DE60122735T2 - Achromatisches beugungselement - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft das Gebiet reflektierender Bildanzeigevorrichtungen, die dafür konstruiert sind, unter reflektiertem Umgebungslicht betrachtet zu werden. Die Erfindung offenbart insbesondere neue neuartige achromatische diffraktive optische Elemente und einige neue dazugehörige Konstruktionen und Eigenschaften sowie neuartige Herstellungsverfahren für diese. Diese können verwendet werden, um die Betrachtbarkeit reflektierend betrachteter Anzeigevorrichtungen durch die Verwendung eines diffraktiven Elements zu verbessern, insbesondere um die Helligkeit von LCDs und ähnlichen Anzeigevorrichtungen zu verbessern.
  • Derartige reflektierende Anzeigevorrichtungen umfassen Bilder bereitstellende Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise Flüssigkristallanzeigeelemente oder andere, ähnliche derartige Vorrichtungen. Im Fall einer Flüssigkristallanzeige vom durchlässigen Typ werden derartige Vorrichtungen gewöhnlich in Reflexion betrachtbar gemacht, indem an ihrer Rückseite ein streuendes Element angebracht wird. Typischerweise ist dies ein spiegelnder Diffusor, obwohl auch die Verwendung von holografischen Diffusoren bekannt ist, die aus Reflexionshologrammen oder Transmissionshologrammen mit an der Rückseite angebrachtem Reflektor oder reflektierenden (geprägten) Oberflächenrelief-Hologrammen gebildet sind, um den Reflexionsgrad direktional zu verbessern.
  • Eine andere Art von Bildanzeigevorrichtung auf dem Gebiet der LCD-Anzeigen verwendet Licht, das zum Betrachten direkt von dem aktiven Element der Anzeigevorrichtung reflektiert wird. Diese Klasse von Vorrichtungen würde typischerweise TFT-Flüssigkristallanzeigen umfassen, die typischerweise für Farbanzeigevorrichtungen verwendet werden. In dieser Klasse dieser Vorrichtungen ist das grundlegende Flüssigkristallanzeigenelement nicht mehr durchlässig, sondern reflektierend, wobei das Licht typischerweise direkt von der aktiven Oberfläche des Siliziumwafers reflektiert wird, der nach dem Übereinanderschichten von Flüssigkristall-Glasabdeckung und Elektrode mit einem polarisierenden Element überzogen wird. Normalerweise werden derartige Anzeigevorrichtungen in direkt von dem Siliziumwafer reflektiertem Licht betrachtet. Einige frühere Arbeiten haben Mikrospiegel- (Größenordnung 5 Mikrometer) und Lithografiemusterungsverfahren erforscht, um die Oberfläche des Siliziums zu strukturieren, so dass Licht mehr in Richtung der normalen Betrachtungsrichtung eines Betrachters reflektiert wird.
  • Es sind ebenfalls einige Arbeiten über holografische Elemente zur Verbesserung des Reflexionsgrades von Anzeigevorrichtungen bekannt. US5812229 umreißt die Verwendung von holografischen Volumendiffusoren als reflektierende Anzeigeelemente – was die Bereitstellung einer verbesserten Helligkeitsleistung, jedoch aufgrund des schmalen Spektralansprechverhaltens, die dem holografischen Reflexionsprozess inhärent ist, nur eine monochrome Farbwiedergabe offenbart. US 5659408 offenbart ein anderes Verfahren, durch das das Spektralansprechverhalten des holografischen Diffusors achromatisch (d.h. nahezu weiß im Aussehen) gemacht werden kann, eine wünschenswerte Eigenschaft sowohl für monochrome Anzeigeelemente als auch insbesondere für farbige Anzeigevorrichtungen, die durch die Verwendung eines Transmissionshologrammdiffusors erreicht wird, an dessen Rückseite ein Reflektor angebracht ist. In US 5659408 ist das Transmissionshologramm ein Volumentransmissionshologramm, an dessen Rückseite ein ebenener reflektierender Spiegel angebracht ist (welcher häufig halbtransparent hergestellt ist, um eine Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung zu ermöglichen). In US 5936751 ist das Hologramm ein achromatisches (d.h. weiße Wiedergabe) geprägtes Vollöffnungshologramm. Diese Arbeit offenbart eine Weise, in der eine geprägte Oberflächenreliefstruktur verwendet werden kann, um einen weißen Richtungsreflektor einer Bildanzeige zu schaffen, indem eine Vollöffnungsaussetzung des Haupthologramms verwendet wird. Jedoch erkennt oder behandelt die Arbeit nicht das Problem der gewöhnlich nicht optimal reflektierten Lichtintensität und Diffraktionseffizienz dieser Art von Element dahingehend, dass das vorgeschlagene geprägte Vollöffnungshologramm inhärent eine geringe Diffraktionseffizienz aufweist. Der Grund dafür besteht in der Vielzahl von überlagerten räumlichen Frequenzen, die es enthält, um ein weißes Aussehen zu erzeugen, wodurch die Effizienz der Struktur aufgrund von Randkonkurrenz und ebenfalls deshalb verringert wird, weil die in Betracht gezogenen geprägten holografischen oder diffraktiven Elemente relativ einfache diffraktive Oberflächenrelief-Vorrichtungen sind und daher gleichmäßig in zwei diffraktierte Ordnungen, sowohl +1 als auch –1 (und häufig mehr) diffraktieren, wodurch effektiv die Hälfte des Lichts verschwendet wird, das von dem geprägten Hologramm diffraktiert wird, welches nicht die gewünschte diffraktive Ordnung, die von dem Betrachter gesehen werden soll, erreicht.
  • Einige bekannte Arbeiten beschreiben Weisen, auf die ein gerichteter Diffusor durch die Verwendung eines holografischen optischen Volumentransmissionselementüberzugs erreicht werden kann, um eine alternative Art von streuendem Element zu schaffen. Der Vorteil davon besteht darin, dass dieser zu jeder TFT-LC-Anzeige (oder einer ähnlichen direkt betrachteten Bilder formenden Anzeigevorrichtung) als ein durch Kleben verbundener Überzug in einer späten Phase des Herstellungsverfahrens hinzugefügt werden könnte, wodurch der Bedarf für zusätzliche Waferherstellungsphasen in dem Flüssigkristallanzeigen-Halbleiterwerk vermieden würde, das zur Bildung von mikrooptischen Elementen vor Ort benötigt wird. Das Problem bei der Verwendung von holografischen Volumenelementen besteht darin, dass Volumenelemente im Allgemeinen eine beschränkte Auswahl von Wiedergabewinkeln und Wellenlängen aufweisen, bei denen sie effizient sind, und im Allgemeinen kostspieligere Materialien verwenden als alternative Konstruktionen und normalerweise ein enges Winkel- und Spektralansprechverhalten aufweisen, wodurch die Anzeigenhelligkeit durch Beschränkung des verwendbaren Einfalllichts begrenzt wird, eine höhere Kostenbasis erzeugt wird und manchmal Materialstabilitätsprobleme auftreten. Bekannte Arbeiten verwenden ebenfalls achromatische Effekte, die aus 3 holografischen Volumenstrukturen gebildet werden, die sich in demselben Medium überlappen, wodurch die erreichbare Diffraktionseffizienz verringert wird.
  • Diffraktive optische und holografische Konstruktionen sind ebenfalls auf dem Gebiet der Sicherheit verwendet worden, und es sind verschiedene Arten von optisch variablen diffraktiven Vorrichtungen in Gebrauch, um die Authentizität von Wertgegenständen nachzuweisen und ihre betrügerische Vervielfältigung zu verhindern. Beispiele umfassen Banknoten, Kreditkarten, Wertdokumente wie beispielsweise Steuermarken, Reiseunterlagen wie beispielsweise Pässe oder Dokumente zur Authentisierung von wertvollen Gütern. Vorrichtungen, die auf dem Prinzip der optischen Diffraktion beruhen, werden für diese Zwecke verwendet, da sie durch das Verfahren optischer Diffraktion ein optisch variables Bild mit charakteristischen Eigenschaften, wie beispielsweise Tiefe und Parallaxe (Hologramme) und Bewegungseigenschaften und Bildwechsel (reine Beugungsgitterdiffraktionsvorrichtungen und einige holografische Vorrichtungen) erzeugen können. Diese streuenden optisch variablen Bilder formenden Vorrichtungen werden als Anti-Fälschungsvorrichtungen verwendet, zum einen weil ihre Effekte äußerst leicht erkennbar sind und nicht durch Druckverfahren dupliziert werden können, und zum anderen weil spezifische und schwierig zu kopierende optische und technische Verfahren für ihre Herstellung erforderlich sind.
  • Optisch variable streuende Vorrichtungen für Sicherheitsanwendungen werden im Allgemeinen auf der Grundlage von holografischen oder Diffraktionsbeugungsgitterverfahren hergestellt und bilden ihre Effekte auf deren Grundlage, und sie werden häufig als geprägte Oberflächenreliefstrukturen hergestellt, die in der Technik bekannt sind (z.B. Graham Saxby „Practical Holography", Prentice Hall 1988). Sie werden typischerweise auf zu schützende wertvolle Dokumente, Kreditkarten und Wertgegenstände in Form von holografischer oder streuender Heißprägefolie oder holografischen oder streuenden Etiketten angewendet, die häufig einen Mißbrauch nachweisen können. Lehren zu holografischen Sicherheitsstrukturen sind in US 5694229 und US 5483363 zu finden. Lehren zur Holografieerzeugung und der Erzeugung von spezialisierten holografischen und streuenden Sicherheitsstrukturen durch Elektronenstrahllithografie sind in UK 0016358.4 und UK 0016359.2 zu finden, deren Lehren hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
  • Es ist üblich, die holografischen reflektierenden Korrekturfilme in einem Reflexionsmodus zu verwenden, und es besteht häufig eine Erfordernis zur Verwendung in einem Transflexionsmodus. Hier reflektiert der Reflektor im Wesentlichen das Umgebungslicht, um die Helligkeit der Anzeigevorrichtung in Umgebungsbeleuchtung zu verbessern, und er ist leicht durchlässig, um eine Hintergrundbeleuchtung der Anzeigevorrichtung durch ein Hintergrundlichtelement zu ermöglichen. Demgemäß ist eine LCD-Bildanzeigevorrichtung bekannt, die ein holografisches Transflektorelement umfasst, das eine Anzeigevorrichtung unter reflektiertem Licht bei Bedingungen mit starkem Umgebungslicht beleuchten kann und die Anzeigevorrichtung in Transmission durch die Transmission von internem am Rand leuchtendem Licht oder Hintergrundlicht durch sich selbst beleuchten kann. Typischerweise würde eine derartige teilweise durchlässige reflektierende Schicht gebildet, indem die Schichtdicke während der Metallisierung eines Aluminiumfilms sorgfältig geregelt würde, um einen Film bereitzustellen, der im Wesentlichen reflektierend und leicht (typischerweise 10%) durchlässig ist.
  • Dieser Ansatz bringt zwei Probleme mit sich, erstens dass die Durchlässigkeit, obwohl der Reflexionsgrad relativ hoch bleibt, im Wesentlichen viel niedriger ist als bevorzugt würde, wodurch der Strombedarf des Hintergrundlichts in die Höhe getrieben werden, was ein negativer Gesichtspunkt für mobile Anzeigenanwendungen, wie beispielsweise Telekommunikation, ist, bei denen das Energiegleichgewicht von Bedeutung ist. Zweitens wird der Film, obwohl die Verwendung einer durchlässigeren Vorrichtung bevorzugt würde, sehr absorbierend, wenn die Dicke des Aluminiumfilms verringert wird, um die Transmission zu erhöhen, wodurch sowohl der Reflexionsgrad als auch die Durchlässigkeit durch Absorption verringert werden und das System für Verluste anfällig wird. Dünne Metallschichten, insbesondere Aluminium, sind ebenfalls anfällig für Oxidation, wodurch sie eine graue Farbe annehmen. Daher ist es nicht wirklich praktikabel, effiziente höhere Transmissionen als etwa 15% unter Verwendung von Aluminium zu erreichen, ohne sowohl die Reflexion als auch die Transmission durch Absorption bedeutend zu verschlechtern. Ähnliche, jedoch typischerweise schlechtere Eigenschaften gelten für alle derartigen Metalle, die als Dünnfilme verwendet werden und bei denen das Reflexionsgrad-Durchlässigkeit-Gleichgewicht durch Absorption stark beeinträchtigt wird.
  • Ein alternatives Verfahren zur Lösung dieses Problems, das in US 5926293 beschrieben wird, vermeidet das Absorptionsproblem bei dünnen Metallschichten durch Offenbarung eines holografischen Transflektors, der mit einem vorherbestimmten Muster von Bild formenden, lichtdurchlässigen Mikrolöchern versehen ist, die durch Laserabtragung gebildet werden, die verwendet wird, um sowohl Licht aus dem Hintergrundbeleuchtungselement herauszukoppeln als auch ein grafisches Bild zu formen, das für einen Betrachter auf der Hintergrundlichtanzeige sichtbar ist. Obwohl dieser Lösungsweg der Anzeigevorrichtung ein nützliches zusätzliches grafisches Element bereitstellt und ebenfalls ermöglicht, dass eine höhere Transmission des durchlässigen Teils der Vorrichtung aufrecht erhalten bleibt, erfordert dies daher ein stärkeres Hintergrundlichtelement mit einem höheren Stromverbrauch als sonst benötigt würde. Es ist ebenfalls möglich, Mikrolochanordnungen durch ein Verfahren von chemischer Demetallisierung zu erzeugen, typischerweise entweder durch selektives Beschichten der Aluminiumschicht mit Alkali, um den Metallfilm selektiv zu entfernen, oder durch Drucken einer Schutzmaske über die Bereiche des Films, die erhalten bleiben sollen, und daraufhin Verwenden eines Alkaliätzmittels, um die freiligenden Metallbereiche zu entfernen. Wiederum kann dieses Verfahren das Problem der relativ niedrigen Transmission des Transflektors für eine angemessene Reflexion nicht überwinden.
  • In EP-A-828203 ist ein achromatischer Diffusor ofenbart, der unter Verwendung einzelner Zellen für Volumenhologrammreflexionsbeugungsgitter gebildet ist, wobei die einzelnen Zellen so bereitgestellt sind, dass sie die Wiedergabe von drei kleinen Bereichen von Volumenhologrammen als farbige Pixel kombinieren, um eine achromatische Wirkung zu erzielen.
  • US-A-5659408 offenbart, wie oben erörtert, die Verwendung einer einzelnen achromatischen Oberflächenreliefstruktur, die eine Einzelelement-Oberflächenrelief-Transmissionsanordnung umfasst. Im Zusammenhang mit US-A-5659408 treten jedoch unvorteilhafterweise praktische Beschränkungen auf, die die vorliegende Erfindung zu überwinden sucht.
  • Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein achromatischer diffraktiver Diffusor geschaffen, der eine Mehrzahl von diskreten Regionen einzelner diffraktiver Oberflächenrelief-Vorrichtungen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede eine Größe unterhalb der normalen optischen Auflösung eines Beobachters hat und so angeordnet ist, dass unter Beleuchtung durch Umgebungslicht die Superposition der diffraktiven Effekte dazu dient, eine gleichmäßige achromatische Diffusorreflexion in eine definierte Betrachtungszone zur Beobachtung durch einen Beobachter bereitzustellen, und auch so, dass die achromatische Wiedergabe der Vorrichtung eine nichtsymmetrische Verteilung von diffraktiver Lichtintensität zwischen positiven und negativen diffraktiven Ordnungen hat, so dass der Beugungswirkungsgrad in der gewünschten diffraktiven Ordnung gegenüber dem der unerwünschten Ordnung verbessert wird, um eine achromatische Vorrichtung verbesserter Helligkeit bereitzustellen.
  • Vorzugsweise wird eine achromatische diffuse Vorrichtung zur Verwendung wie oben erwähnt geschaffen, wobei die achromatische diffraktive Wiedergabe der Vorrichtung eine nichtsymmetrische Verteilung von diffraktiver Lichtintensität zwischen positiven und negativen diffraktiven Ordnungen hat, so dass der Beugungswirkungsgrad in der gewünschten diffraktiven Ordnung gegenüber dem der unerwünschten diffraktiven Ordnung verbessert wird, um eine achromatische Vorrichtung verbesserter Helligkeit bereitzustellen.
  • Die Erfindung schafft ebenfalls ein holografisches Aufzeichnungsverfahren zur Bildung einer oder mehrerer der hierin definierten Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungsgeometrie derart zur Senkrechten geneigt ist, dass sich sowohl der Objekt- als auch der Referenzstrahl dem Aufzeichnungsmedium aus Winkeln von mehr als 10° auf derselben Seite der Senkrechten zur Vorrichtung nähern, so dass die aufgezeichnete diffraktive Vorrichtung eine symmetrische, z.B. eine im Allgemeinen leuchtende, Mikrostruktur aufweist.
  • Vorzugsweise bestehen die elementaren diffraktiven Bereiche aus nichtüberlappenden diffraktiven Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes unterhalb normaler Augenauflösung liegt und des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jedes diffraktive Element bei Beleuchtung mit weißem Umgebungslicht eine diffraktive Wiedergabe hat, die ein lokalisiertes diffuses Bild in einer Ebene der Vorrichtung bildet und ein zweites Bild bildet, das ein Sichtfester von der Vorrichtung weg und von der gleichen Form wie das von einem Regenbogenhologramm erzeugte definiert, und noch weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven Regenbogenwiedergaben von den Vorrichtungen derart übereinandergelagert sind, dass die diffraktiven Wiedergaben einem Betrachter einen achromatischen Effekt bereitstellen.
  • Des Weiteren sind die einzelnen diffraktiven Vorrichtungen, die die achromatische diffraktive Vorrichtung bilden, nichtüberlappend und weisen eine Größe von weniger als 250 Mikrometer auf. Insbesondere kann die Größe der einzelnen Elemente vorzugsweise im Bereich von 20 bis 100 Mikrometer liegen.
  • Vorteilhafterweise besteht die Vorrichtung aus mindestens drei nichtüberlappenden diffundierenden diffraktiven Elementen diffraktiver Regenbogenwiedergabe.
  • Die Elemente können vorzugsweise in der Form von Linien, wie beispielsweise gekrümmten Linien, oder in der Form von Vielecken, Rechtecken oder anderen geeigneten Formen angeordnet sein.
  • Insbesondere können die relativen Bereiche jeder elementaren Vorrichtung so angepasst sein, dass sie eine achromatische Wiedergabe bereitstellen.
  • Des Weiteren können die relativen Bereiche jeder Elementvorrichtung so angepasst sein, dass sie eine Farbtonwiedergabe bereitstellen.
  • Insbesondere können die relativen Diffraktionseffizienzen jedes elementaren Bereichs so angepasst sein, dass sie eine achromatischen Wiedergabe bereitstellen, oder sie können so angepasst sein, dass sie eine Farbtonwiedergabe bereitstellen.
  • Die Erfindung kann vorteilhafterweise des Weiteren durch die Bereitstellung eines zusätzlichen visuellen diffraktiven grafischen Bildes gekennzeichnet sein, das für einen Beobachter unter Weißlichtbeleuchtung sichtbar ist.
  • Das visuelle grafische Bild kann vorteilhafterweise unter Weißlichtbeleuchtung in einem anderen Wiedergabewinkel als das diffuse Hauptbild betrachtbar sein; wobei es vorteilhafterweise bei Neigen der Anzeigevorrichtung in einer vertikalen oder horizontalen Ebene sichtbar wird.
  • Insbesondere wird das Bild betrachtbar bei Drehen der Anzeigevorrichtung in der Ebene um im Wesentlichen 90°.
  • Vorzugsweise nehmen die diffraktiven Elemente, die dem visuellen diffraktiven Bild entsprechen, räumlich diskrete Bereiche der Oberfläche der Vorrichtung ein und überlappen sich nicht mit den achromatischen Wiedergabebereichen. Insbesondere sind die elementaren Bereiche unterhalb der Auflösung des menschlichen Auges bereitgestellt.
  • Vorteilhafterweise besteht die Vorrichtung aus mindestens drei nichtüberlappenden streuenden diffraktiven Elementen diffraktiver Regenbogenwiedergabe und mindestens einem Satz von nichtüberlappenden diffraktiven Elementen, die einem visuellen Bild entsprechen, das unter Weißlichtbeleuchtung von einem Beobachter aus einer anderen Richtung als der achromatischen Betrachtungszone betrachtbar sind.
