DE69602588T2

DE69602588T2 - Lichtlenkender film mit in der höhe variierender strukturierter oberfläche und daraus hergestellter lichtlenkender artikel

Info

Publication number: DE69602588T2
Application number: DE69602588T
Authority: DE
Inventors: Sanford Cobb; Mark Gardiner; David Wortman
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: AU694619B2; KR19980702614A; CA2212223C; CA2212223A1; JP4168179B2; DE69602588D1; EP0813667A1; AU4900896A; US5771328A; WO1996027757A1; EP0813667B1; JPH11501149A; KR100398940B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein lichtlenkende Filme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung lichtlenkende Filme, die eine strukturierte Oberfläche variabler Höhe aufweisen, und einen lichtlenkenden Artikel, der daraus hergestellt wird.

Hintergrund

Einige Konstrukteure optischer Anzeigen haben die Gewohnheit angenommen, einen lichtlenkenden Film zu verwenden, um die Lichtmenge zu erhöhen, die eine optische Anzeige in einer Richtung verläßt, die annähernd senkrecht oder 'axial' zur Oberfläche der Anzeige ist. Ein normalerweise verwendeter lichtlenkender Film weist eine im wesentlichen planare Oberfläche und eine gegenüberliegende strukturierte Oberfläche auf, welche eine Matrix linearer Prismen aufweist. Ein Erhöhen der Menge axialen Lichts verringert den Energiebetrag, der benötigt wird, um eine erwünschte axiale Leuchtdichte zu erzeugen. Dieses Merkmal wird besonders wichtig, wenn die optische Anzeige eine Lichtquelle aufweist, die durch Batteriestrom betrieben wird, wie zum Beispiel in Laptop-Computern, Taschenrechnern, digitalen Armbanduhren oder Funktelefonen, da die Lichtquelle typischerweise einen beträchtlichen Teil der aufgenommenen Energie benötigt.
Es ist auch bekannt, zwei Lagen lichtlenkenden Films aneinander angrenzend anzuordnen, wobei ihre Prismen annähernd rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, um die Lichtmenge, die annähernd senkrecht zur Achse der Anzeige ausgerichtet ist, weiter zu erhöhen. Obwohl diese Konstruktion die Menge axialen Lichts, das die Anzeige verläßt, wirkungsvoll erhöht, kann die daraus resultierende Struktur unter gewissen Umständen ungleichmäßige Lichtdurchlässigkeit über den Oberflächenbereich der Anzeige an den Tag legen. Diese ungleichmäßige Lichtdurchlässigkeit manifestiert sich typischerweise in deutlich sichtbaren hellen Flecken, Streifen, oder Linien auf der Oberfläche der Anzeige - ein Zustand, der durch optisches Koppeln zwischen sich berührenden, oder sich fast berührenden, Oberflächen der angrenzenden Lagen lichtlenkenden Films verursacht wird. Solche deutlich sichtbaren Variationen der Intensität durchgelassenen Lichts über den Oberflächenbereich der Anzeige sind nicht erwünscht.
Diese Variationen der Intensität sind besonders bei lichtumlenkenden Filmen erkennbar, welche einen deutlichen 'Sperrbereich' aufweisen, wie der Helligkeits-Verstärkerfilm, der von der Minnesota Mining und Manufacturing Company hergestellt wird. Dieser Film legt eine relativ scharfe Verminderung der Intensität durchgelassenen Lichts in spezifischen Winkelbereichen der Abweichung von einer Achse, die senkrecht zur Oberfläche des Films ist, an den Tag. Die Winkelbereiche mit Licht relativ niedriger Intensität können als 'Sperrbereiche' betrachtet werden. Wenn die Anzeige 'axial' betrachtet wird, ist die Lichtmenge, die durch optisches Koppeln durchgelassen wird, klein in Relation zur Gesamtlichtmenge, die durch den Film geht. Im Gegensatz dazu ist, wenn die Anzeige längs einer Achse betrachtet wird, die innerhalb eines 'Sperrbereiches' liegt, die Lichtmenge, die durch optisches Koppeln durchgelassen wird, relativ größer in Relation zur Gesamtlichtmenge, die durch den Film geht. Folglich ist die ungleichmäßige Lichtdurchlässigkeit wesentlich sichtbarer, wenn sie in einem Winkelbereich betrachtet wird, welcher innerhalb eines Sperrbereiches des Films liegt.
Ein Verfahren, das die Sichtbarkeit des optischen Koppelns über den Oberflächenbereich der Filme reduziert, ist es, einen Diffusor zu verwenden, um das Licht zu streuen. Jedoch hat dies die Wirkung der Verminderung der Lichtmenge, die senkrecht zur Oberfläche der Anzeige ausgerichtet ist. Dies wird unter den meisten Umständen als nicht wünschenswert betrachtet.
Es gibt daher in der Technik einen Bedarf nach einen lichtlenkenden Artikel zur Verwendung in optischen Anzeigen, der unerwünschtes optisches Koppeln zwischen angrenzenden Lagen lichtlenkenden Films reduziert, ohne die optische Leistung des Artikels zu opfern. Es gibt in der Technik auch einen Bedarf nach einer lichtlenkenden Filmkonstruktion, welche unerwünschtes optisches Koppeln zwischen ihrer strukturierten Oberfläche und einer angrenzenden Oberfläche steuert.
US-A-5247390 stellt ein leichtes verlustarmes brechendes Lichtstreusystem bereit. GB-A-762769 betrifft Verbesserungen, die sich auf Refraktoren für Straßenlaternen beziehen. US-A-5303322 offenbart konische Mehrlagen-Leuchtenvorrichtungen. EP-A-0573268 beschreibt eine Flüssigkristallanzeige.

