrungsform ist es besonders bevorzugt dass die Auskopplungseinrichtung mit derjenigen Flachseite mit der Lichtführungsplatte in Kontakt steht auf der sich die holographisch optischen Elemente befinden. Auf diese Weise kann ein besonders effektiver optischer Kontakt zwischen der Lichtführungsplatte und der Auskopplungseinrichtung erzeugt werden, wodurch die Aus- kopphmgseffizienz der holographisch optischen Elemente verbessert wird. In a further embodiment of the light distribution module according to the invention, the holographic optical elements are formed in the outcoupling device and extend from one of the flat sides of the outcoupling device into this and / or penetrate them completely. In such an embodiment, it is particularly preferred that the outcoupling device with that flat side is in contact with the light guide plate on which the holographic optical elements are located. In this way, a particularly effective optical contact between the light guide plate and the output device can be generated, whereby the Auskopphmgseffizienz the holographic optical elements is improved.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Auskopplungsein- richtung oder die Lichtführungsplatte mit einer Reflexionsschicht versehen ist, die auf der der Auskopplungsrichtung des Lichts gegenüberliegenden Flachseite angebracht ist Dies kann beispielswei- se durch Aufbringen einer metallischen Reflexionsschicht über Bedampfen, Aufsplittern oder andere Techniken realisiert werden. Hierdurch kann die Auskopplungseffizienz gesteigert beziehungsweise ein Intensitätsverlust reduziert werden. In the context of the present invention, it may further be provided that the output device or the light guide plate is provided with a reflection layer which is arranged on the flat side opposite the output direction of the light. be realized by applying a metallic reflection layer via vapor deposition, splintering or other techniques. As a result, the coupling-out efficiency can be increased or a loss of intensity can be reduced.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls ist die Beugungseffizienz der holographisch optischen Elemente unterschiedlich, wobei die Beugungseffizienz der holographisch optischen Elemente entlang einer Einstrahlrichtung für Licht in die Lichtführungsplatte vom Rand der Auskopplungseinrichtung ausgehend insbesondere zunimmt Sind gegenüberliegende Lichtquellen vorgesehen, nimmt die Beugungseffizienz von den Seitenkanten ausgehend, an denen die Lichtquellen das Licht in die Lichtfuhrungsplatte einkoppem bis zu deren Mitte hin in vorteilhafter Weise zu. Sind an drei oder vier Seitenkanten der Lichtfuhrungsplatte Lichtquellen vorgesehen, gilt die vorstehende Anordnung zur Beugungseffizienz in entsprechender Weise. Handelt es sich bei den Lichtquellen um punktförmige Lichtquellen so ist zusätzlich eine erhöhte Beugungseffizienz nahe des Randes der Lichtfuhrungsplatte jeweils zwischen den punktförmigen Lichtquellen vorteilhaft. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die holographisch optischen Elemente zumindest im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 um Licht aus der Lichtfuhrungsplatte auskoppeln können. Ungeachtet dessen können auch holographisch optische Elemente vorgesehen sein, die einen breiteren Wellenlängenbereich abdecken. Umgekehrt können auch holographisch optische Elemente verwendet werden, die lediglich einen Ausschnitt des sichtbaren Wellen- längenbereichs abdecken, insbesondere beispielsweise nur den Bereich von rotem, blauem oder grünem Licht bzw. wahlweise zusätzlich gelbem Licht Auf diese Weise kann eine farbselektive Auskopplung einzelner Lichtfarben von weißem Licht aus der Lichtführungsplatte realisiert werden. Folglich besteht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Lichtverteilungsmodul, bei welchem die holographisch optischen Elemente Licht wellenlängenselek- tiv auskoppeln können, wobei insbesondere wenigstens drei Gruppen von holographisch optischen Elementen vorliegen, die jeweils für rotes, grünes und blaues Licht wellenlängenselektiv sind, wobei auch eine vierte Gruppe für gelbes Licht optional eingesetzt werden kann. According to a further preferred embodiment of the light distribution module according to the invention, the diffraction efficiency of the holographic optical elements is different, the diffraction efficiency of the holographic optical elements along a direction of incidence for light into the light guide plate starting from the edge of the outcoupling device increasing in particular If opposite light sources are provided, the diffraction efficiency decreases from the side edges starting at which the light sources einkoppem the light in the Lichtfuhrungsplatte up to the center in an advantageous manner too. If light sources are provided at three or four side edges of the light guide plate, the above arrangement for diffraction efficiency applies correspondingly. If the light sources are point-shaped light sources, then an increased diffraction efficiency near the edge of the light guide plate between the point-shaped light sources is additionally advantageous. In the context of the present invention, it is particularly advantageous if the holographic optical elements can decouple light from the light guide plate at least in the wavelength range from 400 to 800 .mu.m. Nevertheless, holographic optical elements covering a broader wavelength range can also be provided. Conversely, it is also possible to use holographic optical elements which only cover a section of the visible wavelength range, in particular, for example, only the area of red, blue or green light or alternatively additionally yellow light. In this way, a color selective decoupling of individual light colors from white light be realized from the light guide plate. Consequently, a particularly preferred embodiment of the present invention is in a light distribution module, in which the holographic optical elements can couple out wavelength-selective light, wherein in particular at least three groups of holographic optical elements are present, which are each wavelength-selective for red, green and blue light also a fourth group for yellow light can be optionally used.
In weiterer Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls kann vorgesehen sein, dass die holographisch optischen Elemente derart ausgestaltet sind, dass das durch diese ausgekop- pelte Licht die Auskopplungseinrichtung transversal vollständig durchläuft. Mit anderen Worten können also transmittive Auskopplungseinrichtungen verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich zu diesen transmittiven Auskopplungseinrichtungen können auch die holographisch optischen Ele- mente in der Weise ausgestattet sein, dass das ausgekoppelte Licht reflektiert wird und die Lichtfüh- rungsplatte nach dem Auskoppeln Iransversal durchlaufen wird. Das heißt mit anderen Worten, dass eine solche reflektive Auskopplungseinrichtung auf der der Abstrahlungrichtung des Lichtverteilungsmoduls gegenüberliegenden Seite befindlichen Flachseite der Lichtfuhrungsplatte angeordnet ist Dabei kann auf der Außenfläche einer solchen reflektiven Auskopplungseinrichtung noch eine Reflektionsschicht vorgesehen sein. Diese kann wie vorstehend ausgeführt ist, in einer aufgedampften oder aufgesplitterten Metallschicht bestehen. In a further embodiment of the inventive light distribution module can be provided that the holographic optical elements are designed such that the ausgekop- pelted light passes through the coupling device completely transversely. In other words, therefore, transmissive coupling-out devices can be used. Alternatively or in addition to these transmissive coupling-out devices, the holographic optical elements can also be used. be equipped in such a way that the decoupled light is reflected and the light guide plate is traversed after decoupling Iransversal. In other words, such a reflective coupling-out device is arranged on the flat side of the light guide plate located opposite the emission direction of the light distribution module. A reflection layer can also be provided on the outer surface of such a reflective coupling-out device. This can, as stated above, consist in a vapor-deposited or fragmented metal layer.
Für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten holographisch optischen Elemente können eine Vielzahl möglicher Ausgestattungsformen zum Einsatz kommen, wobei die Ausgestaltung als Volumengitter besonders bevorzugt ist In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfmdungsge- mäßen Lichtverteilungsmoduls kann jeweils wenigstens eine Auskopplungseinrichtung auf beiden Flachseiten der Lichtfuhrungsplatte und / oder wenigstens zwei Auskopplungseinrichtungen auf einer Flachseite der Lichtfuhrungsplatte angeordnet sein. Sind mehrere Auskopplungseinrichtungen auf einer der Flachseiten der Lichtfuhrungsplatte vorgesehen, ist es weiter bevorzugt, dass wenigstens drei Auskopplungseinrichtungen auf einer Flachseite der Führungsplatte angeordnet sind, wobei die drei Auskopplungseinrichtungen jeweils für genau eine Lichtfarbe wellenlängensensitive holographisch optische Elemente enthalten, insbesondere für rotes, grünes und blaues Licht Mit anderen Worten koppelt bei einer solchen Ausführungsform jede der drei Auskopplungseinrichtungen selektiv eine Lichtfarbe, nämlich beispielsweise rotes, grünes bzw. blaues Licht aus der Lichtführungsplatte aus. For the holographic optical elements used in the present invention, a variety of possible Ausgestattungsformen be used, the configuration is particularly preferred as a volume grating In a further advantageous embodiment of erfmdungsge- light distribution module can each at least one coupling device on both flat sides of the Lichtfuhrungsplatte and / or at least two decoupling devices may be arranged on a flat side of the Lichtfuhrungsplatte. If a plurality of decoupling devices is provided on one of the flat sides of the light guide plate, it is further preferred that at least three decoupling devices are arranged on a flat side of the guide plate, wherein the three decoupling devices each contain wavelength-sensitive holographic optical elements for exactly one light color, in particular for red, green and blue Light In other words, in such an embodiment, each of the three outcouplers selectively decouples a light color, namely, for example, red, green, and blue light, respectively, from the light guide plate.
Die Auskopplungseinrichtung kann jede für die vorgesehene Funktion erforderliche Dicke aufweisen. Insbesondere kann mit Photopolymer-Schichtdicken≥ als 0,5 μm, vorzugsweise≥ 5 μm und≤ 100 μm, besonders bevorzugt≥ 10μm und≤ 40μm erreicht werden, dass nur bestimmte ausgewählte Wellenlängen gebeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, drei Photopolymerschichtdicken von jeweils≥ 5 μm aufeinander zu laminieren und jeweils vorher getrennt zu beschreiben. Auch kann nur eine Photopolymerschicht≥ 5 μm genutzt werden, wenn in dieser einen Photopolymerschicht sämtliche zumindest drei farbselektiven Hologramme gleichzeitig oder nacheinander oder teilweise zeitlich überlappend eingeschrieben werden. Alternativ zu den zuvor beschriebenen Optionen können auch Photopolymerschichten≤ 5 μm, vorzugsweise≤ 3 μm und besonders vorzugsweise≤ 3 μμ und≥ 0,5 um eingesetzt werden. Für diesen Fall wird nur ein Einzelhologramm, vorzugsweise mit einer Wellenlänge geschrieben, die nahe der in der spektralen Mitte des sichtbaren elektromagnetischen Spektralbereiches oder nahe des geometrischen Mittels der beiden Wellenlängen des langwelligsten des kurzwelligsten Emissionsbereichs des Beleuchtungssystems liegt In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Lichtverteilungsmoduls weisen die holographisch optischen Elemente unabhängig voneinander eine Ausdehnung in zumindest einer zur Oberfläche der Auskopplungseinrichtung parallel verlaufenden Raumachse von wenigstens 300 um auf, insbesondere wenigstens 400 um oder gar wenigstens 500 um. Diese Ausgestaltung ist beson- ders vorteilhaft, da es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, dass die holographisch optischen Elemente einen diskreten Pixel eines Displays anleuchten. Stattdessen wird durch die Verwendung solch größerer holographisch optischer Elemente eine diffuse und gleichmäßige Ausleuchtung eines Displayhintergrunds ermöglicht The coupling-out device can have any thickness required for the intended function. In particular, with photopolymer layer thicknesses ≥ 0.5 μm, preferably ≥ 5 μm and ≤ 100 μm, particularly preferred ≥ 10 μm and ≤ 40 μm, it is possible to achieve that only certain selected wavelengths are diffracted. For example, it is possible to laminate three photopolymer layer thicknesses of in each case ≥ 5 μm to one another and to describe them separately in advance in each case. Also, only a photopolymer layer ≥ 5 microns can be used if in this one photopolymer layer all at least three color-selective holograms are written simultaneously or successively or partially overlapping in time. As an alternative to the options described above, it is also possible to use photopolymer layers ≦ 5 μm, preferably ≦ 3 μm and particularly preferably ≦ 3 μμ and 0,5 0.5 μm. In this case, only a single hologram is written, preferably at a wavelength close to that in the spectral center of the visible electromagnetic spectral region or near the geometric mean of the two wavelengths of the longest wavelength of the shortest wavelength emission region of the illumination system In a further advantageous refinement of the light distribution module according to the invention, the holographic optical elements have, independently of one another, an extension in at least one spatial axis parallel to the surface of the coupling-out device of at least 300 μm, in particular at least 400 μm or even at least 500 μm. This embodiment is particularly advantageous, since it is not necessary in the context of the present invention that the holographic optical elements illuminate a discrete pixel of a display. Instead, the use of such larger holographic optical elements enables a diffused and uniform illumination of a display background
Die holographisch optischen Elemente, die für das erfindungsgemäße Lichtverteilungsmodul verwen- det werden, können eine beliebige Form besitzen. So können die holographisch optischen Elemente unabhängig voneinander in der Oberfläche der Auskopplungseinrichtung einen kreisrunden, elliptischen oder polygonen, insbesondere drei-, vier-, fünf oder sechseckigen, trapezoiden oder parallelogrammartigen Querschnitt aufweisen. Diese Formgestaltung schließt auch Ausfuhrungsformen ein, bei denen die holographisch optischen Elemente beispielsweise in Form von Streifen angeordnet sind, die sich von einer Seitenkante der Auskopplungseinrichtung bis zur gegenüberliegenden erstrecken. Diese Streifen können parallel zu den Seitenkanten der Auskopplungseinrichtung oder aber auch in einem beliebigen anderen Winkel angeordnet sein. Dabei können die einzelnen streifenförmig ausgebildeten holographisch optischen Elemente parallel zueinander verlaufen oder aber auch winkelig. The holographic optical elements used for the light distribution module of the present invention may have any shape. Thus, the holographic optical elements independently of one another in the surface of the coupling-out device can have a circular, elliptical or polygonal, in particular three, four, five or hexagonal, trapezoidal or parallelogram-like cross section. This design also includes embodiments in which the holographic optical elements are arranged, for example, in the form of strips which extend from one side edge of the coupling-out device to the opposite one. These strips can be arranged parallel to the side edges of the coupling-out device or else at any other angle. In this case, the individual strip-shaped holographic optical elements can run parallel to one another or else at an angle.