  • Vorteilhafterweise werden die Bereiche der Vorrichtung, die nicht von visuellen diffraktiven Elementen eingenommen werden, unbenutzt gelassen und sind so ausgelegt, dass sie nicht zu der diffraktiven Wiedergabe beitragen, so dass die achromatische Wiedergabe der gesamten diffraktiven Vorrichtung vollkommen gleichmäßig ist.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass sie so angeordnet ist, dass eine zusätzliche streuende Wiedergabe bereitgestellt wird, die außerhalb der diffraktiven achromatischen Betrachtungszone sichtbar ist.
  • Vorzugsweise besteht die Vorrichtung aus mindestens drei nichtüberlappenden diffraktiven Regenbogenwiedergabebereichen, deren Diffraktionssumme ein achromatisches Bild bereitstellt, wobei die Vorrichtung des Weiteren einen Satz von Elementen umfasst, die einem streuenden Bild entsprechen, wobei die streuenden Elemente nichtüberlappend sind und räumlich von den diffraktiven Elementen getrennt sind.
  • Insbesondere sind die diffraktiven Elemente so angeordnet, dass sie ein grafisches Bild bilden, das auf mindestens einem Teil der Anzeigevorrichtung sichtbar ist und die Gleichmäßigkeit der diffraktiven achromatischen Wiedergabe nicht beeinträchtigt.
  • Gemäß einem besonders wichtigen Gesichtspunkt weisen die nichtüberlappenden diffundierenden diffraktiven Regenbogenelemente eine asymmetrische Form und eine asymmetrische diffraktive Effizienz auf so dass die gewünschte achromatische diffraktive Wiedergabe gegenüber der unerwünschten diffraktiven Wiedergabe verbessert wird.
  • Vorzugsweise stammt die Vorrichtung holografisch von einer Geometrie zur Aufzeichnung einer symmetrischen Struktur, im Wesentlichen wie hierin beschrieben, und so dass sich der Objekt- und der Referenzstrahl in der Aufzeichnungsgeometrie von derselben Seite der Senkrechten dem Medium nähern und eine leuchtende, z.B. asymmetrische, Struktur aufzeichnen.
  • Die Erfindung schafft ebenfalls ein Verfahren zur Aufzeichnung einer leuchtenden asymmetrischen Struktur, gekennzeichnet durch die holografische Erzeugung der Struktur, um eine asymmetrische Struktur aufzuzeichnen, wie oben definiert.
  • Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren die Verwendung eines achromatischen Diffusors, der aus mindestens drei Elementen besteht, von denen jedes eine asymmetrische holografische Regenbogenwiedergabe hat.
  • Vorteilhafterweise sind die verschiedenen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedergabe der achromatischen Betrachtungszone an den Rändern davon in Bezug auf die Intensität und den Betrachtungswinkel eingestellt ist und dazu dient, Elemente der Wiedergabe der diffraktiven Vorrichtung einzustellen.
  • Vorzugsweise bilden die elementaren diffraktiven Strukturen, die ein Betrachtungsfenster in der Vorrichtung definieren, innerhalb der verschiedenen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung ein Regenbogenhologramm, das durch ein Elektronenstrahllithografieverfahren hergestellt werden kann.
  • Vorteilhafterweise weisen die elementaren diffraktiven Elemente eine asymmetrische Diffraktionsverteilung auf, die dazu dient, die gewünschte achromatische Wiedergaberichtung zu verbessern.
  • Zudem bestehen die elementaren diffraktiven Bereiche der verschiedenen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung aus nichtüberlappenden diffraktiven Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes unterhalb der Auflösung des menschlichen Auges liegt und des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wiedergabe der diffraktiven Elemente bei Beleuchtung mit weißem Umgebungslicht überlagert, so dass für einen Beobachter in einer definierten Betrachtungszone ein achromatisches Bild gebildet wird.
  • Vorzugsweise umfassen die diffraktiven Elemente Diffraktionsbeugungsgitter. Diese Diffraktionsbeugungsgitter können vorteilhafterweise symmetrisch, z.B. leuchtend, sein, und so dazu dienen, die gewünschte diffraktive Wiedergabe zu verbessern, um die Helligkeit der Vorrichtung zu verbessern.
  • Vorteilhafterweise sind die elementaren diffraktiven Vorrichtungen derart in Unterbereichen angeordnet, dass jeder Unterbereich durch Überlagerung der diffraktiven Strahlen eine achromatische diffraktive Wiedergabe erzeugt.
  • Die von den diffraktiven Unterbereichselementen erzeugte Betrachtungszone kann vorteilhafterweise über die Vorrichtung hinweg hinsichtlich der Position variieren und sicherstellen, dass dieselbe diffraktive Betrachtungszone trotz ihrer unterschiedlichen räumlichen Muster von sämtlichen Elementen der Vorrichtung erzeugt wird.
  • Vorteilhafterweise sind die relativen Bereiche der diffraktiven Strukturen so angepasst, dass sie eine gewünschte achromatische Wiedergabe oder einen Farbton erzielen.
  • Die Abmessungen der Unterbereiche betragen vorzugsweise 250 Mikrometer oder weniger.
  • Vorteilhafterweise bestehen die Unterbereiche aus mehreren Diffraktionsbeugungsgittern oder diffraktiven Bereichen in einer Größenordnung von 20 bis 100 Mikrometer und weisen Ausrichtungen und Steigungen auf, die so ausgelegt sind, dass eine achromatische Wiedergabe in die gewünschte Betrachtungszone bereitgestellt wird.
  • Die diffraktiven Strukturen umfassen vorteilhafterweise leuchtende asymmetrische diffraktive Beugungsgitter.
  • Insbesondere sind die Unterbereiche oder elementaren Bereiche als rechtwinklige oder vieleckige Formen oder in der Tat als Linien, einschließlich gekrümmter Linien, angeordnet.
  • Wie erwähnt, besteht die Vorrichtung vorteilhafterweise aus mindestens drei unterschiedlichen diffraktiven Elementen.
  • Vorteilhafterweise besteht die Vorrichtung aus 25 bis 150 diffraktiven Elementen pro Unterbereich, wobei jedes durch Variationen bezüglich der Steigung und Ausrichtung gekennzeichnet ist.
  • Vorteilhafterweise sind die elementaren diffraktiven Bereiche nichtüberlappend.
  • Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung drei gekrümmte Linienstrukturen umfassen, wobei jede gekrümmte Linienstruktur ein lineares Diffraktionsbeugungsgitter umfasst und das Ausmaß der Kurve der Struktur dazu dient, einen horizontalen Blickwinkel für die Vorrichtung zu definieren, wobei die Größe der nichtüberlappenden Linie unterhalb der Auflösung durch das menschliche Auge liegt.
  • Vorzugsweise kann die Vorrichtung eine visuelle diffraktive grafische Nachricht umfassen, die in einem lokalisierten Bereich bereitgestellt sein kann und so ausgelegt sein kann, dass sie achromatische [Lakune] ausgleicht und dazu dient, die Gleichmäßigkeit in der Vorrichtung aufrechtzuerhalten.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung streuende Elemente und ist des Weiteren so angeordnet, dass sie eine achromatische und geregelte Diffusion bereitstellt, um den Blickwinkel zu vergrößern, wobei die streuenden Elemente räumlich separat sind und eine Nachricht zum achromatischen Ausgleichen anbieten, indem jene Bereiche nicht verwendet werden, so dass die Diffraktion gleichförmig gehalten wird.
  • Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung den Schritt des Verwendens von Direktlicht-Elektronenstrahllithografie zur Bildung der Vorrichtung.
  • Wie ersichtlich ist, sind die vorgenannten Unterbereiche vorteilhafterweise jeweils optimierte Diffraktionsbeugungsgitterstrukturen, die unterhalb der Auflösung durch das menschliche Auge liegen und bei denen die Wiedergabe überlagert ist, um einen Weißlichteffekt zu erzeugen. Insbesondere bestehen die Unterbereiche unterhalb der Auflösung des menschlichen Auges von beispielsweise 250 Mikrometer selbst aus anderen kleinen Bereichen im Bereich von 25 Mikrometer, um achromatische Bereiche bereitzustellen.
  • Vorteilhafterweise können die Beugungsgittersteigungen und/oder die Ausrichtung der Vorrichtung variiert werden, um die gewünschte Achromatizität zu erhalten. Die Vorteile können durch eine dicht gepackte optimierte Struktur erzielt werden.
  • Es ist daher ersichtlich, dass diese Erfindung eine neue Klasse von Vorrichtungen zur Verwendung als hocheffiziente achromatische diffraktive streuende Reflektoren beschreibt, sowohl zur Verwendung hinter Bildanzeigevorrichtungen als auch als Deckschichten, die reflektierende gerichtete Lichtregelungsfilme mit hoher Verstärkung zur Verwendung bei Bildanzeigevorrichtungen, wie beispielsweise LCDs, bereitstellen. Diese Vorrichtungen weisen ebenfalls eine Anzahl von anderen vorteilhaften Eigenschaften auf. Eine Anzahl von anderen neuen zugehörigen Verfahren für die Verbesserung von Anzeige und Hintergrundlicht werden ebenfalls beschrieben. Spezifische bestätigende Gesichtspunkte sind wie folgt beschaffen.
  • Abschnitt 1 und 2: Hier werden neue Arten von holografischen und diffraktiven Vorrichtungen mit verbesserter hoher Effizienz, die auch anderweitig verbessert sind, zur Verwendung typischerweise als reflektierender Film zur holografischen Verbesserung vorgeschlagen, insbesondere für Anzeigenanwendungen, und als achromatische diffraktive Vorrichtung gekennzeichnet, die aus vielen nichtüberlappenden einzelen Elementen von einer Größe unterhalb der normalen Augenauflösung besteht, wobei die Summe ihrer gebeugten Bilder die Achromatizität der Vorrichtung erzeugt. Derartige Vorrichtungen können ebenfalls eine nicht klassische diffraktive (leuchtende) Wiedergabe aufweisen, wodurch ein verbesserter Reflexionsgrad in der gewünschten gebeugten Ordnung bereitgestellt wird. Diese neuen Vorrichtungen werden zur Verwendung als optische Verbesserungselemente für Bilder bereitstellende Anzeigeelemente, wie beispielsweise Flüssigkristallanzeigen, holografisch (Abschnitt 1) erzeugt oder mit Elektronenstrahllithografie (Abschnitt 2) direkt geschrieben, um die Helligkeit und Betrachtbarkeit derartiger Anzeigevorrichtungen zu verbessern, wenn sie unter Reflexionsumgebungsbeleuchtungsbedingungen betrachtet werden. Ebenfalls ist die Erzeugung neuer Merkmale an derartigen Vorrichtungen offenbart, die neue und verbesserte Eigenschaften und Verfahren zur Erzeugung derselben ermöglichen (Abschnitt 1 und 2). 1 zeigt eine Bildanzeigevorrichtung, wie beispielsweise einen diffraktiven oder holografischen Diffusor mit LCD-Anzeige dieser Art, wobei eine Bildanzeigevorrichtung (2) mit einem laminierten hinteren streuenden Element (3, 4, 5) gezeigt ist, das unter Umgebungsbeleuchtung, normalerweise von einer Weißlichtquelle über der Vorrichtung (6), Licht in einen Sichtkegel senkrecht zur Vorrichtung (10, 14) für einen Beobachter (11) beugt. Das reflektierte Licht (12) und gegebenenfalls die Spiegelstreuung (13) werden von der Vorderseite der Vorrichtung reflektiert. (13) zeigt die Hauptrichtung der reflektierten Streuung bei Abwesenheit eines nicht klassischen Diffusors, wobei gezeigt wird, dass bei herkömmlichen Vorrichtungen nur ein kleiner Anteil des gestreuten Lichts das Auge des Betrachters erreicht.
  • Es ist ersichtlich, dass die Erfindung einen achromatischen Diffusor schaffen kann, der eine diffraktive Oberflächenrelief-Vorrichtung umfasst, die derart angeordnet ist, dass die diffraktive Wirkung unter Beleuchtung durch Umgebungslicht dazu dient, eine gleichmäßige achromatische Diffusorreflexion in eine definierte Betrachtungszone zur Betrachtung durch einen Beobachter bereitzustellen, und ebenfalls so, dass die achromatische diffraktive Wiedergabe der Vorrichtung eine nichtsymmetrische Verteilung der Lichtintensität zwischen positiven und negativen diffraktiven Ordnungen aufweist, so dass die Diffraktionseffizienz in der gewünschten diffraktiven Ordnung gegenüber der der unerwünschten Ordnung verbessert wird, um eine achromatische Vorrichtung mit verbesserter Helligkeit bereitzustellen. Die diffraktive Oberflächenrelief-Vorrichtung kann eine synthetische, Computer erzeugte diffraktive Vorrichtung umfassen und kann mit dem Verfahren des direkten Schreibens der diffraktiven Struktur mit Hilfe von Elektronenstrahllithografie hergestellt sein. Zudem kann die Oberflächenreliefstruktur eine holografisch erzeugte Struktur umfassen. In der Tat kann die Struktur holografisch erzeugt sein, um eine asymmetrische Diffraktionseffizienz bereitzustellen, indem ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium Laserlicht ausgesetzt wird, das einen Referenzstrahl und einen gebeugten, gestreuten oder projizierten Objektstrahl umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Referenz- als auch der Objektstrahl von derselben Seite der Senkrechten auf das Aufzeichnungsmedium einfallen, so dass die resultierende Oberflächenreliefstruktur ein asymmetrisches Profil und eine asymmetrische Diffraktionseffizienz aufweist, wodurch die gewünschte diffraktive Wiedergabe verbessert wird.
  • 3: Ein neuer holografischer oder diffraktiver Transflektorkorrekturfilm sowohl mit hoher Transmission als auch mit hoher Reflexion, der einen Satz von Mikrolöchern zur perfekt passgenauen Transmission am Brennpunkt eines Satzes von Mikrolinsen zur Lichtkonzentration umfasst, und ein Verfahren zur unkomplizierten Herstellung desselben durch Laserabtragung vor Ort. Ebenfalls sind Vorrichtungen offenbart, deren Position von Mikrolöchern und Durchlässigkeit fortschreitend durch die Anordnung verändert wird, um die Anzeigevorrichtung für alle Variationen von Hintergrundbeleuchtungsanzeige zu homogenisieren.
  • 4: Eine neue holografische Transflektorvorrichtung, die eine Grafik umfasst, die in die Reflexionsschicht eingearbeitet ist und in direkter Spiegelreflexion sichtbar ist, mit einer gleichmäßigen Reflexionshelligkeit mit Verstärkung von der achromatischen diffraktiven Vorrichtung, die erreicht wird, indem diese Vorrichtung für Variationen in der Absorption oder im Reflexionsgrad ausgeglichen wird. Ebenfalls ein Verfahren, mit dem eine zweifarbige metallische Vorrichtung für Reflexionsgrafiken erzeugt werden kann, ohne die Leistung der Informationsanzeige zu beeinträchtigen, ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung von gedruckten Grafiken und zum Ausgleich der Wirkungen derselben.
  • 5: Eine neue Klasse von Hintergrundbeleuchtungselementen, die aus Hintergrundlicht bestehen, das aus einem holografischen oder diffraktiven Lichtausgabekoppler von einem seitlich beleuchteten Element bestehen, wobei bei einer Form die achromatische diffraktive streuende Vorrichtung verwendet wird, um einen achromatischen Hintergrundlichteffekt bereitzustellen, und diese Vorrichtung unter Verwendung einer von mehreren Herstellungs- oder Demetallisierungsverfahren verändert wird, um die Anzeige zu homogenisieren. Ebenfalls eine ähnliche Hybridvorrichtung, die eine achromatische diffraktive Verbundvorrichtung umfasst, um sowohl die Anzeigevorrichtung durch eine Verstärkung des reflektierten Umgebungslichts zu verbessern als auch seitliches Licht oder Hintergrundlicht für eine reduzierte Lichtbeleuchtung der Anzeige auszukoppeln und umzuleiten.
  • 6: Dies betrifft eine Art zur Erzeugung einer direktionalen Diffusorverbesserungsdeckschicht durch Verwendung einer durchlässigen optischen Oberflächenrelief-Elementdeckschicht. Das achromatische diffraktive Element könnte durchlässig hergestellt werden, indem die Metallreflektorschicht durch eine oder mehrere Schichten eines Materials mit hoher Brechungszahl ersetzt wird, um ein durchlässiges diffraktives Element zu erzeugen. Geeignete Materialien könnten Materialien mit hoher Brechungszahl sein, wie beispielsweise Zinksulfid und Titandioxid. Es wird ein neuer Oberflächenreliefdeckschichtfilm mit diffraktiver Verbesserung beschrieben, der die achromatischen diffraktiven Vorrichtungen aus Abschnitt 1 und 2, zusammen mit verschiedenen anderen Verfahren verwendet, wie beispielsweise variable Füllbereiche von einer Größe unterhalb der Augenauflösung und die Einbeziehung von optischer Leistung in die Vorrichtungen, um verbesserte diffraktive Deckschicht-Reflexionsfilme zu erzeugen.
  • Die Erfindung und diese neuen Vorrichtungen sind ausführlicher wie folgt beschrieben:
    Abschnitt 1 und 2 dieser Erfindung betreffen die Verwendung von verbesserten holografischen und diffraktiven Vorrichtungen, die typischerweise holografisch erzeugt oder direkt durch Elektronenstrahllithografie geschrieben sind, als optische Verbesserungselemente für Bilder bereitstellende Anzeigeelemente, wie beispielsweise Flüssigkristallanzeigen, um die Helligkeit und Betrachtbarkeit derartiger Anzeigevorrichtungen zu verbessern, wenn sie unter Umgebungsbeleuchtungsreflexionsbedingungen betrachtet werden.
  • Die vorliegende Erfindung überwindet die Begrenzungen des Stands der Technik, um die Effizienz zu erhöhen und diesen Vorrichtungen auf eine Reihe von Arten einen neuen Effekt hinzuzufügen.
  • 1: Um die optische Effizienz durch Erzeugen einer neuen Art von effizenterem holografischem Lichtregelungsfilm unter Verwendung eines verbesserten achromatischen diffraktiven optischen Elements zur Verwendung als reflektierende streuende Elemente unter Verwendung mehrerer spezieller Verfahren zu erhöhen: erstens, die Randkonkurrenz zu reduzieren, die die Diffraktionseffizienz und damit den Reflexionsgrad von Vorrichtungen des Stands der Technik reduzierte, und zweitens, zusätzlich die Effizienz dieser speziellen achromatischen diffraktiven otpischen Elemente zu verbessern, wobei eine Reihe von Verfahren verwendet werden, um eine asymmetrische Diffraktionseffizienz bereitzustellen, um die gewünschte Diffraktionsordnungswiedergabeeffizienz zu verbessern.
  • 1.1: Der erste Gesichtspunkt dieser Erfindung besteht darin, die Randkonkurrenz und die resultierende Effizienzverringerung bei diesen achromatischen Strukturen zu reduzieren, um eine neue Klasse von achromatischen diffraktiven Diffusoren zu erzeugen, indem eine achromatische Wiedergabe von einer diffraktiven Vorrichtung erzeugt wird, ohne die Erscheinung oder scheinbare Gleichmäßigkeit der Achromatizität zu verschlechtern, indem die überlappende Wiedergabe von mehreren (mindestens 3) holografischen Regenbogenelementen verwendet wird, wobei jedes in einem separaten kleinen Bereich des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet wird, wobei jeder Bereich so ausgelegt ist, dass er unterhalb der normalen Auflösung des nicht unterstützten menschlichen Auges liegt, um eine gleichmäßige Erscheinung ohne Struktur beizubehalten, die Strukturen sind wünschenswerterweise in sich wiederholenden schmalen Linien angeordnet, ein Element in jeder Periode für jedes Regenbogenelement der holografischen Wiedergabe. Diese Bereiche könnten linear sein oder wünschenswerterweise gekrümmt sein, um Erscheinungseffekte zu reduzieren. Der relative Bereich jedes Elements (unter Verwendung von wiederholten kleinen Bereichen von einer Größe, die für das nicht unterstützte Auge nicht sichtbar sind, typischerweise 20 bis 100 Mikrometer, weniger als 250 Mikrometer) wird jeweils für einen relativen Bereich eingestellt, um Veränderungen der Diffraktionseffizienz zwischen unterschiedlichen Steigungen von Beugungsgittern aufzunehmen und Abweichungen der Prägeeffizienzen der verschiedenen räumlichen Frequenzen auszugleichen.