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung stellt eine neuartige Konstruktion für einen lichtlenkenden Film bereit, der eine erste Oberfläche und eine gegenüberliegende strukturierte Oberfläche, die eine Matrix von Prismenelementen aufweist, aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform, weist die Matrix ein sich wiederholendes Muster von Prismenzonen auf, das mindestens eine erste Zone, die mehrere Prismenelemente aufweist, deren Spitzen in einem ersten Abstand über einer Bezugsebene angeordnet sind, und eine zweite Zone, die mehrere Prismenelemente aufweist, deren Spitzen in einem geringeren Abstand von der Bezugsebene angeordnet sind, aufweist. Die Höhe der Prismenelemente in jeder Zone kann angepaßt sein, ein erwünschtes Ziel optischer Leistung zu erreichen. Zusätzlich kann die Breite der jeweiligen Zonen angepaßt sein, ein erwünschtes Ziel optischer Leistung zu erreichen. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die erste Zone weniger als etwa 200 bis 300 um breit ist. Eine erfindungsgemäße Konstruktion verhindert das Auftreten sichtbaren optischen Koppelns, wenn eine zweite Lage lichtlenkenden Films eng angrenzend zur strukturierten Oberfläche des Films angeordnet durch strenges Steuern der physikalischen Nähe der zwei Lagen wird. Insbesondere konzentriert diese Konstruktion optisches Koppeln in den ersten Zonen des Films, die vorzugsweise genügend schmal sind, so daß sie unter normalen Betrachtungsbedingungen durch das menschliche Auge praktisch nicht auflösbar sind. Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist es, daß sichtbares optisches Koppeln verhindert wird, ohne im wesentlichen die Gesamtlichtmenge zu reduzieren, die zu einer Achse hin umgelenkt wird, die senkrecht zur Oberfläche des Films ist.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch einen lichtlenkenden Artikel, der mindestens eine Lage eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films aufweist. Der lichtlenkende Artikel wird vorzugsweise konstruiert, indem eine zweite Lage lichtlenkenden Films eng angrenzend zur strukturierten Oberfläche einer Lage, die erfindungsgemäß konstruiert ist, angeordnet wird, wobei die Prismenelemente der ersten und zweiten Lagen unter einem vorbestimmten Winkel relativ zu einander angeordnet sind. In der Praxis mißt dieser vorbestimmte Winkel typischerweise zwischen etwa 70 und 90 Grad und vorzugsweise etwa 90 Grad. Vorteilhaf terweise verhindert ein lichtlenkender Artikel, der erfindungsgemäß konstruiert ist, deutlich sichtbares optisches Koppeln, ohne im wesentlichen die Lichtmenge zu reduzieren, die zu einer Achse hin umgelenkt wird die senkrecht zur Oberfläche des Artikels ist.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer repräsentativen Ausführungsform eines lichtlenkenden Films gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist ein Perspektivschnitt mit aufgelösten Einzelteilen eines lichtlenkenden Artikels, der aus zwei Lagen des in Fig. 1 dargestellten lichtlenkenden Films konstruiert ist, die aneinander angrenzend angeordnet sind und deren Prismenelemente unter etwa 90 Grad gekreuzt sind;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films, der Prismenelemente variierender Höhe aufweist;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films, der Prismenelemente variierender Höhe aufweist;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Prismenelemente verschieden hoch sind und ihre Basen in verschiedenen Ebenen haben;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht einer optischen Anzeige, die einen erfindungsgemäßen lichtlenkenden Artikel auf weist; und
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht einer Lichtführungsbaugruppe, die eine zweite Anwendung eines erfindungsgemäßen Films darstellt.