Nach einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit des erfmdungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls überlappen sich die einzelnen holographisch optischen Elemente einer Auskopplungseinrichtung teilweise, wobei insbesondere die Oberfläche der Auskopplungseinrichtung weitestgehend vollständig mit holographisch optischen Elementen besetzt ist. According to a further embodiment possibility of the inventive light distribution module, the individual holographic optical elements of a coupling-out device partly overlap, wherein in particular the surface of the coupling-out device is largely completely occupied by holographic optical elements.
Je nach Herstellverfahren der Auskopplungseinrichtung (z.B. durch optisches Drucken) können diskrete holographisch optische Elemente erzeugt werden, die aneinander grenzen oder auch mit be- nachbarten holographisch optischen Elementen überlappen. So können auch mehr als zwei holographisch optische Elemente miteinander und übereinander überlappen. Verwendet man andere Herstellverfahren (z.B. Graustufenmasken) kann es auch keine diskreten Grenzen zwischen den holographisch optischen Elemente geben. In diesem Fall bestimmt die Abbildungsleistung (z.B. angegeben durch die Auflösung des Druckkopfes, der Tintendosierung für Darstellung eines Graubereiches) des Druckprozesses der Graustufenmaske die zugrundeliegende Größe, Form, Beugungseffizienz etc. der holographisch optischen Elemente. Die Auflösung eines Druckprozesses wird typischerweise in dpi= dots per inch angegeben, wobei in diesem Kontext davon ausgegangen wird, das mindestens 100 einzelne Drucktröpfchen zur Definition eines holographische optischen Elements durch eine Grau- maske nötig sind. Depending on the production method of the decoupling device (eg by optical printing), discrete holographic optical elements can be generated which adjoin one another or overlap with adjacent holographic optical elements. Thus, more than two holographic optical elements can overlap with each other and on top of each other. Using other fabrication techniques (eg, grayscale masks), there may also be no discrete boundaries between the holographic optics. In this case, the imaging performance (eg, given by the resolution of the printhead, the ink dosage to represent a gray area) of the grayscale mask's printing process determines the underlying size, shape, diffraction efficiency, etc., of the holographic optical elements. The resolution of a printing process is typically expressed in dpi = dots per inch, assuming that at least 100 individual pressure droplets are needed to define a holographic optical element through a gray mask.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Lichtverteilungsmodul einen Difiusor umfasst, der auf derjenigen Flachseite der Kombination aus Lichtverteilungsplatte und Auskopplungseinrichtung angeordnet ist, an der das Licht abgestrahlt wird, wobei der Difiusor vorzugsweise auf der Lichtführungsplatte und / oder Auskopplungseinrichtung aufliegt ohne dass ein optischer Kontakt hergestellt wird. Die wird vorzugsweise über eine aufgeraute Oberfläche oder partikelförrnige Abstandshalter auf der Oberfläche der Lichtiuhrungsplatte oder des Diffusors erreicht Der durch die Oberflächenbeschaffenheit eingestellte Abstand ist vorzugweise kleiner oder gleich 0,1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,05mm . Bei einem Difiusor handelt es sich um ein plattenformiges Element, das eine Streuschicht aufweist oder hieraus besteht Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung erzeugt werden. In the context of the present invention it can be provided that the light distribution module comprises a diffuser, which is arranged on the flat side of the combination of light distribution plate and outcoupling device, at which the light is radiated, wherein the diffuser preferably rests on the light guide plate and / or outcoupler without an optical contact is made. This is preferably achieved via a roughened surface or particle-shaped spacers on the surface of the light guide plate or the diffuser. The distance set by the surface finish is preferably less than or equal to 0.1 mm, in particular less than or equal to 0.05 mm. A Difiusor is a plate-shaped element that has or consists of a litter layer. In this way, a particularly uniform light distribution can be generated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zu dem vorgenannten ersten Difiusor ein weiterer Difiusor vorgesehen ist, der in Strahlungsrichtung hinter dem ersten Difiusor parallel zu diesem beab- standet positioniert ist Für die weitere Beabstandung gelten im Bezug auf den ersten Difiusor die vorstehend genannten bevorzugten Werte. Mit anderen Worten umfasst ein erfindungsgemäßes Lichtverteilungsmodul optional einen oder mehrere Diffusoren. It is particularly advantageous if, in addition to the abovementioned first diffusor, a further diffuser is provided, which is positioned parallel to the diffuser behind the first diffusor in the radiation direction. For the further spacing, the above-mentioned preferred values apply with respect to the first diffuser. In other words, a light distribution module according to the invention optionally comprises one or more diffusers.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Difiusor kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die holographisch optischen Elemente bereits inhärent eine Diffusorfunktion besitzen. Eine solche Funktion kann den holographisch optischen Elementen bereits bei der Herstellung durch entsprechende Beleuchtungstechniken verliehen werden. Alternatively or in addition to a diffuser, it may also be provided that the holographic optical elements inherently have a diffuser function. Such a function can be imparted to the holographic optical elements already during manufacture by appropriate illumination techniques.
Ebenfalls ist es möglich essentiell nur blau emittierende Lichtquellen zu verwenden und das erfin- dungsgemäße Lichtverteilungsmodul derart zu gestalten, daß es nur für blaue Wellenlängen Licht in Richtung des Lichtmodulators L homogen lenkt, wobei in dem Farbfilter des Lichtmodulators für die roten und die grünen Bildpunkte eine Farbkonversion durch Q-dots durchgeführt wird. Vorteil dieses Designs ist die hohe Lichteffizienz, da der Farbfilter kein Licht absorbiert, sondern nur konvertiert und weil die Gestaltung des Lichtverteilungsmoduls durch seine monochromatische (blaue) Auskopplungseinrichtung sich durch die Verwendung von nur einer Schicht vereinfacht It is also possible to use essentially only blue-emitting light sources and to design the light distribution module according to the invention in such a way that it directs light in the direction of the light modulator L only for blue wavelengths, with a color filter for the red and the green pixels in the color filter of the light modulator Color conversion is performed by Q-dots. The advantage of this design is the high light efficiency, since the color filter does not absorb light, but only converts and because the design of the light distribution module through its monochromatic (blue) outcoupler is simplified by the use of only one layer
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine optische Anzeige, insbesondere ein Display eines Fernsehers, Mobiltelefons, Computers und dergleichen, wobei die Anzeige ein Licht- verteilungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Die erfindungsgemäßen Displays umfassend neben dem erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmodul in der Regel einen lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulator und eine Beleuchtungseinheit Aufgrund der geringen Bauhöhe des erfindungsgemäßen Lichtverteirungsmoduls eignet sich dieses insbesondere für kompakte dünne Designs und energieeffiziente Displays, wie sie für Fernseher, Computeibildschirme, Laptops, Tablets, Smartphones oder andere ähnliche Anwendungen benötigt werden. Another object of the present invention relates to a visual display, in particular a display of a television, mobile phone, computer and the like, wherein the display is a light display. Distribution module according to the present invention includes The displays according to the invention comprises in addition to the light distribution module according to the invention usually a translucent digital spatial light modulator and a lighting unit Due to the low height of the Lichtverteirungsmoduls invention this is particularly suitable for compact thin designs and energy-efficient displays, as for televisions, Computei screens , Laptops, tablets, smartphones or other similar applications are needed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Anzeige enthält diese nur essentiell blaues Licht emittierende Lichtquellen, wobei eine Farbkonversion zu grünem und rotem Licht mittels Q-dots in einem Quantumrail in der Lichtquelle, in den holographisch optischen Elementen der Auskopplungseinrichtung, in einem Diffusor oder in einem Farbfilter erfolgt In a preferred embodiment of the optical display according to the invention contains only essentially blue light emitting light sources, wherein a color conversion to green and red light by means of Q-dots in a Quantumrail in the light source, in the holographic optical elements of the coupling device, in a diffuser or in a Color filter is done
Wenn man auf die üblicherweise rückwärtigen Displaygehäuse verzichtet und keine rückwärtige Verspiegelung nutzt, eignen sich diese Beleuchtungseinheiten insbesondere auch für transparente Displays, die vielfältige Anwendungen finden in Point-of-Sale Displays, Werbeanwendungen in Schaufenstern, in durchsichtigen Informationstafeln auf Flughäfen, Bahnhöfen und anderen öffentlichen Plätzen, in Automobilanwendungen im Dachhimmel und als Informationsdisplays im und auf dem Armaturenbrett und der Frontscheibe eines Automobils, in Fensterglasscheiben, in Verkaufs- Kühlschränken mit durchsichtigen Türen oder anderen Haushaltsgeräten. Gewünschtenfalls kann dieses auch als gebogenes oder flexibles Display ausgeführt werden. If you dispense with the usually rearward display housing and does not use rear mirroring, these lighting units are particularly suitable for transparent displays that find a variety of applications in point-of-sale displays, advertising applications in shop windows, in transparent information boards at airports, train stations and other public Places, in automotive applications in the headliner and as information displays in and on the dashboard and the windshield of an automobile, in window glass panes, in sales refrigerators with transparent doors or other household appliances. If desired, this can also be performed as a curved or flexible display.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen The invention is explained in more detail below with reference to the drawings in the drawings
Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays rmt holografisch optischen Elementen im Transmissionsmodus, 1 is a sectional view of a first embodiment of a display according to the invention rmt holographic optical elements in the transmission mode,
Fig.2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit holografisch optischen Elementen im Reflektionsmodus, 2 is a schematic side view of a second embodiment of a display according to the invention with holographic optical elements in the reflection mode,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit holografisch optischen Elementen im Transmissions- und Reflektionsmodus, 3 is a schematic side view of a third embodiment of a display according to the invention with holographic optical elements in the transmission and reflection mode,
Fig.4 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit drei verschiedenen Arten holografisch optischer Elemente im Transmissionsmodus für jeweils eine Primärfarbe, Fig. S eine schematische Detailansicht der Fig. 1 mit Darstellung zweier Strahlenwege und diffuser, gerichteter Beugung einer der Strahlen durch ein holografisch optisches Element in Richtung eines eine transparente Schicht enthaltenden Diffusors (Streuplatte), 4 is a schematic side view of a fourth embodiment of a display according to the invention with three different types of holographic optical elements in the transmission mode for each primary color, 1 is a schematic detail view of FIG. 1 showing two beam paths and diffuse, directed diffraction of one of the beams through a holographic optical element in the direction of a diffuser containing a transparent layer (diffusion plate), FIG.
Fig. 6 eine schematische Detailansicht der Fig. 1 mit Darstellung dreier Strahlenwege mit unterschiedlichen Einfallswinkeln und diffuser, gerichteter Beugung einer der Strahlen durch ein holografisch optisches Element, 6 shows a schematic detail view of FIG. 1 showing three beam paths with different angles of incidence and diffuse, directed diffraction of one of the beams by a holographic optical element, FIG.