  • Diese Anordnung ist in 2A gezeigt, die sich überlappende Regenbogenwiedergaben (16, 17, 18, 19, 20) zeigt, die einen achromatischen Effekt von einer reflektierenden achromatischen diffraktiven Struktur (30) bilden, die hinter der Anzeigevorrichtung angeordnet ist. 2B zeigt eine lineare und gekrümmte Anordnung von einzelnen Bereichen in vergrößertem Maßstab, wobei die nichtüberlappenden einzelnen Wiedergabebereiche (23, 24, 25, 26, 27) gezeigt sind, die den einzelnen Regenbogenelementen entsprechen, jedes in einer Maßstabsgröße unterhalb der normalen Augenauflösung. 2C zeigt eine alternativ geformte Anordnung von gekrümmten Pixeln, die für eine holografische Lösung weniger bevorzugt sind.
  • 1.2: Ein anderer Gesichtspunkt dieser Erfindung, der unabhängig verwendet werden kann, besteht darin, die optische Effizienz von achromatischen diffraktiven Diffusoren zu erhöhen, indem die Effizienz von durchlässigen Verbesserungselementen für reflektierende Anzeigevorrichtungen durch Folgendes verbessert wird: die Verwendung von Oberflächenreliefstrukturen und insbesondere die Verwendung von Oberflächenreliefstrukturen, die auf eine Weise erzeugt sind, die eine achromatische Wiedergabe bereitstellt, jedoch die Randkonkurrenz des Stands der Technik reduziert, sowie ebenfalls durch die Verwendung von Oberflächenreliefstrukturen mit einer verbesserten Diffraktionseffizienz in die gewünschte Diffraktionsordnung. Diese Elemente werden als nicht klassische leuchtende (asymmetrische) optische Elemente mit einer Diffraktionseffizienz aufgezeichnet, die in der gewünschten diffraktiven Ordnung verbessert ist, indem im Wesentlichen asymmetrische Strukturen gebildet werden, indem jedes Element in einer geneigten Substratgeometrie aufgezeichnet wird, wie in Abschnitt 1.6 erörtert, wobei sich sowohl der Objekt- als auch der Referenzstrahl dem Substrat von derselben Seite der Senkrechten nähern. Es ist die Struktur dieser Vorrichtung offenbart, und zudem ist ein Verfahren zur holografischen Aufzeichnung dieser Vorrichtungen offenbart, indem ein geneigtes Aufzeichnungssubstrat verwendet wird, um sicherzustellen, dass sowohl der Objektals auch der Referenzstrahl von derselben Seite der Senkrechten auf das endgültige Aufzeichnungsmedium auftreffen, wie in 3A, B, C gezeigt. 9 und 10, die eine ausführliche Beschreibung des holografischen Aussetzungsverfahrens betreffen, wie in Abschnitt 1.6 erläutert, zeigen die ausführliche holografische Aufzeichnungsgeometrie zur Bildung von asymmetrischen (leuchtenden) holografischen Strukturen, die zur Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind. Abschnitt 2 offenbart ein zweites Verfahren zur Verwendung von Elektronenstrahllithografie, um Strukturen vorzuberechnen und daraufhin zu schreiben, die auf eine ähnliche Weise wiedergeben wie holografische Regenbogenbereiche, wobei ersichtlich ist, dass Elektronenstrahllithografie ein sehr gutes Verfahren zur Herstellung von leuchtenden Strukturen bereitstellt.
  • 1.3: Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung, der unabhängig verwendet werden kann, besteht darin, neue Effekte und Merkmale zu diesen achromatischen diffraktiven Diffusorvorrichtungen hinzuzufügen, indem eine achromatische diffraktive Vorrichtung und ein Verfahren verwendet werden, das gemäß dem ersten und zweiten Verfahren (Abschnitt 1.1 und 1.2 oben) erstellt ist, jedoch zusätzlich ein visuelles holografisches oder diffraktives Bild (vielleicht zu Werbe- oder Anti-Fälschungszwecken) in das achromatische diffraktive Element in einer Weise integriert, die keine visuelle Verschlechterung des streuenden Elements zur Folge hat. Dies kann erfolgen, indem ein zusätzlicher Satz von kleinen wiederholten Bereichen in der Struktur zusätzlich zu den lokalisierten Bereichen verwendet wird, die für die verschiedenen diffraktiven Bereiche verwendet werden, die zu der achromatischen Wiedergabe einer Größe unterhalb der Auflösung des nicht unterstützten Auges beitragen, wobei ein Teil dieses Bereichs wie angemessen von der diffraktiven Anzeigevorrichtung oder dem Hologramm verwendet werden kann. An diesem Punkt kann die achromatische diffraktive Struktur aus einer sich periodisch wiederholenden Linie von beispielsweise 3farbigen ,roten', ,grünen', 'blauen' Regenbogenschlitzen bestehen, die zur Bildung des achromatischen Effekts (oder vielmehr, wie angemessen, für Gleichmäßigkeit) verwendet werden, plus einem zusätzlichen Element, das teilweise nicht verwendet wird und teilweise derart für die diffraktiven oder holografischen Strukturen verwendet wird, dass diese in einem mikroskopischen Maßstab stets einen eindeutigen Bereich einnehmen, um der achromatischen Vorrichtung zu ermöglichen, gleichmäßig zu sein und eine lokale Beeinträchtigung der achromatischen Vorrichtung in Bereichen zu vermeiden, die dem zusätzlichen visuellen diffraktiven Bild entsprechen.
  • 4A zeigt die Anordnung, durch die ein achromatischer diffraktiver Diffusor ebenfalls ein visuell diffraktives Bild wiedergeben kann, das in einem anderen Winkel auf einer vertikalen Neigung oder Drehung sichtbar ist, wobei 4B mit 4C zeigt, wie dies zu einer holografischen Vorrichtung organisiert werden könnte, ohne die Gleichmäßigkeit der Wiedergabe durch Ersetzen eines Teils der individuellen diffraktiven Struktur durch die Bilderzeugungsstruktur für die visuelle Wiedergabe (50, A) zu beeinträchtigen.
  • 1.4: Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung, der unabhängig verwendet werden kann, besteht darin, die Betrachtbarkeit von Vorrichtungen wie in Abschnitt 1.1 und 1.2 und 1.3 zu verbessern und insbesondere das oft scharfe Abschneiden der Betrachtungszone aufgrund der holografischen Wiedergabe, das auf Beobachter störend wirken kann, zu mildern, indem ein Halbtonmaskierungsverfahren verwendet wird oder der Randbereich der Betrachtungszone auf andere Weise (z.B. Linienmaskierung) reduziert wird, um den Rand des virtuellen Fensters zu entschärfen, das in das Auge eines Betrachters übertragen wird, um eine geringere Effizienz, jedoch eine etwas breitere Wiedergabezone an den Seiten der Betrachtungszone bereitzustellen, um den Effekt des virtuellen Fensters zu entschärfen, jedoch zu ermöglichen, dass eine größere Effizienz in der Mitte der Betrachtungszone zur Verfügung steht. Insbesondere kann die Wiedergabeeffizienz kontinuierlich über die Betrachtungszone hinweg variiert werden, um die Helligkeit in der Mitte teilweise auf Kosten einer leichten Verringerung der beobachteten Helligkeit am Rand der Betrachtungszone zu optimieren, um die Mittellinienhelligkeit zu verbessern, während die Gesamtdiffraktionseffizienz der Vorrichtung auf einen konstanten Wert beschränkt wird. Diese Erfindung kann auf einen einzelnen achromatischen Diffusor angewendet werden, der, wie in 5 (59), aus vielen überlappenden Interferenzrandstrukturen besteht, um einen virtuellen Ausgabebetrachtungskegel zu bilden, wie in 5 gezeigt, bei dem das Gesamtintensitätsprofil exakter geregelt werden kann als bei früheren Vorrichtungen. Dieses Verfahren ist ebenfalls auf Vorrichtungen gemäß Abschnitt 1.2 und 1.2 und 1.3 anwendbar, bei denen die Betrachtungszone, der Blickwinkel und der Grad und die Schärfe des Übergangs in nützlicher Weise geregelt werden können.
  • 5 zeigt verschiedene mögliche Anordnungen, durch die die Betrachtungszone mit Halbtönen (58), einer Variation der gezeigten Ausgabekegelform (59) im Fall einer einzelnen achromatischen streuenden Struktur oder einer multiplen Struktur in verschiedenen Regionen, die überlappende Regenbogeneffekte (60) wiedergeben, eingestellt werden kann.
  • 1.5: Es kann ebenfalls nützlich sein, eine allgemeine Streuung und Ausbreitung in derartige Vorrichtungen zu integrieren, um die allgemeinen streuenden Eigenschaften zu verbessern, um die Betrachtbarkeit "außerhalb der diffraktiven Wiedergabe" zu verbessern. Daher beschäftigt sich eine andere Ausführungsform davon mit dem Problem des Gleichgewichts zwischen der diffraktiven Wiedergabeeffizienz von dem achromatischen metallisierten holografischen Oberflächenreliefelement und der allgemeinen Streuung, da die Diffraktionsstruktur einen verbesserten Reflexionsgrad in dem Kegelwinkel der holografischen Wiedergabe bereitstellt, jedoch bei Betrachtung außerhalb dieser Betrachtungszone sehr wenig Helligkeit (weniger als ein herkömmlicher Reflektor) erzeugen kann, da diese Vorrichtungen dazu neigen, eine weniger allgemeine Streuung zu zeigen als Standarddiffusoren. Ein Verfahren zum Überwinden dieses Nachteils besteht darin, eine holografische Vorrichtung zu verwenden, die zusätzliche Elemente enthält, um einen geregelten streuenden Effekt zu erzeugen, wobei das Gleichgewicht des achromatischen holografischen Bereichs und des Streuungsbereichs darin besteht, ein allgemeines Niveau von Betrachtbarkeit bereitzustellen, wenn sich das Auge des Betrachters außerhalb des diffraktiven Wiedergabekegels befindet. Dies würde das Ausweiten des holografischen Aspekts des Erzeugens von achromatischen diffraktiven Strukturen umfassen, indem eine Struktur mit einem gewissen zusätzlichen Streuungsgrad erzeugt wird, indem die achromatische holografische Vorrichtung genommen wird, die typischerweise aus gekrümmten Linien von wiederholten (mindestens 3) holografischen Regenbogenelementen besteht, von denen jedes in einem getrennten kleinen Bereich des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet wird (wobei jeder Bereich dafür ausgelegt ist, unterhalb der normalen Auflösung des nicht unterstützten menschlichen Auges zu liegen, um eine gleichmäßige Erscheinung ohne Struktur beizubehalten, wobei die Strukturen wünschenswerterweise in sich wiederholenden engen Linien angeordnet sind, ein Element in jeder Periode für jedes Regenbogenelement der holografischen Wiedergabe), und ein streuendes Element zu der periodischen Struktur hinzugefügt wird, das durch da Belichten der Vorrichtung in einer holografischen Aufzeichnungsbelichtung hergestellt wird, indem nur durch einen Objektstrahl belichtet wird, um eine streuende Struktur bereitzustellen. Die relative Größe jedes Elements würde typischerweise in kleinen Bereichen von einer Größe wiederholt, die für das nicht unterstützte Auge nicht sichtbar ist, typischerweise 10 bis 75 Mikrometer und weniger als 250 Mikrometer). Obwohl es theoretisch möglich ist, diese Hybridstruktur unter Verwendung von holografischen Verfahren zu erzeugen, wäre es in der Praxis aufgrund der Schwierigkeit, einen Fokus von guter Qualität auf feinlinigen Strukturen aufrecht zu erhalten, wodurch verursacht würde, dass die streuende Struktur die anderen diffraktiven Strukturen beeinträchtigt, sowie aufgrund der Schwierigkeit, Strukturen mit einem scharfen Seitenverhältnis holografisch zu erzeugen, jedoch schwierig, eine hocheffiziente Vorrichtung herzustellen.
  • 6A zeigt die optischen Eigenschaften einer Bildanzeigevorrichtung (41), wobei ein derartiges Element eine helle achromatische diffraktive Betrachtungszone (61) mit bedeutender diffraktiver Verstärkung in das Auge eines Betrachters, verglichen mit einer streuenden Vorrichtung, zeigt, wobei ein Grad klassischer Streuung von der Oberfläche (63, 62) angezeigt wird, um einen Grad von Zonenbetrachtbarkeit außerhalb des Sichtbereichs bereitzustellen, um die allgemeine Betrachtbarkeit zu verbessern. Die mikroskopische strukturelle Anordnung, um dies zu erreichen, ist in 6B gezeigt, in der ein Anteil der einzelnen Elemente der diffraktiven Vorrichtung durch eine spezialisierte Diffusorvorrichtung wiedergegeben wird.
  • 1.6: Eine geeignete Form zur Herstellung der hier in Abschnitt 1 dieser Erfindung beschriebenen achromatischen diffraktiven Oberflächenreliefstrukturen ist eine spezialisierte Form des holografischen Aufzeichnungsverfahrens unter Verwendung eines H1-H2-Verfahrens, wie in der Technik bekannt und durch Literaturhinweis eingefügt, indem ein Oberflächenreliefbild typischerweise in Fotolack aufgezeichnet wird. Diese Verfahren sind in 7, 8, 9 und 10 gezeigt. Um diese Vorrichtungen herzustellen, würde dieses Verfahren zur Verwendung eines Verfahrens angepasst, bei dem mehrere Regenbogenschlitzvorlagen (71, 72) oder Kleinbereichsvorlagen (für Diffraktionsbeugungsgitter oder engwinklige Wiedergabeeffekte oder mehrere kleine kurze Regenbogenvorlagen berechnet, um die korrekte endgültige Wiedergabebetrachtungszone, die für die Vorrichtung erforderlich ist, bereitzustellen) wahrscheinlich auf demselben Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise einer Silberhalogenidplatte oder einem Fotopolymer (70) dem Grafiken für jedes Element (74) sequentiell ausgesetzt werden und versetzt werden, um die korrekte Wiedergabewinkelbedingung für eine achromatische Wiedergabe bei Betrachtung unter Weißlicht zu schaffen, wie in 7 gezeigt. Bei einem alternativen Verfahren können mehrere separate H1- und mehrere überlagerte H2-Aufzeichnungen mit unterschiedlichen Referenzstrahlwinkeln verwendet werden, um dasselbe Ergebnis zu erzielen und durch Farbmischung des diffraktierten Lichts eine achromatische Wiedergabe bei mehreren (mindestens 3) Grafiktrennungen zu ergeben. Jede Grafiktrennung (74) entspricht einem elementaren Diffraktionsregenbogenelement in der endgültigen diffraktiven Vorrichtung, und die Grafikelemente werden so konstruiert, dass sie in mikroskopischem Maßstab eng ineinandergreifen (77 – wobei ein vergrößerter Bereich eines einzelnen Segments gezeigt ist), so dass sich die einzelnen diffraktiven Elemente bei der Wiedergabe in der H2-Phase zur Bildung der endgültigen Vorrichtung auf mikroskopischem Niveau nicht überlappen und in mikroskopischem Maßstab dicht gepackte getrennte Bereiche der Vorrichtung einnehmen (Linien oder gekrümmte Linienstrukturen vorzugsweise parallel zur Längsachse des Hauptregenbogenschlitzes sind eine sehr geeignete Form von Struktur, da sie die Ausrichtungstoleranz in einer Richtung reduzieren. (77)). Die Grafikelemente und elementaren diffraktiven Strukturen sind ebenfalls dadurch gekennzeichnet, dass die Größe eines einzelnen Elements unterhalb der normalen Auflösung des menschlichen Auges liegt – typischerweise im Bereich von 25 Mikrometer bis 250 Mikrometer, jedoch vorzugsweise zwischen 25 Mikrometer und 100 Mikrometer. Bei einer Standardaufzeichnungsgeometrie ist ein Strahl, typischerweise der Objektstrahl (76), so organisiert, dass er senkrecht zur H1-Aufzeichnungsplatte verläuft, oder der Objekt- und der Referenzstrahl wären vielleicht so versetzt, dass sie symmetrisch um die Senkrechte herum verlaufen. Ein nützliches Verfahren zur Aufzeichnung von nicht klassischen oder leuchtenden Diffraktionsstrukturen besteht darin, die Objektebene um einen vorher berechneten Winkel zu neigen, so dass die endgültige H2-Aufzeichnungsgeometrie derart organisiert werden kann, dass sie leuchtende Strukturen aufzeichnet. Zwei Verfahren zur Aufzeichnung von leuchtenden Strukturen (101) sind in 9 und 10A gezeigt, bei denen das typische H1-(91) – H2-(93)Projektionsverfahren, wie es in der Technik bekannt ist, verändert worden ist, so dass die endgültige Aufzeichnungsebene derart geneigt ist, dass sich sowohl der Objekt-(92) als auch der Referenz-(99)strahl für den H2-(93)Phasenlösungsversuch von derselben Seite der Senkrechten (6) nähern, wie in 10B gezeigt – diese geneigte Geometrie erzeugt ein Interferenzrand-(100)muster mit einem normalen Verlauf in einem Winkel zur Senkrechten zum Aufzeichnungsmaterial (93), wodurch bei Entwicklung des Fotolacks eine asymmetrische Oberflächenreliefrandstruktur erzeugt wird, wie gezeigt (101), bei der die gewünschte diffraktive Ordnung im Vergleich zur unerwünschten diffraktiven Ordnung verbessert ist. (Jedoch können Vorrichtungen, die aus sich überlappenden Randmustern von mehreren holografischen Aufzeichnungen bestehen, nicht leuchtend werden, um dieselbe Effizienz sowie Strukturen zu erhalten, bei denen die einzelnen Trägerbeugungsgitterbereiche räumlich beabstandet sind, um eine Verschlechterung aufgrund von Randkonkurrenz zu reduzieren.) Bei dieser Vorrichtung ist das System des Weiteren durch den Bedarf spezialisiert, mehrere elementare Diffraktionsstrukturen passgenau wiederzugeben – eine nützliche Art, dies zu erreichen, bestände darin, ein H1 oder mehrere elementare H1 aus einem kleinen Anteil der Grafik zu erzeugen – diese würden daraufhin z.B. über einen kleinen Bereich der Vorrichtung hinweg oder einen kleinen Streifen parallel zur Regenbogenschlitzrichtung passgenau wiederhergestellt, was daraufhin mehrfach belichtet gestuft und wiederholt werden kann, um die vollständige Vorrichtung zu erzeugen. 9 und 10A zeigen dieses Aufzeichnungsverfahren. Natürlich würden zusätzliche Belichtungen in diesem Schritt verwendet, um zusätzlichen elementare H1 für jedes der anderen Merkmale dieser Erfindung zu bilden, wie beispielsweise die Einbeziehung von zusätzlichen grafischen Bildern.
  • 7, 8, 9 und 10A zeigen ein potenzielles Herstellungsverfahren, das das H1- bis H2-Aufzeichungsverfahren zur Herstellung eines ,Benton'- oder Regenbogenhologramms, wie in der Technik bekannt, veranschaulichen, das zur Anpassung an dieses Verfahren ausgelegt ist. 7 veranschaulicht schematisch die Aufzeichnung eines H1-Hologramms (72, 71) eines Objekts (74), das aus einer Öffnungsmaske besteht, die die Grafikelementrückseite definiert, die von Laserlicht (76) und vom Diffusor (75) beleuchtet wird, und 8, 9 und 10A veranschaulichen das H2-Übertragungsverfahren. 6 veranschaulicht das Übertragungsverfahren, wie es in der Technik bekannt ist, bei dem das H1 (25), wie in 5 aufgezeichnet, genommen wird, mit einem Referenzstrahl (30), der zum ursprünglichen Referenzstrahl konjugiert verläuft, erneut beleuchtet wird, um so ein reales projiziertes Bild (34) des originales Objekts (31) zu rekonstruieren. Bei dem H2-Übertragungsverfahren, wie in 8, 9, 10A gezeigt, ist das zweite Aufzeichnungsmedium (93) bei einem geprägten Hologramm oder diffraktiven Element typischerweise ein Material, dass in der Lage ist, ein diffraktives Bild als Oberflächenreliefstruktur aufzuzeichnen und wäre typischerweise ein Fotolackmaterial. Daraufhin wird ein zweiter Referenzstrahl eingeführt (99), um ein zweites oder H2-Hologramm aufzuzeichnen. Im Fall dieser Erfindung würde die zweite H2-Aufzeichnungsebene, um asymmetrische leuchtende Strukturen zu erzielen, um eine Achse gedreht, die senkrecht zu der Ebene verläuft, die den Referenzstrahl und Mittelpunkt des Objektstrahls enthält, gemäß 9 und 10A. Der ursprünglichen Grafikobjektaufzeichnungsebene wäre eine ausgleichende Neigung verliehen worden, um dies zu ermöglichen. Es ist ersichtlich, dass mehrere solcher Vorrichtungen übereinandergelagert oder benachbart zueinander aufgezeichet werden können und dass ein einzelnes H1, das mehrere solche Aufzeichnungen enthält, oder mehrere H1 oder eine Mischung aus Projektions- und anderen Maskierungsverfahren, die in der Technik bekannt sind [sic] (z.B. US 4918469 , US4717221 , US4629282 ). Um ein geprägtes Hologramm zu bilden, würde das H2-Hologramm, das in Fotolack gebildet ist, versilbert, um eine leitende Schicht abzulagern, wahrscheinlich mehrere Male in einem Beschichtungsverfahren, wie auf dem Gebiet bekannt, kopiert, um Metallkopien der Struktur zu bilden, und daraufhin in ein Kunststoffmaterial oder einen Prägelack oder ein Heißfolienmaterial oder dergleichen walzgeprägt und daraufhin metallisiert, um ein geprägtes Hologramm zu bilden, wie in der Technik bekannt.
