DK166051B - Optisk transmissionsplade, fremgangsmaade ved formoerkning af en saadan plade, og bagfra belyst skaerm omfattende en saadan plade - Google Patents

Description

i

DK 166051 B

Opfindelsen angår en optisk transmissionsplade omfattende et underlag med plan frontflade og et antal aflange, indbyrdes parallelle ribber på frontfladen, hvilke ribber er beliggende side om side, og hvor side 5 om side beliggende ribber afgrænser en mellemliggende not.

Fra beskrivelsen til US-patent nr. 3.218.924 kender man en transmissionsplade med et transparent underlag med en plan frontflade og en plan bagflade. Den pla-10 ne frontflade er udformet med indbyrdes parallelle, aflange lysstyreelementer eller -ribber. Ribberne ligger side om side og indbyrdes afgrænser en aflang, i hovedsagen v-formet dal eller not. Hver ribbe er et transparent, sammenhængende element, der har to endeflader og 15 to sideflader. Nærmere betegnet omfatter hver ribbe en aflang, plan bagside, der er placeret på underlaget og en frontflade, der er beliggende overfor bagfladen. Bagfladen og frontfladen er forbundet med hinanden gennem et par modstående, aflange sideflader, der strækker 20 sig fra bagfladen og hælder mod hinanden i retning mod frontfladen. Hver ribbe er således dimensioneret, at en lysstråle, der bagfra går ind i systemet og vandrer i en retning vinkelret på underlagets frontflade (nyttelysstråle) kun kan forlade systemet gennem ganske bestemte 25 ribbeflader såsom den buede frontflade. Derfor er de øvrige ribbeflader såsom sidefladerne udformede eller indrettede til ikke at overføre nyttelysstråler ud af systemet.

En sådan plade kan anvendes til fremvisning af et 30 lysbillede og kan indbygges i en bagfra belyst skærm, fortrinsvis stor skærm, til fremvisning af levende billeder fra fjernsyn eller film, som projiceres fra en billedkilde såsom et katodestrålerør eller filmprojektor, og som fokuseres i pladens underlag.

35 Et således indbygget system orienteres på en så dan måde, at ribberne strækker sig i en retning paral-

DK 166051 B

2 lelt med en seer, som befinder sig foran frontfladen og ser et projiceret billede fokuseret inden i systemet. I så fald virker frontfladerne brydende til regulering af billedlysstyrken i tværretningen for seeren. Frontfla-5 derne kan således være konvekse eller have en hvilken som helst anden form til opnåelse af denne reguleringsvirkning i tværretningen. Billedlysstyrken i retning parallelt med seeren kan reguleres med kendte diffusionsmidler.

10 Da sådanne optiske systemer, udvidede eller ej", ofte anvendes i eller udsættes for synlig omgivende lys, er det ønskeligt at reducere refleksion af dette lys fra systemets frontside. Herved kan f.eks. reduktionen i kontrasten i et projiceret, i systemet fokuseret fjern-15 synsbillede gøres mindre.

Denne refleksionsnedsættelse opnås - jfr. eksempelvis EP-A-87753 - ved formørkning af de operationsmæssigt optisk ikke-transmitterende sideflader på ribberne. Ved det her anvendte udtryk formørkning skal for-20 stås brugen af et middel til reduktion af både spejlre-flektivitet og diffusionsreflektivitet på systemets frontflade for alle bølgelængderne i det synlige elektromagnetiske spektrum. Med andre ord indbefatter formørkning anbringelsen af et middel til absorption af 25 synligt omgivende lys.

Formørkningsmidlet kan bestå af et tyndt (f.eks.

50 μ) lysabsorberende lag af f.eks. sort blæk eller fedt anbragt på i hovedsagen hele arealet af de ribbesideflader, der afgrænser noten. Dette lag kan tilvejebringes i 30 intim kontakt med disse sideflader ved maling, rullemaling eller på vilkårlig anden måde til overtrækning. Formørkningsmidlet har imidlertid en væsentlig ulempe, idet det bevirker en uønsket absorptionsdæmpning af nyttelyset i det sorte lag, der dækker hele det relativt 35 store areal på ribbens sideflader. Denne dæmpning nedsætter systemets transmissionseffektivitet.