Fig. 7 eine schematische Detailansicht der Fig. 6 mit Darstellung dreier Strahlenwege mit unterschiedlichen Einfallswinkeln aus einer gegensätzlichen Richtung zu Figur 6 ohne Beugung der Strahlen, 7 shows a schematic detail view of FIG. 6 with representation of three beam paths with different angles of incidence from an opposite direction to FIG. 6 without diffraction of the beams, FIG.
Fig. 8 eine schematische Detailansicht der Fig. 2 mit Darstellung eines Strahlenwegs und diffuser, gerichteter Beugung durch ein holografisch optisches Element und Verwendung eines zusätzlichen Diffusors (Streuplatte) ohne weitere transparente Schicht , 8 shows a schematic detail view of FIG. 2, showing a beam path and diffuse, directed diffraction by a holographic optical element and use of an additional diffuser (scatter plate) without a further transparent layer, FIG.
Fig. 9 eine zu Fig. 8 alternative Ausgestaltung mit einem reflektiv wirkenden holografisch optischen Element, 9 shows an alternative embodiment to FIG. 8 with a holographic optical element which has a reflective effect, FIG.
Fig. 10 eine schematische Detailansicht der Fig. 2 mit Darstellung eines Strahlenwegs und ausschließlich gerichteter Beugung durch ein holografisch optisches Element und Verwendung zweier zusätzlicher Diffusoren (Streuplatten) separiert durch eine transparente Schicht, 10 shows a schematic detail view of FIG. 2, showing a beam path and exclusively directed diffraction by a holographic optical element and use of two additional diffusers (scatter plates) separated by a transparent layer, FIG.
Fig. 11 eine zu Fig. 9 alternative Ausgestaltung mit einem reflektiv wirkenden holografisch optischen Element, 11 shows an alternative embodiment to FIG. 9 with a holographic optical element which has a reflective effect, FIG.
Fig. 12 eine Auskopplungseinrichturig mit holografisch optischen Elementen mit entlang der Einstrahlungsrichtung zunehmender Beugungseffizienz in der Draufsicht von schräg oben, 12 is a Auskopplungseinrichturig with holographic optical elements with increasing along the direction of irradiation diffraction efficiency in the plan view obliquely from above
Fig. 13 eine Auskopplungseinrichturig mit holografisch optischen Elementen mit entlang der Einstrahlungsrichtung abnehmenden Abständen in der Draufsicht von schräg oben, 13 is a Auskopplungseinrichturig with holographic optical elements with decreasing distances along the irradiation direction in the plan view obliquely from above
Fig. 14 eine Auskopplungseinrichtung mit holografisch optischen Elementen mit entlang der Ein- strahlungsrichtung zunehmender Größe in der Draufsicht von schräg oben, FIG. 14 shows an outcoupling device with holographic optical elements having an increasing size along the direction of irradiation in a top view obliquely from above, FIG.
Fig. 15 eine Auskopplungseinrichtung mit rechteckigen, holografisch optischen Elementen mit in Querrichtung abnehmendem Abstand in der Draufsicht von schräg oben, Fig. 16 eine Auskopplungseinrichtung mit holograflsch optischen Elementen, die in orthogonal zueinander stehenden Ebenen Licht beugen in der Draufsicht von schräg oben, 15 is a coupling device with rectangular, holographic optical elements with decreasing distance in the transverse direction in plan view obliquely from above, 16 is a coupling-out device with holographic optical elements which bend in orthogonal planes to each other light in the top view obliquely from above,
Fig. 17 eine Auskopplungseinrichtung mit holograflsch optischen Elementen, die in Ebenen Licht beugen die in 45° Schritten sukzessiv zueinander verdreht sind in der Draufsicht von schräg oben, FIG. 17 shows a coupling-out device with holographic optical elements which bend light in planes which are successively rotated in steps of 45 ° in a plan view obliquely from above, FIG.
Fig. 18 eine Auskopplungseinrichtung mit holograflsch optischen Elementen, die Licht unterschiedlicher Frequenzbänder (Wellenlängenbänder) beugen in der Drau&icht von schräg oben, 18 a coupling-out device with holographic optical elements, which diffract light of different frequency bands (wavelength bands) in the drainage obliquely from above,
Fig. 19 eine Auskopplungseinrichtung mit holografisch optischen Elementen, die sukzessiv Licht unterschiedlicher Frequenzbänder (Wellenlängenbänder) beugen wobei die Ebenen, in denen sie Licht beugen, in 45° Schritten sukzessiv zueinander verdreht sind in der Draufsicht von schräg oben, 19 a coupling device with holographic optical elements which successively diffract light of different frequency bands (wavelength bands), wherein the planes in which they bend light are successively rotated in 45 ° steps relative to one another in the top view obliquely from above,
Fig.20 eine Auskopplungseinrichtung mit zu Elementsätzen gruppierten, sich teilweise überlappenden holographisch optischen Elementen, die Licht variierender Frequenzbänder (Wellenlängenbänder) beugen in der Draufsicht von schräg oben, FIG. 20 shows an outcoupling device with partially overlapping holographic optical elements grouped into element sets, which bend light of varying frequency bands (wavelength bands) obliquely from above in the plan view, FIG.
Fig.21 eine Auskopplungseinrichtung mit einer Verteilung von holograflsch optischen Elementen gleicher Form, Beugungsrichtung, Beugungsebene und Beugungseffizienz, wobei die Verteilung der holographisch optischen Elemente eine gleichmäßige Lichtverteilung zweier Lichtquellen sicherstellt, die an einer oder mehreren Stirnseiten positioniert sind in der Draufsicht von schräg oben, 21 a coupling device with a distribution of holographic optical elements of the same shape, diffraction direction, diffraction plane and diffraction efficiency, wherein the distribution of the holographic optical elements ensures a uniform light distribution of two light sources, which are positioned on one or more end faces in the plan view obliquely from above,
Fig.22 eine Auskopplungseinrichtung mit aneinander angrenzenden und sich teilweise überlappenden holographisch optischen Elementen, die gleiche Form und Beugungsrichtung und Beugungsebene sowie eine variierenden Beugungseffizienz aufweisen, die eine gleichmäßige Lichtverteilung zweier Lichtquellen sicherstellt, die an einer oder mehreren Stirnseiten positioniert sind in der Draufsicht von schräg oben. 22 shows a coupling-out device with adjoining and partially overlapping holographic optical elements having the same shape and diffraction direction and diffraction plane and a varying diffraction efficiency, which ensures a uniform light distribution of two light sources, which are positioned at one or more end faces in the plan view of oblique above.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wie in Figur 1 schematisch gezeigt, besteht das erfindungsgemäße Display 10 aus einer Lichtführungsplatte 1 und einer Auskopplungseinrichtung 2 enthaltend holographisch optische Elemente 13 in Form von Volumengittern im Transmissionsmodus. Die Lichtführungsplatte 1 und die Auskopplungseinrichtung 2 stehen dabei in optischen Kontakt zueinander. Die Lichtführungsplatte 1 besteht aus einem transparenten Kunststoff bevorzugt einem weitgehend doppelbrechungsfreie amorphen Thermoplasten, besonders bevorzugt aus Polymethylmeth-acrylat oder Polycarbonat Die Lichtfuhrungsplatte ist dabei zwischen 50-3000 um, bevorzugt zwischen 200-2000um und besonders bevorzugt zwischen 300-1500um dick. Der optische Kontakt zwischen der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 kann dabei durch direkte Lamination der Auskopplungseinrichtung 2 auf die Lichtfuhrungsplatte 1 erreicht werden. Ebenfalls ist es möglich, den optischen Kontakt mittels einer Flüssigkeit zu verwirklichen, idealerweise eine Flüssigkeit, welche dem Brechungsindex der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 entspricht Unterscheidet sich der Brechungsindex der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungsein- richtung 2, sollte die Flüssigkeit einen Brechungsindex aufweisen, der zwischen denjenigen der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 liegt Derartige Flüssigkeiten sollen einen hinreichend niedrige Flüchtigkeit für eine permanente Haftanwendung haben. Ebenfalls kann der optische Kontakt durch einen optisch klaren (Kontakt)-Klebstoff ermöglicht werden, der als Flüssigkeit appliziert wird. Ebenfalls kann durch einen TransferklebstofrElm der optische Kontakt verwirk- licht werden. Der Brechungsindex des optisch klaren Klebstoffe und des Transferklebstoffes sollten ebenfalls idealerweise zwischen demjenigen der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 hegen Bevorzugt ist der optische Kontakt mittels Flüssigklebstoff und TransferklebstofrElm. According to a first preferred embodiment, as shown schematically in Figure 1, the display 10 according to the invention consists of a light guide plate 1 and a coupling device 2 containing holographic optical elements 13 in the form of volume gratings in the transmission mode. The light guide plate 1 and the decoupling device 2 are in optical contact with each other. The light guide plate 1 consists of a transparent plastic preferably a largely birefringence-free amorphous thermoplastics, more preferably of polymethylmethacrylate or polycarbonate The Lichtfuhrungsplatte is between 50-3000 microns, preferably between 200-2000um and more preferably between 300-1500um thick. The optical contact between the light guide plate 1 and the decoupling device 2 can be achieved by direct lamination of the decoupling device 2 on the Lichtfuhrungsplatte 1. It is also possible to realize the optical contact by means of a liquid, ideally a liquid which corresponds to the refractive index of the light guide plate 1 and the coupling-out device 2. If the refractive index of the light guide plate 1 and the coupling-out device 2 differs, the liquid should have a refractive index. The liquid lying between those of the light guide plate 1 and the decoupling device 2 Such liquids should have a sufficiently low volatility for a permanent adhesive application. Also, the optical contact can be made possible by an optically clear (contact) adhesive, which is applied as a liquid. Likewise, the optical contact can be realized by means of a transfer adhesive membrane. Also, the refractive index of the optically clear adhesive and the transfer adhesive should ideally be between that of the light guide plate 1 and the outcoupler 2. Preferably, the optical contact is by means of liquid adhesive and transfer adhesive.
Ebenfalls ist es möglich, optional die Lichtführungsplatte 1 auf einer Seite zu verspiegeln, bevorzugt auf der Seite, die an Luft angrenzt, wie es durch Metallisierungsverfahren (z.B. Auflamination von Metallfolien, Metallabscheidungsverfahren im Vakuum, Auftragen einer Dispersion aus metallhaltigen Kolloiden mit anschließendem Sintern oder durch Auftragen einer Metall-Ionen enthaltenden Lösung mit anschließendem Reduktionsschritt) erreicht werden kann. Hierbei wird eine Reflexionsschicht 7 erzeugt, die ebenfalls in optischem Kontakt zur Lichtführungsplatte 1 steht It is also possible to optionally mirror the light guide plate 1 on one side, preferably on the side adjacent to air, as by metallization (eg Auflamination of metal foils, metal deposition in vacuo, applying a dispersion of metal-containing colloids with subsequent sintering or through Applying a metal-ion-containing solution followed by a reduction step) can be achieved. Here, a reflection layer 7 is generated, which is also in optical contact with the light guide plate 1
Ebenfalls ist es möglich, durch eine Beschichtung mit speziell niedrigerem Brechungsindex die Wel- lenleitereigenschaften zu verbessern, bevorzugt an Grenzflächen der Lichtführungsplatte 1 die in direktem optischen Kontakt zu weiteren transparenten Komponenten stehen und nicht von holographisch optischen Elementen 13 bedeckt sind . Weiterhin ist es möglich, Mehrschichtenaufbauten zu verwenden, die alternierende Brechungsindizes und Schichtdicken haben. Derartige Mehrschichtaufbauten mit Reflektionseigenschaften enthalten in der Regel organische oder anorganische Schichten, deren Schichtdicken in derselben Größenordnung wie die zu reflektierenden Wellenlänge(n) liegen. It is likewise possible to improve the waveguide properties by means of a coating with a specifically lower refractive index, preferably at interfaces of the light guide plate 1 which are in direct optical contact with further transparent components and are not covered by holographic optical elements 13. Furthermore, it is possible to use multi-layer structures having alternating refractive indices and layer thicknesses. Such multilayer structures with reflection properties usually contain organic or inorganic layers whose layer thicknesses are of the same order of magnitude as the wavelength (s) to be reflected.
