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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mehrschichtige, oberflächlich
strukturierte Massivplatte zur Lichtlenkung, deren Basismaterial
aus einem transparenten Kunststoff, und gegebenenfalls einer oder
mehrerer Deckschichten besteht.
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Bei
der Verwendung von Diffuserplatten in den so genannten Backlight-Units
(BLUs) von Flachbildschirmen kommt es auf eine sehr hohe und homogene
Leuchtdichte des Gesamtsystems an, damit die Helligkeit des Bildes
des Flachbildschirmes möglichst hoch ist. Grundsätzlich
weist eine Backlight-Unit (Direct Light System) den nachfolgend
beschriebenen Aufbau auf. Sie besteht in der Regel aus einem Gehäuse,
in dem je nach Größe der Backlight-Unit eine unterschiedliche
Anzahl an Leuchtstoffröhren, so genannte CCFL (Cold Cathode
Fluorescent Lamp) meist parallel zueinander angeordnet sind. Die
Gehäuseinnenseite ist mit einer weiß diffus lichtreflektierenden
Oberfläche ausgestattet. In Einzelfällen kommen
auch andere Lichtquellen zum Einsatz (LED's), was den prinzipiellen
Aufbau jedoch nicht weiter beeinflusst. Auf diesem Beleuchtungssystem liegt
die Diffuserplatte auf, die eine Dicke von 1 bis 3 mm aufweist,
bevorzugt eine Dicke von 1.5 mm–2.0 mm. Auf der Diffuserplatte
befindet sich ein Satz von Folien, die folgende Funktionen haben
können: Umverteilung und Fokussierung des Lichtes in Vorwärtsrichtung
und Homogenisierung (Diffuserfolien), Umverteilung und Fokussierung
des Lichtes in Vorwärtsrichtung durch prismatisch strukturierte
Folien, z. B. den so genannten BEF (Brightness Enhancing Film),
zusätzlich zu einer Prismenfolie oft eine weitere Diffusorfolie
zur Vermeidung von Moire-Effekten, Reflexionspolarisatoren z. B.
DBEF (Dual Brightness Enhancement Film) und Linearpolarisatoren.
Die linear polarisierende Folie liegt direkt unter dem darüber
befindlichen LCD-Display.
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Aus
dem Stand der Technik sind lichtstreuende transluzente Erzeugnisse
aus Polycarbonat mit verschiedenen lichtstreuenden Zusatzstoffen
und daraus hergestellte Formteile bereits bekannt.
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So
offenbart beispielsweise
EP-A
634 445 lichtstreuende Zusammensetzungen, welche polymere
Partikel auf Vinyl-Acrylat-Basis mit einer Kern/Schale Morphologie
in Kombination mit TiO
2 enthalten.
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Die
Verwendung von lichtstreuenden Polycarbonatfolien in Flachbildschirmen
ist. in
US 2004/0066645 beschreiben.
Als lichtstreuende Pigmente werden hier Polyacrylate, PMMA, Polytetrafluoroethylene,
Polyalkyl-trialkoxysiloxane und Mischungen aus diesen Komponenten
genannt.
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In
DE 10 2005 039 413 werden
PC-Diffuserplatten beschrieben, die 0,01% bis 20% Streupigment enthalten.
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Alle
diese Diffuserplatten weisen aber eine Transmission von 50%–70%,
während unadditiviertes Polycarbonat eine Lichttransmission
von 90% hat. Die Transmission hat einen entscheidenden Einfluss
auf die erreichbare Helligkeit.
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Um
die Eignung der lichtstreuenden Platten für so genannte
Backlight-Units für LCD-Flachbildschirme zu beurteilen,
muss insbesondere die Helligkeit (Brightness) des Gesamtsystems
betrachtet werden, also der gesamten BLU inklusive Foliensatz, nicht
nur der Diffuserplatten für sich. Bei Diffuserplatten sind
möglichst hohe Homogenität der Lichtverteilung
bei maximaler Helligkeit (Brightness) gefordert. Beides sind erwünschte aber
im Falle herkömmlicher Diffuserplatten in der Regel gegenläufige
Eigenschaften.