DK 166051 B

3

Transmissionspladen med parallelle ribber på frontfladen udnytter brydningsprincipper, der skaber en tilstand for total indre refleksion til styring af retningen for nyttelys gennem systemet. Generelt er denne 5 tilstand tilstede ved ribbens sideflader men ikke ved ribbens frontflade.

Når et tæt medium såsom acrylplast, der har et første brydningsindeks nj har en overgangsflade med et andet medium såsom luft med et andet brydningsindeks 10 n2, er der i henhold til Sneli's-loven en kritisk vinkel øc = arcsin (n2/n1), således at en lysstråle, der går igennem plastmaterialet og rammer plast-luft-overgangs-fladen under en vinkel Θ større end den kritiske vinkel, reflekteres totalt tilbage i det optisk mere tætte 15 plastmateriale.

Hvis et lysabsorberende lag var i intim fysisk og dermed høj optisk kontakt med ribbens sideflader, der afgrænser noten, ville brydningsindekset for det andet medium (luft) vokse og bevirke en tilsvarende forøgelse 20 af den kritiske vinkel, hvorved værdiområdet nedsættes for vinkel Θ, der kan skabe total indre refleksion.

Opfindelsen tager sigte på at skabe en optisk transmissionsplade, der både opretholder total indre refleksion for nyttelys og effektiv absorption af om-25 givende lys, og hvor den kritiske vinkel opretholdes, og hvor der overfor tidligere kendte systemer opnås en bedre transmissionseffektivitet.

Den optiske transmissionsplade ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der i hver not findes en mængde 30 diskrete, lysabsorberende løst anbragte partikler, der holdes tilbage i noten ved hjælp af et indeslutnings-middel. Partiklerne er anbragt løst i den not, der er dannet mellem to side om side beliggende ribber, således at en ydre part af partiklerne befinder sig på en posi-35 tion i hovedsagen fjernt fra underlagets bagflade.

I overensstemmelse hermed må disse diskrete partikler have en sådan kemisk beskaffenhed, at hver par-

DK 166051 B

4 tikel udviser stor absorption for synligt omgivende lys. Endvidere må enhver partikel have en sådan form, at hver partikel, der befinder sig i umiddelbar nærhed af de notafgrænsende ribbesideflader har minimal fysisk kon-5 takt (f.eks. punktkontakt) og dermed minimal optisk kontakt med disse flader. Fortrinsvis er de løse partikler runde eller på anden måde har buet form. Partikelstørrelsen er ikke kritisk, men bør dog være tilstrækkelig lille til at partikelmængden nemt kan placeres i noten.

10 Fortrinsvis har hver partikel en størrelse i området fra ca. 0,5 til ca. 20 μ i diameter, således at partiklerne nemt kan anbringes på plads og de bør desuden udvise en i hovedsagen total absorption af synligt lys, der rammer hver enkelt partikel. En gennemsnitlig partikelstørrelse 15 på 10 μ i diameter er hensigtsmæssig.

Hensigtsmæssigt holdes partiklerne tilbage i noten ved hjælp af et holdbart, fleksibelt ydre lag eller en hinde, der strækker sig uafbrudt mellem de respektive ribbesideflader og hele vejen er fæstnet til disse, så-20 ledes at hinden ligger over partiklerne og holder disse partikler tilbage.

Denne ydre hinde kan eksempelvis være en tynd, aflang, transparent film af nemt hærdbart termoplastisk materiale eller andet harpiksmateriale, der ved en på-25 føringsteknik af i og for sig kendt art i flydende tilstand påføres den yderste del af partikelmængden. For en detaljeret redegørelse for de forskellige transparente plastfilm og de respektive metoder til deres påføring, kan der henvises til Modern Plastics Encyclopedia, 30 1983-1984, (Mcgraw-Hill, Inc., 1983). Efter behandling er den transparente hinde fleksibel og holdbar, og den giver de underliggende løse, sorte partikler mulighed for at absorbere det omgivende lys.