  • 9 und 10A veranschaulichen, wie das in 5 und 6 veranschaulichte Verfahren für die Aufzeichnung der in dieser Erfindung gelehrten Vorrichtung angepasst werden kann. Bei dieser Veranschaulichung würde ein Standard-H1, wie in 7, gemäß einer geneigten Objektgrafik aufgezeichnet, die aus einem Element einer feinen Linie oder einer Feldstruktur unterhalb der Augenauflösung besteht. Bei Übertragung in der H2-Phase bei der Rekonstruktion mit dem Referenzstrahl (99) und Belichtung mit dem Objektstrahl von typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, mehreren spezialisierten Regenbogen- oder ,Benton'-Schlitzen wird das achromatische diffraktive Diffusordiffraktivelement aufgezeichnet, indem die herkömmliche H2-Objekt-Referenzstrahlgeometrie durch eine Geometrie ersetzt wird, die eine geneigte H2-Aufzeichnungsebene einschließt, wie in 9 und 10A gezeigt (passend zu der geneigten Objektebene in der H1-Aufzeichnung), um eine leuchtende asymmetrische Beugungsgitterstruktur zu bilden. Falls erforderlich, könnten Halbton- oder andere Formen von Masken über den projizierenden Regenbogenschlitzen angebracht werden, um eine genaue Regelung der von der Vorrichtung in das Auge des Betrachters wiedergegebenen Intensitätsverteilung bereitzustellen, um gemäß Abschnitt 1.4 Übergangs- und Winkelintensitätsprofile zu steuern. Es ist ersichtlich, dass die oben genannten Aufzeichnungsverfahren keine umfassenden Beschreibungen sind und dass zum Beispiel ein alternatives Verfahren, wie in der Technik bekannt, darin bestände, eine Bildebenenmaske über der H2-Fotolackebene zu verwenden, um den Bereich der Grafik zu definieren, der zu belichten ist, und das maskierte H1 aus 8, 9, 10 unter Verwendung eines ähnlichen Verfahrens wie beispielsweise in US 4918469 , US4717221 , US4629282 durch einen maskierten Diffusor zu ersetzen.
  • 2: Ein anderer äußerst vorteilhafter Teil dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung der achromatischen diffraktiven Vorrichtungen aus Abschnitt 1 und ebenfalls verbesserte achromatische diffraktive Vorrichtungen durch ein Vorberechnungsverfahren und direktes Schreiben der Mikrostruktur unter Verwendung von Elektronenstrahllithografie zur Erzeugung der diffraktiven Struktur zu schaffen. Ein sehr geeignetes Verfahren, um dies zu erreichen, besteht darin, Elektronenstrahldirektschreiblithografie zu verwenden, um die diffraktiven Strukturen zu erzeugen, was eine zusätzliche Steuerung und eine Reihe zusätzlicher Möglichkeiten und Verbesserungen ermöglicht. Dies kann auf eine Reihe von Weisen mit einer Anzahl von Ausführungsformen erfolgen, die jedoch alle durch die Herstellung eines diffraktiven achromatischen (weißen) diffraktiven Effekts charakterisiert sind, der in eine definierte, an den Benutzer angepasste Betrachtungszone wiedergegeben wird.
  • 2.1: Eine Ausführungsform, die vorherberechnete und direkt geschriebene Strukturen verwendet, verwendet die Fähigkeit von Elektronenstrahllithografie (oder anderen Formen von Lithografie mit sehr hoher Auflösung), hocheffiziente asymmetrische (leuchtende) Strukturen zu schreiben, die die Diffraktionseffizienz in der gewünschten diffraktiven Ordnung, verglichen mit der, die mit herkömmlichen Sinusstrukturen mögliche wäre, verbessern. Diese erste Vorrichtung würde Bereiche mit einfachen Diffraktionsbeugungsgittern mit verschiedenen Steigungen verwenden, wobei sämtliche Bereiche eine Größe unterhalb der normalen Auflösung des menschlichen Auges aufweisen würden und jede eine asymmetrische Struktur wäre, die hinsichtlich des Neigungswinkels und der Rillentiefe optimiert wäre, um die bei dieser Art von Struktur größtmögliche Diffraktionseffizienz zu erhalten. Mehrere Steigungen dieser Vorrichtung würden verwendet werden, um einen roten, grünen und blauen Wiedergabeeffekt zu erzeugen (obwohl mehr Steigungen einen besseren achromatischen Effekt ergeben könnten und diese Möglichkeit ist eingeschlossen), die sich farblich mischen würden, um eine weiße achromatische Wiedergabe bereitzustellen. Diese elementaren Bereiche, die jeweils eine optimierte diffraktive Struktur für ihre Steigung darstellen, würden in Bereichen abgelegt und der relative Bereich jedes elementaren Beugungsgitters würde so eingestellt, dass die relativen Effizienzen jedes Beugungsgitters ausgeglichen würden, um eine weiße achromatisierte Wiedergabe zu erhalten. Zusätzlich zum Erhalt einer weißen Wiedergabe in der vertikalen Betrachtungsrichtung (wobei die Beugungsgitterlinien im Wesentlichen horizontal im Verhältnis zu einem Beobachter, der die Vorrichtung betrachtet, ausgerichtet sind) ist es nötig, den gewünschten horizontalen Blickwinkel auf die Vorrichtung zu erhalten, so dass die Ausrichtung einiger der Beugungsgitterbereiche gedreht würde und ebenfalls ihre Steigung eingestellt würde, um diesen Effekt zu erzeugen.
  • Das Hauptprinzip besteht darin, dass jeder Beugungsgitterunterbereich leuchtend ist, um seine maximale Diffraktionseffizienz zu erreichen, und daraufhin wird der Bereichsfüllfaktor für jede Art von Vorrichtung eingestellt, um die gewünschte Achromatizität der Vorrichtung zu erzeugen (zum Beispiel die unterschiedlichen Beugungsgittereffizienzen auszugleichen oder die Spektralverteilung von Umgebungsbeleuchtung auszugleichen oder unterschiedliche Effizienzen nach dem Prägen auszugleichen). Diese Bereiche könnten in Linien oder Bereiche geschrieben werden, wobei der relative Bereich jeder Form von Struktur so angepasst wird, dass eine erforderliche achromatische (oder welcher Farbton auch immer erforderlich ist) Wiedergabe bereitgestellt ist. Eine vorteilhafte Eigenschaft dieses Verfahrens besteht in der Fähigkeit, die unterschiedlichen Bereiche der verschiedenen diffraktiven Elemente exakt einzustellen, um den Farbton der Vorrichtung einzustellen, beispielsweise um das blaue Ende des gebeugten Spektrums hervorzuheben, um eine ungewöhnlich weiße Erscheinung der Anzeigevorrichtung zu erzeugen. Ein anderer Gesichtspunkt dieser Einstellung bestünde darin, die Erzeugung von sanften Farbtönen zu ermöglichen, die in unterschiedlichen Bereichen der Vorrichtung variieren, wodurch nützlicherweise ein grafisches Bild zu Werbe-, Sicherheitszwecken etc. als sekundäres Bild auf der Anzeigevorrichtung mit einer viel geringeren Wirkung als das dominante adressierbare Vordergrundhauptbild gebildet werden könnte.
  • Die Verteilung der Bereiche und die Form der Bereiche würden stets so eingestellt, dass sichergestellt würde, dass für das nicht unterstützte [Lakune] keine Struktur sichtbar wäre, indem mindestens eine Abmessung der Struktur auf einer Größe gehalten würde, die kleiner als die normale Augenauflösung von etwa 250 Mikrometer, hier typischerweise weniger als 100 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 75 Mikrometer wäre, und eine Unsichtbarkeit für eine Betrachtung von weniger als vorzugsweise 50 Mikrometer sichergestellt würde. Eine nützliche Form von Bereichsform wären gekrümmte Linien oder ineinandergreifende Vieleckbereiche, bei einer Ausführungsform vorzugsweise mit einer lokal beliebigen Größe und Form, um jede beobachtbare Struktur aufzubrechen, jedoch dafür konstruiert, dicht gepackt mit minimalen Spalten zu sein. Eine nützliche Form einer Struktur von Elementen ist eine scheinbar randomisierte Struktur von Vielecken in einer Maßstabsgröße knapp unterhalb der menschlichen Augenauflösung, die eine Erscheinung erzeugen würde, die der beliebigen Erscheinung von Laserflecken entspräche, jedoch einen kleineren Maßstab hätte und daher weniger sichtbar wäre.
  • Eine sehr nützliche Konstruktion von lokalisierten Bereichen hinsichtlich der Minimierung von Verlagerungen zwischen Bereichen und hinsichtlich des Erhaltens bestünde darin, gekrümmte wellenartige Linienstrukturen zu verwenden, die dafür konstruiert sind, ineinander einzugreifen, wobei jede ein einfaches lineares leuchtendes Beugungsgitter aufwiese, das daran entlang geschrieben wäre, wobei die Beugungsgitterlinien parallel zu den Seiten der Gesamtlinie verlaufen würden und die Winkelveränderungen der welligen Linie verwendet würden, um die Ausrichtung (Drehung) des Beugungsgitters zu verändern, wobei die Linienform, der Grad des gekrümmten Winkels und der Anteil des Kurvenwinkels so eingestellt würden, dass in der endgültigen Vorrichtung der korrekte Blickwinkel bereitgestellt würde. Dies ermöglicht somit die Verwendung eines linearen Beugungsgitters mit größtmöglicher Diffraktionseffizienz und einfachster Struktur, jedoch weiterhin mit einer Fähigkeit zur Optimierung und Einstellung des Wiedergabewinkels und daher des Betrachtungskegels, der von der endgültigen achromatischen Vorrichtung wiedergegeben würde.
  • 11 zeigt das Verfahren der Elektronenstrahlaufzeichnung dieser Strukturen. 2A zeigt die Aufzeichnung einer binären Rechteckwellenstruktur durch Belichten eines geeigneten Fotolackaufzeichnungsmediums (112) auf einem Substrat (103) mit einem relativ großen Elektronenstrahl (109), der über das Substrat geführt würde, was nach der Entwicklung eine nahezu quadratische Kavitätsstruktur ergibt und nach dem Prägen abgerundet wird, um sich einer Sinusform zu nähern, wobei eine einfache Oberflächenreliefstruktur bereitgestellt wird, die Ordnungen von +1 und –1 beugt. 2B zeigt die Bildung einer leuchtenden asymmetrischen Struktur durch Belichten eines Aufzeichnungsmediums (106) mit einem Elektronenstrahl (110) mit viel kleinerem Durchmesser mit mehreren unterschiedlichen Dosierungen D1, D2, D3, D4, um nach der Entwicklung eine stufenweise asymmetrische Struktur (107) zu bilden. Nach dem Prägen wird diese Struktur abgerundeter, behält jedoch weiterhin ein asymmetrisches Profil bei, das, abhängig von dem Profil, mehr Licht in eine Ordnung als in die andere streut, um die gewünschte gebeugte Wiedergabeordnung (115) zu verbessern.
  • Eine andere Art, derartige Strukturen aufzuzeichnen, besteht darin, quadratische Kavitätsbeugungsgitter beispielsweise mit einem Elektronenstrahlverfahren zu erzeugen und daraufhin nachfolgend asymmetrische Strukturen, z.B. leuchtende Strukturen, durch die Verwendung eines reaktiven Ionenätzverfahrens oder eines Ionenätzverfahrens in einem direktionalen Ionenstrom von einer Seite der Senkrechten zu erzeugen, um einen Teil der Struktur weg zu ätzen, um die Gesamtrillenform asymmetrisch zu gestalten. Dieses Verfahren könnte auf Quadratmusterbeugungsgitter, die durch Elektronenstrahl erzeugt werden, und ebenfalls synthetisch berechnete regenbogenartige Strukturen angewendet werden, die durch dieses Verfahren ebenfalls asymmetrisch gestaltet werden könnten. Dieses Verfahren könnte ebenfalls mit holografisch erzeugten Beugungsgittern verwendet werden, um einen asymmetrischen Ätzeffekt zu erzielen, jedoch ist dies aufgrund von mikroskopischer Oberflächenrauhheit aufgrund von aufgezeichneten Flecken wahrscheinlich weniger effektiv.
  • Eine bevorzugte Anordnung zum Organisieren und Herstellen dieser Strukturen auf mikroskopischem Niveau ist in 12 gezeigt, die eine bevorzugte Organisation für die hier beschriebenen achromatischen diffraktiven Diffusoren beschreibt. Bei einem bevorzugten, jedoch nicht exklusiven Verfahren zur Organisation könnte der Vorrichtungsbereich in Hauptpixel einer typischen Größe von 250 Mikrometer (d.h. unterhalb der Augenauflösung, obwohl der Bereich von 100 bis 300 Mikrometer ebenfalls verwendbar wäre) unterteilt werden. Jedes Hauptpixel könnte weiterhin in Unterpixel einer typischen Größenordnung von 25 Mikrometer (typischerweise 10 bis 100 Mikrometer) unterteilt werden, in die Beugungsgittersteigungstrukturen mit unterschiedlicher Diffraktion und Ausrichtung der Strukturen geschrieben werden könnten. Bei einer Anordnung könnte jede Linie von Unterpixeln ein Beugungsgitter mit derselben Steigung enthalten, um den Diffraktionswinkel in vertikaler Richtung zu steuern, wobei die Ausrichtung des Beugungsgitters von Pixel zu Pixel (und, falls notwendig, das Steigungs- und Bereichsgleichgewicht) verändert werden würde, um eine horizontale Streuung bereitzustellen. Auf diese Weise würde das Diffusorhauptpixel, wie in 12B gezeigt, bis zur Ordnung von 100 separaten Wiedergabepunkten (123) in die gewünschte Betrachtungszone wiedergeben (die Punktausgabe würde unter monochromatischem Licht und unter Weiß-(Umgebungs- und erweiterten)Lichtquellen auftreten, die gebeugten Ausgabestrahlen würden sich durch Diffraktion und Winkelstreuung vermischen). Die Struktur eines typischen kleinen Bereichs dieser Form ist in 12B gezeigt, die eine mögliche Anordnung zeigt. Typischerweise würden die Bereiche, die jeder Beugungsgitterstruktur zugewiesen sind, so eingestellt werden, dass sie zu dem Gesamtfarbton der endgültigen Vorrichtung passen (nach dem Prägen gewöhnlich achromatisch und für ein typisches endgültiges Lichtquellenspektrum eingestellt, falls erforderlich). Die Beugungsgitterbereiche könnten ebenfalls vorteilhafterweise für eine höhere gewünschte Diffraktionseffizienz leuchtend sein. 12A zeigt mehrere unterschiedliche Organisationen dieser Struktur, zum Beispiel (117) rechtwinklige Bereiche, (118) Linienbereiche, die Bereiche zeigen, die für verschiedene Farben, rot, grün, blau (R, G, B) ausgelegt sind, um eine Farbmischung zu erhalten, und verschiedene Ausrichtungen, um den horizontalen Blickwinkel zu erhalten (links (L), Mitte (C), rechts (R)), und Vieleckbereiche (120), die dafür konstruiert sind, mit weniger offensichtlichen Strukturen und Anordnungen von gekrümmten Linien (119) dicht gepackt zu sein, wobei flache Beugungsgitter die Linie entlang geschrieben sind und der Blickwinkel durch den Radius und das Ausmaß der Krümmung, z.B. R, L.C, wie angemerkt, definiert ist. Eine spezielle Eigenschaft zur Bildung eines achromatischen diffraktiven Diffusors besteht darin, dass der diffraktive Kegelwinkel in allen Positionen auf der Vorrichtung verändert werden muss, um sicherzustellen, dass alle Teile des diffraktiven Reflektorlichts in dieselbe Betrachtungszone [Lakune]- so zeigt 13 beispielsweise die unterschiedlichen Ausgabewiedergaben für die beiden äußersten Ecken der Vorrichtung und den Mittelpunkt, wobei die unterschiedlichen Eigenschaften gezeigt sind, die jeweils erforderlich sind, um die optimale Betrachtungszone zu erzielen. Daher sind diese achromatischen diffraktiven Diffusoren dadurch gekennzeichnet, dass sie einen kontinuierlich variierenden diffraktiven Wiedergabekegel an allen Punkten auf der Anzeigevorrichtung aufweisen.
  • 2.2: Bei einer anderen Form dieser Vorrichtung würde die Elektronenstrahlstruktur dazu verwendet werden, eine Struktur zu erzeugen, die eine ähnliche Wiedergabe erzeugt wie ein Regenbogenhologrammschlitz (allerdings idealerweise ohne dem zugehörigen Fleckenrauschen), und idealerweise mit einem asymmetrischen leuchtenden Profil, um eine achromatische Vorrichtung wie in Offenbarung 1 und 2 zu erzeugen, indem mehrere solche Bereiche verwendet werden, die in einem periodischen Muster zusammen angeordnet sind, möglicherweise Vielecke, die in einer dicht gepackten Anordnung konstruiert sind, oder möglicherweise Linien- oder gekrümmte Linienstrukturen. Ein Vorteil der Verwendung einer durch einen Elektronenstrahl erzeugten Struktur anstatt einer holografisch erzeugten Struktur besteht in der größeren Effizienz, die aufgrund der exakteren Anordnung der Strukturen, der exakteren Bildung von optimierten leuchtenden Neigungswinkelstrukturen und dem Fehlen einer Laserfleckenstruktur möglich ist, die dazu neigt, die Mikrostruktur und reduzierte leuchtende Effekte in holografisch erzeugten Strukturen aufzubrechen. Bei einer Option könnten einige der Kurven auf der linearen Struktur dazu verwendet werden, den Wiedergabewinkel der holografischen Regenbogenstruktur zu betonen (wahrscheinlich eine Struktur, die tatsächlich 3 oder 4 Diffraktionspunkte wiedergibt, die in einer Linie angeordnet sind), indem eine periodisch gekrümmte Linienstruktur verwendet wird, wodurch ermöglicht wird, dass die simulierte Regenbogenhologrammstruktur in mikroskopischem Maßstab eine einfachere Struktur aufweist und daher ein Profil aufweist, das mehr einer einfachen leuchtenden diffraktiven Struktur ähnelt, und ebenfalls ermöglicht wird, dass die Vorrichtung exakter geschrieben und mit verfügbaren Elektronenstrahlauflösungen profiliert wird, wodurch somit eine höhere Diffraktionseffizienz erreicht wird als bei einer klassisch erzeugten Struktur.
  • 14 zeigt eine Bildanzeigevorrichtung (121) mit einem Reflektor gemäß diesem Teil der Erfindung, wobei die mehreren sich überlappenden Wiedergaberichtungen (133) gezeigt sind, und mit einer Vergrößerung, die eine mögliche Organisation eines Bereichs (134) zeigt. Dies zeigt ebenfalls, wie Bereiche mit alternativen Kennzeichen, wie beispielsweise Streuung (Struktur ,D' – 135) in die Struktur einbezogen werden können.