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Eine
Homogenisierung mittels Oberflächenstrukturen wie in
JP 2006/284697 oder
US 2006/10262666 hat
den Vorteil einer hohen Transmission und damit eine großen
Helligkeit (Brightness). Als Strukturtyp liegen hierbei einfache
tonnen- oder prismenartige Stege oder eine Kombination derselben
zugrunde, die unter Umständen leichte Variationen wie Einkerbungen
enthalten. mathematisch lassen sich diese Strukturen oft über Ellipsenabschnitte
beschreiben und werden in diesem Fall in der Regel als Lenticularstrukturen
bezeichnet. Die erreichbare Homogenität ist begrenzt und
geringer als die erreichbare Homogenität herkömmlicher
Diffuserplatten. Die Struktur weitet das direkte Bild der Lampen
auf. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, werden die Leuchtdichtemaxima über
den Lampen verbreitert, bleiben in ihrer Position jedoch unverändert.
Zwischen den Lampen entsteht ein Minimum. Dies führt für
große Lampenabstände bei wenigen Lampen zu einem
inhomogenen Erscheinungsbild. Um für anspruchsvolle BLU-Aufbauten
(größere Lampenabstände, geringe Gesamthöhe)
eine ausreichende Homogenität zu erzielen, werden oft aufwändige
Mehrschichtaufbauten vorgeschlagen.
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In
CN 1924620 werden lichtlenkende
Strukturen in Kunststoff mit Streuadditiv beschrieben, die aus abgeschnittenen
Prismen bestehen. Diese Strukturen sollen 3 klare Abbilder der Lampen
erzeugen und durch das zusätzlich auch innerhalb der Struktur
eingesetzte Streuadditiv verbreitert werden um so eine homogene Hinterleuchtung
zu ermöglichen. In dieser Konstellation stört
das eingesetzte Streuadditiv allerdings die lichtlenkende Wirkung
der Struktur, so dass letztlich keine homogene Hinterleuchtung erreicht
werden kann.
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In
US 2007047260 und
US2006250819 werden Compound
Parabolic Concentrators auf Streuplatten für Backlight
Units beschrieben. Diese sind jedoch nicht linear angeordnet sondern
rund, vier- oder mehreckig. Außerdem dienen die CPCs hier
nur der Brightness-Erhöhung und nicht der Homogenisierung
des Lichtes von mehreren CCFLs.
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Eine
Aufgabe gegenüber diesem Stand der Technik ist es, eine
Oberflächenstruktur für Diffuserplatten bereitzustellen,
die eine verbesserte Homogenisierung der Lichtverteilung bei gleichzeitig
hoher Lichttransmission aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher einen flächenhaften
Formkörper, aufweisend eine Vorderseite und eine Rückseite,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite lichtlenkende Strukturen
bestehend aus einem Linsenbereich und einem CPC-Bereich aufweist.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten die Ausdrücke
"Vorderseite" und "Rückseite" die beiden großen
gegenüberliegenden Oberflächen des flächenhaften
Formkörpers.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "translationsinvariant",
dass die Struktur über die Oberfläche in einer
Richtung keine oder zumindest keine signifikante oder nachträgliche
Variation zeigt, während sie in einer Richtung senkrecht
dazu eine Form von länglichen Erhöhungen und Senken
aufweist, d. h. eine Rillenstruktur darstellt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "übermoduliert",
dass eine
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Die
Struktur entlang der translationsinvarianten Richtung d. h. entlang
der Rillenstruktur eine zusätzliche Variation aufweist,
die unabhängig von der Variation quer zur Rillenstruktur
ist. Mathematisch betrachtet bildet die effektive Oberflächenstruktur
eine Addition der Rillenstruktur mit einer davon unabhängigen
im Weiteren als übermoduliert bezeichneten Struktur.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Linsenbereich",
dass ein Teil der lichtlenkenden Struktur sich mathematisch durch
eine linsenartige Funktion beschreiben lässt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "CPC-Bereich",
dass ein Teil der lichtlenkenden Struktur sich mathematisch durch
eine CPC-Funktion beschreiben lässt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „identisch"
dass alle Linsenbereiche eine identische Form aufweisen und alle
CPC Bereiche eine identische Form aufweisen, d. h. durch die gleichen
Parameter beschrieben werden können
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „abhängig",
dass benachbarte Linsenbereich bzw. CPC-Bereiche eine Form aufweisen
die zwar unterschiedlich sein kann, jedoch durch den jeweils benachbarten
Bereich vorgeben ist, also von diesem abhängig ist. Mit
diesem Ausdruck werden Strukturen beschrieben, die insgesamt unterschiedliche
Formen aufweisen, aber dennoch periodisch wandelbar sind.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „unabhängig",
dass benachbarte Linsenbereich bzw. CPC-Bereiche eine Form aufweisen,
deren beschreibende Parameter gänzlich unabhängig voneinander
sind. Jede der einzelnen Strukturen kann dabei eine andere Form
ausweisen.
