Die Erfindung betrifft ein planeres Lichtverteilungsmodul für ein Display, umfassend eine Lichtfüh- rungsplatte durch welche über wenigstens eine Seitenfläche einkoppelbares Licht mittels Totalreflektion propagieren kann und wenigstens eine auf einer oder beiden der Hauptflächen der Lichtfüh- rungsplatte angebrachte und mit dieser in optischem Kontakt stehende planere Auskopplungseinrichtung , in der eine Vielzahl holographisch optischer Elemente , die so ausgestaltet sind, dass sie Licht aus der Lichtführungsplatte (1) auskoppeln können, angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Anzeige, insbesondere ein elektronisches Display, das ein erfindungsgemäßes Lichtverteilungsmodul beinhaltet Flüssigkristallanzeigen haben eine weite Verbreitung erlangt Sie gibt es bereits in vielen Größen. Sie reichen von kleinen LC-Display in Mobütelefonen, Spielcomputern zu mittelgroßen Displays für Laptops, Tablet-PCs, Desktopmonitoren bis zu großen Anwendungen wie für Fernseher, Werbetafeln und Gebäudeinstallationen.

Üblicherweise werden Kahkathodenleuchtquellen und lichtemittierende Dioden (LEDs) zur Lichter- zeugung in der rückwärtigen Beleuchtungseinheit (Backlight Unit, kurz BLU) verwendet Die Ab- slrahlungscharakteristik dieser Lichtquellen ist derart; dass diese vergleichsweise ungerichtetes Licht abstrahlen. Grundsätzlich werden zwei Bauformen verwendet: Direkte Beleuchtung und Kantenbeleuchtung.

In der direkten Beleuchtung (direkt BLU) werden die Leuchtkörper auf die Rückseite des Displays montiert. Dies hat den Vorteil, dass das Licht sehr homogen über die Größe des Displaypanels verteilt ist, was insbesondere bei Fernsehern von Bedeutung ist Verwendet man zudem LEDs in einer direkten Beleuchtung, lassen diese sich auch dimmen, was einen erhöhten Kontrastwert des Display möglich macht Ein Nachteil sind dabei die hohen Kosten, da eine Vielzahl von Leuchtquellen nötig ist Aus diesem Grund hat sich jüngst die Kantenbeleuchtung mehr und mehr im Markt durchgesetzt Dabei werden die Leuchtquellen nur an den Kanten einer Lichtführungsplatte montiert In dieser wird das Licht an der Kante eingekoppelt und wird durch Totalreflektion in das Innere transportiert Durch an der Flächenseite der Lichtführungsplatte angebrachte Lichtauskoppelelemente wird das Licht dadurch nach vorne in Richtung des LC-Panels gelenkt Typische Lichtauskoppelelemente sind dabei gedruckte Muster aus weißer Farbe, das Anrauen der Oberfläche der Lichtführungsplatte oder eingeprägte lichtbrechende Strukturen. Die Anzahl und Dichte dieser Strukturen läßt sich frei wählen und erlaubt eine recht homogene Ausleuchtung des Displays.

In der Weiterentwicklung von hochauflösenden LC-Displays sucht man nach Wegen, energiesparsa- mere Displays mit besseren Darstellungsqualitäten möglich zu machen. Ein wichtiger Teilaspekt ist dabei die Vergrößerung des Farbraums (Garnut) und die homogene Ausleuchtung (Leuchtdichtenverteilung).

Die Vergrößerung des Farbraums gelingt dadurch, dass die Farbtreue der einzelnen Pixel erhöht wird. Diese geht einher mit der Verwendung zunehmend engerer Spektralverteilungen der roten, grünen und blauen PixeL Eine Einengung der spektralen Verteilung der Farbfilter ist denkbar, geht aber auf Kosten der Lichtausbeute und erhöht den Stromverbrauch. Daher ist es vorteilhaft, spektral eng emittierende Lichtquellen zu verwenden, wie z.B. lichtemittierende Dioden oder Laserdioden.