  • Bei einer alternativen Vorrichtung kann eine ganze achromatische diffraktive Vorrichtung aus einer Form von Oberflächenreliefvorrichtung bestehen, die eine synthetische Computer erzeugte diffraktive Vorrichtung umfasst. Die Vorrichtung kann durch direktes Schreiben der Struktur mit Hilfe von Elektronenstrahllithografie gebildet sein.
  • 2.3: Bei einem anderen Gesichtspunkt ist es nützlich, etwas allgemeine Streuung und Ausbreitung in derartige Vorrichtungen zu integrieren, um die allgemeinen streuenden Eigenschaften solcher Vorrichtungen zu verbessern, um die "Betrachtbarkeit außerhalb der diffraktiven Wiedergabe" zu verbessern. Daher liegt die Aufmerksamkeit bei einer anderen Form dieser Vorrichtung auf dem Gleichgewicht zwischen diffraktiver Wiedergabeeffizienz von einem achromatischen metallisierten Oberflächenreliefelement, das dazu neigt, einen verbesserten Reflexionsgrad in dem Kegelwinkel der holografischen Wiedergabe bereitzustellen, jedoch bei Betrachtung außerhalb dieser Betrachtungszone eine sehr schwache Helligkeit (schwächer als ein herkömmlicher Reflektor) erzeugen kann, da derartige Vorrichtungen dazu neigen, weniger allgemeine Ausbreitung aufzuweisen als Standarddiffusoren. Ein Verfahren zur Überwindung dieses Nachteils von früheren Vorrichtungen besteht darin, eine diffraktive Mikrostruktur zu verwenden, die sowohl geregelte diffraktive Elemente zur Erzeugung einer achromatischen Diffraktion als auch geregelte streuende Elemente enthält, wobei die beiden Funktionen während der Herstellung dafür eingestellt werden, das korrekte Gleichgewicht zwischen der diffraktiven Wiedergabe und allgemeiner Streuung und Ausbreitung zu erzeugen, um ein allgemeines Niveau von Betrachtbarkeit bereitzustellen, wenn sich das Auge des Betrachters außerhalb des diffraktiven Wiedergabekegels befindet. Dies würde das Ausweiten des direkten Schreibverfahrens zur Erzeugung von achromatischen diffraktiven Strukturen durch Erzeugen einer Struktur mit einem geregelten Grad an Streuung durch die Verwendung eines oder mehrerer der folgenden Verfahren umfassen, die im unmittelbar Folgenden beschrieben werden.
  • 15 zeigt eine mikroskopische Vergrößerung einer typischen Form von Ausbreitungsstruktur, und 6A zeigt die typische Leistung einer derartigen Vorrichtung bei Betrachtung, wobei ein erweiterter Blickwinkel außerhalb der diffraktiven Betrachtungszone gezeigt ist, die durch die Ausbreitungsbereiche erzeugt wird, und 6B zeigt, wie eine derartige Ausbreitungsstruktur in die Pixel- oder getrennt direkt geschriebene Bereichsstruktur integriert werden kann, die hier durch Ersetzen eines Anteils der getrennten Bereiche vorweggenommen ist.
  • Bei einem Element, das aus gekrümmten Linien oder ineinandergreifenden Vielecken oder anderen geformten Bereichen (z.B. Linien, Kurven, Rechtecke, alle vorzugsweise mit einer dicht gepackten Geometrie) von ebenen, vorzugsweise leuchtenden Diffraktionsbeugungsgittern besteht, besteht ein nützliches Verfahren darin, einen Anteil dieser Elemente durch Elemente zu ersetzen, die randomisierte Strukturen enthalten (eine mikroskopische Oberflächenrauhheit), die dafür konstruiert sind, eine allgemeine Lichtstreuung nahe an der Achse bereitzustellen. Diese Ausbreitungsstrukturen wären nichtdiffraktive, nichtperiodische Strukturen, die dafür ausgelegt sind, einfallendes Licht in einen Streukegel zu streuen, der durch die Schärfe, Durchschnittssteigung, Tiefe und das Profil der Struktur bestimmt ist. Demnach besteht bei einer bevorzugten Vorrichtung ein diffraktives achromatisches streuendes Element zur Verwendung als diffraktiver achromatischer Verbesserungsfilm aus Bereichen von streuenden Elementen (vorzugsweise unterhalb von 100 Mikrometer, idealerweise unterhalb von 75 Mikrometer) von vorzugsweise leuchtenden Beugungsgittern, und ein Anteil dieser Elemente sind Bereiche von nichtperiodischen Ausbreitungsstrukturen, wobei die gesamte Vorrichtung ein Hybrid zwischen diffraktiven und Ausbreitungstrukturen ist, der dafür ausgelegt ist, bei Betrachtung in der Betrachtungszone eine geregelte Menge an diffraktiver achromatischer Wiedergabe und einen geregelten Grad an allgemeiner Diffusion ,außerhalb der Betrachtungszone' zu erzeugen, um ein Hintergrundniveau an Betrachtbarkeit für die Anzeigevorrichtung bereitzustellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform würde die Struktur durch ein Direktschreibverfahren, wie beispielsweise Lithografie oder Elektronenstrahllithografie, erzeugt, siehe 6C (streuende Bereiche (65) ,D') für eine mögliche Anordnung.
  • Bei anderen Verfahren kann dieses Prinzip ebenfalls mit unterschiedlichen Ausführungsformen verwendet werden – zum Beispiel könnte in den oben angegebenen Beispielen für achromatische diffraktive Diffusoren, die unter Verwendung von gekrümmten Linien von (vorzugsweise) leuchtenden Diffraktionsbeugungsgittern mit hoher Effizienz erzeugt sind, ein kleiner Anteil der Linienzonen durch nichtperiodische Ausbreitungsstrukturen ersetzt werden, um einen allgemeinen Ausbreitungsgrad zu erzeugen, um eine Betrachtbarkeit außerhalb der Betrachtungszone für die Anzeigevorrichtung sowie den achromatischen diffraktiven Effekt bereitzustellen. Dieser Ersatz eines Anteils der Linienstruktur würde ebenfalls für Linien- oder Bereichsstrukturen gelten, die aus lithografisch erzeugten Strukturen bestehen, welche eine diffraktive Wiedergabe haben, die eine ähnliche Charakteristik wie ein Regenbogenhologrammelement aufweisen.
  • 6B und 14 (Einfügung) zeigen mögliche Anordnungen dafür.
  • Ein anderes Verfahren zur Integrierung von Streuung in derartige Vorrichtungen ohne Reduzierung des Bereichs der Vorrichtung, der für eine diffraktive Struktur zur Verfügung steht, besteht darin, stattdessen die Zwischenlinien- oder Zwischenpixelunterbrechungen in diesen Strukturen, die in solchen direkt geschriebenen Strukturen sowieso stets vorhanden sind, zu verwenden, in diesem Fall würden die Zwischenpixelunterbrechungen mit hinsichtlich Tiefe, Profil und Schärfe nichtperiodischen Strukturen strukturiert werden, um den erforderlichen Ausbreitungsgrad bereitzustellen – daher können diese Bereiche eine viel kleine Abmessung aufweisen als diffraktive Strukturen.
  • Ein anderes Verfahren zum Schreiben von geregelter Streuung in der Nähe der Achse in derartige Vorrichtungen besteht darin, die häufig regelmäßige Anordnung der Elemente der achromatischen diffraktiven Struktur zu verwenden, um viel gröbere Diffraktionselemente zu erzeugen (Periode 5, vorzugsweise 10, bis 25 Mikrometer), die über die anderen achromatischen Diffraktionsstrukturen gelagert sind und die selbst Licht in kleinen Winkeln von dem spiegelnd reflektierten Licht in mehreren Diffraktionsordnungen beugen, um einen achromatischen Diffraktionseffekt aufgrund der Überlappung vieler Diffraktionsordnungen in kleinen Winkeln zu erzeugen, um die Betrachtbarkeit der Vorrichtung zu erhöhen. Dies wäre eine achromatische diffraktive Vorrichtung mit einer verbesserten Betrachtbarkeit außerhalb der Betrachtungszone durch Verwendung eines zusätzlichen überlagerten groben Diffraktionsbeugungsgitters.
  • 15B zeigt eine Anordnung für die Verwendung von regelmäßigen Zwischenbereichsstrukturen, um grobe Diffraktionsbeugungsgittereffekte zu ergeben, wobei grobe Beugungsgitterwiedergabeordnungen in der Nähe des spiegelnd reflektierten Strahls gezeigt sind (138, als +–1, +–2 Ordnungen gekennzeichnet).
  • 2.4: Eine zusätzliche Option, die mit allen diesen direkt geschriebenen Strukturen möglich ist, besteht darin, ein Form von visuellem diffraktivem Element mit der Struktur zu kombinieren, um eine visuelle diffraktive Nachricht bereitzustellen. Zum Beispiel könnte innerhalb jeder dieser achromatischen diffraktiven Vorrichtungen oder achromatischen diffraktiven/streuenden Hybridvorrichtungen ein Anteil der kleinen Bereiche (Linien, ineinandergreifende Vielecke, gekrümmte Linien etc.) durch Diffraktionselemente ersetzt werden, die dafür ausgelegt sind, in einer anderen Richtung als die achromatische diffraktive Struktur wiederzugeben, um eine Nachricht zu erzeugen, z.B. um die Authentizität der Vorrichtung nachzuweisen (zu Produkt-Antifälschungszwecken), mit einer grafischen Nachricht oder für Werbemitteilungszwecke. Ein typisches Beispiel bestände darin, einen kleinen Anteil des Bereichselements dieser visuellen Nachricht zuzuweisen, die tatsächlich nur in spezifischen Bereichen der Bildschirmanzeigevorrichtung angeordnet werden kann, um wichtige Informationsbereiche zu vermeiden, während der Rest der Elemente, die der visuellen Nachricht zugeordnet sind, unbenutzt bleibt, um sicherzustellen, dass kein Geisterbild des visuellen Bildes erscheint, das die Gleichförmigkeit des Hauptbereiches beeinträchtigt. Eine typische andere Wiedergaberichtung könnte eine visuelle Vorrichtung sein, die ein Bild in einem etwas anderen Wiedergabewinkel als dem vertikalen rekonstruiert, das demnach in derselben Ausrichtung erscheint wie die achromatische Wiedergabe, wenn der Betrachter die Vorrichtung leicht vertikal neigt (für ein visuelles Bild geeignet, das örtlich auf einen kleinen, nicht kritischen Teil der Anzeigevorrichtung beschränkt ist), oder wobei ein visuelles Bild wiedergegeben wird, wenn die Anzeigevorrichtung um 90 Grad gedreht wird, um zu vermeiden, dass die Wiedergabe der visuellen diffraktiven Bilder die Wiedergabe der visuellen diffraktiven Anzeigevorrichtung beeinträchtigt.
  • Alternativ kann ein leichtes Geisterbild in bestimmten Bereichen der Anzeigevorrichtung vollkommen akzeptabel sein, um eine maximale Helligkeit in anderen Bereichen zu ermöglichen, und ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die achromatische Helligkeit in den Bereichen der visuellen Nachricht nur durch die Abwesenheit eines Bereichs verringert wird und nicht durch eine Konkurrenz der beiden Strukturen. In der Position, in der die Pixelpunkte des visuellen Bildes sehr klein sind und unterhalb der Augenauflösung liegen, ist das Geisterbild nahezu unsichtbar und besteht aus einem Satz von winzigen dunklen Punkten unterhalb der Augenauflösung vor einem weißen Hintergrund, während das visuelle Bild, welches aus Licht vor einem dunklen Hintergrund besteht, viel deutlicher erkennbar ist.
  • 4 zeigt die Anordnung, mit deren Hilfe ein achromatischer diffraktiver Diffusor ebenfalls ein visuelles diffraktives Bild wiedergeben kann, das bei vertikaler Neigung oder bei Rotation (4B) in einem anderen Winkel sichtbar ist, wobei 4C, 4D, 4E zeigen, wie dies zu einer diffraktiven Vorrichtung organisiert werden könnte, ohne die Gleichmäßigkeit der Wiedergabe zu beeinträchtigen, indem ein Teil der inidividuellen diffraktiven Struktur durch die Bilderzeugungsstruktur für die visuelle Wiedergabe ersetzt wird (50, A), und unter Abwesenheit einer Struktur in anderen Bereichen, um die Helligkeit gleichmäßig zu halten.
  • 3: Dieser Teil der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der optischen Effizienz von reflektierender Streuung und Hintergrundlichttransmission durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Ermöglichung, dass reflektierende Diffusoren reflektierender hergestellt werden oder dass ihr bestehender Reflexionsgrad erhalten bleibt, während zusätzlich ihr Lichtdurchsatz und dadurch die Hintergrundlichteffizienz erhöht wird und der Energieverbrauch durch die Verwendung einer verbesserten optischen Vorrichtung gesenkt wird.
  • 3.1: Diese neue Struktur kann mit einem reflektierenden streuenden Standardelement zur Verbesserung der rückseitigen Hintergrundlichthelligkeit verwendet werden, jedoch wird sie vorzugsweise mit den verschiedenen hier erwähnten achromatischen oder holografischen Strukturen verwendet. Die Erfindung umfasst die Hinzufügung eines Satzes von Mikrolinsen zur Rückseite dieser Strukturen, die typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, in einer Anordnung organisiert sind, diese passen vorzugsweise passgenau zu einer Anordnung von kleinen Öffnungen (Mikrolöchern) in der Reflektorschicht, und die Erfindung schafft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung. Eine mögliche Größe eines Mikrolinsenelements hätte einen Durchmesser von 25 Mikrometer bis 500 Mikrometer, obwohl ein typischer Durchmesser für diese Anwendung zwischen 75 Mikrometer und 300 Mikrometer läge, wobei der wesentliche Punkt darin besteht, dass diese Vorrichtungen auf dem Prinzip der Refraktion arbeiten.
  • Diese neue Vorrichtung ist daher ein lichtstreuender holografischer Reflektor, der für die Verwendung sowohl mit gegenwärtigen holografischen und nicht holografischen Reflektorvorrichtungen, jedoch vorzugsweise für die Verwendung mit diffraktiven Reflektorvorrichtungen und vorzugsweise Vorrichtungen des Gebiets dieser Erfindung, anwendbar ist. Die neue Vorrichtung ist ein lichtstreuender diffraktiver Transflektor, der in nächster Nähe zur Rückseite eines Bilder bereitstellenden Anzeigeelements (z.B. einer LCD) angeordnet wird, wobei der Transflektor aus einem diffraktiven achromatischen Reflektor besteht, der aus einer Oberflächenreliefstruktur besteht, die in der Lage ist, Umgebungslicht aufzunehmen, das auf das Bild fällt, und das Licht zurück durch das Bild in Richtung eines Beobachters zu leiten, und zwar mit einer Helligkeit, die größer ist als die, die von einer nur streuenden Ausbreitung erreichbar wird, wobei der Reflektor des Weiteren einen Satz von durchlässigen Mikrolöchern umfasst, die in dem Reflektor der diffraktiven Schicht gebildet sind, und er des Weiteren eine Anordnung von Mikrolinsen umfasst, die hinter dem diffraktiven Reflektor angeordnet und so positioniert sind, dass sich die Mikrolöcher in der Reflektorschicht (passgenau) in der Nähe der Brennpunkte der Mikrolinsen befinden, so dass sie Licht, das durch die Mikrolochanordnung auf die Rückseite der Anzeigevorrichtung einfällt, konzentrieren, um somit die effektive Transmission der Transflektoranordnung zu verbessern. Diese Anordnung erhöht somit die Leuchtdichte des Hintergrundlichts, reduziert den Hintergrundlichtstrom oder ermöglicht, dass ein größerer Anteil des vorderen Reflektors vollständiger reflektierend bleibt, um die Helligkeit des Umgebungslichts zu vergrößern, und das Endergebnis ist ein Kompromiss zwischen all diesen Gesichtspunkten. Die Hauptstruktur ist eine Kompositschicht, die als ein lichtverbessernder Film bereitgestellt ist, der auf einer Seite aus dem metallisierten achromatischen diffraktiven Reflektor und auf der anderen Seite aus einer Anordnung von Mikrolinsen besteht, deren Fokuslänge etwa der Substratdicke entspricht. Die Mikrolinsenanordnung kann eine regelmäßige Form und Steigung aufweisen, oder sie kann bei einem potenziell bevorzugten Verfahren eine unregelmäßige Steigung, jedoch im Durchschnitt dieselbe Packungsdichte aufweisen, um Moire-Effekte und andere derartige Artefakte bei den regelmäßig beabstandeten Strukturen der Anzeigevorrichtung zu vermeiden. Der Hauptgesichtspunkt besteht darin, dass die Mikrolochanordnungen exakt an den Brennpunkten der Mikrolinsen positioniert sind, um die größtmögliche Lichtkonzentration und den größtmöglichen Lichtdurchsatz sicherzustellen. Die Mikrolöcher sind so konstruiert, dass sie eine nicht sichtbare Größe aufweisen und sehr klein sind, nämlich unterhalb der Mindestaugenauflösung liegen (z.B. weniger als 200 Mikrometer und vorzugsweise im Bereich von 15 bis 100 Mikrometer), und zusätzlich zu ihrer Nicht-Sichtbarkeit können sie eine Größe aufweisen, bei der Licht ausgebreitet wird, das aufgrund von Nadellochdiffraktionseffekten hindurchfällt. Der Hauptgesichtspunkt der exakten Passgenauigkeit der Mikrolöcher und Brennpunkte der Mikrolinsen wird durch die Herstellung der Vorrichtung als einzelne Schichtanordnung mit einer vollständigen kontinuierlichen Metallisationsschicht (z.B. Aluminium) und daraufhin der Verwendung von Beleuchtung der Linsenanordnung mit Laserlicht erreicht, so dass das Laserlicht einen Fokus auf der Metalloberfläche bildet, um somit das Metall am Brennpunkt des Laserstrahls vollständig passgenau mit der Linse zu verdampfen. Es ist zu beachten, dass die Mikrolinsen ebenfalls als ausgerichtete diffraktive optische Elemente gebildet werden könnten, obwohl dies aufgrund der dispersiven Leistung zu mehr Konstruktionsproblemen führen würde.
  • 16A, B, C zeigen die Struktur und den Betrieb dieser neuen Vorrichtung. 16A zeigt eine Bilder bereitstellende Anzeigevorrichtung (140), an deren Rückseite ein achromatischer diffraktiver Diffusor (141) mit einer Reihe von kleinen Öffnungen (,Mikrolöchern') in seiner reflektierenden Oberfläche passgenau zu den Brennpunkten einer Mikrolinsenanordnung (142) angebracht ist, welche Licht von einem Hintergrundlicht (146) durch die Mikrolochanordnung konzentrieren, wodurch eine hervorragende Reflexionsleistung von der Vorrichtung erhalten bleibt, da der größte Teil der Bereichs vollständig reflektierend ist, abgesehen von einem kleinen Bereich, der durch die Mikrolöcher verloren geht, während die Transmissionsleistung aufgrund des bedeutenden Anstiegs der realen Durchlässigkeit stark verbessert wird, indem Licht mit der Linsenanordnung durch die Mikrolöcher konzentriert wird. 16B zeigt eine Vergrößerung einer Mikrolinse 149, die Licht durch ein Mikroloch 148 passgenau mit der Linse konzentriert, wobei sich das Mikroloch in einer Reflektorschicht 147 auf einem diffraktiven Reflektor befindet. 16C zeigt einen Satz von Mikrolöchern 148 passgenau mit den Mikrolinsen 142.
  • 3.2: Es könnten mehrere Laserquellen zur Herstellung dieser Vorrichtung verwendet werden, wie auf dem Gebiet des Schneidens und Markierens bekannt (z.B. Kohlenstoffdioxidlaser), obwohl eine Verbesserung und eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung in der Verwendung einer Laserwellenlänge bestehen, die von dem Kunststoffsubstrat nicht absorbiert wird (ein Nachteil der Verwendung eines Kohlenstoffdioxidlasers bei einer Infrarot-Wellenlänge von 10,6 Mikrometer), sondern für die das Substrat transparent ist, die der Metallreflektor jedoch absorbiert (z.B., jedoch nicht beschränkt auf, Neodymium YAG Laser, der bei 1,06 Mikrometer arbeitet), so dass der Metallfilm, und nicht das Kunststoffbasismaterial, von dem fokussierten Laserlicht abgetragen wird. Dies stellt eine perfekte nachfolgende relative Passgenauigkeit der Mikrolöcher und Linsen bereit, um sicherzustellen, dass die Mikrolöcher exakt passgenau mit den Brennpunkten der Linsen sind und daher ein bedeutend verbesserter Lichtdurchsatz und eine verbesserte Lichtleistung erreicht werden.