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Die
erfindungsgemäßen, lichtlenkenden Strukturen werden
im Weiteren auch ACPC (Advanced Compound Parabolic Concentrator)
genannt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtlenkenden
Strukturen im Wesentlichen translationsinvariant sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenbereiche
und CPC-Bereiche identisch, abhängig oder unabhängig
sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen
Linsenbereiche und CPC-Bereiche durch unabhängige Parametersätze
beschrieben werden können.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der CPC-Bereich
bestimmt werden kann durch:
- a) Berechnen der Öffnungswinkel
im Medium θ1 und θ2 aus den Fresnelschen Gleichungen mittels
der definierten Akzeptanzwinkel;
- b) Konstruktion der beiden Parabeläste P1 und
P2 mit den Öffnungswinkeln im Medium θ1 bzw. θ2 gemäß der
Gleichung: wobei θ1,2 der Öffnungswinkel
im Medium der linken (θ1) und rechten
(θ⎕) Parabel, x die X-Koordinate,
und y1,2 die die Y-Koordinate der linken
(y1) und rechten (y2)
Parabel ist;
- c) Berechnung der Endpunkte der Parabeläste F1, F2 und E1, E2;
- d) Drehung der Parabeln um den Öffnungwinkel im Medium –θ1 bzw. θ2 und
Translation der Parabel P2 längs
der x-Achse;
- e) optional im Falle einer asymmetrischen Variante mit θ1 ≠ θ2 der
Bestimmung der Neigung der durch die Punkte E1 und
E2 bestimmten Neigungsfläche;
- f) Bestimmung der effektiven Akzeptanzwinkel in Luft aus der
in den Schritten a) bis e) konstruierten Geometrie;
- g) Vergleich der effektiven Akzeptanzwinkel mit den definierten
Akzeptanzwinkeln, und bei Abweichung größer 0,001%
Wiederholung von Schritt a) bis f) mit korrigierten Akzeptanzwinkeln
anstelle der definierten Akzeptanzwinkel in Schritt a), wobei die
korrigierten Akzeptanzwinkeln ungleich sind den definierten Akzeptanzwinkeln,
und wobei die korrigierten Akzeptanzwinkel so gewählt werden,
dass die effektiven Akzeptanzwinkel aus Schritt f) mit den definierten
Akzeptanzwinkeln übereinstimmen; und
- h) beim Erreichen einer Abweichung der effektiven Akzeptanzwinkel
von den definierten Akzeptanzwinkeln von 0,001% oder weniger Verkürzung
der Parabeln in y-Richtung auf das durch den Verkürzungsfaktor
bestimmte Maß.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte
Akzeptanzwinkel θ1 zwischen 5° und
60° und dass der definierte Akzeptanzwinkel θ2 zwischen 5° und 60° liegt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt h)
die Verkürzung einfaches Abschneiden ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt h)
die Verkürzung eine Stauchung der Geometrie entlang der
y-Achse um den durch den Verkürzungsfaktor bestimmten Faktor
ist
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass θ1 = θ2 ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine
Ellipse ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtperiode
in einem Bereich zwischen 10 μm und 1 mm, bevorzugt 30 μm–500
um, besonders bevorzugt 50 μm 300 μm liegt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der CPC-Bereich
einen stetig polynomischen Abschluss aufweist, der z. B. ein Polynom
n-ter Ordnung ist, insbesondere ein Polynom vierter Ordnung, der
stetig differenzierbar in den Punkten F1 und
F2 ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der CPC-Bereich
einen stetigen Abschluss aufweist, der sich durch eine Parabel,
Hyperbel, Kreisfunktion Sinosoidalfunktion oder Gerade beschreiben
lässt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Linsenbereich
eine Linse ist, der Polynom ein Polynom n-ter Ordnung ist, und wenn der
Linsenbereich ein Kreis ist, der Polynom eine Ellipse ist, und wenn
der Linsenbereich ein gestauchter Kreis ist, der Polynom ein Polynom
n-ter Ordnung ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche weniger
als 5% oder zumindest weniger als 10% von einer wie in den Ansprüchen 3
bis 10 beschreibbaren Geometrie abweicht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen
mindestens 80, 90, 95, oder 100% der Oberfläche der Vorderseite
bedecken.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper
auf der Unterseite eine Oberflächenstruktur mit Streuwirkung
aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper
auf der Unterseite eine UV-absorbierende Schicht enthält.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper
in der translationsinvarianten Richtung übermodulierte
Strukturen aufweist, die eine zusätzliche Streuwirkung
erzielen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen solchen flächenhaften
Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper
transparenten Thermoplast, z. B. Polycarbonat, Polystyrol oder modifiziertes Polystyrol
PMMA oder PET aufweist, oder Elends davon, insbesondere Polycarbonat.