Die im heutigen Stand der Technik verwendeten Lichtauskoppelelemente wie z.B. weiße Reflektions- farbe oder Oberflächenrauung zeigen das ungerichtete Streuverhalten eines Lambertschen Strahlers. Dies führt zum einen zu einer Vielzahl von Lichtwegen, die durch die zwischen der Lichtführungs- platte und dem LC-Panel liegenden Diffusor- und Prismenfolien erneut homogenisiert und dann wieder gerichtet werden müssen, um eine dem LC Panel angemessene Lichtverteilung bereitzustellen.

Neben diesen reflektiven bzw. refraktiven Auskoppelelementen wurden diffraktiv wirkende Oberflächenstrukturen an der Lichtführungsplatte beschrieben:

In US 2006/0285185 wird eine Lichtführungsplatte beschrieben, bei der die Tiefe der eingeformten diffraktiven Oberflächenstruktur die Effizienz der Auskopplung angepasst ist Die effektive Effizienz wird aber bedingt durch nur eine Frequenz in der Gitterstruktur als niedrig angesehen.

US 2006/0187677 lehrt eine Lichtführungsplatte in der die eingeformten diffraktiven Oberflächenstrukturen durch einen unterschiedlichen Füllfaktor und unterschiedliche Ausrichtungen eine homogene Intensitätsverteilung einstellen soll. Aus US 2010/0302798 ist die Verwendung zweier Raumfrequenzen durch Einprägung von Überstrukturen in die diffiaktive Oberflächenstruktur bekannt Ähnliche Anpassung durch weitere Einschnitte ( _" cutaway") in der Oberflächenstruktur lehrt US 2011/0051035, um Auskoppeleigenschaften von Auskoppeleffizienzen separat optimieren zu können. Park et al. (Optics Express 15(6), 2888-2899 (2007)) berichten über dot-matrix difrraktive punktförmige Oberflächenstrukturen und erreichen allerdings damit nur eine Intensitätsuniformität von 62%.

US 5,650,865 lehrt die Verwendung von Doppelhologrammen, die aus einem Reflektions- und einem Transmissionsvolumenhologramm bestehen. Die beiden Hologramme selektieren Licht von enger spektraler Breite und lenken Licht aus einem bestimmten Winkel aus der Lichtführungsplatte senkrecht aus. Die Doppelhologramme für die drei Grundfarben sind dabei den Pixeln eines LC-Panels geometrisch zugeordnet Die Orientierung zweier pixelierter Hologramme zueinander und ihre Justierung zu den Pixeln des LC-Panels ist dabei aufwendig und schwierig. US 2010/0220261 beschreibt Beleuchtungsvorrichtungen für Flüssigkristalldisplays enthalten eine Lichtführungsplatte, die Volumenhologramme enthält, um Laserlicht umlenken. Dabei sind die Volumenhologramme in speziellen Abständen zueinander, schräg in die Lichtfuhrungsplatte positioniert. Die Herstellung von Volumenhologrammen in Lichtführungsplatten ist allerdings sehr kostenintensiv. Aus GB 2260203 ist die Verwendung von Volumenhologrammen als farbselektive Gitter auf einer Lichtführungsplatte bekannt, wobei die einzelnen Volumenhologramme Auskoppeleffizienzen haben, die entlang der Einstrahlungsrichtung zunehmen. Die farbselektiven Gitter sind dabei räumlich auf die Pixel eines lichtdurchlässigen digitalen Lichtmodulators angepasst, was bei zunehmend höherauflösenden Displaypanels aufwändig und damit teuer ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Displaydesign mit einem besonders flachen und kompakten Lichtverteilungsmodul bereitzustellen, das Licht effizient und homogen auf einen lichtdurchlässigen digitalen Lichtmodulator projizieren kann. Das Lichtverteihusgsmodul soll ferner eine Reduzierung der Anzahl der Lichtquellen erlauben und damit die Herstellung von optischen Anzeigen preisgünstiger gestalten. Diese Aufgabe wird bei einem Lichtverteilungsmodul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die holographisch optischen Elemente in der Auskopplungseinrichtung bezüglich wenigstens zwei Raumdimensionen ohne Translationssymetrie angeordnet sind und die holographisch optischen Elemente als Volumengitter ausgestaltet sind.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass in Abweichung der aus dem Stand der Technik bekannten Angaben, insbesondere derjenigen aus GB 2260203, keine gleichmäßige Anord- nung der holographisch optischen Elemente erforderlich ist, um eine homogene Lichtauskopplung aus der Lichtführungsplatte zu ermöglichen. Zudem ist bei der erfindungsgemäßen Lösung keine diskrete Zuordnung der Auskopplungsstellen zu einzelnen Pixeln eines Displays erforderlich.