Die Auskopplungseinrichtung 2 besteht aus einem Aufzeichnungsmaterial für Volumenhologramme 13. Typische Materialien sind holographische Silberhalogenidemulsionen, Dichromatgelatine oder Photopolymere. Das Photopolymer besteht zumindest aus einem Photoinitiatorsystem und polymeri- sierbaren Schreibmonomeren. Spezielle Photopolymere können zusätzlich noch Weichmacher, thermoplastische Binder und/oder vernetzte Matrixpolymere enthalten. Bevorzugt sind Photopolymere enthaltend vernetzte Matrixporymere. Es ist besonders bevorzugt, dass die Photopolymere aus einem Photoinitiatorsystem, einem oder mehreren Schreibmonomeren, Weichmachern und vernetzten Matrixpolymeren bestehen. The decoupling device 2 consists of a recording material for volume holograms 13. Typical materials are holographic silver halide emulsions, dichromated gelatin or Photopolymers. The photopolymer consists at least of a photoinitiator system and polymerizable writing monomers. Special photopolymers may additionally contain plasticizers, thermoplastic binders and / or crosslinked matrix polymers. Preference is given to photopolymers containing crosslinked matrix polymers. It is particularly preferred that the photopolymers consist of a photoinitiator system, one or more random monomers, plasticizers, and crosslinked matrix polymers.
Die Auskopplungseinrichtung 2 kann zudem einen Schichtaufbau besitzen, beispielsweise ein optisch transparentes Substrat und eine Schicht eines Photopolymers. Dabei ist es besonders zweckmäßig, die Auskopplungseinrichtung 2 mit dem Photoporymer direkt auf die Lichtführungsplatte 1 zu lami- meren. The decoupling device 2 can also have a layer structure, for example an optically transparent substrate and a layer of a photopolymer. In this case, it is particularly expedient to laminate the decoupling device 2 with the photopyristor directly onto the light guide plate 1.
Ebenfalls ist es möglich, die Auskopplungseinrichtung 2 derart auszuführen, dass das Photopolymer von zwei thermoplastischen Filmen eingeschlossen ist In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, dass einer der beiden thermoplastischen Filme, die an das Photopolymer angrenzen, mit einem optisch klaren Klebstofffilm an der Lichtführungsplatte 1 angebracht wird. Die thermoplastischen Filmschichten der Auskopplungseinrichtung 2 bestehen aus transparenten Kunststoffen. Bevorzugt werden dabei weitgehend doppelbrechungsfreie Materialien wie amorphe Thermoplaste verwendet Geeignet sind dabei Polymethylmethacrylat, Cellulosetriacetat, amorphe Polyamide, Polycarbonat und Cycloolefine (COC) oder auch Blends der vorgenannten Polymere. Auch Glas kann hierfür verwendet werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform umfasst das Lichtverteilungsmodul einen Diffusor 5, der aus einem transparentem Substrat 6 und einer diffus streuenden Schicht 6' besteht Der Diffusor ist dabei ein Volumenstreuer. Die diffus streuende Schicht kann aus im sichtbaren Bereich nicht absorbierenden organischen oder anorganischen Streuteilchen bestehen, die in eine Lackschicht eingebettet und die bevorzugt kugelähnlich geformt sind. Die Streuteilchen und die Lackschicht haben dabei unterschiedliche Brechungsindizes. It is also possible to carry out the coupling-out device 2 in such a way that the photopolymer is enclosed by two thermoplastic films. In this case, it is particularly advantageous for one of the two thermoplastic films which adjoin the photopolymer to be provided with an optically clear adhesive film on the light guide plate 1 is attached. The thermoplastic film layers of the decoupling device 2 are made of transparent plastics. Preference is given to using largely birefringence-free materials such as amorphous thermoplastics. Polymethyl methacrylate, cellulose triacetate, amorphous polyamides, polycarbonate and cycloolefins (COC) or else blends of the abovementioned polymers are suitable. Also glass can be used for this. In a preferred embodiment, the light distribution module comprises a diffuser 5, which consists of a transparent substrate 6 and a diffusely scattering layer 6 '. The diffuser is a volume spreader. The diffusely scattering layer can consist of organic or inorganic scattering particles which are non-absorbing in the visible region and embedded in a lacquer layer and which are preferably shaped like spheres. The scattering particles and the lacquer layer have different refractive indices.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtverteilungsmodul einen Diffusor 5, der aus einem transparentem Substrat 6 und einer diffus streuenden und/oder fluoreszierenden Schicht 6' besteht Die diffus streuende oder fluoreszierende Schicht kann aus im sichtbaren Bereich nicht absorbierenden organischen oder anorganischen Streuteilchen bestehen, die ganz oder zum Teil durch rot oder grün fluoreszierende Q-Dots ersetzt werden können und die in eine Lackschicht eingebettet sind Die Streuteilchen und die Lackschicht haben dabei unterschiedliche Brechungsindizes. In a further preferred embodiment, the light distribution module comprises a diffuser 5 which consists of a transparent substrate 6 and a diffusely scattering and / or fluorescent layer 6 '. The diffusely scattering or fluorescent layer may consist of visibly non-absorbing organic or inorganic scattering particles which in whole or in part can be replaced by red or green fluorescent Q-dots and which are embedded in a lacquer layer The scattering particles and the lacquer layer have different refractive indices.
Das erfindungsgemäße Display 10 umfasst ferner einen lichtdurchlässigen digitalen Lichtmodulator L, der z.B. als Flüssigkristalhnodul bestehend aus Farbfilter 4, Polarisatoren 8 und 9 sowie aus ei- nem Flüssigkristallpanel 3 aufgebaut ist Das Flüssigkristalhnodul kann dabei verschiedene Aufbau- formen haben, insbesondere können die dem Fachmann bekannten Flüssigkristallschaltsysteme verwendet werden, die bestimmte, vorteilhafte effiziente Lichtabschattung bei unterschiedlichen Strahlgeometrien erreichen können. Besonders erwähnt seien dabei Twisted Nematic (TN), Super Twisted Nematic (STN), Double Super Twisted Nematic (DSTN), Triple Super Twisted Nematic (TSTN, Film-TN), Vertical Alignment (PVA, MVA), In-Plane-Switching (IPS), S-IPS (Super IPS), AS-IPS (Advanced Super IPS), A-TW-IPS (Advanced True White IPS), H-IPS (Horizontal IPS), E-IPS (Enhanced IPS), AH-IPS (Advanced High Performance IPS) und ferroelektrische pixelierte Lichtmodulatoren sein. The display 10 according to the invention further comprises a translucent digital light modulator L, e.g. The liquid crystal module can have various configurations, in particular the liquid crystal switching systems known to the person skilled in the art can be used which achieve certain advantageous efficient shading of light with different beam geometries can. Special mention should be made of twisted nematic (TN), super twisted nematic (STN), double super twisted nematic (DSTN), triple super twisted nematic (TSTN, film TN), vertical alignment (PVA, MVA), in-plane switching (IPS), S-IPS (Super IPS), AS-IPS (Advanced Super IPS), A-TW-IPS (Advanced True White IPS), H-IPS (Horizontal IPS), E-IPS (Enhanced IPS), AH -IPS (Advanced High Performance IPS) and ferroelectric pixelated light modulators.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Displays 10, das sich gegenüber der ersten Ausführungsform aus Figur 1 darin unterscheidet, dass die Auskopplungseinrichtung 2 enthaltend die holografisch optischen Elemente 13 nun auf der gegenüberliegenden Seitenfläche der Lichtführungsplatte 1 angeordnet ist und im Reflektionsmodus Licht beugt. Figure 2 shows a second embodiment of a display 10 according to the invention, which differs from the first embodiment of Figure 1 in that the outcoupling device 2 containing the holographic optical elements 13 is now arranged on the opposite side surface of the light guide plate 1 and diffracts light in the reflection mode.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays 10, das sich gegenüber der ersten Ausfuhrungsform aus Figur 1 darin unterscheidet, dass zwei Auskopplungseinrichtungen 2 mit holografisch optischen Elementen 13 auf beiden Flachseiten der Lichtführungsplatte 1 angeordnet sind, wobei die erste Auskopplungseinrichtung 2 im Transmissions- und die andere Auskopplungseinrichtung 2 im Reflektionsmodus Licht beugt FIG. 3 shows a third embodiment of a display 10 according to the invention, which differs from the first embodiment of FIG. 1 in that two outcoupling devices 2 are arranged with holographic optical elements 13 on both flat sides of the light guide plate 1, wherein the first outcoupling device 2 in the transmission and the other output device 2 diffracts light in the reflection mode
Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays 10, das Sich gegenüber der ersten Ausführungsform aus Figur 1 darin unterscheidet, dass auf einer Flachseite der Lichtfüh- rungsplatte 1 drei Auskopplungseinrichtungen 2a, 2b, 2c übereinander angeordnet sind, wobei jede dieser Auskopplungseinrichtungen 2a, 2b, 2c holografisch optische Elemente 13 enthält, die im Transmissionsmodus Licht beugen. Dabei ist es möglich, dass jede der Auskopplungseinrichtungen 2a, 2b, 2c nur eine der Primärfarben„rot",„grün" und„blau" beugt oder aber alle jede alle Wellenlängenanteile des sichtbaren Lichts beugen. Die Wellenlängen der Primärfarben rot, grün und blau werden durch die Emissionswellenlänge der verwendeten Lichtquellen bestimmt Es ist auch möglich, mehr als die drei Primärfarben„rot",„grün" und„blau" zu verwenden, beispielsweise auch„gelb" und dergleichen. FIG. 4 shows a fourth embodiment of a display 10 according to the invention, which differs from the first embodiment of FIG. 1 in that three outcoupling devices 2 a, 2 b, 2 c are arranged one above the other on a flat side of the light guide plate 1, wherein each of these outcoupling devices 2 a, 2 b 2c contains holographic optical elements 13 which diffract light in the transmission mode. In this case, it is possible for each of the coupling-out devices 2a, 2b, 2c to diffract only one of the primary colors "red", "green" and "blue" or else to diffract all of the wavelength components of the visible light.The wavelengths of the primary colors red, green and blue are determined by the emission wavelength of the light sources used. It is also possible more than the three primary colors "red", "green" and "blue" to use, for example, "yellow" and the like.
Die Verwendung mehrere fotografisch optischer Elemente 13, die nur für bestimmte ausgewählte Lichtquellen (z.B. rot, grün und blau) Licht beugen, gelingt insbesondere mit Photopolymer- Schichtdicken >5 μm. Dabei ist es möglich, drei Photopolymerschichtdicken von jeweils >5μm aufeinander zu laminieren und jeweils vorher getrennt zu beschreiben. Ebenfalls ist es möglich, nur eine Photopolymerschicht >5um zu nutzen, in diese aber alle drei färbselektiven fotografisch optischen Elemente 13 gleichzeitig oder nacheinander einzuschreiben. Weiterhin ist es möglich, Photopolymerschichten <5μm, vorzugsweise < 3 μm und besonders vorzugsweise <3μm und > 0,5 μm zu verwen- den. Für diesen Fall wird nur ein fotografisch optisches Element 13, vorzugsweise mit einer Wellenlänge geschrieben, die in der spektralen Mitte des sichtbaren elektromagnetischen Spektralbereiches liegt Ebenfalls kann diese eine Wellenlänge, mit der das fotografisch optische Element 13 geschrieben wird, auch im geometrischen Mittel der beiden Wellenlängen der langwelligen Lichtquelle und der kurzwelligen Lichtquelle liegen. Ebenfalls gilt es zu berücksichtigen, dass kostengünstige und hinreichend starke Laser zur Verfugung stehen. Bevorzugt sind Nd:YV04- Kristall-Laser mit 532nm und Argon Ionenlaser mit 514nm The use of a plurality of photographic optical elements 13, which diffract light only for certain selected light sources (for example red, green and blue), is possible in particular with photopolymer layer thicknesses> 5 μm. It is possible to laminate three photopolymer layer thicknesses of> 5 .mu.m in each case and to describe them separately beforehand in each case. It is also possible to use only one photopolymer layer> 5 μm, but to inscribe all three color-selective photographic optical elements 13 simultaneously or in succession. Furthermore, it is possible to use photopolymer layers <5 μm, preferably <3 μm and particularly preferably <3 μm and> 0.5 μm. In this case, only a photographic optical element 13, preferably having a wavelength lying in the spectral center of the visible electromagnetic spectral range, is also written. Also, this one wavelength at which the photographic optical element 13 is written may also be in the geometric mean of the two wavelengths the long-wave light source and the short-wave light source are. It should also be considered that inexpensive and sufficiently powerful lasers are available. Preference is given to Nd: YV04 crystal lasers with 532 nm and argon ion lasers with 514 nm
Die einfachsten holographisch optischen Elemente 13 bestehen aus diffiaktiven Gittern, die durch eine dem Gitter entsprechende Brechzahlmodulation Licht beugen. Die Gitterstruktur wird dabei durch eine Belichtung mittels zweier interferierender, kollimierter und zueinander kohärenter Laser- strahlen photonisch in der gesamten Schichtdicke des Auf zeichnungsmaterials erzeugt Sie unterscheidet sich von sog. Oberflächenhologrammen (embossed folograms) dadurch, dass die Beugungseffizienz deutlich höher und bis zu theoretisch 100% betragen kann, die Frequenz- und Winkelselektivität mit der aktiven Schichtdicke eingestellt wird und dass durch die Geometrien der holographischen Belichtung weilgehend Freiheit besteht, die entsprechenden Beugungswinkel (Bragg- Bedingung) einzustellen. The simplest holographic optical elements 13 consist of diffractive gratings which diffract light by a refractive index modulation corresponding to the grating. The lattice structure is generated photonically in the entire layer thickness of the recording material by exposure by means of two interfering, collimated and mutually coherent laser beams. It differs from so-called surface holograms (embossed folograms) in that the diffraction efficiency is significantly higher and theoretically 100 %, the frequency and angle selectivity is set with the active layer thickness and that due to the geometries of the holographic exposure, there is freedom to set the corresponding diffraction angle (Bragg condition).