Fortrinsvis har hinden en sådan kemisk beskaf-35 fenhed og en sådan tykkelse, at den danner en højt, fortrinsvis totalt absorberende flade for det omgivende

DK 166051 B

5 lys. Derfor indbefatter den foretrukne udførelsesform for opfindelsen en hinde, der omfatter den ydre del af de anbragte, sorte partikler. Derfor er partiklerne fortrinsvis termisk og/eller kemisk smeltbare uden at dette 5 på ugunstig måde påvirker den transparente hinde, således at der sikres en effektiv dannelse af den ydre hinde.

Eksempelvis kan der anvendes en blanding af runde partikler, der hver har en diameter på ca. 10 μ og be-10 står af f.eks. kønrøg og/eller andre sorte stoffer med et termoplastisk eller på anden måde smeltbart polymermateriale. Tonerpulvere af den art, der anvendes til elektrofotografisk registrering viser sig at være yderst velegnede. Der kan f.eks. henvises til US-patent nr.

15 3.639.245 og 4.262.077, der begge omhandler effektive termisk og kemisk smeltbare tørpulvere. Det er klart, at den anvendte partikelmængde kan indbefatte individuelle partikler, der ikke har ens kemisk beskaffenhed.

En metode til dannelse af den sorte hinde går ud 20 på at påføre varmeenergi direkte og præcist på den ydre del af partiklerne og simultant på de ribbeflader, der er i fysisk kontakt med de pågældende partikler i denne del. Denne varmeenergi skal have en passende bølgelængde og styrke og påføres i et tilstrækkeligt tidsinterval 25 til at bringe de smeltbare materialer i den ydre portion af partikler til at smelte ikke alene sammen men også med de respektive dele af ribbesidefladerne. Efter afkøling danner den ydre portion en holdbar, sort hinde, der er bundet til relativt små overfladearealer på de 30 respektive ribbesider.

Alternativt dannes den sorte hinde ved, at den ydre portion af partikler midlertidigt bringes i kontakt med et væskeformigt kemisk opløsningsmiddel eller med et opløsningsmiddel i dampfase, der er velegnet til smelt-35 ning af partiklerne. Efter fjernelse af væske eller damp, er der opnået en holdbar, lysabsorberende hinde, der er bundet til ribbesidefladerne.

DK 166051 B

6

Por alle de ovenfor nævnte metoder til dannelse af den sorte ydre hinde opnår man det resultat, at de underliggende partikler forbliver løse og danner mekanisk understøtning for den overliggende ydre hinde. End-5 videre er den optiske kontakt mellem de løse partikler og ribbefladerne så lille, at den kritiske vinkel ved ribbe-luft-overgangsfladen i hovedsagen forbliver upåvirket af disse partikler. Det har vist sig, at den sorte hinde, selvom den har en gennemsnitlig (sædvanligvis 10 i hovedsagen ensartet) tykkelse, der med de pågældende ribbeflader danner en større optisk kontakt end minimummet, ikke mærkbart påvirker systemets samlede optiske effektivitet. Hindens gennemsnitstykkelse er fortrinsvis ca. fire til ni gange gennemsnitsstørrelsen af partik-15 lerne i noten.

En fremgangsmåde til formørkning af en optisk transmissionsplade, der har et i hovedsagen plant underlag med et antal aflange, indbyrdes parallelle ribber på den ene side af underlaget, hvilke ribber er beliggende 20 side om side, og hvor side om side beliggende ribber indbyrdes afgrænser en not, er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at der anbringes en mængde diskrete, lysabsorberende partikler i hver not, og at der foretages indeslutning af partiklerne i hver not. På grund af den 25 minimale optiske kontakt afhænger mængden af diskrete partikler, der i den sidste ende befinder sig i noten, først og fremmest af kravet til systemudformning til opnåelse af en sort flade med stort areal overfor det omgivende lys.

30 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende un der henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et perspektivisk snitbillede og større målestok en udførelsesform for en optisk transmiss ionsplade inden der i henhold til opfindelsen an-35 bringes separate, sorte partikler, fig. 2 et snit langs snitlinien l-l i fig. 1, efter anbringelse af partiklerne,

DK 166051 B

7 fig. 3 et billede af samme art som i fig. 2, efter anbringelse af partiklerne, og fig. 4 et diagram til anskueliggørelse af total indre refleksion.