Detaillierte Beschreibung

Ein repräsentatives Beispiel eines lichtlenkenden Films gemäß dem Stand der Technik wird in Fig. 1 dargestellt. Dieser Film 10 kann aus einem geeigneten Polymer, Acryl, Polycarbonat, UV-ausgehärtetem Acrylat oder ähnlichem Material hergestellt werden und weist eine glatte Oberfläche 14 und eine strukturierte Oberfläche 12 auf, die gegenüber der glatten Oberfläche liegt. Die strukturierte Oberfläche 12 weist eine Matrix linearer Prismenelemente 16 auf, die nebeneinander angeordnet sind, um mehrere Spitzen 17 und Rillen 18 zu bilden, die über die Länge des Films laufen. Im Gebrauch wird Licht, das auf die glatte Oberfläche 14 dieses Films unter einem relativ hohen Einfallswinkel einfällt, an der glatten Oberfläche 14 und der strukturierten Oberfläche 12 des Films gebrochen und wird zu einer Achse hin umgelenkt, die senkrecht zur glatten Oberfläche des Films ist. Zusätzlich erfährt Licht, welches auf die strukturierte Oberfläche 12 unter einem größeren als dem Grenzwinkel auftrifft, eine totale innere Reflexion von beiden Seitenoberflächen, oder Facetten, 20 eines Prismenelements 16 und wird zurück in die Anzeige gerichtet, wo es durch eine reflektierende Oberfläche wiederverwertet werden kann. Durch eine Kombination von Brechung und totaler innerer Reflexion steigert der Film 10 die Lichtmenge, welche 'axial' ausgerichtet wird, und verringert die Lichtmenge, welche 'achsenfern' ausgerichtet wird.
Wie zuvor erklärt wurde, ist es bekannt, eine zweite Lage lichtlenkenden Films eng an die erste Lage angrenzend anzuordnen, wobei die Prismenelemente unter annähernd 90 Grad gekreuzt sind, um die Lichtmenge, die annähernd senkrecht zur Filmebene ausgerichtet ist, weiter zu erhöhen. Fig. 2 stellt in einem Perspektivschnitt mit aufgelösten Einzelteilen die Ausrichtung gekreuzter Lagen lichtlenkenden Films dar. Im Gebrauch berührt die untere, glatte Oberfläche 14' der oberen Lage 10' die strukturierte Oberfläche 12 der unteren Lage 10, oder berührt sie fast.
Die Fig. 3-6 stellen repräsentative Ausführungsformen einer neuartigen Konstruktion für einen lichtlenkenden Film gemäß Grundsätzen der vorliegenden Erfindung dar. Es sollte beachtet werden, daß diese Zeichnungen nicht maßstabsgerecht sind und daß insbesondere die Größe der strukturierten Oberfläche für veranschaulichende Zwecke sehr übertrieben ist. Obwohl jede dieser Ausführungsformen allein als ein lichtlenkender Film verwendet werden kann, sind die offenbarten Filme besonders nützlich, wenn sie mit einer zweiten Lage lichtlenkenden Films gekreuzt werden, um einen lichtlenkenden Artikel analog zu dem in Fig. 2 dargestellten Artikel zu bilden.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird dort ein repräsentativer Querschnitt eines Abschnittes einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films dargestellt. Der Film 30 weist eine erste Oberfläche 32 und eine gegenüberliegende strukturierte Oberfläche 34 auf, die mehrere, sich im wesentlichen linear erstreckende Prismenelemente 36 aufweist. Jedes Prismenelement 36 weist eine erste Seitenoberfläche 38 und eine zweite Seitenoberfläche 38' auf, deren Oberkanten sich kreuzen, um die Spitze oder den Scheitel 42 des Prismenelements 36 zu definieren. Die Unterkanten der Seitenoberflächen 38, 38' angrenzender Prismenelemente 36 kreuzen sich, um eine sich linear erstreckende Rille 44 zwischen Prismenelementen zu bilden. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform mißt der Flächen winkel, der durch den Prismenscheitel 42 definiert wird, annähernd 90 Grad, jedoch wird zu erkennen sein, daß das genaue Maß des Flächenwinkels in dieser und anderen Ausführungsformen gemäß erwünschten optischen Parametern variiert werden kann. Es ist in der Technik bekannt, Prismenelemente zu verwenden, die Flächenwinkel aufweisen, die zwischen 70º Grad und 110º messen.
Die strukturierte Oberfläche 34 des Films 30 kann so beschrieben werden, daß sie mehrere abwechselnde Zonen von Prismenelementen aufweist, die Spitzen aufweisen, die in verschiedenen Abständen von einer gemeinsamen Bezugsebene beabstandet sind. Die gemeinsame Bezugsebene kann beliebig gewählt werden. Ein praktisches Beispiel einer gemeinsamen Bezugsebene ist die Ebene, die die erste Oberfläche 32 enthält; ein anderes ist die Ebene, die durch die Unterseite der untersten Rillen der strukturierten Oberfläche definiert wird, angezeigt durch die gestrichelte Linie 39. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die kürzeren Prismenelemente annähernd 50 um breit und gemessen von der gestrichelten Linie 39 annähernd 25 um hoch, während die größeren Prismenelemente annähernd 50 um breit und annähernd 26 um hoch sind. Wichtigerweise mißt die Breite der Zone, die die größeren Prismenelemente aufweist, vorzugsweise zwischen etwa 1 um und 300 um. Im Vergleich ist die Breite der Zone, die die kürzeren Prismenelemente aufweist, nicht entscheidend und mißt in der offenbarten Ausführungsform zwischen 200 um und 4000 um. Es ist jedoch vorzuziehen, daß in irgendeiner gegebenen Ausführungsform die Zone kürzerer Prismenelemente mindestens so breit ist wie die Zone größerer Prismenelemente. Es wird durch einen normalen Fachmann zu erkennen sein, daß der in Fig. 3 dargestellte Artikel lediglich beispielhaft ist und nicht dazu bestimmt ist, den Bereich der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Zum Beispiel kann die Höhe oder Breite der Prismenelemente innerhalb möglicher Grenzen verändert werden - es ist möglich, genaue Prismen in Bereichen, die sich von etwa 1 um bis etwa 175 pin erstrecken, maschinell herzustellen. Zusätzlich können die Flächenwinkel verändert werden oder die Prismenachse kann geneigt werden, um eine gewünschte optische Wirkung zu erzielen.