Die Herstellung von Volumenfotogrammen ist bekannt (H. M. Smith in„Principles of Holography" Wiley-Interscience 1969) und kann z.B. durch Zweistrahlinterferenz erfolgen (S. Benton,„Holographie Imaging", John Wiley & Sons, 2008). The production of volume photograms is known (H.M. Smith in "Principles of Holography" Wiley-Interscience 1969) and can be done, for example, by two-beam interference (S. Benton, "Holography Imaging", John Wiley & Sons, 2008).
Verfahren zur Massenvervielfältigung von Reflelctions-Volumenfotogrammen sind in US 6,824,929 beschrieben, wobei ein lichtempfindliches Material auf ein Masterfotogramm positioniert und anschließend mittels kohärentem Licht kopiert wird. Die Herstellung von Transmissionshologrammen ist ebenfalls bekannt So beschreibt beispielsweise die US 4,973,113 ein Verfahren mittels einer Rollenreplikation. Methods for bulk duplication of reflltered volume photograms are described in US Pat. No. 6,824,929 wherein a photosensitive material is positioned on a master photogram and subsequently copied by means of coherent light. The production of transmission holograms is also known. For example, US 4,973,113 describes a method by means of a role replication.
Insbesondere sei auch auf die Herstellung von edgelit Hologrammen hingewiesen, die spezielle Belichtungsgeometrien benötigen. Neben der Einfuhrung durch S. Benton (S. Benton,„Holographie Tmaging", John Wiley & Sons, 2008, Chapter 18) und einem Überblick klassischer zwei- und dreistufiger Herstellverfahren (siehe Q. Huang, H. Caulfield, SPIE VoL 1600, International Symposium an Display Holography (1991), S. 182) sei auch auf WO 94/18603 verwiesen, die Kantenmuminati- on und Wellenfuhrungshologramme beschreibt Weiterhin sind besondere Herstellverfahren auf Basis eines speziellen optischen Adapterblocks in der WO 20067111384 offenbart Die in den erfmdungsgemäßen Beleuchtungseinheit mit gerichtetem Laserlicht enthaltenden hologra- fisch optische Elemente 13 sind vorzugsweise edgelit Hologramme. Diese sind besonders bevorzugte Volumengitter, da sie mit steil einstrahlenden Licht arbeiten, das unter Totalref lektion einkoppelt In particular, attention should also be drawn to the production of edgelit holograms which require special exposure geometries. In addition to the introduction by S. Benton (S. Benton, "Holography Tmaging", John Wiley & Sons, 2008, Chapter 18) and a review of classical two- and three-stage manufacturing processes (see Q. Huang, H. Caulfield, SPIE VoL 1600, International Symposium on Display Holography (1991), p. 182), reference is also made to WO 94/18603 which describes edge modulation and waveguide holograms. Furthermore, special production methods based on a special optical adapter block are disclosed in WO 20067111384 Holographic optical elements 13 containing directed laser light are preferably edged with holograms, which are particularly preferred volume gratings since they work with steeply incident light which couples in with total reflection
In Figur 5 ist ein Ausschnitt aus dem Aufbau aus Figur 1 gezeigt. Die von der Lichtquelle eingekoppelten Lichtstrahlen 11 und 12 folgen dabei der Totalreflektion und propagieren in der Lichtfuh- rungsplatte 1. Als Grenzfläche der Totalreflektion dienen die Grenzfläche zwischen der Lichtfuh- rungsplatte 1 und Luft bzw. der optionalen Reflexionsschicht 7 auf der einen Seite und der Grenzfläche von der die holographisch optischen Elemente 13 enthaltende Auskopplungseinrichtung 2 und Luft. Wenn die Auskopplungseinrichtung 2 weitere thermoplastische Schichten enthält (z.B. als Schutz oder Substratfolie), so findet die Totalreflektion dann an der Schicht statt, die den direkten Kontakt zur Luft hat FIG. 5 shows a detail of the structure from FIG. The light beams 11 and 12 coupled in by the light source follow the total reflection and propagate in the light guide plate 1. The interface of the total reflection is the interface between the light guide plate 1 and air or the optional reflection layer 7 on the one side and the interface from the output device 2 containing the holographic optical elements 13 and air. If the decoupler 2 contains other thermoplastic layers (e.g., as a protection or substrate foil), then the total reflection will take place on the layer that is in direct contact with the air
Bei Durchtritt des Lichtstrahls 11 durch die Auskopplungseinrichtung 2 wird kein Licht gebeugt; da es durch kein beugendes dirfiaktives optisches Element 13 durchtritt (siehe Position IS). Der Strahl wird ebenfalls nicht in dem weiteren holografisch optischen Element 13 gebeugt; da dort die Bragg- Bedingung nicht erfüllt ist; während bei Durchtritt des Lichtstrahls 12 durch die Auskopplungsein- richtung 2 im holographisch optischen Element 13 das Licht in Richtung des lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulators gebeugt wird. Dabei zeigt das holographisch optische Element 13 gleichzeitig eine Diffusoreigenschaft, die bei der Herstellung des holographisch optischen Elements 13 mit einbelichtet wurde. Upon passage of the light beam 11 through the output device 2, no light is diffracted; since it passes through no diffractive directive optical element 13 (see position IS). The beam is also not diffracted in the other holographic optical element 13; because there the Bragg condition is not fulfilled; while in the passage of the light beam 12 through the Auskopplungsein- device 2 in the holographic optical element 13, the light is diffracted in the direction of the translucent digital spatial light modulator. At this time, the holographic optical element 13 simultaneously exhibits a diffuser characteristic which was imprinted in the production of the holographic optical element 13.
Der leicht aufgeweitete diffuse Lichtstrahl trifft auf den Diffusor S aufgebaut aus transparenter Schicht 6 und Diffusorschicht 6' und wird weiter aufgeweitet Diese diffuse Aufweitung ist vorteilhaft; um eine weitgehend winkelunabhängige Betrachtung des Display zu ermöglichen. Wichtig für die Position der holografisch optischen Elemente 13 ist nun die homogene Lichtintensität am Ort des Diffusors S. Dabei spielen die Dicke der transparenten Schicht 6, der Divergenzwinkel der Beugung aller holografisch optischen Elemente 13 und die Position der Lichtquellen) eine Rolle. Ein Fachmann kann durch iterative Simulation und Versuche die optimale Verteilung für ein spezifisches Design ermitteln, The slightly expanded diffuse light beam impinges on the diffuser S constructed of transparent layer 6 and diffuser layer 6 'and is further widened. This diffuse expansion is advantageous; to enable a largely angle-independent viewing of the display. Important for the position of the holographic optical elements 13 is now the homogeneous light intensity at the location of the diffuser S. The thickness of the transparent layer 6, the angle of divergence of the diffraction of all holographic optical elements 13 and the position of the light sources play a role. A person skilled in the art can determine the optimal distribution for a specific design by means of iterative simulation and experiments.
Figur 6 beschreibt im Detail die Winkelauswahl des holografisch optischen Elements 13. Nur der Strahl 20 wird dabei abgebeugt, während die Lichtstrahlen 21 mit leicht anderen Einfallswinkel, die nicht der Bragg-Bedingung folgen, nicht gebeugt werden. Besteht das holografisch optische Element 13 aus mehreren frequenzselektiven Teilhologrammen (also z.B. für rotes, grünes und blaues Licht), ist die Schichtdicke >5μm zu wählen. Die Winkelselektion wird dabei so gewählt; dass sie zwischen 1-6° liegt Vorteil dieses Verfährens ist die Anpassungsmöglichkeit von chromatische Abberationen und eine generelle Farbanpassung durch die individuelle Anpassung der Beugungseffizienz für jede Farbe. Figure 6 describes in detail the angular selection of the holographic optical element 13. Only the beam 20 is thereby deflected, while the light beams 21 are not diffracted with slightly different angles of incidence, which do not follow the Bragg condition. If the holographic optical element 13 consists of a plurality of frequency-selective sub-holograms (that is to say, for example, red, green and blue light), the layer thickness> 5 μm must be selected. The angle selection is chosen in this case; The advantage of this approach is the ability to adjust chromatic aberrations and general color matching by individually adjusting the diffraction efficiency for each color.
Wählt man eine Schichtdicke der Auskopplungseinrichtung 2 im Bereich von >0,5μm bis 5 μm, er- zeugt man eine Winkelselektion von ca. 5- 30° und hat eine gute Beugungseffizienz für alle Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts. If one selects a layer thickness of the output device 2 in the range of> 0.5 μm to 5 μm, an angle selection of approximately 5-30 ° is generated and has a good diffraction efficiency for all wavelength ranges of the visible light.
Da Lichtquellen das Licht in einem breiten Winkelbereich in die Lichtfuhrungsplatte 1 einkoppeln, selektieren die holografisch optischen Elemente 13 diese Strahlen und belassen diejenigen Strahlen, die nicht der Bragg-Bedingung folgen, in der Lichtführungsplatte 1. Durch die geschickte Wahl der Form und Größe oder der diffraktiven Effizienz oder der Verteilung der holografisch optischen Elemente 13 auf der Lichtführungsplatte oder durch die Beugungsrichtung oder durch Wellenlängenselektion oder durch eine Kombination zweier oder mehrere dieser Eigenschaften ist es möglich die Lichthomogenität am Diffusor 5 gleichmäßig einzustellen. Die Lichtführungsplatte 1 dient damit als Lichtreservoir, dem die holografisch optischen Elemente 13 Licht„entnehmen" und dies zielgerichtet an den Diffusor 5 auskoppeln. Since light sources couple the light into the light guide plate 1 in a wide angular range, the holographic optical elements 13 select these rays and leave those non-Bragg rays in the light guide plate 1. By judicious choice of shape and size or diffractive efficiency or the distribution of the holographic optical elements 13 on the light guide plate or by the diffraction direction or by wavelength selection or by a combination of two or more of these properties, it is possible to uniformly adjust the light homogeneity of the diffuser 5. The light guide plate 1 thus serves as a light reservoir to which the holographic optical elements 13 "extract" light and decouple this purposefully onto the diffuser 5.