  • 17 A1 und A2 zeigen dieses Herstellungsverfahren zur Belichtung einer Linsenanordnung mit einer Laserlichtquelle 153 und Abtragen von Material 152 von der Reflektorschicht 151, um Mikrolöcher in der Reflektorschicht zu bilden, und
  • 17 A2 zeigt eine Auswahl von Linsenpositionen über die Vorrichtung hinweg, die die Passgenauigkeit in diesem Fall zeigen.
  • Die Mikrolinsenstrukturen könnten ebenfalls als mikrooptische Fresnel-Linsenstrukturen gebildet werden, bei denen die Oberflächenkrümmung der Linse auf kleine Krümmungsbereiche auf der Oberfläche abgebildet wird. Alternativ könnten die Mikrolinsenstrukturen Fourier-Zonenplatten umfassen, die durch ein Diffraktionsverfahren arbeiten, um ein ausgerichtetes Fokussierungselement zu bilden.
  • 3.3: Ein sehr nützlicher Gesichtspunkt dieses Verfahrens besteht darin, dass dieses direkte Abtragungsverfahren zur Erzeugung von Mikrolöchern an den Brennpunkten von Mikrolinsen sehr flexibel ist und ausgeführt werden kann, indem das Substrat und der Laserstrahl auf verschiedene Weisen ausgerichtet werden, um mehrere unterschiedliche Effekte zu erzielen. Zum Beispiel könnte die Linsenanordnung mit einem divergierenden, konvergierenden, kollimierten oder irgendeiner anderen Verteilung von Laserlicht belichtet werden, die Linsenanordnung könnte von einem Strahl oder leicht erweiterten Strahl von Laserlicht abgetastet werden, und insbesondere die Kollimations- und Fokuseigenschaften des einfallenden Laserlichtstrahls könnten so angepasst werden, dass sie dem Profil, der Divergenz und dem Kollimationsgrad des Ausgabestrahls der Hintergrundlichtquelle oder jeder anderen Form von Strahlprofil, gemäß der tatsächlich zu verwendenden Vorrichtung, entsprechen (zum Beispiel aus einem Seitenwinkel einfallend oder von einer Linien- oder Punktquelle ausgehend, um die zu verwendende Lichtquelle zu modellieren). Auf diese Weise können für eine beliebige Lichtanordnung der Anordnung die Mikrolöcher passgenau mit den Brennpunkten der Linsen hergestellt werden. Wenn zum Beispiel ein Transflektor für den Endgebrauch von einer Quelle in einer bestimmten Position und mit einer bestimmten Lichtausgabeform im Hinblick auf den Transflektor beleuchtet werden soll, könnte der Eingabestrahl so angepasst werden, dass er die Form und die Divergenzeigenschaften dieses Strahls reflektiert, wodurch eine wirkliche Passgenauigkeit der Mikrolöcher mit den Brennpunkten der Mikrolinsen unter dieser Form von Beleuchtung sichergestellt würde, um den Lichtdurchsatz zu verbessern. Die Energieverteilung des beleuchtenden Laserstrahls könnte ebenfalls eingestellt werden, um die Größe von Mikrolöchern zu verändern, die in verschiedenen Bereichen des Transflektors erzeugt werden, um Ungleichmäßigkeiten oder Randeffekte in der Intensität der zu verwendenden Hintergrundlichtquelle auszugleichen. Wenn, zum Beispiel die Leuchtdichte eines Hintergrundlichts am Rand einer Anzeigevorrichtung verringert ist, könnte dies ausgeglichen werden, indem vergleichsweise größere Mikrolöcher am Rand der Anzeigevorrichtung erzeugt werden, um die Leuchtdichte dort zu vergrößern. Ein Beispiel eines derartigen Systems zur Homogenisierung eines ausgeweiteten Hintergrundlichts ist in 17 B1 und B2 und C1 und C2 gezeigt. Ein Verfahren, um dies zu erreichen, würde darin bestehen, eine Maske zur Verwendung während der Belichtung der Mikrolinsenanordnung für Laserlicht herzustellen, um die Strahlintensität auszugleichen, wobei sie entweder durch Vorausberechnung oder direkte Belichtung eines fotosensitiven Mediums mit dem Strahlungsmuster des Hintergrundlichts hergestellt wird, um die Maske direkt zu bilden.
  • 17A, 17B und 17C zeigen verschiedene Direktabtragungsherstellungsgeometrien – B1 zeigt ein Verfahren zum Ausgleichen für eine divergierende Lichtquelle durch Belichten der Linsenanordnung mit einem divergierenden Laserstrahl, und 17 B2 zeigt die Wirkung davon auf relative Positionen von Öffnungen und Mikrolinsen an den äußersten Enden (157, 154) der Vorrichtung, wobei eine Verschiebung der Position gezeigt ist, um die Lichtquelle aufzunehmen. 17 C1 und C2 zeigen, wie eine Amplitudenmaske zwischen der Laserquellenlinsenanordnung angeordnet werden kann sowie die resultierende Variation der Mikrolochgröße an den äußersten Enden der Anzeigevorrichtung (154), wo die Randmikrolöcher vergrößert sind, um die verringerte Strahlung in diesen Bereichen auszugleichen.
  • 3.4: Dieses Maskierungsverfahren, das zum Variieren der relativen Größe bestimmter Mikrolöcher im Verhältnis zu anderen verwendet wird, kann ebenfalls verwendet werden, um subtile Grafiken und zusätzliche Nachrichten auf der gesamten oder einem Teil der Anzeigevorrichtung bereitzustellen, wobei eine subtile Nachricht in der Hintergrundbeleuchtung die variable Hauptnachricht in der Anzeigevorrichtung unterlegt.
  • 17 C1 zeigt, wie eine Maske (155) verwendet werden kann, um die relativen Größen der erzeugten Mikrolöcher einzustellen, und 17 C2 zeigt das Ergebnis. 17D zeigt ein zusätzliches durchlässiges Bild, das auf diese Weise erzeugt ist.
  • 3.5: Es gibt verschiedene Verfahren, mit deren Hilfe diese Struktur hergestellt werden könnte. Die diffraktiven Strukturen können durch Heißprägen unter Hitze und Druck oder durch Ultraviolettlicht gehärtetes Prägen hergestellt werden, indem ein Harz auf dem Oberflächenprofil gehärtet wird. Mikrolinsenanordnungen können unter Verwendung ähnlicher Verfahren hergestellt werden, sind jedoch, da sie größere Strukturen sind, für UV-Härtungsverfahren besser geeignet. Es sind mehrere Herstellungswege für diese Struktur zu erwarten, entweder durch Prägen sowohl von diffraktiven als auch von Mikrolinsenstrukturen auf getrennte Träger, durch Metallisieren der diffraktiven Struktur, wie erforderlich, und daraufhin durch Zusammen-Laminieren der beiden Strukturen vor der Laserabtragung. Ein eleganterer Weg besteht darin, die diffraktive Struktur und die Mikrolinsen auf jeder Seite desselben Substrats potenziell in zwei Durchläufen durch dieselbe UV-Prägemaschine zu bilden, daraufhin die diffraktive Struktur zu metallisieren, daraufhin Laserverarbeitung, um vor der Klebebeschichtung die Mikrolöcher zu bilden, Auftragung auf die an der Rückseite angebrachten Schicht und Endverarbeitung wie angemessen.
  • 4: Dieser Teil der Erfindung stellt einen Mustereffekt auf der Metallreflexionsschicht bereit, der in der Reflexion zu sehen ist, während eine gleichmäßige diffraktive Helligkeit hinter den Anzeigeelementen aufrecht erhalten wird. Es wird eine neue holografische Transflektorvorrichtung beschrieben, die eine Grafik umfasst, die in die Reflexionsschicht integriert ist, die in direkter spiegelnder Reflexion mit einer gleichmäßigen Reflexionshelligkeit mit Verstärkung von der achromatischen diffraktiven Vorrichtung zu sehen ist, die erhalten wird, indem bei dieser Vorrichtung Variationen der Absorption oder des Reflexionsgrads ausgeglichen werden. Ebenfalls ein Verfahren, durch das eine zweifarbige metallische Vorrichtung für reflektierende Grafiken erzeugt werden kann, ohne die Leistung der Informationsanzeige zu verschlechtern; ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung von gedruckten Grafiken und zum Ausgleichen der Effekte derselben.
  • 4.1: Diese Entwicklung besteht aus neuen Strukturen und Bildungsverfahren, die neue Effekte hinzufügen, und besteht aus einem holografischen Lichtregelungsreflexionsfilm für Bilder formende Anzeigevorrichtungen, der aus einem zwei- oder mehrfarbigen Reflektor besteht, der eine Grafik oder ein Logo oder dergleichen anzeigt, plus einer holografischen oder diffraktiven im Wesentlichen achromatischen Oberflächenrelief-Wiedergabestruktur, wobei die diffraktive Wiedergabe zum Betrachten der angezeigten Informationen über ihren gesamten Bereich hinweg gleichmäßig achromatisch ist (d.h. weiß oder ein gewünschter Farbton), indem der Farbton des grafischen Bereichs ausgeglichen wird. Dies erfolgt durch Einstellen der relativen Bereichszusammensetzung der verschiedenen diffraktiven Elemente, die den achromatischen diffraktiven Reflektor ausmachen, so dass der Farbton des Reflektors den Farbton des grafischen Elements in den farbig getönten Bereichen ausgleicht und die insgesamt leicht reduzierte Helligkeit in den farbig getönten Bereichen durch eine ausgleichende, jedoch weiterhin achromatische allgemeine Helligkeitsverringerung in anderen Bereichen ausgleicht. Dieses Verfahren ist besonders für die Verwendung mit achromatischen diffraktiven Vorrichtungen geeignet, die durch Elektronenstrahllithografie erzeugt sind, da eine weit bessere Regelung der Einzelheiten der Bereichszusammensetzung möglich ist. Da dieses Verfahren eine Verringerung der Diffraktionseffizienz für den Ausgleich zur Folge hat, wird es am besten für subtile grafische Farbtoneffekte verwendet, die als Nebenbild zu dem hellen, adressierbaren Hauptbild verwendet werden. Da die Transmissionsdichte jeder Farbschicht, wie beispielsweise eine Tinte, weit geringer ist als die Farbdichte bei der Doppeldurchlassreflexion, kann der Effekt auf die übertragene Lichtfarbe für subtile grafische Farbeffekte vernachlässigt werden, wodurch eine achromatische Anzeigevorrichtung in einer Hintergrundlicht-Transmissionsanordnung ermöglicht wird, zudem im Allgemeinen ohne den Bedarf für andere spezielle Veränderungen, um dies auszugleichen.
  • 4.2: Für intensivere Farbtöne kann die Transmissionsachromatizitätseffizienz nach der Färbung beibehalten werden, zum Beispiel (obwohl nicht darauf beschränkt) durch Verwendung von Laserabtragungsverfahren zur Entfernung sowohl der Metallreflektorschicht als auch der Farbdruckschicht in spezfischen Bereichen, um örtliche Mikrolöcher zu bilden, wobei dieses Verfahren erfordert, dass der Farbton effektiv einstückig mit der Oberflächenrelief- und der Reflektorschicht kombiniert wird, möglicherweise durch direktes Drucken mit einer herkömmlichen sichtbaren oder nicht sichtbaren Tinte (z.B. fluoreszierend) auf die Reflektoroberfläche (nicht notwendigerweise mit einer kombinierten Mikrolinsenanordnung). Natürlich bestünde ein bevorzugtes Verfahren gemäß dieser Erfindung darin, eine Mikrolinsenanordnung zu verwenden, die in das diffraktive und grafische Element integriert ist, und das zuvor ausgeführte Laserabtragungsverfahren zu verwenden, um in beiden Schichten gleichzeitig ein Mikroloch zu bilden.
  • 4.3: Der Farbtoneffekt kann ebenfalls vorteilhafterweise durch Verwendung einer Schicht aus zwei verschiedenen Metallen mit unterschiedlichen Spektralreflexionsverteilungen erzeugt werden, um eine subtile Farbe und ein Reflexionsmuster mit einem attraktiven vollständig metallischen Glanz, der sich von Druck unterscheidet, bereitzustellen. Diese beiden Metallschichten könnten in unterschiedlichen Bereichen kombiniert werden oder könnten dazu verwendet werden, durch Halbtönung dieser Metalle eine subtile Farbe und ein Reflexionsmuster zu erzeugen. Zwei nützliche und für diesen Effekt geeignete Metalle wären die Verwendung des Silbereffekts von Aluminium und die bronzene Farbe von Kupfer, wobei das Aluminium zuerst abgelegt würde und daraufhin Bereiche entweder durch Laser-Demetallisierung oder Demetallisierung durch chemisches Ätzen entfernt würden, um freie Bereiche zu hinterlassen, gefolgt von einer zweiten Metallisationsphase, um unter Verwendung von typischerweise einem zweiten Vakuumaufdampfungsmetallisierungsverfahren eine Kupferschicht hinter dieser Schicht abzulagern.
  • Diese Kombination erzeugt einen attraktiven Farbeffekt eines metallischen Glanzes aus zwei Farbtönen, der für Anzeigeanwendungen nützlich ist und ebenfalls für Sicherheitsanwendungen der diffraktiven Vorrichtung nützlich ist, dazu ein Verfahren zum Ausgleichen dieser Veränderungen des Reflexionsgrads durch örtliches Verändern der Effizienz des holografischen Reflektors, um seinen Reflexionsgrad in Bereichen mit geringerem Hintergrundreflexionsgrad zu verbessern, um eine gleichmäßige Gesamthelligkeit und Diffraktionseffizienz über das gebeugte Bild hinweg zu erreichen, was nützlich für Sicherheitsanwendungen ist und zu der Gesamtästhetik und Sicherheit der optischen Sicherheitsvorrichtung beiträgt und im Fall einer achromatischen diffraktiven Vorrichtung zur Verbesserung von Bildanzeigevorrichtungen besonders nützlich ist.
  • Die Vorrichtung kann so hergestellt werden, dass sie eine achromatische (weiße) diffraktive Wiedergabe aufweist, vor der die variable Hauptbildanzeige betrachtet wird, indem die relativen Bereiche von diffraktiven Komponentenstrukturen so eingestellt werden, dass sie den Farbton, den verringerten Reflexionsgrad und den veränderten Spektralreflexionsgrad der farbig getönten Bereiche ausgleichen, indem das Farbgleichgewicht der diffraktiven Struktur in den gefärbten Bereichen eingestellt wird und die verringerte achromatische Diffraktionseffizienz in den gefärbten Bereichen ausgeglichen wird, indem eine kleine Verringerung in den (weißen) aluminisierten Bereichen ausgeglichen wird. Dies ist dasselbe Prinzip wie die oben umrissenen Verfahren und es ist besonders für die Verwendung mit diffraktiven Strukturen geeignet, die mit Elektronenstrahllithografie geschrieben sind, wobei diese Form der Herstellung eine genaue Steuerung der Effizienzen verschiedener Bereiche ermöglicht.
  • 18A zeigt die visuellen Eigenschaften einer Vorrichtung, die mit diesem Verfahren gebildet ist, wobei eine gleichmäßige hintere achromatische diffraktive Reflexion (165) gezeigt ist, vor der die Informationsanzeige betrachtet wird, die Vorrichtung zeigt ebenfalls ein visuelles grafisches Muster auf dem Bildschirm an, wenn dieser in spiegelnder Reflexion (164) betrachtet wird, normalerweise wird dies als subtile Farbvariation gesehen. 18B zeigt vergrößerte kleine Bereiche der Vorrichtung, die den separaten Arten von Bereichen 161, 162, 163 entsprechen, wobei die Pixelvariation oder Variation der diffraktiven Dichte von vollständig reflektierenden Bereichen (z.B. AL) gezeigt ist, wobei ein gewisser Anteil der diffraktiven Struktur unbenutzt gelassen ist (,X'), um die Effizienzen auszugleichen, ein farbiger Bereich mit reduziertem Reflexionsgrad, wie beispielsweise 163, wobei alle diffraktiven Bereiche verwendet werden, um die Effizienz auszugleichen, und wobei notwendige relative Beiträge verschiedener diffraktiver Komponenten eingestellt werden, um die Achromatizität aufrecht zu erhalten, sowie ein Randbereich 161, wo sich die beiden Arten von Struktur treffen.
  • Die Transmissionseigenschaften für Hintergrundlichtbeleuchtung können ebenfalls erreicht werden, wie oben umrissen, indem Laserabtragung zur gleichzeitigen Erzeugung von Mikrolöchern in den beiden angrenzenden Schichten mit oder ohne Verwendung von Mikrolinsenkonzentratoren verwendet wird, wie in einem Abschnitt oben ausgeführt. Die Demetallisierung kann ebenfalls durch Aluminisierung der Vorrichtung erreicht werden, wobei selektiv chemisch demetallisiert wird, und zwar entweder durch ein direktes Ätzverfahren oder eine Maskendruckphase, gefolgt von einem Ätzverfahren, gefolgt von Drucken einer zusätzlichen Zwischenmaske, um die Bereiche abzugrenzen, die in der endgültigen Vorrichtung frei bleiben, gefolgt von Metallisierung durch Vakuumaufdampfung mit einem anderen, anders gefärbten Metall, wie beispielsweise Kupfer (jedoch wird eine Reihe von derartigen Metallen in Betracht gezogen, um für die Anwendung geeignet zu sein), und schließlich gefolgt von einer Angriffs- und Entfernungsphase der Zwischenmaske und der Kupferbereiche, die darauf abgelagert sind, um einen bimetallischen demetallisierten Gegenstand zurück zu lassen. Die Entfernung der Zwischenmaske kann durch Verwendung einer Zwischenmaske aus einem Wachsmaterial erreicht werden, das erweicht wird und bei einer niedrigen Temperatur schmilzt und entfernt werden kann, indem das Material durch ein heißes Wasserbad geführt wird, um das Maskenmaterial zu schmelzen und wegzuwaschen, in ähnlicher Weise könnte eine wasserlösliche Maske verwendet werden, die ebenfalls unter Temperatur weich wird, und in derselben Weise entfernt werden.
  • 19 zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer bimetallischen Schicht, die ein Oberflächenrelief (167), einen Silber-Aluminium-Reflektor (163), einen unterschiedlich gefärbten oder Remissionsreflektor, z.B. Kupfer, 162 und vollständig demetallisierte Bereiche 166 zeigt.
  • 5: Dieser Teil der Erfindung betrifft verbesserte diffraktive Hintergrundlichtelemente für Bildanzeigevorrichtungen, die die verbesserten diffraktiven achromatischen Elemente der in Abschnitt 1 und 2 ausgeführten Form zusammen mit einigen zusätzlichen Gesichtspunkten speziell für diese Anwendung verwenden. Eine neue Klasse von Hintergrundlichtelementen, die aus Hintergrundlicht besteht, das aus einem holografischen oder diffraktiven Lichtausgabekoppler von einem seitlich beleuchteten Element besteht, wobei bei einer Form die achromatische diffraktive streuende Vorrichtung verwendet wird, um einen achromatischen Hintergrundlichteffekt bereitzustellen, und diese Vorrichtung unter Verwendung eines von mehreren Herstellungs- oder Demetallisierungsverfahren zur Homogenisierung der Anzeigevorrichtung verändert wird. Ebenfalls eine ähnliche Hybridvorrichtung, die eine achromatische diffraktive Verbundvorrichtung umfasst, um sowohl die Anzeigevorrichtung durch eine Verstärkung des reflektierten Umgebungslichts zu verbessern als auch das Seiten- oder Hintergrundlicht für eine reduzierte Lichtbeleuchtung der Anzeigevorrichtung auszukoppeln und umzuleiten.