Im Gebrauch wird, wenn eine zweite Lage lichtlenkenden Films angrenzend zur strukturierten Oberfläche 34 angeordnet wird, seine physikalische Nähe zur Lage 30 durch die Spitzen der größeren Prismenelemente begrenzt. Es ist festgestellt worden, daß das Einführen einer Variation, die so klein wie etwa 0,5 um ist, zwischen der Höhe größerer und kürzerer Prismenelemente das Auftreten unerwünschten optischen Koppelns in der Zone kürzerer Prismenelemente beträchtlich behindert. Folglich vermindet die Nutzung einer in der Höhe variierenden strukturierten Oberfläche 34, um die Nähe einer angrenzenden Oberfläche physikalisch zu steuern, dramatisch den Oberflächenbereich der strukturierten Oberfläche 34, der für unerwünschtes optisches Koppeln anfällig ist. Stattdessen kommt optisches Koppeln nur innerhalb der Zonen vor, die die größeren Prismenelemente aufweisen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, daß die Breite der ersten Zone vorzugsweise weniger als etwa 200 bis 300 um beträgt. Unter normalen Betrachtungsbedingungen hat das menschliche Auge Schwierigkeiten, kleine Variationen der Lichtintensität aufzulösen, die in Regionen auftreten, die weniger als etwa 200 bis 300 um breit sind. Folglich ist, wenn die Breite der ersten Zone auf weniger als etwa 200 bis 300 um vermindert wird, jedes optische Koppeln, das in dieser Zone auftreten kann, für das menschliche Auge unter normalen Betrachtungsbedingungen nicht wahrnehmbar.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine in der Höhe variierende strukturierte Oberfläche ausführt, indem die Höhe angrenzender Zonen von Prismenelementen variiert wird, kann eine in der Höhe variierende strukturierte Oberfläche auch ausgeführt werden, indem die Höhe eines oder mehrerer Prismenelemente längs seiner linearen Ausdehnung variiert wird, um abwechselnde Zonen zu erzeugen, die Abschnitte von Prismenelementen aufweisen, die Spitzen aufweisen, die in variierenden Höhen über einer gemeinsamen Bezugsebene angeordnet sind. Alternativ können diese zwei Merkmale kombiniert werden, um eine strukturierte Oberfläche zu erzeugen, die abwechselnde Zonen relativ höherer und niedrigerer Spitzen längs beiden Dimensionen aufweist.
Fig. 4 stellt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die zu Fig. 3 ähnlich ist, außer daß der Film 50 eine strukturierte Oberfläche 52 aufweist, welche eine Zone relativ kürzerer Prismenelemente 54 aufweist, getrennt durch eine Zone, die ein einzelnes größeres Prismenelement 56 aufweist. So wie die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, begrenzt das größere Prismenelement die physikalische Nähe einer zweiten Filmlage zur strukturierten Oberfläche 52, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines sichtbaren Durchnässungszustandes reduziert wird. Es ist festgestellt worden, daß das menschliche Auge empfindlich auf Änderungen der Facettenhöhen in lichtlenkenden Filmen reagiert und daß relativ breite Zonen größerer Prismenelemente als sichtbare Linien auf der Oberfläche eines Films erscheinen werden. Obwohl dies nicht wesentlich die optische Leistung des Films beeinflußt, können die Linien unter bestimmten kommerziellen Umständen unerwünscht sein. Die Verminderung der Breite einer Zone größerer Prismenelemente vermindert entsprechend die Fähigkeit eines menschlichen Auges, die Linien im Film wahrzunehmen, die durch die größeren Prismenelemente verursacht werden.
Fig. 5 ist ein repräsentatives Beispiel einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films, in dem die Prismenelemente von annähernd derselben Größe sind, aber in einem wiederholenden Treppenstufen- oder Rampenmuster angeordnet sind. Der in Fig. 5 dargestellte Film 60 weist eine erste Oberfläche 62 und eine gegenüberliegende strukturierte Oberfläche 64 auf, die mehrere im wesentlichen lineare Prismenelemente 66 aufweist. Jedes Prismenelement weist gegenüberliegende laterale Außenflächen 68, 68' auf, die sich an ihren Oberkanten kreuzen, um die Prismenspitzen 70 zu definieren. Der Flächenwinkel, der durch die gegenüberliegenden lateralen Außenflächen 68, 68' definiert wird, mißt annähernd 90 Grad. In dieser Ausführungsform können die höchsten Prismen als eine erste Zone angesehen werden, und angrenzende Prismen können als eine zweite Zone angesehen werden. Wiederum mißt die erste Zone vorzugsweise weniger als etwa 200 bis 300 um. Ähnlich der zuvor offenbarten Ausführungsformen wird die physikalische Nähe eines zweiten Films, der eng angrenzend an der strukturierten Oberfläche 64 angeordnet wird, durch die höchsten Spitzen des Prismenelements begrenzt, was seinerseits die Wahrscheinlichkeit unerwünschten optischen Koppelns zwischen den Oberflächen reduziert.