So kann bei dem erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmodul das Licht aus der Lichtfuhrungsplatte gerichtet ausgekoppelt werden und die homogene Lichtauskopplung durch die Verteilung der holo- grafisch optischen Elemente auf der Lichtfuhrungsplatte erreicht werden. Zusätzlich können beispielsweise noch die Form, die Größe, die Beugungseffizienz und/ oder die Beugungsrichtung der holographisch optischen Elemente variiert werden oder eine Wellenlängenselektion mit Hilfe der holographisch optischen Elemente vorgenommen werden. Mit anderen Worten koppeln typischer- weise verwendete Lichtquellen das Licht in einem breiten Winkelbereich in die Lichtfuhrungsplatte ein. Dabei selektieren die holografisch optischen Elemente diese Strahlen und belassen diejenigen Strahlen, die nicht der Bragg-Bedingung folgen, in der Lichtfuhrungsplatte. Durch die geschickte Wahl der Form und Größe oder der diffraktiven Effizienz oder der Verteilung der holografisch optischen Elemente auf der Lichtfuhrungsplatte oder durch die Beugungsrichtung oder durch Wellenlän- genselektion oder durch eine Kombination zweier oder mehrere dieser Eigenschaften ist es möglich die Lichthomogenität an einem Difiusor gleichmäßig einzustellen. Die Lichtfuhrungsplatte dient damit als Lichtreservoir, dem die holografisch optischen Elemente Licht„entnehmen" und dies zielgerichtet an den Difiusor auskoppeln. Diese und weitere Möglichkeiten werden im Folgenden noch detaillierter behandelt Als Lichtquellen für die erfinderischen Displays eignen sich Plasmaemissionslampen, wie z.B. Kah- kathodenfloureszenzlampen oder andere z.B. Exciplex enthaltende Plasmalichtquellen; Festkörper- lichtquellen wie z.B. Licht emittierende Dioden (LEDs) auf Basis anorganischer oder organischer Materialien, vorzugsweise sog. weiße LEDs, die eine ultraviolette und/oder blaue Emission und farbkonvertierende Phosphors enthalten, wobei die farbkonvertierenden Phosphors auch solche halb- leitende Nanopartikel (sog. Quantendots, Q-dots) enthalten können, die - wie dem Fachmann bekannt ist - nach Anregung mit blauem oder UV-Licht im geeigneten roten und grünen sowie ggf. blauen Spektralbereich mit hoher Effizienz emittieren. Q-dots mit möglichst schmaler Bandbreite der Lichtemission sind bevorzugt. Außerdem eigenen sich auch Kombinationen aus mindestens drei monochromatischen, also z.B. roten, grünen und blauen LEDs; Kombinationen aus mindestens drei monochromatischen, also z.B. roten, grünen und blauen Laserdioden; oder Kombinationen aus monochromatischen LEDs und Laserdioden, sodass die Grundfarben durch die Kombination herstellbar sind. Alternativ können die Grundfarben auch in einem mit blauen LEDs beleuchteten, schienenfor- migen Element erzeugt werden, das geeignete Q-dots enthält, um zu dem blauen Licht der LED konvertierte8 rotes und grünes Licht mit schmaler Bandbreite mit hoher Effizienz dazu zu mischen. Das schienenförmige Element, auch unter dem eingetragenen Handelsnamen„Quantum Rail" erhältlich, kann vor einem Array aus blauen LEDs oder blauen Laserdioden positioniert werden.