  • 5.1: Diese Entwicklung schafft erstens ein verbessertes, jedoch vereinfachtes Hintergrundlichtelement, das aus einer seitlich beleuchteten Kunststofffolie besteht, die auf einer Seite mit einem reflektierenden holografischen Element beschichtet ist, das dafür verwendet wird, Licht aus der Kunststofffolie auszukoppeln, die als Lichtleiter dient, und zweitens schafft sie das oben Genannte und eine verbesserte herkömmliche spritzgegossene Hintergrundlichtleiter, bei der das diffraktive Element unbeschichtet ist und der Kunststoff als Lichtleiter dient und das diffraktive Element als Kombination aus Ausgabekoppler und streuender Vorrichtung dient und wobei die diffraktive Strukture vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, aus einem Satz von kleinen Bereichen von Diffraktionsbeugungsgittern gebildet ist, die möglicherweise lithografisch erzeugt sind und so angeordnet sind, dass die korrekte Ausgabekopplung und -streuung bereitgestellt wird. Alle der oben in Teil eins und zwei ausgeführten holografischen und lithografischen Direktschreibherstellungsverfahren und die verschiedenen Anordnungen zur Aufzeichnung dieser Bilder mit sehr hoher Effizienz, um sie achromatisch zu machen, zur Aufzeichnung von zusätzlichen visuellen diffraktiven Bildinformationen darin und zur Integrierung von streuenden Elementen in diese.
  • Bei der Ausgabekoppleranordnung ist das holografische oder diffraktive Element dafür konstruiert, Licht in einer festen Richtung oder abgewinkelten (gebeugten) Betrachtungszone für einen Beobachter auszukoppeln, um die Lichteffizienz und die scheinbare Helligkeit zu erhöhen, indem das Ausgabelicht in ein eng definiertes Betrachtungsfenster konzentriert wird, wobei vorzugsweise, wie zuvor, eine achromatische weiße Leistung erreicht wird, indem separate kleine Bereiche verwendet werden (wobei klein unterhalb der normalen Auflösung des menschlichen Auges und daher für einen Beobachter nicht sichtbar bedeutet, wodurch ein merkmalloser weißer Hintergrund ermöglicht wird – unterhalb von 200 Mikrometer und vorzugsweise unterhalb von 100 Mikrometer), und zwar entweder von (idealerweise leuchtenden) Diffraktionsbeugungsgittern oder Bereichen von holografisch erzeugten oder synthetisch erzeugten Elektronenstrahl-Oberflächenregenbogenhologrammelementen, deren diffraktive Wiedergabe, wenn sie überlagert ist, einen weißen Effekt für einen Beobachter erzeugt.
  • 5.2: Eine nützliche Ausführungsform davon ist die, bei der die Seitenlichtquelle entweder eine Weißlichtquelle ist, wie beispielsweise eine glühende Lampe, oder in einem anderen Fall, bei dem die Seitenlichtquelle aus mehreren Leuchtdioden, zum Beispiel rot, grün und blau, besteht, wobei sehr nützlicherweise die Diffraktionseffizienz der diffraktiven Struktur, insbesondere, wenn sie als Satz von Diffraktionsbeugungsgitterbereichen geschrieben wird, so eingestellt werden kann, dass eine gleichmäßige achromatische Ausgabe bereitgestellt wird, um Variationen der Position, Spektralstrahlung durch variierende Bereichsfüllfaktoren und Ausrichtungen der spezifischen diffraktiven Bereiche, um dem Rechnung zu tragen, auszugleichen – eine besondere Stärke dieser Erfindung besteht darin, die Bildung einer gleichmäßigen achromatischen Anzeigevorrichtung zu ermöglichen, indem die Konstruktion und Organisation der diffraktiven Elemente der Vorrichtung Variationen der Seitenlichtbeleuchtung und -geometrie ausgleichen, wodurch eine größere Gleichmäßigkeit ermöglicht wird, insbesondere bei Farbbeleuchtungsanzeigevorrichtungen, bei denen eine gleichmäßige achromatische Beleuchtung wichtig ist, um ein gleichmäßiges Farbansprechverhalten zu erhalten, das auf der Bilder bereitstellenden Anzeigevorrichtung beobachtet wird.
  • 5.3: Ein anderer sehr nützlicher Gesichtspunkt dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Regelung und Vergleichmäßigung der Gesamtbetrachtungsintensität durch Regelung der Effizienz der Ausgabekopplungseffizienz des holografischen oder diffraktiven Elements hauptsächlich durch Regelung der lokalen Effizienz, entweder durch Veränderungen der diffraktiven Rillentiefe, der Veränderung des lokalen Füllfaktors in einem Element, das aus Pixeln oder Linien oder gekrümmten Linien oder Vielecken einer diffraktiven oder holografischen Struktur zusammengesetzt ist. Eine bevorzugte achromatische diffraktive Struktur [Lakune] Die in diesen Vorrichtungen verwendeten diffraktiven Strukturen entsprechen den achromatischen diffraktiven Strukturen, die in Teil 1 und 2 verwendet werden, und alle Formen der Vorrichtung und Struktur, die darin vorweggenommen und ausgeführt sind, sind in diesem Teil der Erfindung eingeschlossen, obwohl hier diffraktive Strukturen besonders vorteilhaft sind, die mit Elektronenstrahllithografie geschrieben sind und bei denen die Anordnung der Strukturen, der Füllfaktor und die Ausrichtung kontinuierlich zwischen kleinen Bereichen eingestellt werden können. Es ist ersichtlich, dass die bevorzugte Form von Vorrichtung für diese Vorrichtungen eine achromatische diffraktive Struktur ist, die speziell für diese Anwendung ausgelegt ist, dass jedoch dieser Teil der Erfindung einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Auskoppeln und Streuen von Lichtleitern ebenfalls in einer einfacheren Form für monochromatische Seitenbeleuchtungsquellen verwendet werden kann.
  • 20 zeigt eine Vorrichtung, die Elemente der Bereiche 5.1, 5.2 und 5.3 umfasst. Eine Bilder formende Anzeigevorrichtung (170) wird von einer Kombination aus Lichtleiter (171), holografischem/diffraktivem Ausgabekopplungselement (172) und Lichtquelle (173) von hinten beleuchtet – in diesem Fall ist die Lichtquelle seitlich in einer Geometrie befestigt, in der das holografische Element vorteilhaft ist, jedoch könnte das Element ebenfalls seitlich oder von hinten beleuchtet sein. Das diffraktive Element koppelt Licht mit zunehmender Effizienz bei zunehmendem Abstand von der Lichtquelle aus, um den Intensitätsabfall auszugleichen und die Anzeigevorrichtung so zu homogenisieren – Element 176, 175 und 174 zeigen drei Zonen mit einen Füllfaktor des diffraktiven Elements von 33%, 67% und 100% als ein Beispiel, um zu zeigen, wie die Anzeigevorrichtung auf diese Weise homogenisiert ist.
  • 5.4: Ein anderes nützliches Element dieser Erfindung ist die Kombination eines diffraktiven Reflektors und Seitenlichtausgabekopplers zur Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung. Bei dieser Vorrichtung ist erstens ein verbessertes, jedoch vereinfachtes von hinten beleuchtetes Element bereitgestellt, das aus einer Kunststofffolie besteht, die seitlich beleuchtet ist und auf einer Seite mit einem reflektierenden holografischen Element beschichtet ist, das verwendet wird, um Licht aus der Kunststofffolie herauszukoppeln, welche als Lichtleiter zur Visualisierung der Anzeigevorrichtung unter Bedingungen mit niedrigem Lichtpegel dient, und zweitens ist in demselben Element ein reflektierender achromatischer diffraktiver Diffusor bereitgestellt, um die Betrachtbarkeit der Anzeigevorrichtung zu verbessern, indem Umgebungslicht unter Verwendung der überlappenden Wiedergabe vieler kleiner diffraktiver Bereiche in eine Betrachtungszone gebeugt wird (wobei jeder Bereich eine Größe unterhalb der normalen Auflösung des menschlichen Auges aufweist). Das diffraktive und holografische Verfahren, das für den reflektierenden achromatischen diffraktiven Diffusor verwendet wird, sind beschaffen, wie in Teil 1 und 2 ausgeführt, die durch Bezugnahme eingefügt sind. Bei dieser Vorrichtung würden die diffraktiven Strukturen mit etwas unterschiedlichen Eigenschaften, die erforderlich sind, um Licht aus der Anordnung herauszukoppeln, in separaten kleinen getrennten Bereichen aufgezeichnet. Die beiden optischen Gesamtelemente in dieser Hybridvorrichtung: der Ausgabekoppler, der aus vielen verschiedenen diffraktiven und streuenden Bereichen besteht, und der reflektierende diffraktive achromatische diffraktive Reflektor, wie oben beschrieben, der für die Verbesserung der Anzeigevorrichtung bei Umgebungsbeleuchtung verwendet wird, diese beiden Strukturen werden zusammen dazwischen angeordnet, wobei jede unabhängige, nicht überlappende mikroskopische Oberflächenbereiche der Vorrichtung einnimmt.
  • 21 zeigt eine Dualwirkungsvorrichtung zur Beleuchtung einer Anzeigevorrichtung 170, wobei 21A das reflektierende Verhalten zeigt, wobei die Vorrichtung als Diffraktionsverbesserer unter einfallendem Umgebungslicht wirkt, wobei die Vergrößerung 181 in diesem Fall die aktiven Bereiche der Mikrostruktur zeigt, ,R' tiefgestellt, während 21B dieselbe Vorrichtung 181 zeigt, wenn sie von einer Quelle 173 seitlich beleuchtet ist und wenn in diesem Fall die Vorrichtung als Ausgabekoppler von der Wellenleiterstruktur 178 (typischerweise einfach und aus Kunststoff) dient, um die Anzeigevorrichtung von hinten zu beleuchten, indem Licht in eine gestreute Betrachtungszone 14 geleitet wird, wobei in diesem Fall ein Beispiel der aktiven Bereiche der diffraktiven Vorrichtung gezeigt sind, ,T' tiefgestellt. 21 zeigt ebenfalls, wie die achromatische diffraktive Ausgabekopplung aus vielen kleinen Bereichen unterhalb der Augenauflösung mit verschiedenen Beugungsgittereigenschaften bestehen kann.
  • 5.5: Ein anderes Verfahren zum Erhalten einer gleichmäßigen Ausgabe von den oben genannten Auskopplungselementen bestünde darin, das Element selektiv zu demetallisieren, um die betrachtete Ausgabe gleichmäßig zu machen, verwendet in Kombination mit den Formen von achromatischen diffraktiven Strukturen, die in Abschnitt 1 und 2 und Abschnitt 5 (insbesondere 5.1) ausgeführt sind, wodurch die Metallabdeckung über den Bereich der diffraktiven Vorrichtung hinweg variiert wird, um die Abdeckung in Bereichen mit geringerer Beleuchtung zu verbessern.
  • 6: Dieser Teil der Erfindung führt die Verwendung dieser diffraktiven Vorrichtungen mit reflektierenden Bildanzeigevorrichtungen zur Verbesserung ihrer Betrachtbarkeit bei Umgebungslicht aus. Dies betrifft eine Weise zur Erzeugung einer direktionalen Diffusorverbesserungsdeckschicht durch Verwendung einer durchlässigen optischen Oberflächenreliefelementdeckschicht. Es wird ein neuer Oberflächenreliefdeckschichtfilm zur diffraktiven Verbesserung beschrieben, der die achromatischen diffraktiven Vorrichtungen aus Abschnitt 1 und 2 zusammen mit verschiedenen anderen Verfahren verwendet, wie beispielsweise variable Füllbereiche von einer Größe unterhalb der Augenauflösung und die Integrierung von optischer Leistung in die Vorrichtungen, um verbesserte diffraktive Deckschichtreflexionsfilme zu erzeugen.
  • 6.1: Der erfinderische Schritt betrifft Weisen, auf die die neuen achromatischen diffraktiven, als Oberflächenrelief gebildeten Strukturen als transparente Deckschichtfilme zur Verbesserung von reflektierenden Bildanzeigevorrichtungen, wie beispielsweise reflektierenden Flüssigkristallanzeigen, verwendet werden können, wobei eine typische Form derselben zum Beispiel Farb-TFT-Anzeigen wären, bei denen die Reflexionsschicht die hintere Siliziumoberfläche ist, auf der die Vorrichtung selbst gebildet ist.
  • Dies betrifft eine Weise zur Erzeugung einer direktionalen Diffusorverbesserungsdeckschicht durch Verwendung einer durchlässigen optischen Oberflächenreliefelementdeckschicht. Das achromatische diffraktive Element könnte durchlässig gemacht werden, indem die Metallreflektorschicht durch eine oder mehrere Schichten eines Materials mit einer hohen Brechnungszahl ersetzt würde, um ein durchlässiges diffraktives Element herzustellen. Geeignete Materialien könnten Materialien mit einer hohen Brechnungszahl sein, wie beispielsweise Zinksulfid, Titandioxid, das normalerweise durch Vakuumabscheidung aufgetragen wird, und optional eine geregelte Dicke aufweisen, um den Effekt zu optimieren, oder eines von mehreren Glasmaterialien mit einer sehr hohen Brechnungszahl sein, die durch patentierte Beschichtungsverfahren aufgetragen werden. Diese Filme würden auf die Anzeigevorrichtung geschichtet werden. Bei einer anderen Ausführungsform könnte die diffraktive Oberflächenreliefstruktur unbeschichtet und als oberste auf der Vorrichtung bleiben, wodurch das Brechnungszahldifferenzial auf der Oberfläche von der Luft-Kunststoff-Grenzfläche erhalten würde. Dies bietet eine Vorrichtung mit geringeren Kosten und höherer Diffraktionseffizienz, hat jedoch ebenfalls eine diffraktive Oberfläche zur Folge, die Schmutz und Abtragung ausgesetzt ist.
  • 6.2: Bei einer Ausführungsform würde diese Vorrichtung als Deckschicht verwendet, die gewöhnlich an die Außenseite des Glases der LCD-Baugruppe geklebt würde. Bei einer Ausführungsform könnte diese Vorrichtung die achromatischen diffraktiven holografisch hergestellten Diffusoren verwenden, die in Abschnitt 1 ausgeführt sind, wobei die Diffraktionseffizienz der Vorrichtung verbessert wird, indem ein achromatischer diffraktiver Diffusor, der in diesem Fall in einem Transmissionsmodus arbeitet, aus getrennten Bereichen erzeugt wird, um zu ermöglichen, dass jeder diffraktive Bereich eine maximale Effizienz erreicht. Bei einer anderen Ausführungsform könnte der achromatische diffraktive Diffusor unter Verwendung der Direktschreib-Elektronenstrahllithografieverfahren hergestellt werden, die in Abschnitt 2 ausgeführt sind, um sehr hocheffiziente durchlässige Diffusoren zu erhalten, um ein streuendes diffraktives Element bereitzustellen, um einfallendes Licht in einem rechten Winkel senkrecht in die Anzeigevorrichtung umzuleiten, und zudem eine achromatische Leistung zu erhalten, um eine gute Farbwiedergabe von den Farbanzeigevorrichtungen sicherzustellen. Alle vorangehenden alternativen Ausführungsformen aus Abschnitt 1 und 2, wie beispielsweise zusätzliche visuelle diffraktive Grafiken in der Deckschicht, könnten mit diesen Vorrichtungen, wo es angebracht ist, verwendet werden.
  • 22A zeigt den Betrieb einer derartigen Vorrichtung, wobei ein reflektierendes Bildanzeigemodul 185 gezeigt ist, z.B. eine TFT-LCD-Anzeige oder ähnliches, die aus einem hinteren Glas 191, einem hinteren Reflektor 186 (manchmal das Siliziumsubstrat der Vorrichtung selbst), einer Flüssigkristallbilder formenden Schicht 187, vorderen Elektroden und Farbfiltern 188, einer Polarisierungsvorrichtung und einer äußeren Glasschicht 189 besteht. Der diffraktive achromatische Verbesserer 190 ist an dieser Struktur befestigt, indem er auf die vordere Seite geschichtet ist. Der diffraktive achromatische Verbesserer beugt weißes Umgebungslicht, das von einer oben befindlichen Lichtquelle 6 einfallt, leitet dieses Licht etwa senkrecht, um farbig gefiltert und hinsichtlich der Polarisation gedreht zu werden und zurück in eine streuende Betrachtungszone 14 reflektiert zu werden, wo ein Beobachter 11 eine gleichmäßige achromatische Anzeige betrachten kann.
  • 6.3: Aufgrund der Oberflächenreliefbeschaffenheit dieser Vorrichtungen beugen diese ebenfalls Licht, das von der Anzeigevorrichtung in unerwünschte Richtungen reflektiert wird, wodurch augenscheinlich die Verstärkung reduziert wird. Obwohl dies anfänglich als Nachteil erscheint, weisen diese Vorrichtungen jedoch als potenziell als Deckschichten zu verwendende Vorrichtungen in der Tat mehrere Vorteile gegenüber den bereits offenbarten Volumenvorrichtungen auf. Die maximale Reflexionseffizienz von der Anzeigevorrichtung passt sich der Beugungsgittereffizienz an und hängt davon ab, ob das Beugungsgitter leuchtend ist, obwohl dieser Effekt durch den Effekt der doppelten Diffraktion verringert wird (siehe Vergrößerung 22B), wodurch verursacht wird, dass ein Teil des anfänglich ungebeugten spiegelnd reflektierten Lichts durch ein Verfahren von doppelter Diffraktion innerhalb bestimmter Grenzen, die durch die Farbfiltergeometrie bestimmt werden, in die Betrachtungszone gebeugt wird. Daher liegt die maximale gebeugte Effizienz für ein Oberflächenreliefbeugungsgitter bei etwa 25% des einfallenden Lichtes für eine vollständig gefüllte Vorrichtung. Jedoch besteht der Vorteil dieser Vorrichtungen gegenüber Dickfilmhologrammen, die dazu neigen, über ein engeres Wellenlängenband und einen engen Winkelsammelwinkel zu arbeiten, darin, dass die relativ geringere Diffraktionseffizienz in der Praxis weitgehend durch die viel größere Winkelsammeleffizienz aufgehoben wird, so dass die Vorrichtung einen viel größeren Lichteinfallwinkel sammelt und einen viel größeren Wellenlängenbereich hat, in dem die Vorrichtung arbeitet, wodurch diese Punkte in der Praxis aufgehoben werden. Ein anderer nützlicher Gesichtspunkt und eine Ausführungsform der Vorrichtungen besteht darin, dass sie genauso effizient arbeiten, wenn sie von beiden Richtungen aus beleuchtet werden, und so eine Rundumbetrachtungsfähigkeit bereitstellen.
  • Bei dieser Vorrichtung wird zur Minimierung einer Bildverschlechterung aufgrund von doppelter Diffraktion und "Geisterbildverschiebung" das unerwünschte Licht außerhalb eines bestimmten Reflexionswinkels von jedem Pixel automatisch von der Anzeigevorrichtung abgelehnt, da es zwei verschiedene Farbfilter durchströmt und daher blockiert wird, und bei einer anderen Ausführungsform könnte zur Reduzierung dieses Effekts etwas optische Leistung in vertikaler Richtung (Richtung der Dispersion) in das diffraktive oder refraktive Element integriert werden, indem das Licht auf die Ebene des hinteren Reflektors in der Richtung der Dispersion fokussiert wird.
  • 22B zeigt eine Vergrößerung des diffraktiven Verfahrens, das zeigt, wie der gewünschte senkrecht reflektierte Strahl 193 und der anfänglich spiegelnd reflektierte Strahl 194 beim Verlassen der Vorrichtung beide ein zweites Mal gebeugt werden können – für den gewünschten senkrechten Einfallstrahl ist dies ein Verlust, für die unerwünschte spiegelnde Reflexion ist dies jedoch ein Gewinn.
  • 6.4: Eine sehr nützliche Ausführungsform ist ein Rundumverbesserungfilm, der dafür ausgelegt ist, Licht sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung direkt auf die Anzeigevorrichtung zu leiten, um eine Rundumverbesserung für eine reflektierende Anzeigevorrichtung bereitzustellen, wodurch die direkt (senkrecht) betrachtete Anzeigevorrichtung verbessert wird, indem einfallendes Licht aus verschiedenen Richtungen verwendet wird. Eine derartige Vorrichtung kann konstruiert werden, indem die offenbarten Vorrichtungen und Variationen aus Abschnitt 1, jedoch vorzugsweise Abschnitt 2, genommen werden und die Ausrichtung eines Anteils der Elemente für eine Diffraktion mit einer Seitenbeleuchtung durch Herstellung entsprechend der Geometrie mit einem seitlichen Referenzstrahl gedreht wird.
  • 23 zeigt, wie eine derartige Vorrichtung arbeiten würde, wobei die Diffraktion so wirkt, dass die Anzeigevorrichtung sowohl bei vertikal als auch bei horizontal einfallendem Licht verbessert wird, um einen größeren Akzeptanzwinkel zur Betrachtung bereitzustellen, während die Vergrößerungsfigur 23B die ausführliche Anordnung verschiedener Ausrichtungen von diffraktiven Bereichen zeigt, um dies zu erreichen.