Fig. 6 stellt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtlenkenden Films dar. Der in Fig. 6 offenbarte Film 80 weist eine erste Oberfläche 82 und eine gegenüberliegende strukturierte Oberfläche 84 auf. Dieser Film kann dadurch gekennzeichnet sein, daß die zweite Zone, die verhältnismäßig kürzere Prismenelemente aufweist, Prismenelemente variierender Höhe enthält. Ähnlich zu den zuvor offenbarten Ausführungsformen verhindert der in Fig. 6 dargestellte Film unerwünschtes optisches Koppeln in der zweiten Zone, durch Steuern der physikalischen Nähe einer eng angrenzenden Oberfläche. Die in Fig. 6 dargestellte strukturierte Oberfläche weist den zusätzlichen Vorteil einer wesentlichen Verminderung der Sichtbarkeit der Linien auf der Oberfläche des Films für das menschliche Auge auf, die durch die Variationen der Höhe der Prismenelemente verursacht werden.
Fig. 7 stellt im Querschnitt eine repräsentative Ausführungsform einer Anzeige 100 dar, die einen lichtlenkenden Artikel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Anzeige 100 weist ein Gehäuse 112, eine Lichtquelle 116, eine erste Lage lichtlenkenden Films 118, eine zweite Lage lichtlenkenden Films 118', eine Lichtsteuervorrichtung 126 und eine im wesentlichen transparente Decklage 128 auf. In der in Fig. 7 offenbarten Ausführungsform ist die Lichtquelle 116 eine Elektrolumineszenzplatte, jedoch wird zu erkennen sein, daß andere Lichtquellen, wie zum Beispiel eine Fluoreszenzhintergrundbeleuchtungszusammenstellung, die normalerweise in Laptop-Computern verwendet wird, oder eine passive reflektierende Anzeige, die normalerweise in manchen Taschenrechnern verwendet wird, im Bereich der vorliegenden Erfindung liegen. Zusätzlich liegen, obwohl die in Fig. 7 offenbarte Lichtsteuervorrichtung 126 vorzugsweise eine Flüssigkristallvorrichtung ist, andere Lichtsteuervorrichtungen im Bereich der vorliegenden Erfindung.
Die erste Lage lichtlenkenden Films 118 ist beispielhaft für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform. Es wird zu erkennen sein, daß Fig. 8 nicht maßstäblich gezeichnet ist und daß insbesondere die Größe der strukturierten Oberfläche des lichtlenkenden Films 118 für darstellende Zwecke stark übertrieben ist. Wie in Fig. 7 gezeigt, steuern die höheren Spitzen der strukturierten Oberfläche des lichtlenkenden Films 118 die physikalische Nähe der zweiten Lage lichtlenkenden Films 118' zur ersten Lage 118. Gemäß der vorhergehenden Erläuterung wird optisches Koppeln in den Zonen konzentriert, die verhältnismäßig höhere Spitzen aufweisen, die vorzugsweise zwischen etwa 50 und 300 um breit sind.
Fig. 8 stellt einen anderen nützlichen Einsatz einer Lage lichtlenkenden Films gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer normalerweise verwendeten Lichtführungsbaugruppe 150 zur Verwendung in einer optischen Anzeige. Die Lichtführungsbaugruppe 150 weist eine Lichtquelle 152, eine keilförmige Lichtleitvorrichtung 154, einen Diffusionsreflektor 156 und eine Lage lichtlenkenden Films 158 auf. Im Gebrauch wird Licht von der Lichtquelle 152 in die Lichtleitvorrichtung 154 gelenkt. Lichtstrahlen, die auf die Oberfläche der Lichtleitvorrichtung 154 unter einem größeren als dem Grenzwinkel auftreffen, erfahren eine totale innere Reflexion und breiten sich längs der Lichtleitvorrichtung 154 aus. Im Gegensatz dazu werden Lichtstrahlen, welche auf die Oberfläche der Lichtleitvorrichtung 154 unter einem kleineren als dem Grenzwinkel auftreffen, durchgelassen und gebrochen.
Lichtstrahlen, die die untere Oberfläche der Lichtleitvorrichtung 154 verlassen, werden vom Diffusionsreflektor 156 reflektiert und werden zur Verwendung "wiederverwertet". Lichtstrahlen, die die obere Oberfläche der Lichtleitvorrichtung 154 verlassen, werden durch Lichtsteuereinrichtungen wie einer Flüssigkristallvorrichtung geführt, um ein Bild auf einer Anzeige zu erzeugen.
Es ist bekannt, einen lichtlenkenden Film zu verwenden, dessen strukturierte Oberfläche an eine Lichtleitvorrichtung 154 angrenzend angeordnet ist, wie es in Fig. 8 dargestellt wird, um die Menge axialen Lichts, das die Lichtführungsbau gruppe 150 verläßt, zu erhöhen. Herkömmliche lichtlenkende Filme, wie sie in Fig. 1 dargestellt werden, können jedoch zulassen, daß ein optisches Koppeln zwischen der strukturierten Oberfläche des lichtlenkenden Films und der oberen Oberfläche der Lichtleitvorrichtung 154 auftritt. Der lichtlenkende Film 158 verhindert das Auftreten sichtbaren optischen Koppelns durch Steuern der Nähe der strukturierten Oberfläche des lichtlenkenden Films 158 zur Lichtleitvorrichtung 154.
Obwohl das spezielle Material, das für den Film verwendet wird, variieren kann, ist es unbedingt erforderlich, daß das Material im wesentlichen transparent ist, um eine hohe optische Transmission sicherzustellen. Nützliche Polymermaterialien für diesen Zweck sind kommerziell erhältlich, wie zum Beispiel Acryle und Polycarbonate, die nominale Brechungsindizes von etwa 1,493 beziehungsweise 1,586 aufweisen. Andere nützliche Polymere schließen Polypropylen, Polyurethan, Polystyren, Polyvinylchlorid und dergleichen ein. Obwohl das spezielle Material nicht entscheidend ist, werden Materialien, die höhere Brechungsindizes aufweisen, im allgemeinen bevorzugt werden.
Erfindungsgemäße Filme können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Herkömmliche Verfahren schließen die Verwendung eines Präzisionswerkzeuges ein, wie einem Diamantdrehmeißel, um eine Spritzform in ein bearbeitbares Substrat zu schneiden und die Spritzform unter Verwendung eines Präge- oder UV-Härtungsprozesses zu reproduzieren. Abhängig vom Herstellungsprozeß sind diese Filme typischerweise zwischen 4 Milli-Zoll und 20 Milli-Zoll dick.
Die folgenden Beispiele stellen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar.