Die Herstellung der holographisch optischen Elemente in die transparente Schicht ist über verschie- dene Verfahren möglich. Es ist möglich eine dem zu erzeugenden Muster entsprechende Maske zu verwenden, wobei die Maske Öffnungen enthalt (Positivmaske), die dem Muster entsprechen. Dabei wird die holographische Belichtung derart aufgebaut, dass entweder der Signalstrahl oder der Referenzstrahl oder beide durch die Maske in seiner Intensität oder Polarisation örtlich modifiziert wird. Diese Maske kann unter anderem aus Metall, Kunststoff, starken Karton oder drgl. gefertigt sein und enthalt damit Öffnungen oder Bereiche an deren Stelle der Strahl durchgelassen wird oder seine Polarisation geändert wird und mittels Interferenz mit dem zweiten Strahl im holographischen Auf- zeichnungsfilm ein holographisch optisches Element erzeugt In Bereichen, wo nur ein Strahl auf das Aufzeichnungsmaterial trifft oder wo die Polarisationszustände der beiden Strahlen orthogonal zueinander sind, erfolgt eine Belichtung des Aufzeichnungsmaterials, die zu keinem holographisch opti- sehen Element fühlt

Sollen lokal unterschiedliche Beugungseffizienzen für die holographisch optischen Elemente erzeugt werden, so kann ein Graufilter verwendet werden, der das Strahlverhältnis (beam ratio) von Signal- zu Referenzstrahl lokal anpasst und damit die Amplitude des Interferenzfeldes, das die Beugungseffizienz des holographischen optischen Elementes bestimmt von Position zu Position variiert Der Graufilter kann z.B. durch eine bedruckte Glasscheibe oder transparente, weitgehend frei von Doppelbrechung vorliegende Kunststofffolie, die auf die Maske gelegt wird realisiert werden. Idealerweise wird der Graufilter durch eine digitale Drucktechnik wie beispielsweise Ink-jet-dmck oder Laserdruck realisiert.

Neben einem Graufilter kann auch ein Element verwendet werden, das lokal den Polarisationszu- stand von mindestens einem der beiden Schreibstrahlen variiert, da damit ebenfalls die Amplitude des Interferenzfeldes beeinflusst werden kann. Geeignete Elemente wären z.B. Linearpolarisatoren, Lambda-Viertel oder Lambda-Halbe Plättchen. Linearpolarisatoren können auch wie Graufilter wirken.

Möchte man nicht nur ein einfaches holographisches Gitter sondern auch noch eine Diffusoreigen- schaft mit in das holographisch optische Element einbelichten, so kann dabei der Signalstrahl durch einen optischen Diffusor modifiziert werden. Die Maske kann dabei auf den Diffusor gelegt werden, um dort die räumliche Zuordnung zu ermöglichen. Ebenfalls ist es auch möglich den Referenzstrahl analog mit der Maske zu modifizieren. Im letzteren Fall ist die„Signal"-Information auf Referenz und Signalstrahl verteilt, da der Referenzstrahl mit der Maske den Bereich definiert, der Signalstrahl die Diffusoreigenschaft einbringt Weiterhin ist es möglich, zunächst ein Masterhologramm des Dif- fusors zu erzeugen, das in einem zweiten holographischen Belichtungsschritt zur Erzeugung der eigentlichen holographisch optischen Elemente in der transparenten Schicht verwendet wird. Wenn ein Masterhologramm verwendet wird, benötigt man die Positivmaske nur für dessen Herstellung und es kann bei der nachfolgenden Kopieerstellung ggf. darauf verzichtet werden.

Die Auskopplungseinrichtungen des Lichtverteilungsmoduls kann beispielsweise mittels Maskenver- fahren (Positivmaske), über Variation des Beam-ratios durch einen Graufilter, einen Polarisationsfilter, durch Verwendung eines Diffusors, durch inkohärente Vorbelichtung durch einen Graufilter (Negativmaske), durch sequentiellen optischen Druck von individuellen holographisch optischen Elementen erfolgen, um nur einige Beispiele zu nennen. Eine Modifikation der Auskopplungseinrichtungen kann beispielsweise durch Löschen von Hologrammen durch Strahlung, chemische Quellung oder Schwindung; durch mechanische Nachbearbeitung oder durch eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Verfahren erfolgen.

Möchte man mehrere verschiedene Schichten mit holographisch optischen Elementen verwenden, kann es vorteilhaft sein, diese separat herzustellen und dann in einen Laminationsschritt oder in einem Verklebungsverfahren aufeinander zu applizieren. Werden verschiedene holographisch optische Elemente mit unterschiedlichen Beugungswinkeln verwendet, wird für jede dieser Gruppen eine eigene Maske verwendet und die Strahlgeometrie entsprechend modifiziert. Hier werden die Belichtungen sequentiell durchgefühlt.