5 Den i fig. 1 viste optiske transmissionsplade li er en transparent plade, der er ud i ét stykke. Den har en frontside 12 og en bagside 14. Pladen 11 kan bestå af et vilkårligt transparent materiale, f.eks. polymethylmethacrylat som har et brydningsindeks n-^ på 10 1,49.

Pladen omfatter et underlag 16, der har en plan frontflade 18 og en plan bagflade 20. På frontfladen 18 er der tilvejebragt mindst to aflange, indbyrdes parallelle, identiske ribber 22. Hver ribbe 22 af-15 grænses af en aflang, plan bagflade (ikke vist på tegningen) og en aflang buet frontflade 24, hvis top vises ved 24a. Desuden har hver ribbe to modstående stejle sideflader 26, der forbinder bagfladen med frontfladen 24. Disse ribbesideflader 26 konvergerer 20 frem til frontfladen 24 under ens vinkler β, jf. fig. 4.

Som vist er ribberne 22 anbragt side om side, således at de hosliggende sideflader 26 berør hinanden ved overfladen 18 på underlaget. De enkelte ribber 22 25 befinder sig i afstand fra de hosliggende ribber, således at de respektive sideflader 26 indbyrdes danner en aflang v-formet not 28. Til brug som fremvisningsskærm, kan pladen 11 have et areal på f.eks. 1 m2 og den er formet eller forsynet med et stort antal indbyr-30 des parallelle ribber 22, der parvis danner de nævnte noter 28. Derefter kan pladen skæres, f.eks. saves over til den ønskede størrelse efter anbringelse og indeslutning af absorptionsmidlerne på den nedenfor beskrevne måde.

35 Pladen 11 har en højde H på ca. 5 mm, målt fra bagfladen 20 til toppen 24a på den buede front-

DK 166051 B

8 flade 24, medens den enkelte ribbe 22 har en højde h på ca. 2 mm. Afstanden d fra centerlinie til centerlinie er på ca. 1 mm. Den konvekse flade 24 har en krumningsradius på ca. 2/10 mm. Alt efter den tilsigtede 5 anvendelse af systemet, kan ribbernes frontflader 24 naturligvis have en hvilken som helst form, f.eks. konkav form til styret transmission af lys ud af systemet, og disse flader 24 behøver i øvrigt ikke at være ens-formede. Ribberne 22 kan have vilkårlig længde L alt 10 efter den tilsigtede anvendelse af skærmen.

Der henvises nu til diagrammet i fig. 4. De to sideflader 26 på hver ribbe 22 er i hovedsagen plane og danner ens vinkler β med den plane flade 18 (stiplet streg) på underlaget 16. På i og for sig 15 kendt måde bestemmer vinklen β den del af overfladen på ribben 22, hvorfra nyttelysstråler R, P, der rammer bagfladen 14 i retning vinkelret på fladen 18, kan forlade pladen 11. Nærmere betegnet skal man til bestemmelse af retningerne for lysstrålerne R, P gen-20 nem pladen vælge vinklerne β således, at de etablerer betingelserne for total indre refleksion fra sidefladerne 26. Disse betingelser er opnået, når vinklen β ligger i området fra ca. 43° til ca. 85° og den særlige værdi er et spørgsmål om konstruktiv udformning.

25 I det viste eksempel kan strålen R ubøjet for lade pladen gennem toppen 24a på den konvekse frontflade 24. De plane sideflader 26 danner en sådan vinkel (β = 65°), at en nyttestråle P, der vandrer parallelt med strålen R og rammer fladen 26, (dvs.

30 luft-ribbe-overgangsfladen) under en vinkel Θ større end den kritiske vinkel øc (eksempelvis Øc = 42°) ikke kan gå igennem fladen 26. Sådanne stråler P reflekteres totalt i pladen 11 og forlader pladen gennem frontfladen 24 som vist i fig. 4. I fig. 4 betegner N· 35 normalen til fladen 26.