  • 6.5: Eine sehr nützliche Ausführungsform ist die, bei der nur ein Abschnitt der vorderen Fläche von diffraktiven Elementen eingenommen wird und der Rest nicht optisch aktiv ist, insbesondere, wenn diese Anordnung das Anbringen der diffraktiven Elemente in einer Reihe von sorgfältig geneigten Streifen umfasst. Jedes diffraktive Oberflächenreliefelement würde dann so konstruiert, dass es so effizient wie möglich beugt, das Licht jedoch in einem kleinen Winkel zur Senkrechten zur Vorrichtung beugt, so dass das reflektierte Licht von der Anzeigevorrichtung die Vorrichtung über einen nicht optisch aktiven Bereich der äußeren Vorrichtung erregt. Dies kann angemessen genau organisiert werden, da der Abstand der vorderen Oberfläche einer LCD zum hinteren Reflektor sehr genau definiert ist. In diesem Fall können sehr hocheffiziente leuchtende Beugungsgitterstrukturen in etwa 50% des Bereichs verwendet werden, wodurch die theoretischen Diffraktionseffizienzen insgesamt für eine Verstärkung von etwa 40% bereitgestellt werden, was mit Dickfilmvorrichtungen vergleichbar ist. Ein Hauptgesichtspunkt dieser Vorrichtung besteht darin, dass die Streifen von diffraktiven Elementen eine Größe unterhalb der normalen Auflösung des menschlichen Auges aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform könnten die diffraktiven Bereiche in Gruppen von Linienfeldern angeordnet sein, um einen Moire-Effekt mit der Pixelstruktur zu vermeiden, und bei einer anderen Ausführungsform variiert die Breite des diffraktiven Bereichs und der freien Bereiche über den Bereich der Vorrichtung hinweg entweder periodisch oder unregelmäßig, um Moire-Effekte mit dem Pixelmuster zu vermeiden. Bei all diesen Elementen würde die diffraktive Vorrichtung ein achromatischer diffraktiver Diffusor bleiben, mit Diffraktion und definierter Streuung in eine Betrachtungszone durch eine Überlagerung der Wiedergabe von kleinen Diffraktionsbeugungsgitterbereichen oder durch die Wiedergabe von getrennten diffraktiven Elementen vorzugsweise der direkt geschriebenen Art, wie in Abschnitt 2 offenbart, jedoch ebenfalls möglicherweise der holografischen Art, wie in Abschnitt 1 offenbart. Eine alternative Vorrichtung dieser Form würde eine vordere Fläche umfassen, die teilweise mit kleinen Prismenanordnungen (z.B. einer Fresnel-Prismenanordnung in einer Größenordnung von 5–10 Mikrometer) bedeckt ist, die so ausgelegt sind, dass sie einfallendes Licht aus einem Winkel von typischerweise 20 bis 30 Grad, das in einem Winkel von 1 bis 5 Grad auf die Bildanzeigevorrichtung einfällt, zur Reflexion und Ausgabe im Wesentlichen durch die freien (d.h. unstrukturierten) Bereiche der vorderen Ebenen brechen. Bei einer Ausführungsform könnte die refraktive Fresnel-Prismenstruktur in derselben Struktur mit einem streuenden Effekt kombiniert werden – entweder, indem einfach die Oberfläche aufgerauht wird, oder insbesondere durch eine vertikale zylindrische Struktur oder Kreuzschraffurstruktur auf der Oberfläche, um eine horizontale und vertikale Streuung bereitzustellen. Die typische Größe der Gruppierungen der Prismenanordnungen liegt unterhalb der normalen Betrachtungsauflösung des nicht unterstützten menschlichen Auges, unterhalb von etwa 250 Mikrometer und idealerweise im Bereich von 25 bis 175 Mikrometer, um eine beobachtbare Verschlechterung des angezeigten Bildes zu verhindern. Typischerweise erfordert die Vorrichtung keine Passgenauigkeit mit der Struktur und ist als Deckschicht vorgesehen. Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung könnte etwas optische Leistung in vertikaler Richtung (Richtung der Dispersion) in das diffraktive oder refraktive Element integriert werden, um eine Bildverschlechterung aufgrund von doppelter Diffraktion zu minimieren, indem das Licht auf die Ebene des hinteren Reflektors in der Dispersionsrichtung fokussiert wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung hätte die diffraktive oder refraktive aktive Struktur einen Zeilenabstand, der mit dem Pixelabstand in der Vorrichtung übereinstimmt, und sie wäre in einer relativen Position passgenau mit der Pixelstruktur, so dass das gebeugte oder gebrochene einfallende Licht den aktiven Bereich eines Satzes von Pixeln in dem konstruierten Gebrauchsmuster beleuchten würde, dessen reflektiertes Licht durch den ebenen Bereich der Vorrichtung hinausströmen würde, während die nicht aktiven Bereiche der Vorrichtung unbeleuchtet bleiben, um die Verwendung der Strukturen und des einfallenden Lichtes zu optimieren. Dies ist besonders nützlich für Anzeigevorrichtungen mit einem Oberflächenbereich mit teilweise optisch aktiven Bereichen aufgrund von Schaltkreisen, Filtern etc.
  • Ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtungen gegenüber früheren Vorrichtungen ist das Fehlen des Bedarfs einer Passgenauigkeit der Deckschicht mit bestimmten Merkmalen auf der Anzeigevorrichtung.
  • 24A zeigt eine Vorrichtung gemäß diesem Gesichtspunkt, bei der die achromatische diffraktive Struktur 190 nur einen Teil der Vorderseite der Vorrichtung einnimmt und in kleinen Zonen oder Streifen von einer Größe unter der Augenauflösung angeordnet ist, und sie zeigt das Reflexionsverhalten, wenn einfallendes Licht in einem kleinen Winkel zur Senkrechten gebeugt und durch einen benachbarten kleinen Bereich hinaus reflektiert wird. Da der Eingabewinkel variiert, kann das Licht selbstverständlich durch Streifen, die sich mehrere Elemente entfernt befinden, eingegeben und ausgegeben werden. 24B zeigt eine äquivalente Anordnung mit kleinen Prismenvorrichtungen.
  • 6.6: Eine nützliche Ausführungsform für sämtliche oben in 6.1 bis 6.6 genannten Arten von Vorrichtung, einschließlich achromatischer diffraktiver Diffusoren, hocheffizienter diffraktiver Strukturen, die über einen Anteil des Bereichs hinweg organisiert sind, und refraktiver kleiner Prismenanordnungen, die über einen Teil des Bereichs hinweg organisiert sind, ist die Integration von optischer Leistung in die Deckschicht. Dies ist typischerweise erforderlich, weil die Deckschicht entfernt von und oberhalb des hinteren Reflektors der Vorrichtung angeordnet ist (typischerweise das TFT-Silizium selbst), um eine Bildverschlechterung nach mehrfacher Diffraktion zu vermeiden. Typischerweise sollte eine diffraktive Deckschicht optische Leistung umfassen, die typischerweise als eine Reihe von kleinen diffraktiven Linsen angeordnet ist, um das Eingabelicht in einer dicht gepackten Anordnung auf dem hinteren Reflektor der Vorrichtung zu fokussieren, bevor das Licht nachfolgend gebeugt wird. Jedoch ist das Problem bei dieser Art von Anordnung, dass die diffraktive Betrachtungszone nicht mehr sorgfältig mit gesteuerter Diffusion gesteuert werden kann und die Wiedergabe nicht mehr, wie erforderlich, als Betrachtungskegel örtlich über die Vorrichtung hinweg variiert und durch die einzelnen diffraktiven Linsenanordnungsammelwinkel eingestellt wird. Eine sehr nützliche Ausführungsform dieser Erfindung ist die Erzeugung eines diffraktiven Elements, das eine dicht gepackte Anordnung von Brennpunkten von einem dicht gepackten Satz diffraktiver Linsen wiedergibt, wobei verschiedene Bereiche der Anordnung Linsen der Anordnung aufweisen, die unterschiedliche Ausgabelichtkegel aufweisen (d.h. unterschiedliche Winkelakzeptanzwinkel der optischen Leistung), wobei diese Eigenschaften typischerweise gleichmäßig über die Vorrichtungen hinweg variieren – wobei sich die größten Differenzen an gegenüberliegenden Seiten der Anzeigevorrichtung befinden, wo die diffraktiven Linsen beide in dieselbe Betrachtungszone wiedergeben würden und deshalb die größte Winkeldifferenz aufweisen würden. Diese Vorrichtung, eine diffraktive, achromatische streuende Anordnung von kontinuierlich variablen diffraktiven kleinen Linsen, die als Oberflächenreliefstruktur gebildet sind, ist hinsichtlich der verbesserten Betrachtungszonenleistung und der achromatischen und großen Winkel- und Wellenlängenakzeptanzleistung eine Verbesserung gegenüber Vorrichtungen des Stands der Technik und bildet ebenfalls eine Deckschicht über der Vorrichtung, die keine Passgenauigkeit mit Pixeln auf der Vorrichtung erfordert.
  • 25 und 26 zeigen die Leistung dieser Anordnung von diffraktiven kleinen Linsen mit kontinuierlich variabler Leistung. 25 zeigt den Reflexionslichtpfad in einer Anzeigevorrichtung mit einer Reflexionsfläche 186, wobei schematisch die Positionen und die Leistung für die oberen (201), mittleren (200) und unteren (202) kleinen Linsen in der Anordnung gezeigt sind. Dies zeigt, wie die streuenden diffraktiven kleinen Randlinsen eine im Wesentlichen zur Achse verschobene Leistung aufweisen, um sicherzustellen, dass sie Licht in eine gleichmäßige Betrachtungszone beugen. 26 zeigt die optischen Linsenlichtpfade ausgebreitet, wobei die Anforderungen der Achsenverschiebung an die kleinen Randlinsen 203, 205 deutlicher gezeigt sind.
  • 6.7: Insbesondere sind alle hier in Abschnitt 6 ausführlich dargestellten Vorrichtungen zusätzlich zu den oben aufgeführten Vorteilen Oberflächenreliefvorrichtungen, die für Weißlicht, eine breite Akzeptanz und eine breite Wellenlängenleistung ausgelegt sind und die alle als Deckschicht über der bildverbessernden Anzeigevorrichtung ausgelegt sind, die keine Passgenauigkeit mit einem Merkmal oder Pixel auf der Vorrichtung erfordern.
  • Ein Vorteil dieser Vorrichtungen aus Abschnitt 6 besteht darin, dass sie zu der vorderen Fläche jeder Bilder formenden Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer TFT-Flüssigkristallanzeige (oder einer ähnlichen direkt betrachteten Bilder formenden Anzeigevorrichtung) als klebgebundene laminierte Deckschicht, im Allgemeinen ohne enge Beschränkungen hinsichtlich der Passgenauigkeit, in einer späten Phase des Herstellungsverfahrens hinzugefügt werden können. Dies würde den Bedarf für zusätzliche Wafer-Herstellungsphasen im Flüssigkristallanzeigen-Halbleiterwerk zur Bildung von mikrooptischen Elementen vor Ort vermeiden.

Claims (36)

  1. Achromatischer diffraktiver Diffusor, der eine Mehrzahl von diskreten Regionen einzelner diffraktiver Oberflächenrelief-Vorrichtungen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede eine Größe unter der normalen optischen Auflösung eines Beobachters hat und so angeordnet ist, dass unter Beleuchtung durch Umgebungslicht die Superposition der diffraktiven Effekte dazu dient, eine gleichmäßige achromatische Diffusorreflexion in eine definierte Betrachtungszone zur Beobachtung durch einen Beobachter bereitzustellen, und auch so, dass die achromatische Wiedergabe der Vorrichtung eine nichtsymmetrische Verteilung von diffraktiver Lichtintensität zwischen positiven und negativen diffraktiven Ordnungen hat, so dass der Beugungswirkungsgrad in der gewünschten diffraktiven Ordnung gegenüber dem der unerwünschten Ordnung verbessert wird, um eine achromatische Vorrichtung verbesserter Helligkeit bereitzustellen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die genannte Region bzw. genannten Regionen diffraktive Oberflächenrelief-Vorrichtungen in der Form von nichtüberlappenden diffraktiven Elementen aufweist bzw. aufweisen, die so angeordnet sind, dass bei Beleuchtung mit Umgebungslicht jedes diffraktive Element eine diffraktive Wiedergabe hat, die ein lokalisiertes diffuses Bild in einer Ebene der Vorrichtung bildet und ein zweites Bild bildet, das ein Sichtfester von der Vorrichtung weg und von der gleichen Form wie das von einem Regenbogenhologramm erzeugte definiert, wobei diffraktive Regenbogen-Wiedergaben von den Vorrichtungen angeordnet sind, um sich so zu überlagern, dass die diffraktiven Wiedergaben einen achromatischen Effekt für einen Betrachter ergeben.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die einzelnen diffraktiven Vorrichtungen eine Abmessung von kleiner als 250 Mikrometern haben.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die genannte eine Abmessung die größte Abmessung umfasst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die genannte eine Abmessung im Bereich von 10 bis 100 Mikrometern liegt.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und mit wenigstens drei nichtüberlappenden streuenden diffraktiven Elementen diffraktiver Regenbogenwiedergabe.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Elemente in der Form von Linien wie gekrümmten Linien oder in der Form von Vielecken oder Rechtecken angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Verhältnisse der räumlichen Größen der diskreten Regionen einzelner diffraktiver Oberflächenrelief-Vorrichtungen so ermittelt werden, dass sie für eine achromatische Wiedergabe sorgen.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem zusätzlichen optischen diffraktiven grafischen Bild, das für einen Beobachter unter Umgebungsbeleuchtung sichtbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das zusätzliche Bild von einer Region von optische Bilder formenden diffraktiven Elementen gebildet wird, die räumlich von die achromatische Wiedergabe bereitstellenden Regionen separat sind und eine Größe unter normaler Augenauflösung haben.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der kein optische Bilder formendes diffraktives Element in der nicht für das optische Bild benutzten Region vorhanden ist, um eine gleichmäßige achromatische Wiedergabe aufrecht zu erhalten.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei der das optische grafische Bild angeordnet ist, so dass es bei einem anderen Wiedergabewinkel von dem Hauptstreubild betrachtet werden kann.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12 und so angeordnet, dass das grafische Bild beim Drehen der Anzeigevorrichtung um im Wesentlichen 90° in einer vertikalen oder horizontalen Ebene betrachtbar wird.
  14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Bereiche der Vorrichtung, die nicht von optische Bilder formenden diffraktiven Elementen eingenommen werden, unbenutzt gelassen werden und so angeordnet sind, dass sie nicht zu der diffraktiven Wiedergabe beitragen, so dass die achromatische Wiedergabe der gesamten diffraktiven Vorrichtung vollkommen gleichmäßig ist.
  15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 und angeordnet, um eine zusätzliche streuende Wiedergabe bereitzustellen, die außerhalb der diffraktiven achromatischen Betrachtungszone sichtbar ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Satz diskreter Regionen einzelner diffraktiver Oberflächenrelief-Vorrichtungen umfasst, wobei die diskreten Regionen nichtüberlappend und räumlich von den diffraktiven Elementen separat sind.
  17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der diffraktive Elemente eine asymmetrische Form und einen asymmetrischen Beugungswirkungsgrad haben, so dass die gewünschte achromatische diffraktive Wiedergabe gegenüber der unerwünschten diffraktiven Wiedergabe verbessert wird.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, bei der die diffraktiven Oberflächenrelief-Vorrichtungen mit einem synthetischen Computergenerierungsschritt hergestellt werden.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 18 und mit dem Schritt des direkten Schreibens der diffraktiven Struktur mit Hilfe von Elektronenstrahllithografie.
  20. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, bei der die diffraktive Oberflächenrelief-Struktur mit einem Hologrammgenerierungsschritt hergestellt wird.
  21. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 20, die den Schritt des holographischen Generierens der Oberflächenreliefstruktur durch Belichten eines lichtempfindlichen Aufzeichnungsmediums mit Laserlicht aufweist, das einen Referenzstrahl und einen diffusen, gestreuten oder projizierten Objektstrahl umfasst, so dass sowohl Objekt- als auch Referenzstrahl von der gleichen Seite der Normalen auf das Aufzeichnungsmedium einfallen und dass die resultierende Oberflächenreliefstruktur ein asymmetrisches Profil und einen asymmetrischen Beugungswirkungsgrad hat, die die gewünschte diffraktive Wiedergabe verbessern.
  22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, die so angeordnet ist, dass die projizierte Betrachtungszone oder Betrachtungszonensuperposition einen vorbestimmten glatten Intensitätsgradienten am Rand der Betrachtungszone bereitstellt.
  23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 und Anspruch 22, bei der die diffraktiven Elemente Beugungsgitter umfassen.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Beugungsgitter asymmetrisch sind.
  25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 und der Ansprüche 22 bis 24, bei der die diffraktiven Elemente in Unterbereichen angeordnet sind, so dass jeder Unterbereich zum Erzeugen einer achromatischen diffraktiven Wiedergabe durch Superposition der diffraktiven Strahlen dient.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die von den genannten diffraktiven Unterbereichs-Elementen erzeugte Betrachtungszone die Aufgabe hat, positionsgemäß über die Vorrichtung zu variieren, so dass die gleiche gebeugte Betrachtungszone von allen Elementen der Vorrichtung erzeugt wird, trotz ihrer verschiedenen räumlichen Muster.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, bei der die Unterbereiche aus mehreren Beugungsgittern oder diffraktiven Bereichen mit einer Maßstabsgröße von 10 bis 100 Mikrometern und mit Ausrichtungen und Steigungen bestehen, die so ermittelt sind, dass die Superposition von diffraktiven Effekten von den Bereichen eine achromatische Wiedergabe in die gewünschte Betrachtungszone ergibt.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25, 26 oder 27, bei der die Unterbereiche oder Elementarbereiche als rechteckige oder vieleckige Formen oder als Linien wie gekrümmte Linien angeordnet sind.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25, 26, 27 oder 28 und mit zwischen 25 und 150 diffraktiven Elementen pro Unterbereich, wobei jedes durch Steigungs- und Ausrichtungsvariationen gekennzeichnet ist.
  30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 und der Ansprüche 22 bis 29, die Streuelemente aufweist und ferner angeordnet ist, um achromatische und geregelte Streuung zum Vergrößern des Betrachtungswinkels bereitzustellen, wobei die Streuelemente räumlich separat sind und ein Mittel zum achromatischen Ausgleichen bieten, indem jene Bereiche nicht eingesetzt werden, um die Diffraktion gleichmäßig zu halten.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, die mit räumlich unterschiedliche Bereiche umfassenden Streubereichen angeordnet ist.
  32. Anzeigevorrichtung, die durch Reflexion betrachtet werden kann und ein bildlieferndes Anzeigeelement umfasst mit einem rämlichen Lichtmodulator, der angeordnet ist, um ein durch die Lichttransmission durch ihn hindurch betrachtbares Bild bereitzustellen, und von einer achromatischen diffraktiven Diffusorvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 und der Ansprüche 22 bis 31 unterstützt wird, und wobei die diffraktive Diffusorvorrichtung bei achsenentfernter Beleuchtung der Anzeigevorrichtung durch Umgebungslicht zum Reflektieren von Streulicht in eine definierte Betrachtungszone im Wesentlichen senkrecht zu der Anzeigevorrichtung zum Betrachten durch einen Beobachter dient.
  33. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 32, die angeordnet ist, um durch Transmission und Reflexion betrachtet werden zu können und unter geringen Restlichtbedingungen in Transmission durch ein Hintergrundlicht sichtbar ist, wobei der achromatische Reflektor eine reflektierende Oberfläche präsentiert, in der sich eine Mehrzahl von Mikrolöchern befinden, wobei die Anzeigevorrichtung ferner eine Mehrzahl von Mikrolinsen aufweist, die zum Konzentrieren von Licht durch die Mikrolöcher dienen.
  34. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 33, bei der die Mikrolöcher passgenau mit den Mikrolinsen angeordnet sind.
  35. Anzeigevorrichtung nach Ansprüchen 33 oder 34, bei der die Mikrolochposition relativ zur Mikrolinsenposition zum Ermitteln eines Beleuchtungsfelds dient.
  36. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 33, 34 oder 35, bei der die Größe jedes Lochs ermittelt ist, um die Anzeige zu vergleichmäßigen.
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