Bevorzugt hat der Formkörper eine Transmission > 90%, insbesondere
95%.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Herstellung eines solchen
flächenhaften Formkörpers durch Extrusion, die
Verwendung eines solchen flächenhaften Formkörpers
als Diffuserplatte, eine Diffuserplatte, aufweisend einen solchen
flächenhaften Formkörper und eine Backlight-Unit,
aufweisend einen solchen flächenhaften Formkörper
oder eine solche Diffuserplatte.
-
Der
CPC Bereich folgt dem Design eines klassischen dielektrischen CPC
(compound parabolic concentrator) mit dem Unterschied eines stetigen
polynomischen Abschlusses (Polynom). Dielektri sche CPCs werden klassischerweise
als Konzentratorsysteme eingesetzt und basieren – im Gegensatz
zu noch länger bekannten metallischen CPCs – auf
dem optischen Prinzip der internen Totalreflektion. Zur mathematischen
Bestimmung des CPC in der hier verwendeten Form sind die bestimmenden
Parameter die beiden – hier meist identischen – Akzeptanzwinkel
sowie der Verkürzungsfaktor. CPCs (3) werden
nach folgender Vorgehensweise mit den genannten Formeln konstruiert.
Bei der beschriebenen Vorgehensweise handelt es sich um ein implizites
Optimierungsproblem:
- 1. Berechnen der Öffnungwinkel
im Medium θ1 bzw. θ2 (31 und 32) aus den Fresnelschen
Gleichungen mittels der definierten Akzeptanzwinkel.
- 2. Konstruktion der beiden Parabeläste P1 und
P2 (22 und 23) mit den Öffnungswinkeln
im Medium θ1 bzw. θ2 (31 und 32).
- 3. analytische Berechnung der Endpunkte der Parabeläste
F1, F2 und E1, E2 (25, 26, 45, 46)
- 4. Drehung der Parabeln um den Öffnungwinkel im Medium –θ1 bzw. θ2 und
Translation der Parabel P2 längs der
x-Achse.
- 5. Im Falle der assymetrischen Variante mit θ1 ≠ θ2 (31 und 32)
wird nun die Neigung der durch die Punkte E1 und
E2 bestimmten Neigungsfläche bestimmt.
- 6. Aus der Konstruktion werden die effektiven Akzeptanzwinkel
in Luft bestimmt.
- 7. Vergleich mit den gewünschten Akzeptanzwinkeln.
Bei zu geringer Übereinstimmung erneutes beginnen bei Punkt
1 mit angepassten Akzeptanzwinkeln.
- 8. Bei ausreichender Genauigkeit Verkürzung – einfaches
Abschneiden – der Parabeln in y-Richtung auf das durch
den Verkürzungsfaktor (36) bestimmte Maß mit
den neuen Endpunkten E3 und E4 (27 und 28)
- 9. Ersetzen der durch die Punkte F1 und
F2 (25, 26) begrenzten
Kante durch eine Polynom n-ter Ordnung, dass stetig differenzierbar
angeschlossen wird.
-
Im
vorliegenden Fall werden die CPCs abweichend ihrer ursprünglichen
Funktion eingesetzt. Passt man einen CPC so an, dass sein Akzeptanzwinkel θ1 und θ2 (3)
knapp unterhalb des Einfallswinkels des Lichtes auf die Diffuserplatte
im Bereich zwischen zwei Lampen liegt, erhält man an dieser
frei definierbaren Stelle eine Leuchtdichteerhöhung. Der
so definierte CPC bestimmt den Bereich zwischen den Punkten 25 und 27 sowie
zwischen den Punkten 26 und 28 in der 1.