Med henblik på nedsættelse af refleksion af omgivende lys på frontsiden 12 og på tilsvarende for-

DK 166051 B

9 øgelse af kontrasten for nyttelysstrålerne P, R for en seer, der befinder sig foran frontfladen 12, er der i noten 28 anbragt en mængde lysabsorberende, diskrete partikler 30, jf. fig. 2. Den anvendte partikelmængde 5 skal være tilstrækkelig til at danne en sort flade med stort areal til absorption af omgivende lys A uden at dække ribbefladerne 24, som skal lade nyttestrålerne gå videre. Eksempelvis kan partiklerne 30 fylde noten 28 op til et niveau L svarende til ca. 75% af højden h, 10 således at der er en ydre portion 36 af partikler, der mellem ribberne 22 befinder sig i nogen afstand fra bagfladen 20.

Enkeltpartiklerne skal have en stærkt lysabsorberende kemisk beskaffenhed og bør have en sådan størrel-15 se, at de hver for sig i hovedsagen totalt absorberer det synlige omgivende lys, der rammer partiklen. Hver partikel er fortrinsvis rund og har en størrelse i området fra 0,5 til 20 μ i diameter med en gennemsnitlig diameter på ca. 10 μ. Partiklerne 30 består fortrins-20 vis af kønrøg og/eller andet sort stof som indbefatter et polymermateriale, eksempelvis termoplastisk materiale som kan smelte uden at beskadige pladen 11.

Eksempelvis kan der med en plade 11 af poly-methylmethacrylat anvendes det toner-pulver, der anven-25 des i elektrostatiske fotokopimaskiner, og som i handelen kendes under betegnelsen "ESP Toner" fra firmaet 3M Company. Hver partikel i dette toner-pulver er varme-smeltelig i temperaturområdet fra 80° til 115°C, har sfærisk form og har følgende størrelse og kemisk be-30 skaffenhed (i vægtprocent):

Gennemsnitlig størrelse 10 μ i diameter:

Beskaffenhed: 25 til 70 procent termoplastisk bindemateriale (f.eks. en blanding af polystyren og copolymer af polyolefin-vinylacetat), 30 til 75 procent 35 magnetisk permeabel komponent (eksempelvis magnetit) og 0,5 til 2 procent ledende carbon.

DK 166051 B

10

Bindemidlet, den magnetiske komponent og carbon blandes sammen på passende måde til dannelse af tørto-ner-partikler på den måde, der er beskrevet i det tidligere nævnte US patentskrift nr. 4,262,077.

5 Det er klart, at hver partikel kan helt bestå af et vilkårligt sort termoplastisk materiale eller andet termisk/kemisk-smeltbart, sort materiale. Endvidere kan partikelmængden i noten indeholde individuelle partikler, hvis respektive kemiske beskaffenheder ikke er 10 identiske, men lysabsorberende.

Partiklerne 30 anbringes i noterne 20 eksempelvis ved overhældning eller på anden måde således, at der er en tilstrækkelig stor mængde partikler på frontsiden 12 og dermed i noterne. Overskuddet af partik-15 ler, nemlig de partikler, der befinder sig på frontfladerne 24 og de partikler, der i noterne 28 ligger oven over niveauet L, kan derefter fjernes ved en passende afskrabning. Eksempelvis kan der anvendes en ikke vist børste, der føres hen over både frontfladerne 24 20 og sidefladerne 26 med henblik på fjernelse af de uønskede partikler fra pladen 11. Børsten bør være således placeret og udformet, at den ikke alene renser fladerne 24 men også fjerner partiklerne ned til niveauet L. På denne måde er det nemt at fylde noterne 25 28 med den ønskede partikelmængde.

Som vist i fig. 3 holdes partiklerne indesluttet i noten 20 ved hjælp af en ydre hinde 34, der er fæstnet til de respektive sideflader 26, der afgrænser noten 28. Hinden 34 kan udgøres af et tyndt lag 30 transparent termoplastisk materiale såsom acrylplast, der påføres på i og for sig kendt måde, jf. Modern Plastics Encyclopedia, siderne 14-18. Hinden 34 er dog fortrinsvis sort og den indbefatter en smeltet ydre portion af de i noten værende partikler 30. Den sorte 35 hinde 34 har hensigtsmæssigt en gennemsnitlig tykkelse på 40-90 y. Denne tykkelse er normalt i hovedsagen kon-

DK 166051 B

11 stant men den kan dog variere inden for det nævnte område.