Figur 7 zeigt die analogen Lichtstrahlen 25, die alle nicht gebeugt werden, da die holografisch optischen Elemente 13 das Licht richtungselektiv beugen. Lichtstrahlen, die an der Kante der Lichtfuhrungsplatte 1 reflektiert werden, können also von dem holografisch optischen Element 13 (an der Position 26) nicht gebeugt werden. Erst wenn diese erneut an der anderen Kante der Lichtfuhrungs- platte 1 reflektiert werden, ist ein erneutes Beugen des Lichtes möglich. Figur 8 zeigt eine weitere erfinderische Ausfuhrungsform in der ein transmissiv wirkendes hologra- fisch optisches Element 13, das in Reflektion ausgelesen wird, verwendet wird. Der Lichtstrahl 12 wird in die Lichtfuhrungsplatte 1 eingestrahlt Nach Propagation unter Totalreflektion passiert er das holografisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen divergenten diffusen Strahl der nun nach Austritt aus der Lichtfuhrungsplatte 1 direkt auf den Diffusor S trifft, der dann erneut eine Winkeldispersion erzeugt; so dass bei der Beleuchtung des nicht gezeigten lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulators L ein homogenes, divergentes Flächenlicht vorliegt Vorteil dieses Aufbaue ist die kompaktere Bauform, da auf eine zusätzliche Abslandschicht verzichtet werden kann. Figure 7 shows the analog light beams 25, all of which are not diffracted, since the holographic optical elements 13 diffract the light directionally selective. Thus, light rays reflected at the edge of the light guide plate 1 can not be diffracted by the holographic optical element 13 (at the position 26). Only when these are again reflected on the other edge of the Lichtfuhrungs- plate 1, a new bending of the light is possible. Figure 8 shows a further inventive embodiment in which a transmissive holographic optical element 13, which is read in reflection, is used. The light beam 12 is irradiated into the Lichtfuhrungsplatte 1 After propagation under total reflection, it passes through the holographic optical element 13 in the decoupler 2 and is bent at the position 14 under the Bragg condition The holographic optical element 13 diffracts the beam into a divergent diffuse beam now after exiting the Lichtfuhrungsplatte 1 directly to the diffuser S meets, which then again generates an angular dispersion; so that in the illumination of the light-transmitting digital spatial light modulator L, not shown, a homogeneous, divergent surface light is present advantage of this structure is the more compact design, as can be dispensed with an additional Abslandschicht.
Figur 9 zeigt eine weitere erfinderische Ausführungsform in der ein reflektiv wirkendes holografisch optisches Element 13 verwendet wird. Der Lichtstrahl 12 wird in Lichtfuhrungsplatte 1 eingestrahlt Das Licht passiert das holografisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 in rückwärtiger Richtung und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen divergenten diffusen Strahl, der nun nach Austritt aus der Lichtfuhrungsplatte 1 direkt auf den Diffusor 5 trifft, der dann erneut eine Winkeldispersion erzeugt, so dass bei der Beleuchtung des nicht gezeigten lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulators L ein homogenes, divergentes Flächenlicht vorliegt Vorteil dieses Aufbaus ist die kompaktere Bauform, da auf eine zusätzliche Abstandschicht verzichtet werden kann. Weiterhin ist es möglich, bei den in Figur 5, Figur 8 und Figur 9 dargestellten Ausgestaltungen auf den Diffusor 5 zu verzichten, wenn die Dichte und Verteilung der holographisch optischen Elemente 13 in der transparenten Schicht 2 derart ist, dass bereits durch die Diffusoreigenschaft der Elemente 13 eine hinreichen homogene Lichtverteilung am lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodu- lator L erreicht wird. Insbesondere wenn kleinere holographisch optische Elemente 13 und/oder ei- nander überlappende holographisch optische Elemente 13 verwendet werden, ist dies vorteilhaft; da der gesamte Schichtaufbau dünner konstruiert werden kann. FIG. 9 shows a further inventive embodiment in which a holographic optical element 13 having a reflective effect is used. The light beam 12 is irradiated in the light guide plate 1. The light passes the holographic optical element 13 in the outcoupler 2 in the rearward direction and is diffracted at the position 14 under the Bragg condition. The holographic optical element 13 diffracts the beam into a divergent diffused beam now After exiting the Lichtfuhrungsplatte 1 directly to the diffuser 5, which then again generates an angular dispersion, so that in the illumination of the light-transmitting digital spatial light modulator L, not shown, a homogeneous, divergent surface light is present advantage of this structure is the more compact design, as a additional spacer layer can be dispensed with. Furthermore, it is possible to dispense with the embodiments shown in Figure 5, Figure 8 and Figure 9 on the diffuser 5, when the density and distribution of the holographic optical elements 13 in the transparent layer 2 is such that already by the diffuser property of the elements 13 a sufficiently homogeneous light distribution on the translucent digital spatial light modulator L is achieved. In particular, when smaller holographic optical elements 13 and / or overlapping holographic optical elements 13 are used, this is advantageous; because the entire layer structure can be constructed thinner.
Figur 10 zeigt eine weitere erfinderische Ausfuhrungsform in der ein transmissiv wirkendes holografisch optisches Element 13 das in Reflektion ausgelesen wird verwendet wird. Lichtstrahl 12 wird in die Lichtführungsplatte 1 eingestrahlt Nach Propagation unter Totalreflektion passiert er das holo- grafisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen gerichteten Strahl, der nun nach Austritt aus der Lichtfühnmgsplatte 1 zunächst auf einen Diffusor 5 trifft, wo das Liebt divergent diffus gestreut wird. An Position 16 trifft dieses Licht dann auf einen zweiten Diffusor 5, der erneut diffus streut Der erste Diffusor S dient der Homogenisierung der Lichtintensität, der zweite dient der Dispersion der Emissionswinkel, um eine weite Winkelansicht des Displays 10 zu ermöglichen. Vorteil diese Aufbaus ist die hohe Beugungseffizienz, die mit einem solchen holografisch optisches Element 13 erreicht werden kann. Eine oder beide Schiebten 6' können streuende oder fluoreszierende Teilchen enthalten. FIG. 10 shows a further inventive embodiment in which a transmissively acting holographic optical element 13 which is read in reflection is used. Light beam 12 is irradiated into the light guide plate 1 After propagation under total reflection, it passes through the holographic optical element 13 in the decoupling device 2 and is diffracted at the position 14 under the Bragg condition. The holographic optical element 13 diffracts the beam into a directed beam which Now after exiting the Lichtfühnmgsplatte 1 first on a diffuser. 5 meets where the love divergent is scattered diffusely. At position 16, this light then impinges on a second diffuser 5, which diffuses again diffusely. The first diffuser S is used to homogenize the light intensity, the second serves to disperse the emission angle in order to allow a wide angle view of the display 10. The advantage of this structure is the high diffraction efficiency that can be achieved with such a holographic optical element 13. One or both pushers 6 'may contain scattering or fluorescent particles.
Figur 11 zeigt eine zu Fig. 10 alternative Ausfuhrungsform, in der ein reflektiv wirkendes holografisch optisches Element verwendet wird. Der Lichtstrahl 12 wird in die Lichtfuhrungsplatte 1 eingestrahlt Das Licht passiert das holografisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 in rückwärtiger Richtung und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen gerichteten Strahl, der nun nach Austritt aus der Lichtfuhrungsplatte 1 auf eine erste Diffusorschicht 6' im Diffusor 5 trifft, wo das Licht divergent diffus gestreut wird. An Position 16 trifft dieses Licht dann auf einen zweite Diffusorschicht 6', die erneut diffus streut Die erste Diffusorschicht 6' dient der Homogenisierung der Lichtintensität, die zweite dient der Dispersion der Emissionswinkel, um eine weite Winkelansicht des Displays zu ermöglichen. Vorteil diese Aufbaus ist die hohe Beugungseffizienz, die mit einem solchen holografisch optisches Element 13 erreicht werden kann. FIG. 11 shows an alternative embodiment to FIG. 10, in which a holographically optical element having a reflective effect is used. The light beam 12 is radiated into the light guide plate 1. The light passes the holographic optical element 13 in the output device 2 in the rearward direction and is diffracted at the position 14 under the Bragg condition. The holographic optical element 13 diffracts the beam into a directed beam now after exiting the Lichtfuhrungsplatte 1 on a first diffuser layer 6 'in the diffuser 5 meets, where the light is divergently diffused scattered. At position 16, this light then impinges on a second diffuser layer 6 ', which diffuses again diffusely. The first diffuser layer 6' is used to homogenize the light intensity, the second serves to disperse the emission angles in order to allow a wide angle view of the display. The advantage of this structure is the high diffraction efficiency that can be achieved with such a holographic optical element 13.
In den Figuren 12-19 sind nun verschiedene Ausfuhrungsformen bzgl. der Anordnung der holografisch optischen Elemente in der Auskopplungseinrichtung 2 gezeigt Dabei handelt es sich um eine schräge perspektivische Ansicht von der Benutzerseite des Displays. In Figur 12 wird der unter To- talieflektion propagierende Lichtstrahl 12 durch einen Pfeil symbolisiert Der austretende Lichtstrahl 17 zeigt perspektivisch auf den Betrachter. In dieser einfachsten Ausfuhrungsform sind die holografisch optischen Elemente 13 als Kreis dargestellt Allerdings steht der Formenauswahl keine Grenze offen. So ist es möglich neben Kreisformen auch Ellipsen, Quadrate, Dreiecke, Vielecke, Trapeze, Parallelogramme oder beliebige andere Formen zu wählen. Die dargestellten Kreise sind als solches nur aus der Sicht der vereinfachten graphischen Darstellung derart gewählt Different embodiments with respect to the arrangement of the holographic optical elements in the coupling-out device 2 are shown in FIGS. 12-19. This is an oblique perspective view from the user side of the display. In FIG. 12, the light beam 12 propagating under a total depth is symbolized by an arrow. The outgoing light beam 17 points in perspective at the observer. In this simplest embodiment, the holographic optical elements 13 are shown as a circle However, there is no limit to the choice of shapes. It is thus possible to choose not only circular shapes but also ellipses, squares, triangles, polygons, trapezoids, parallelograms or any other shapes. The illustrated circles are selected as such only from the point of view of the simplified graphical representation
In der Regel ist die Leuchtdichtenverteilung bei Kantenbeleuchtung (edge-lit) nicht homogen verteilt Figur 12 zeigt ein Beispiel, wo eine derartige horizontale Leuchtdichtenverteilung dadurch kompensiert wird, dass die Beugungseffizienz der holografisch optischen Elemente 30 bis 36 zunimmt Da- bei kann es vorteilhaft sein, nicht nur lineare oder geometrische Änderungen der Beugungseffizienz zu verwenden, sondern ebenfalls irreguläre veränderliche Beugungseffizienzen. Dies ist insbesondere bei Beleuchtungseffekten an Ecken des Lichtwellenleiters oder durch die Einkoppelcharakteristik der Lichtquellen von Vorteil As a rule, the luminance distribution is not homogeneously distributed during edge illumination. FIG. 12 shows an example where such a horizontal luminance distribution is compensated for by increasing the diffraction efficiency of the holographic optical elements 30 to 36. not only using linear or geometric changes in diffraction efficiency, but also irregular variable diffraction efficiencies. This is special in lighting effects at corners of the optical waveguide or by the coupling characteristic of the light sources of advantage
In Figur 13 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird der Abstand zwischen den holographisch optischen Elemente 40 bis 46 geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die holografischen Belich- tungsbedingungen bei der Herstellung aller holographisch optischen Elemente 13 gleich gewählt wer den können. FIG. 13 shows a further possible arrangement; compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1. At this time, the distance between the holographic optical elements 40 to 46 is changed. The advantage of this arrangement is that the holographic exposure conditions in the production of all holographic optical elements 13 can be chosen to be the same.
In Figur 14 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird die Größe der holographisch optischen Elemente 50 bis 56 geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die holografischen Belichtungsbedingungen bei der Herstellung aller holographisch optischen Elemente 13 gleich gewählt werden können. FIG. 14 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1. At this time, the size of the holographic optical elements 50 to 56 is changed. Advantage of this arrangement is that the holographic exposure conditions in the production of all holographic optical elements 13 can be chosen the same.
In Figur 15 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird wie in Figur 14 die Größe der hologra- phisch optischen Elemente 13 geändert. Im Unterschied hierzu werden andere Formmuster der holo- grafisch optischen Elemente 60-61 gewählt Vorteil dieser Anordnung ist, dass die holografischen Belichtungsbedingungen bei der Herstellung aller holographisch optischen Elemente 13 gleich gewählt werden können. FIG. 15 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1. In this case, as in FIG. 14, the size of the holographic optical elements 13 is changed. In contrast to this, other shape patterns of the holographic optical elements 60-61 are selected. The advantage of this arrangement is that the holographic exposure conditions can be selected to be the same in the production of all holographic optical elements 13.