Beispiel 1

Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um zu bestimmen, ob die optische Leistung eines lichtlenkenden Films, der eine strukturierte Oberfläche mit periodisch erhöhten Strukturen aufweist, ähnlich der optischen Leistung eines lichtlenkenden Films ist, der eine strukturierte Oberfläche mit Spitzen von im wesentlichen derselben Höhe aufweist. Um dies festzustellen, wurde die optische Leistung einer Musterlage eines lichtlenkenden Standardfilms, wie er in Fig. 1 dargestellt wird, mit der optischen Leistung von zwei Mustern der oben diskutierten strukturierten Oberflächengeometrien verglichen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
Die erste experimentelle strukturierte Oberfläche hatte aufeinanderfolgende Zonen von sechs großen Prismenelementen, die etwa 200 um breit waren, daran angrenzend 61 Reihen von kurzen Prismenelementen, wie es im Nachmuster in Fig. 3 gezeigt wird. Die zweite experimentelle strukturierte Oberfläche war eine Rampenkonfiguration ähnlich der in Fig. 4 offenbarten. Zuerst wurde ein Leuchtdichtemeßgerät verwendet, um die axiale Leuchtdichte (in Candela pro Quadratmeter) an vier verschiedenen Stellen auf einer unbedeckten Hintergrundbeleuchtung zu messen. Die Ergebnisse wurden in den mit B1, B2, B3, und B4 gekennzeichneten Spalten aufgezeichnet. Als nächstes wurde ein Lage lichtlenkenden Films auf dem Hintergrundbeleuchtung angeordnet und das Leuchtdichtemeßgerät wurde verwendet, um die axiale Leuchtdichte an denselben vier Stellen zu messen. Die Ergebnisse wurden in den mit S1, S2, S3, und S4 gekennzeichneten Spalten aufgezeichnet. Die durchschnittliche Steigerung axialer Leuchtdichte wird in Prozenten der axialen Leuchtdichte in der mit "Mittel" gekennzeichneten Spalte ausgedrückt. Dieses Verfahren wurde mehrere Male für jeden der Filmlagen wiederholt und die Ergebnisse zeigen, daß es keine signifikante Änderung der optischen Leistung zwischen den strukturierten Oberflächengeometrien gibt.