Die CPCs können entweder symmetrisch mit den gleichen Öffnungswinkeln θ1 = θ2 oder
asymmetrisch mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln θ1 ≠ θ2 ausgestattet sein.
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Der
Bereich Polynom zwischen den Punkten 25 und 26 in 1 ist
eine stetig angepasste Funktion. Diese kann ein Polynom n-ter Ordnung
sein, ein Kreisausschnitt, eine Ellipse, ein Sinusoidale Funktion,
eine Parabel, eine Linse oder eine Gerade. Bevorzugt ist es ein
Polynom n-ter Ordnung. Besonders bevorzugt ist es ein Polynom vierter
Ordnung, das stetig differenzierbar in den Punkten 25 und 26 ist.
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Das
Polynom zwischen den Punkten 25 und 26, in Kombination
mit dem Linsenbereich (Lens) zwischen den Punkten 29 und 27 bestimmt
Höhe und Breite eines Maximums im Bereich direkt über
den Lampen. Die Leuchtdichte ist hier bei ebener Fläche
in einem kleinen räumlichen Bereich sehr hoch, fällt
aber steil ab. Die Zerstreuungswirkung der Linse in diesem Bereich
führt zu einer Aufweitung und gleichzeitigen Absenkung dieses
Maximums. Über die Krümmung des Bereiches lässt
sich diese Aufweitung kontrollieren. Der bestimmende Parameter ist
hier der normierte Fokus der Zerstreuungslinse. Die Linse kann nach
folgenden Formel berechnet werden: Sinusoidal, Polynom n-ter Ordnung,
Parabel, Hyperbel, Ellipse, Kreis, Kreisbogenausschnitt, Gerade.
Bevorzugt ist eine Ellipse.
-
Der
letzte Konstruktionsparameter ist das Verhältnis (Ratio)
der beiden Teilbereiche
24 sowie die Summe aus 21, 22 und
23 zueinander. Über dieses Verhältnis lassen sich
die Maxima zwischen den Lampen und direkt oberhalb der Lampen auf
ein identisches Leuchtdichteniveau bringen. Je nachdem welche Funktion
im Bereich Polynom verwendet wird, muss eine entsprechende Funktion
im Bereich Lens verwendet werden. Bevorzugte Kombinationen sind
in folgender Tabelle zusammengefasst:
| Lens | Polynom |
| Polynom
n-ter Ordnung | Polynom
n-ter Ordnung |
| Polynom
n-ter Ordnung | sinusoidal |
| Gestauchter
Kreis | Polynom
n-ter Ordnung |
-
Durch
eine Verdreifachung der Maxima im Vergleich zu einer Verdoppelung
bei der herkömmlichen Lenticularstruktur ist die Homogenisierungswirkung
im gleichen System ungleich größer. Zudem lässt
sich die Position der Maxima, sowie ihre Breite und maximale Intensität
getrennt voneinander anpassen. Dadurch ist die erfindungsgemäße
Struktur auch für anspruchsvolle Backlight-Unit Aufbauten
(z. B. weniger Lampen, dünnere Aufbauten) geeignet.
-
Die
Struktur lässt sich über wenige Parameter mathematisch
exakt beschreiben und auf das jeweilige Design der Backlight-Unit
anpassen. Dadurch ist eine sehr homogene Hinterleuchtung bei gleichzeitig
hoher Helligkeit möglich. Des Weiteren ist im Gegensatz
zu herkömmlichen Systemen auf der Basis von Volumenstreuung
der Effekt unabhängig von der Dicke der Platte, was einen
zusätzlichen Freiheitsgrad in der Konstruktion bietet.
-
Die
Struktur des CPCs, des Polynoms sowie des Lens-Bereiches lassen
sich mit Abstrichen an der Homogenität der Helligkeit auch
durch andere mathematische Funktionen annähern. Das kann
eine Annäherung durch einzelne Geradenabschnitte sein,
oder durch einen Polynom n-ter Ordnung oder andere dem Fachmann
bekannte Funktionen.
-
Die
vorliegende Erfindung ermöglicht es, in Backlight-Units
mit einer reduzierten Anzahl von CCFLs (je nach Anwendung 4, 12,
14, 16 statt 20 oder 22 CCFLs in einem 42-Zoll LCD-Fernseher) das
Licht mit einer erfindungsgemäßen Diffuserplatte
so homogen zu verteilen, dass Helligkeitsunterschiede minimiert
werden und im fertigen Fernseher mit dem Auge nicht mehr wahrgenommen
werden können. Die Grenze der Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden
in Fernsehern ist in der Norm Semi D31-1102 (lamp mura) beschrieben.