In Figur 16 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird die Richtung der Beugungsebenen der holographisch optischen Elemente 70 bis 73 in 90° Schritten geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die in der Lichtführungsplatte unter Totalreflektion vorliegenden Lichtstrahlen direkter und damit effizienter ausgekoppelt werden können. Ebenfalls ist ein solches Design von Vorteil, wenn die Lichtquellen an mehr als an einer Kante der Lichtfuhrungsplatte positioniert sind. In Figur 17 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird die Richtung der Beugungsebenen der holographisch optischen Elemente 70 bis 77 in 45° Schrillen geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die in der Lichtführungsplatte unter Totalreflektion vorliegenden Lichtstrahlen direkter und damit effizienter ausgekoppelt werden können. Ebenfalls ist ein solches Design von Vorteil, wenn die Lichtquellen an mehr als an einer Kante der Lichtfuhrungsplatte 1 positioniert sind. Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich jede Form von Richtungsabhängigkeit der holografisch optischen Elemente 13 verwendet werden kann und dass keine Beschränkung auf bestimmte Winkel besteht FIG. 16 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1. In this case, the direction of the diffraction planes of the holographic optical elements 70 to 73 is changed in 90 ° steps. The advantage of this arrangement is that the light beams present in the light guide plate under total reflection can be coupled out more directly and thus more efficiently. Also, such a design is advantageous when the light sources are positioned at more than one edge of the light guide plate. FIG. 17 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1. At this time, the direction of the diffraction planes of the holographic optical elements 70 to 77 is changed to 45 °. The advantage of this arrangement is that the light beams present in the light guide plate under total reflection can be coupled out more directly and thus more efficiently. Also, such a design is advantageous when the light sources are positioned at more than one edge of the light guide plate 1. It is important It is pointed out that in principle any form of directional dependence of the holographic optical elements 13 can be used and that there is no restriction to certain angles
In Figur 18 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird der spektrale Bereich (Farbe) in dem die holographisch optischen Elemente 80 bis 82 Licht beugen geändert. Dabei bietet es sich an, chromatisch enge emittierende Lichtquellen zu verwenden, wie z.B. eng emittierenden Licht emittierende Dioden (LEDs), die zwischen 5-100nm, vorzugsweise 10-50nm und besonders bevorzugt 10-35nm Bandbreite haben. Vorteil dieser Anordnung ist es, die Primärfarben spezifischen Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Wie in Figur 4 schon gezeigt; kann durch jeweils eine Auskopplungseinrichtung 2a, 2b und 2c je eine Primärfarbe bedient werden. Natürlich ist es auch möglich, in einer Schicht 2, wie in Figur 1 gezeigt; die hobgrafisch optischen Elemente 80-82 einzubelichten. Es ist allerdings wichtig, dass die Schichtdicke mindestens 5 um betragt, um eine hinreichend enge spektrale Braggbedingung einzustellen. In Figure 18, another possible arrangement is shown; compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1. At this time, the spectral range (color) in which the holographic optical elements 80 to 82 diffract light is changed. It makes sense to use chromatically narrow emitting light sources, such as e.g. narrow emissive light emitting diodes (LEDs), which have between 5-100nm, preferably 10-50nm and most preferably 10-35nm bandwidth. Advantage of this arrangement is to compensate for the primary colors specific luminance distributions in the light guide plate 1. As already shown in FIG. 4; can be operated by a respective decoupling device 2 a, 2 b and 2 c per one primary color. Of course, it is also possible in a layer 2, as shown in Figure 1; to engrave the hobgobical optical elements 80-82. However, it is important that the layer thickness be at least 5 μm in order to set a sufficiently narrow spectral Bragg condition.
In einer verwandten Ausfuhrungsform von Figur 18 können bei Verwendung von ausschließlich blauen LEDs oder Laserdioden als Lichtquelle auch ausschließlich solche holographisch optische Elemente verwendet werden, die auf die Wellenlänge der blauen Lichtquelle abgestimmt sind. Rote und grüne Spektralanteile erhalt man dann durch Aufbringen von geeigneten Q-dots auf einen Teil der holographisch optische Elemente. Die Elemente 80 bis 82 stellen dann holographisch optische Elemente dar, auf die entweder keine Q-dots aufgebracht wurden oder rot bzw. grün emittierende Q- dots. Auch Mischungen von rot und grün emittierenden Q-dots sind als Beschichtung möglich. In a related embodiment of FIG. 18, when only blue LEDs or laser diodes are used as the light source, only such holographic optical elements can be used that are tuned to the wavelength of the blue light source. Red and green spectral components are then obtained by applying suitable Q-dots to a part of the holographic optical elements. The elements 80 to 82 then represent holographic optical elements to which either no Q-dots have been applied or red or green emitting Q-dots. Mixtures of red and green emitting Q-dots are possible as a coating.
In Figur 19 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird der spektrale Bereich (Farbe) in dem die holographisch optischen Elemente 90-96 (z.B. für Blau alle mit 90 markierten, alle für Grün mit 91 und alle für Rot mit 92 markierten holografisch optische Elemente) Licht beugen mit der Beugungs- ebenen der holographisch optischen Elemente (markiert mit 93-96) kombiniert und in 45° Schritten variiert. Vorteil ist eine weitere Anpassung und Optimierung des Lichthomogenität In Figure 19, another possible arrangement is shown; compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1. In this case, the spectral range (color) in which the holographic optical elements 90-96 (eg for blue all marked 90, all for green with 91 and all for red with 92 marked holographic optical elements) diffracts light with the diffraction planes of holographic optical elements (marked 93-96) combined and varied in 45 ° increments. The advantage is a further adaptation and optimization of the light homogeneity
In Figur 20 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Diese ist mit der in Figur 18 verwandt, wo spektral unterschiedlich beugende holographisch optische Elemente 101-103 verwendet werden. In Figur 20 sind die holographisch optischen Elemente 101-103 einander teilweise überlappend positioniert und haben eine hohe Beugungseffizienz für einen bestimmten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes. Dies ist möglich, indem drei übereinander positionierte getrennte Schichten verwendet werden oder durch Aufbau in einer Schicht Ersteres hat den Vorteil, dass die Anforderung an den dynamischen Bereich des Aufzeichnungsmittels (also die Fähigkeit holographische Gitter zu erzeugen) niedriger ist und die Herstellung der Schichten separat erfolgen kann, die zweite Möglichkeit zeigt einen vereinfachten Aufbau, der es ermöglicht, dünnere Schichtaufbauten zu realisieren. In Figure 20, another possible arrangement is shown; compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1. This is related to that in Fig. 18, where spectrally diffracting holographic optical elements 101-103 are used. In Figure 20, the holographic optical elements 101-103 are positioned partially overlapping each other and have a high diffraction efficiency for a specific visible light spectral range. This is possible by using three separate layers placed one above the other or by building them in a layer. The former has the advantage that the requirement for the dynamic range of the recording medium (ie the ability to generate holographic gratings) is lower and the production of the layers takes place separately The second possibility shows a simplified structure, which makes it possible to realize thinner layer structures.
Fig. 20 zeigt einen Fall, der mittels Negativ- und Positivmaske hergestellt werden kann. Die Desensibilisierung des Aufzeichnungsmaterials erfolgt durch eine Negativmaske, so dass die Bereiche ohne holographisch optisches Element dadurch definiert werden. Danach werden mit drei Positivmasken sequentiell die roten, grünen und blauen holographisch optischen Elemente mit den jeweiligen Lasern in das Aufzeichnungsmaterial geschrieben. Fig. 20 shows a case which can be manufactured by means of negative and positive mask. The desensitization of the recording material is carried out by a negative mask, so that the areas without holographic optical element are defined thereby. Thereafter, the red, green and blue holographic optical elements with the respective lasers are sequentially written in the recording material with three positive masks.
In Figur 21 ist eine besonders bevorzugte Anordnung der holographisch optischen Elemente 13 gezeigt, um unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren, die von zwei Lichtquellen 110 beleuchtet wird. Die holographisch optischen Elemente 13 sind von gleicher Größe, Beugungseffizienz und Beugungsrichtung, wobei die homogene Lichtverteilung in der transparenten Schicht 2 durch unterschiedliche Dichteverteilung und Anordnung der holographisch optischen Elementen 13 zu den beiden Lichtquellen 110 ermöglicht wird. Dabei nimmt die Anzahl pro Fläche der holographisch optischen Elemente 13 von denjenigen Rändern, an denen sich Lichtquellen 110 befinden zur Mitte der Lichtführungsplatte 1 hinzu. FIG. 21 shows a particularly preferred arrangement of the holographic optical elements 13 in order to compensate for different luminance distributions in the light guide plate 1 which is illuminated by two light sources 110. The holographic optical elements 13 are of the same size, diffraction efficiency and diffraction direction, whereby the homogeneous light distribution in the transparent layer 2 is made possible by different density distribution and arrangement of the holographic optical elements 13 to the two light sources 110. In this case, the number per area of the holographic optical elements 13 of the edges at which there are light sources 110 is added to the center of the light guide plate 1.
In Figur 22 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren, die von zwei Lichtquellen 110 beleuchtet wird. Die holographisch optischen Elemente 30-35 sind von unterschiedlicher Beugungseffizienz bei gleicher Beugungsrichtung. Weiterhin überlappen die holographisch optischen Elemente 30-35 einander. FIG. 22 shows a further possible arrangement for compensating different luminance distributions in the light guide plate 1, which is illuminated by two light sources 110. The holographic optical elements 30-35 are of different diffraction efficiency at the same diffraction direction. Furthermore, the holographic optical elements 30-35 overlap each other.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
(1) Lichtführungsplatte  (1) light guide plate
(2) Auskopplungseinrichtung  (2) decoupling device
(2a) - (2c) Auskopplungseinrichtung  (2a) - (2c) decoupling device
(3) transmissiver pixelierter Lichtmodulator  (3) transmissive pixelated light modulator
(4) Farbfilter  (4) color filter
(5) Difiusor  (5) Difiusor
(6) Transparente Schicht  (6) Transparent layer
(6') Diflusorschicht  (6 ') Diflusor layer
(7) Reflexionsschicht  (7) reflection layer
(8), (9) Polarisationsfilter (gekreuzt)  (8), (9) polarizing filter (crossed)
(10) Display  (10) Display
(10') Beleuchtungseinheit  (10 ') lighting unit
(11) Lichtstrahl, der nicht der Braggbedingung entspricht (12) Lichtstrahl, der der Braggbedingung entspricht (11) Light beam that does not conform to the Bragg condition (12) Light beam that corresponds to the Bragg condition
(13) Holographisch optisches Element, Volumengitter(13) Holographic optical element, volume grating
(14) Stelle der Beugung des Lichtstrahls (14) Place the diffraction of the light beam
(15) Stelle an der keine Beugung erfolgt  (15) Point at which no diffraction occurs
(16) Stelle der Streuung in einem Difiusor  (16) Place the scatter in a Difiusor
(17) Divergenter Lichtstrahl  (17) Divergent light beam
(20) Lichtstrahl, der der Braggbedingung entspricht (20) Beam corresponding to the Bragg condition
(21) Lichtstrahlen, die nicht der Braggbedingung entsprechen (25) Lichtstrahlen, die nicht der Braggbedingung entsprechen (21) Light rays that do not conform to the Bragg condition (25) Light rays that do not conform to the Bragg condition
(26) Stellen an der keine Beugung erfolgt (26) Where no flexion occurs
(30)-(36) Holographisch optische Elemente gleicher Größe und unterschiedlicher Beugungseffizienz (30) - (36) Holographic optical elements of the same size and different diffraction efficiency
(40)-(46) Holographisch optische Elemente gleicher Beugungseffizienz mit unterschiedlicher engen räumlichen Position zueinander (40) - (46) Holographic optical elements of equal diffraction efficiency with different close spatial position to each other
(50)-(56) Holographisch optische Elemente unterschiedlicher Größe (50) - (56) Holographic optical elements of different sizes
(60), (61) Holographisch optische Elemente in rechteckiger Form (60), (61) Holographic optical elements in a rectangular shape
(70), (71) Holographisch optische Elemente mit Beugungseffizienz in vertikaler Ausrichtung (70), (71) Holographic optical elements with diffraction efficiency in vertical alignment
(72), (73) Holographisch optische Elemente mit Beugungseffizienz in horizontaler Ausrichtung (72), (73) Holographic optical elements with diffraction efficiency in horizontal alignment
(74) - (77) Holographisch optische Elemente mit Beugungseffizienz in diagonaler Ausrichtung (74) - (77) Holographic optical elements with diffractive efficiency in diagonal orientation
(80) Holographisch optisches Element mit Beugungseffizienz im grünen Wellenlängenbereich (80) Holographic optical element with diffraction efficiency in the green wavelength region
(81) Holographisch optisches Element mit Beugungseffizienz im roten Wellenlängenbereich (81) Holographic optical element with diffraction efficiency in the red wavelength range
(82) Holographisch optisches Element mit Beugungseffizienz im blauen Wellenlängenbereich (82) Holographic optical element with diffraction efficiency in the blue wavelength range
(90) Holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im blauen Wellenlängenbereich (90) Holographic optical element with diffraction efficiency in the blue wavelength range
(91) Holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im grünen Wellenlängenbereich (91) Holographic optical element with diffraction efficiency in the green wavelength range
(92) Holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im roten Wellenlängenbereich (92) Holographic optical element with diffraction efficiency in the red wavelength range
(93) , (95) Holographisch optische Elemente mit diagonaler Beugungseffizienz (93), (95) Holographic optical elements with diagonal diffraction efficiency
(94) Holographisch optische Elemente mit horizontaler Beugungseffizienz (96) Holographisch optische Elemente mit vertikaler Beugungseffizienz (94) Holographic optical elements with horizontal diffraction efficiency (96) Holographic optical elements with vertical diffraction efficiency
(101) Überlappende holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im grünen (101) Overlapping holographic optical element with diffraction efficiency in the green
Wellenlängenbereich  Wavelength range
(102) Überlappende holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im roten (102) Overlapping holographic optical element with diffraction efficiency in the red
Wellenlängenbereich  Wavelength range
(103) Überlappende holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im blauem (103) Overlapping holographic optical element with diffraction efficiency in blue
Wellenlängenbereich  Wavelength range
(110) Lichtquelle (110) light source
L Lichtmodulator L light modulator

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Planeres Lichtverteilungsmodul für ein Display, umfassend eine Lichtführungsplatte durch welche über wenigstens eine Seitenfläche einkoppelbares Licht mittels Totalreflektion propagieren kann und wenigstens eine auf einer oder beiden der Hauptflächen der Lichtführungsplatte (1) angebrachte und mit dieser in optischem Kontakt stehende planare Auskopplungseinrichtung (2), in der eine Vielzahl holographisch optischer Elemente (13), die so ausgestaltet sind, dass sie Licht aus der Lichtfuhrungsplatte (1) auskoppeln können, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) in der Auskopplungseinrichtung (2) bezüglich wenigstens zwei Raumdimensionen ohne Translationssymetrie angeordnet sind und die holographisch optischen Elemente (13) als Volumengitter ausgestaltet sind. 1. Planer light distribution module for a display, comprising a light guide plate through which light that can be coupled in via at least one side surface can propagate by means of total reflection and at least one planar decoupling device (2) attached to one or both of the main surfaces of the light guide plate (1) and in optical contact with it. , in which a plurality of holographic optical elements (13), which are designed so that they can couple out light from the light guide plate (1), are arranged, characterized in that the holographic optical elements (13) in the decoupling device (2) with respect to at least two spatial dimensions are arranged without translational symmetry and the holographic optical elements (13) are designed as a volume grid.
2. Lichtverteilungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Anordnung der holographisch optischen Elemente (13) in der Auskopplungseinrichtung (2) keine zweidimensionale Wiederholungsfolge existiert und/ oder dass die Anzahl an holographisch optischen Elemente (13) pro Fläche von wenigstens einem Rand zur Mitte der Auskopplungseinrichtung (2) zunimmt. 2. Light distribution module according to claim 1, characterized in that there is no two-dimensional repeat sequence for the arrangement of the holographic optical elements (13) in the decoupling device (2) and / or that the number of holographic optical elements (13) per area of at least one edge increases towards the center of the decoupling device (2).
3. Lichtverteilungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auskopplungseinrichtung (2) wenigstens 30 holographisch optische Elemente (13) angeordnet sind, insbesondere wenigstens 50. 3. Light distribution module according to claim 1 or 2, characterized in that at least 30 holographic optical elements (13) are arranged in the decoupling device (2), in particular at least 50.
4. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) in der Auskopplungseinrichtung (2) ausgebildet sind und sich ausgehend von einer der Flachseiten der Auskopplungseinrichtung (2) in diese erstrecken und/ oder diese vollständig durchdringen, wobei die Auskopplungseinrichtung (2) insbesondere mit derjenigen Flachseite mit der Lichtführungsplatte (1) in Kontakt steht, auf der sich die holographisch optischen Elemente (13) befinden. 4. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) are formed in the decoupling device (2) and extend from one of the flat sides of the decoupling device (2) into it and / or completely penetrate it, wherein the decoupling device (2) is in contact with the light guide plate (1) in particular with that flat side on which the holographic optical elements (13) are located.
5. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungseinrichtung (2) oder die Lichtführungsplatte (1) mit einer Reflexionsschicht 7 versehen ist, die auf der der Auskopplungsrichtung des Lichts gegenüberliegenden Flachseite angebracht ist5. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the decoupling device (2) or the light guide plate (1) with a reflection layer 7 is provided, which is attached to the flat side opposite the output direction of the light
6. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass die Beugungseffizienz der holographisch optischen Elemente (13) unterschiedlich ist, wobei die Beugungseffizienz der holographisch optischen Elemente (13) entlang einer Einstrahlrichtung für Licht in die Lichtfuhrungsplatte (1) insbesondere zunimmt6. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized; that the diffraction efficiency of the holographic optical elements (13) is different, the diffraction efficiency of the holographic optical elements (13) increasing in particular along an irradiation direction for light into the light guide plate (1).
7. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) zumindest im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 um Licht aus der Lichtfuhrungsplatte (1) auskoppeln können und/ oder dass die holographisch optischen Elemente (13) Licht wellenlängenselektiv auskoppeln können, wobei insbesondere wenigstens drei Gruppen von holographisch optischen Elementen (13) vorliegen, die jeweils für rotes, grünes und blaues Licht wellenlängenselektiv sind. 7. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) can couple out light from the light guide plate (1) at least in the wavelength range from 400 to 800 μm and/or that the holographic optical elements (13) emit light wavelength-selective can be coupled out, in particular at least three groups of holographic optical elements (13) being present, each of which is wavelength-selective for red, green and blue light.
8. Lichtveiteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) derart ausgestaltet sind, dass das durch diese ausgekoppelte Licht die Auskopplungseinrichtung (2) transversal vollständig durchläuft. 8. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) are designed such that the light coupled out by them passes completely through the decoupling device (2) transversely.
9. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) derart ausgestaltet sind, dass das ausgekoppelte Licht reflektiert wird und die Lichtiuhrungsplatte (1) nach dem Auskoppeln transversal durchläuft, 9. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) are designed such that the coupled-out light is reflected and passes transversely through the light guide plate (1) after coupling-out,
10. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens eine Auskopplungseinrichtung (2) auf beiden Flachseiten der Lichtführungsplatte (1) und/ oder wenigstens zwei Auskopplungseinrichtungen (2) auf einer Flachseite der Lichtfuhrungsplatte (1) angeordnet ist10. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one decoupling device (2) is arranged on both flat sides of the light guide plate (1) and / or at least two decoupling devices (2) on a flat side of the light guide plate (1).
11. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass wenigstens drei Auskopplungseinrichtungen (2a, 2b, 2c) auf einer Flachseite der Lichtführungs- platte (1) angeordnet sind, wobei die drei Auskopplungseinrichtungen (2a, 2b, 2c) jeweils für genau eine Lichtfarbe wellenlängenselektive holographisch optische Elemente (13) enthalten, insbesondere für rotes, grünes und blaues Licht 11. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that at least three outcoupling devices (2a, 2b, 2c) are arranged on a flat side of the light guide plate (1), the three outcoupling devices (2a, 2b, 2c) each being for contain exactly one color of light wavelength-selective holographic optical elements (13), in particular for red, green and blue light
12. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass die Auskopplungseinrichtung (2) eine Dicke von 0,5 μm bis 100 μm aufweist, insbesondere von12. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized; that the decoupling device (2) has a thickness of 0.5 μm to 100 μm, in particular of
0,5 μm bis 40 μm, vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 5 μm. 0.5 μm to 40 μm, preferably a thickness of at least 5 μm.
13. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungseinrichtung (2) Silberhalogemdemulsionen, Dichromatgelatine, photorefrakti- ve Materialien, photochrome Materialien und/ oder Photopolymere enthält, insbesondere Photo- polymere enthaltend ein Photoinitiatorsystem und polymerisierbare Schreibmonomere, bevorzugt Photopolymere enthaltend ein Photoinitiatorsystem, polymerisierbare Schreibmonomere und vernetzte Matrixpolymere. 13. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the decoupling device (2) contains silver halogen emulsions, dichromate gelatin, photorefractive materials, photochromic materials and / or photopolymers, in particular photopolymers containing a photoinitiator system and polymerizable writing monomers, preferably containing photopolymers Photoinitiator system, polymerizable writing monomers and cross-linked matrix polymers.
14. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) unabhängig voneinander eine Ausdehnung in zumindest einer zur Oberfläche der Auskopplungseinrichtung (2) parallel verlaufenden Raumachse von wenigstens 300 μm aufweisen, insbesondere wenigstens 400 μm oder gar wenigstens 500 μm 14. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) independently of one another have an extension of at least 300 μm in at least one spatial axis running parallel to the surface of the output device (2), in particular at least 400 μm or even at least 500 μm
15. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) unabhängig voneinander in der Oberfläche der Auskopplungseinrichtung (2) einen kreisrunden, elliptischen oder polygonen, insbesondere drei-, vier-, fünf oder sechseckigen, trapezoiden oder parallelogrammartigen Querschnitt aufweisen und/ oder dass sich die einzelnen holographisch optischen Elemente (13) einer Auskopplungseinrichtung (2) teilweise überlappen, wobei insbesondere die Oberfläche der Auskopplungseinrichtung (2) weitestgehend vollständig mit holographisch optischen Riementen besetzt ist 15. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) independently of one another in the surface of the decoupling device (2) have a circular, elliptical or polygonal, in particular triangular, quadrilateral, five or hexagonal, trapezoidal or have a parallelogram-like cross-section and/or that the individual holographic optical elements (13) of a decoupling device (2) partially overlap, in particular the surface of the decoupling device (2) being largely completely covered with holographic optical belts
16. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf derjenigen Flachseite der Lichtführungsplatte (1) und/ oder Auskopplungseinrichtung16. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that on that flat side of the light guide plate (1) and / or decoupling device
(2) auf der das Licht abgestrahlt wird zumindest ein Diffusor (5) angeordnet ist, welcher vorzugsweise von der Lichtführungsplatte (1) und/ oder der Auskopplungseinrichtung (2) beabstandet ist, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 mm, insbesondere um kleiner oder gleich 0,05mm. (2) on which the light is emitted at least one diffuser (5) is arranged, which is preferably spaced from the light guide plate (1) and/or the decoupling device (2), preferably less than or equal to 0.1 mm, in particular less than or equal to 0.05mm.
17. Lichtverteilungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die holographisch optischen Elemente (13) eine Diflusorfunktion besitzen. 17. Light distribution module according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical elements (13) have a diffuser function.
18. Optische Anzeige, insbesondere Display eines Fernsehers, Mobiltelefons, Computers und dergleichen, dadurch gekennzeichnet; dass die Anzeige ein Lichtverteilungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 17 beinhaltet 18. Optical display, in particular the display of a television, mobile phone, computer and the like, characterized; that the display includes a light distribution module according to one of claims 1 to 17
19. Optische Anzeige nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass nur essentiell blaues Licht emittierende Lichtquellen (110) verwendet werden, wobei eine Farbkonversion zu grünem und rotem Licht mittels Q-dots in einem Quantumrail in der Lichtquelle (110), in den holographisch optischen Elementen (13) der Auskopplungseinrichtung (2), in einem Diffusor (5) oder Farbfilter (4) erfolgt. 19. Optical display according to claim 18, characterized in that only light sources (110) emitting essentially blue light are used, with a color conversion to green and red light using Q-dots in a quantum rail in the light source (110), in the holographic optical Elements (13) of the decoupling device (2), in a diffuser (5) or color filter (4).
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