Beispiel 2

Dieses Beispiel wurde durchgeführt, um die Wirkungen einer mikrostrukturierten Oberfläche, die periodisch erhöhte Prismenelemente aufweist, auf die optische Leistung eines lichtlenkenden Artikels zu bestimmen, der konstruiert wird, indem zwei Lagen lichtlenkenden Films eng aneinander angrenzend angeordnet werden, wobei die jeweiligen Prismenelemente unter annähernd neunzig Grad ausgerichtet sind. Wieder wurde ein lichtlenkender Standardfilm mit zwei Mustern der oben diskutierten struktu rierten Oberflächengeometrien verglichen. Die erste experimentelle strukturierte Oberfläche wies aufeinanderfolgende Zonen von sechs relativ größeren Prismenelementen auf, die etwa 200 um breit sind, daran angrenzend 61 Reihen kurzer Prismenelemente. Die zweite experimentelle strukturierte Oberfläche war eine Rampenkonfiguration ähnlich der in Fig. 4 offenbarten. Zuerst wurde ein Leuchtdichtemeßgerät verwendet, um die axiale Leuchtdichte (in Candela pro Quadratmeter) an fünf verschiedenen Stellen auf einer unbedeckten Hintergrundbeleuchtung zu messen, die den vier Ecken und der Mitte des Lichtes entsprechen. Als nächstes wurden zwei gekreuzte Lagen des lichtlenkenden Standardfilms auf der Hintergrundbeleuchtung angeordnet und die axiale Leuchtdichte wurde an denselben fünf Punkten gemessen. Dieses Verfahren wurde für zwei gekreuzte Lagen der experimentellen strukturierten Oberflächen wiederholt. Die Leuchtdichtewerte (in Candela pro Quadratmeter) an den fünf verschiedenen Meßpunkten sind wie folgt: Tabelle 2
Der Anstieg der Leuchtdichte, der aus der Verwendung des Films resultiert, kann wie folgt als ein Vielfaches der Leucht dichtemessung für die unbedeckte Hintergrundbeleuchtung ausgedrückt werden, die häufig als der 'Gewinn' bezeichnet wird, der aus der Verwendung eines lichtlenkenden Films resultiert: Tabelle 3
Folglich wurde die optische Leistung eines lichtlenkenden Artikels, der aus zwei gekreuzten Lagen lichtlenkenden Films konstruiert ist, durch Einbauen einer erhöhten Struktur in die strukturierte Oberfläche des Films nicht reduziert.
Die Muster wurden auch bewertet, um den Einfluß der experimentellen strukturierten Oberflächen auf Durchnässung abzuschätzen. Die gekreuzten Filmlagen wurden zwischen Glasplatten angeordnet, um einen relativ gleichmäßigen Druck über den Oberflächenbereich der Lagen hin anzuwenden. Die Glasplatten wurden dann auf einem Leuchtkasten angeordnet und die Filme wurden analysiert, um die Durchnässungsmuster zu beobachten. Übereinstimmend mit der bekannten Praxis erschien das Durchnässungsmuster des lichtlenkenden Standardfilms, der Fig. 1 entspricht, als zufällige Flächen relativ höherer Intensität über die Oberfläche des Films. Die Durchnässungsmuster der experimentellen Oberflächen erschienen jedoch als sehr schwache Linien, die sich mit den Zonen relativ höherer Prismen decken. Es wird er wartet, daß durch Reduzieren der Breite dieser Zonen die Durchnässungsmuster durch das menschliche Auge unter normalen Betrachtungsbedingungen unauflösbar gemacht werden.