Denne sammensmeltning af en ydre portion 36 af de sorte partikler, jf. fig. 2, kan foretages på for-5 skellige måder, uden skadelig indflydelse på den transparente plade 11. Der kan f.eks. anvendes ikke viste varmelamper såsom flashlamper foran frontsiden 12 for med en passende bølgelængde at tilvejebringe en kraftig opvarmning med henblik på selektiv indvirkning på den 10 ydre portion 36, således at disse partikler smelter sammen og smeltes til sidefladerne 26. Efter afbrydelse af varmebehandlingen danner de sammensmeltede partikler den sorte hinde 34, der er fæstnet til sidefladerne 26 og lukker noten 28 til. Den styrke, hvormed 15 varmen påføres og varigheden af varmebehandlingen har indflydelse på tykkelsen af hinden 34.

Alternativt kan der anvendes passende kemiske opløsningsmidler, eventuelt i dampfase, eksempelvis trichlorethylen (C2HC13) i dampfase i midlertidig kon-20 takt med de ydre partikler 36, der eksempelvis består af "ESP"-toner til dannelse af den ønskede sorte hinde.

For sagkyndige er det klart, at man kan anvende en passende dampaffedter for at bringe dampene i kontakt med partiklerne.

25 De underliggende separate partikler 30 har mi nimal fysisk og derned optisk kontakt med sidefladerne 26. Disse partikler 30 har ingen betydelig indvirkning på den kritiske vinkel Øc ved ribberne 22's overgang til luft (n2 = 1). På denne måde kan der hen-30 sigtsmæssigt opnås total indre lysrefleksion ved luft-ribbe-overgangsfladen, medens transmissionspladen ved overfladen 34 udviser kraftig absorption overfor det omgivende lys.

Det har endvidere vist sig, at den sorte yderhin-35 de 34, selvom den har en vis optisk kontakt med de pågældende sideflader 26, ingen væsentlig indflydelse har på transmissionspladens effektivitet.

Claims (10)

1. Optisk transmissionsplade, omfattende et un derlag med plan frontflade og et antal aflange, indbyrdes parallelle ribber på frontfladen, hvilke ribber er beliggende side om side, og hvor side og side beliggende ribber indbyrdes afgrænser en mellemliggende not, 15 kendetegnet ved, at der i hver not findes en mængde diskrete, lysabsorberende løst anbragte partikler, der holdes tilbage i noten ved hjælp af et indeslutningsmiddel .

2. Plade ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at ribberne består af et transparent materiale, der har et første brydnings indeks, at det omgivende medium har et andet brydningsindeks, at det første brydningsindeks og det andet brydningsindeks bestemmer en kritisk vinkel Øc for total indre refleksion for en lysstråle, 25 der transmitteres gennem bagfladen og rammer overgangsfladen mellem en ribbe og det omgivende medium.

3. Plade ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at indeslutningsmidlet indbefatter en hinde, der strækker sig mellem ribberne og oven over noten.

4. Plade ifølge krav i eller 2, kendeteg net ved, at partiklerne består af smelteligt materiale.

5. Plade ifølge krav 3, kendetegnet ved, at hinden i hovedsagen består af en smeltet portion 35 af partiklerne.

6. Plade ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at partiklerne har en gennemsnitlig størrelse på 10 μ i diameter. DK 166051 B 13

7. Plade ifølge krav 3 eller 5,kendetegne t ved, at hinden har en gennemsnitlig tykkelse i området fra ca. 40 til ca. 90 μ.

8. Fremgangsmåde ved formørkning af en optisk 5 transmissionsplade, der har et i hovedsagen plant underlag med et antal aflange, indbyrdes parallelle ribber på den ene side af underlaget, hvilke ribber er beliggende side om side, og hvor side om side beliggende ribber indbyrdes afgrænser en not, kendetegnet ved, 10 at der anbringes en mængde diskrete, lysabsorberende partikler i hver not, og at der foretages indeslutning af partiklerne i hver not.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegne t ved, at indeslutningen foregår ved, at en portion 15 af de i hver not værende partikler smeltes til dannelse af en hinde, der strækker sig mellem de respektive ribber.

10. Bagfra belyst skærm omfattende en optisk transmissionsplade ifølge et eller flere af kravene 20 1-7.