Werden verschiedene holographisch optische Elemente, für unterschiedliche Rekonstruktionsfrequenzen verwendet, wird für jede dieser Gruppen eine eigene Maske und ein anderer Laser entspre- chend verwendet Hier können die Belichtungen sequentiell durchgeführt werden. Ebenfalls ist es möglich, jede Maskenöffhung mit einem Farbfilter zu versehen, der die Farbzuordnung definiert Die Belichtung kann dann sequentiell als auch zeitgleich mittels eines aus einem roten, grünen und blauen bestehenden weißen Lasers erfolgen. Variiert man zudem die Absorption des Farbfilters auch noch für den transmittierenden Strahl, kann auch die Beugungseffizienz zeitgleich angepasst werden Grenzen die holographisch optischen Elemente aneinander an oder überlappen sich, kann auf die Maske vollständig verzichtet werden und die Glasplatte/Kunststoffolie allein für die Belichtung verwendet werden.

Neben einer Positivmaske kann auch eine Negativmaske verwendet werden. Dabei werden die Berei- che, die belichtet werden, durch eine inkohärente Vorbelichtung desensibilisiert. Nach dieser Vorbelichtung erfolgt die eigentliche holographische Belichtung in den verbleibenden Bereichen des Auf- zeichnungsfilms. Die inkohärente Vorbelichtung kann dabei in unterschiedlicher Lichtintensität erfolgen. Derart ist es möglich, jeden Bereich von keiner bis vollständiger Desensibilisierung einzustellen. Die nachfolgende holographische Belichtung kann nun wieder farbselektiv und/oder richtungsselektiv erfolgen, sodass auf diese Weise die Einstellung der Beugungseffizienz durch die inkohärente Vorbelichtung mittels Negativmaske erfolgt, die Farbselektivität und/oder die Richtungsselektiv im zweiten Schritt durch die Positivmaske erfolgt Die Desensibilisierung des Aufzeichnungsmaterials erfolgt durch eine Negativmaske, so dass die Bereiche ohne holographisch optisches Element dadurch defi- niert werden. Danach werden mit drei Positivmasken sequentiell die roten, grünen und blauen holographisch optischen Elemente mit den jeweiligen Lasern in das Aufzeichnungsmaterial geschrieben. Ebenfalls ist es möglich, jede Positivmaskenöffnung mit einem Farbfilter zu versehen, der die Farbzuordnung definiert. Die Belichtung kann dann sequentiell als auch zeitgleich mittels eines aus einem roten, grünen und blauen bestehenden weißen Lasers erfolgen Bei einem weiteren Verfahren, das für das Erzeugen von holographisch optischen Elementen in der Auskopplungseinrichtung geeignet ist, wird sequentiell jedes holographisch optische Element optisch gedruckt Dabei wird über einen x-y- Verschiebetisch entweder das Aufzeichnungsmaterial vor einen optischen Schreibkopf vorbeigeführt, oder der optische Schreibkopf wird mittels einer x-y- Positioniereinheit über das Auf zeichnungsmaterial geführt Dabei werden nacheinander jede Position einzeln angefahren und mittels Interferenzbelichtung das holographisch optische Element einbelichtet Das Verfahren eignet sich dabei insbesondere auch für eine leicht Anpassung der Rekonstruktionsrichtungen der einzelnen holographisch optischen Elemente, da durch das Drehen des optischen Schreibkopfes oder des Aufzeichnungsmaterials eine leichte Anpassung möglich ist Der Schreibkopf kann natürlich auch weitere Funktionen enthalten, wie Farbselektivität durch Verwendung mehrerer Laser oder durch flexible Graustufenfilter oder Polarisationselemente, die das Signal- Referenzstrahlverhältnis (beam ratio) anpassen können. Es liegt zudem im Rahmen der Erfindung, zuerst ein holographisch optisches Element flächig bedeckend auf die Oberfläche der Lichtführungsplatte zu applizieren und in einem nachfolgenden Schritt in vereinzelte holographisch optische Elemente zu strukturieren, indem man gezielt in Bereichen das Hologramm löscht bzw. deren Beugungseigenschaften für verschiedene Wellenlängenbereiche des sichtbaren Spektrum lokal beeinflusst Das kann zum Beispiel aber nicht ausschließlich ebenfalls durch eine Maske geschehen, indem man zum Beispiel mit UV Strahlung das Hologramm bleicht oder andere für das Aufzeichnungsmaterial angepasste Löschmethoden benutzt