Claims

1. Lichtlenkender Film, der aufweist:

eine erste Oberfläche(32, 62, 82);

eine strukturierte Oberfläche (34, 52, 64, 84), die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und eine Matrix von Prismenelementen (36, 54, 56, 66) aufweist, wobei jedes Prismenelement gegenüberliegende Facetten aufweist, die sich an einer Spitze (42) kreuzen, wobei die Matrix ein sich wiederholendes Muster von Prismenzonen aufweist, und mindestens aufweist:

eine erste Zone, die mindestens einen Abschnitt eines ersten Prismenelements (56) aufweist, das eine Spitze aufweist, die einen ersten Flächenwinkel definiert und in einem ersten Abstand von einer Bezugsebene (39) angeordnet ist, die zwischen der strukturierten Oberfläche und der ersten Oberfläche angeordnet ist; und

eine zweite Zone, die an die erste Zone angrenzt und mindestens einen Abschnitt eines zweiten Prismenelements (54) aufweist, das eine Spitze aufweist, die einen zweiten Flächenwinkel definiert, der im wesentlichen gleich dem ersten Flächenwinkel ist und in einem zweiten Abstand von der Bezugsebene (39) angeordnet ist, der kleiner als der erste Abstand ist.

2. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei der erste Abstand zwischen 1 um und 175 um beträgt.

3. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei der zweite Ab stand zwischen 0,5 um und 174,5 um beträgt.

4. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei der zweite Abstand mindestens etwa 0,5 um kleiner als der erste Abstand ist.

5. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei der zweite Abstand um mindestens etwa eine Lichtwellenlänge kleiner als der erste Abstand ist.

6. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei der zweite Abstand um mindestens etwa zwei Lichtwellenlängen kleiner als der erste Abstand ist.

7. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei der zweite Abstand zwischen etwa 33 und 95 Prozent des ersten Abstandes beträgt.

8. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei die erste Zone weniger als etwa 300 um breit ist.

9. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei die zweite Zone zwischen 200 und 4000 um breit ist.

10. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei optisches Koppeln vor allem in der ersten Zone auftritt.

11. Lichtlenkender Film nach Anspruch 1, wobei die zweite Zone mehrere Prismen aufweist, die Spitzen aufweisen, die in verschiedenen Höhen über der Bezugsebene angeordnet sind.

12. Lichtlenkender Artikel, der aufweist:

eine erste Lage lichtlenkenden Films (118), der eine erste Oberfläche (32, 62, 82) und eine strukturierte Oberfläche (34, 52, 64, 84) gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, wobei die strukturierte Oberfläche eine lineare Matrix von Prismenelementen aufweist, die längs einer ersten Hauptachse ausgerichtet sind, wobei die Matrix ein sich wiederholendes Muster von Prismenzonen aufweist, das mindestens eine erste Zone aufweist, die mindestens einen Abschnitt eines ersten Prismenelements aufweist, das eine Spitze aufweist, die in einem ersten Abstand von einer Bezugsebene (39) angeordnet ist, und eine zweite Zone, die an die erste Zone angrenzt und mindestens einen Abschnitt eines ersten Prismenelements aufweist, das eine Spitze aufweist, die in einem zweiten Abstand von der Bezugsebene (39) angeordnet ist, welcher kleiner ist als der erste Abstand;

eine zweite Lage lichtlenkenden Films(118'), der eine erste Oberfläche aufweist, die nahe der ersten Lage lichtlenkenden Films angeordnet ist und eine strukturierte Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, die eine lineare Matrix von Prismenelementen aufweist, die längs einer zweiten Hauptachse angeordnet sind;

wobei die erste Hauptachse die zweite Hauptachse innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches schneidet.

13. Optische Anzeige, die aufweist:

eine Lichtquelle (152);

einen Betrachtungsschirm;

Lichtübertragungseinrichtungen zum Lenken von Licht von der Lichtquelle zu dem Betrachtungsschirm, wobei die Lichtübertragungseinrichtungen mindestens eine erste Lage lichtlen kenden Films (158) aufweisen, wobei der Film eine erste Oberfläche (32, 62, 82), eine strukturierte Oberfläche (34, 52, 64, 84) gegenüber der ersten Oberfläche aufweist, die eine Matrix von Prismenelementen aufweist, wobei jedes Prismenelement gegenüberliegende Facetten aufweist, welche sich an einer Spitze (42) schneiden, wobei die Matrix ein sich wiederholendes Muster von Prismenzonen aufweist, das mindestens aufweist:

eine erste Zone, die mindestens einen Abschnitt eines ersten Prismenelements aufweist, das eine Spitze aufweist, die einen ersten Flächenwinkel definiert, der in einem ersten Abstand von einer Bezugsebene (39) angeordnet ist, die zwischen der ersten Oberfläche und der strukturierten Oberfläche angeordnet ist; und

eine zweite Zone, die an die erste Zone angrenzt und mindestens einen Abschnitt eines zweiten Prismenelements aufweist, das eine Spitze aufweist, die einen zweiten Flächenwinkel definiert, der im wesentlichen gleich dem ersten Flächenwinkel ist und in einem zweiten Abstand von der Bezugsebene (39) angeordnet ist, welcher kleiner als der erste Abstand ist.