-
Die
Erfindung wird durch die Abbildungen (1 bis 4)
weiter illustriert:
-
1:
Querschnitt durch eine lichtlenkende Struktur
-
2:
3-D Illustration einer lichtlenkenden Struktur
-
3:
Konstruktionsprinzip eines Compound Parabolic Concentrators
-
4:
Querschnitt einer Backlight-Unit
-
In
bestimmten Fällen erhöht eine zusätzliche
Oberflächenstruktur mit Streuwirkung auf der Ober und/oder
Unterseite diesen Effekt noch.
-
Die
erfindungsgemäßen Diffuserplatten mit den lichtlenkenden
ACPC Strukturen werden durch Extrusion, Spritzguss, Spritzprägen,
Heißprägen, Kaltprägen oder Hochdruckverformung
hergestellt, bevorzugt durch Extrusion. Bei der Extrusion ist die
erfindungsgemäße Struktur in einer der Walzen
vorhanden. Die Struktur kann durch Ultrapräzisionsfräsen,
Laserbearbeitung, chemische Strukturierung, Photolithographie oder
anderen dem Fachmann bekannten Technologien auf die Walze aufgebracht
werden.
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Die
Dicke der Diffuserplatten liegt zwischen 0.2 mm und 5 mm, bevorzugt
von 1 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 1.5 mm. Die
Flächenausdehnung ist bevorzugt zwischen 10 cm2 und
2 m2.
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Neben
der Anwendung in einer Backlight-Unit können die erfindungsgemäßen
Diffuserplatten mit ACPC Struktur auch zur Homogenisierung der Helligkeit
von großflächigen Beleuchtungen eingesetzt werden.
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Beispiele
-
Beispiel 1
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Eine
32'' Backlight-Unit mit einem Lampenmittelpunktsabstand von 19.8
mm, einem Lampendurchmesser von 3 mm und einem Abstand Diffuserplatte-Lampe
von 6.1 mm wird vorgelegt. Auf die Backlight-Unit wird eine Diffuserplatte
aus Makrolon® OD 2015 (Polycarbonat
optischer Qualität mit einem MVR von 16,5 cm3/10
min nach ISO 1133 bei 250°C und 2,16 kg,
einer Glasübergangstemperatur von 145°C nach ISO 11357-1,-2 und
10°C/min, VICAT-Erweichungstemperatur von 145°C
nach ISO 306 bei 50N und 50 oder 120°C/h,
einem Brechungsindex von 1,584 nach ISO 489 und
Methode A sowie einer Lichttransmission von > 89% nach ISO 13468-2 bei
550 nm und 1 mm und > 90%
bei 800 nm und 1 mm, Bayer MaterialScience, Leverkusen, Deutschland)
mit einer Dicke von 1 mm und mit einer ACPC Struktur mit folgenden
Parameter gelegt: Akzeptanzwinkel: 8°, Verkürzungsfaktor:
0.05, Polymer: PC, Lens-Struktur: gestauchter Halbkreis (Faktor 2).,
Ratio: 0.2, wobei sich auf der Unterseite der Platte zusätzlich
eine stochastische Struktur mit einem Streuöffnungshalbwertshalbwinkel
von 5° befindet. Mit diesem Aufbau erhält man
eine Helligkeitsschwankung von 3,7% zum Mittelwert. Eine Grafik
ist in 5 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Eine
32'' Backlight-Unit mit einem Lampenmittelpunktsabstand von 19.8
mm, einem Lampendurchmesser von 3 mm und einem Abstand Diffuserplatte-Lampe
von 6.1 mm wird vorgelegt. Auf die Backlight-Unit legt man eine
Diffuserplatte aus Makrolon® OD
2015 mit einer Dicke von 2 mm und mit einem Streumittelgehalt von
5%. Mit diesem Aufbau erhält man eine Helligkeitsschwankung
von 7.5% zum Mittelwert. Eine Grafik ist in 5 gezeigt.
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Beispiel 2
-
Eine
32'' Backlight-Unit mit einem Lampenmittelpunktsabstand von 96 mm,
einem Lampendurchmesser von 15 mm und einem Abstand Diffuserplatte-Lampe
von 18 mm wird vorgelegt. Auf die Backlight-Unit legt man eine Diffuserplatte
aus Makrolon® OD 2015 mit einer
Dicke von 1 mm und mit einer ACPC Struktur mit folgenden Parameter:
Akzeptanzwinkel: 8°, Verkürzungsfaktor: 0.05,
Polymer: PC, Lens-Struktur: gestauchter Halbkreis (Faktor 4), Ratio:
0.2. Mit diesem Aufbau erhält man eine Helligkeitsschwankung
von 7.7% zum Mittelwert. Eine Grafik ist in 6 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
Eine
32'' Backlight-Unit mit einem Lampenmittelpunktsabstand von 96 mm,
einem Lampendurchmesser von 15 mm und einem Abstand Diffuserplatte-Lampe
von 18 mm wird vorgelegt. Auf die Backfight-Unit legt man eine Diffuserplatte
aus Makrolon® OD 2015 mit einer
Dicke von 2 mm und mit einem Streumittelgehalt von 5%. Mit diesem
Aufbau erhält man eine Helligkeitsschwankung von 35% zum
Mittelwert. Eine Grafik ist in 6 gezeigt.
-
Wie
der 5 und 6 zu entnehmen ist, schwankt
die Helligkeit bei den Vergleichsbeispielen deutlich stärker
als bei dem erfindungsgemäßen Diffuserplatte mit
ACPC Struktur. Zudem ist die mittlere Helligkeit deutlich höher.
-
- 1
- Lichtlenkende
Streuplatte
- 2
- Diffuser
Folie
- 3
- Prismenfolie
BEF
- 4
- Reflexionspolarisatorfolie
DBEF
- 5
- CCFL
- 6
- Reflektierende
Rückseite
- 7
- Abstand
der CCFLs zueinander
- 8
- Abstand
CCFL zur lichtlenkenden Streuplatte
- 11
- CPC
Strukturen auf der lichtlenkenden Streuplatte
- 21
- Polynombereich
der lichtlenkenden Struktur
- 22
- linker
CPC-Bereich (Parabel P1) der lichtlenkenden
Struktur
- 23
- rechter
CPC-Bereich (Parabel P2) der lichtlenkenden
Struktur
- 24
- Lens-Bereich
der lichtlenkenden Struktur
- 25
- Oberer
Endpunkt F1 des CPC
- 26
- Oberer
Endpunkt F2 des CPC
- 27
- Unterer
Endpunkt E3 des CPC
- 28
- Unterer
Endpunkt E4 des CPC
- 29
- linker
Endpunkt L1 des Lens-Bereiches
- 31
- Öffnungswinkel θ1 der Parabel P1
- 32
- Öffnungswinkel θ2 der Parabel P2
- 33
- CPC
Körper
- 34
- X-Koordinate
- 35
- Y-Koordinate
- 36
- Durch
den Abschneidefaktor bestimmte Verkürzung des CPC Körpers
- 37
- Brightness
(in senkrechter Aufsicht auf die BLU)
- 38
- Position
auf der Backlight-Unit (orthogonal zu den Lampen)
- 39
- Brightness-Verteilung
der Lampen ohne jegliche Maßnahme bezogen auf Beispiel
1
- 40
- Brightness-Verteilung
bei einem Aufbau wie im Vergleichsbeispiel 1
- 41
- Brightness-Verteilung
bei einem Aufbau wie im Beispiel 1
- 42
- Brightness-Verteilung
bei einem Aufbau wie im Vergleichsbeispiel 2
- 43
- Brightness-Verteilung
der Lampen ohne jegliche Maßnahme bezogen auf Beispiel
2
- 44
- Brightness-Verteilung
bei einem Aufbau wie im Beispiel 2
- 45
- Unterer
Endpunkt E1 des unverkürzten CPC
- 46
- Unterer
Endpunkt E2 des unverkürzten CPC
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 634445
A [0004]
- - US 2004/0066645 [0005]
- - DE 102005039413 [0006]
- - JP 2006/284697 [0009]
- - US 2006/10262666 [0009]
- - CN 1924620 [0010]
- - US 2007047260 [0011]
- - US 2006250819 [0011]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ISO 1133 [0062]
- - ISO 11357-1,-2 [0062]
- - ISO 306 [0062]
- - ISO 489 [0062]
- - ISO 13468-2 [0062]