Weiterhin kann zum Beispiel die Beugungseigenschaft der holographischen optischen Elemente x-y scannend durch gezielt lokale Quellung oder Schwindung auf verschiedene spektrale Bereiche des sichtbaren Spektrum angepasst werden. Geeignete Agenzien wären zum Beispiel mit aktinischer Strahlung vernetzbare Monomere mit geeignetem Brechungsindex, die lokal eindiffundieren und dann vernetzt werden. Diese Verfahrensweise kann bevorzugt bei Verwendung von Photopolymeren als Auf zeichnungsmaterial zum Einsatz kommen.

Schließlich ist es möglich, die holographisch optischen Elemente mittels eines ausstanzbaren und transferierbaren Filmmaterials zu erzeugen. Dabei wird eine einheitliche Gitterstruktur belichtet, die Struktur des Musters mechanisch ausgestanzt und auf den Wellenleiter transferiert, beispielsweise über einen Laminationsschritt.

Die Auskopplungseinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Aufzeichnungsmaterial für Volumenhologramme. Geeignete Materialien sind beispielsweise Silberhalogenidemulsionen, Dichromatgela- tine, photorefraktive Materialien, photochrome Materialien oder Photopolymere. Von industrieller Relevanz sind hieraus im wesentlichen Silberhalogenidemulsionen und Photopolymere. In Silberha- logenidemulsion lassen sich sehr helle und kontrastreiche Hologramme schreiben, allerdings ist ein erhöhter Aufwand für den Schulz der feuchtigkeits-empfindlichen Filme notwendig, um eine ausreichende Langzeitstabilität zu gewährleisten. Für Photopolymere gibt es mehrere grundlegende Material-Konzepte, allen Photopolymeren gemeinsam ist das Photoinitiatorsystem und polymerisierbare Schreibmonomere. Darüber hinaus können diese Bestandteile in Trägermaterialien wie zum Beispiel thermoplastische Binder, vernetzte oder nicht-vernetzte Binder, Flüssigkristalle, Sol-Gele oder nano- poröse Gläser eingebettet sein. Zusätzlich können weitere Eigenschaften gezielt durch spezielle Additive maß-geschneidert eingestellt werden. In einer besonderen Ausführungsform kann ein Photopolymer noch Weichmacher, Stabilisatoren und/oder weitere Additive enthalten. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit Photopolymeren enthaltend vernetzte Matrixpolymere, wie sie beispielhaft in EP2172505A1 beschrieben sind, von Vorteil. Die hierin beschriebenen Photopolymere weisen als Photoinitiator ein auf die notwendige Wellenlänge modular adjustierbares Photoinitiator-System, Schreibmonomere mit aktimsch polymerisierbaren Gruppen und ein hoch-vernelztes Matrix-Polymer auf. Werden geeignete Additive, ausgewählt wie in WO 2011054796 beschrieben, hinzugefugt, lassen sich besonders vorteilhafte Materialien herstellen, die hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften, Herstellbarkeit und Verarbeitbarkeit ein industriell interessantes Material ergeben. Geeignete Additive nach diesem Verfahren sind insbesondere Urethane, die bevorzugt mit mindestens einem Fluor- Atom substituiert sind. Diese Materialien sind hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften über breite Bereiche einzustellen und können dadurch sowohl im unbelichteten wie belichteten Zustand auf vielerlei Anforderungen angepasst werden (WO 2011054749 AI). Die beschriebenen Photopo- lymere lassen sich sowohl in Rolle-zu-Rolle- Verfahren (WO 2010091795) oder in Druck-Verfahren (EP 2218742) herstellen.

Die Auskopplungseinrichtung kann zudem einen Schichtaufbau besitzen, beispielsweise ein optisch transparentes Substrat und eine Schicht eines Photopolymers. Dabei ist es besonders zweckmäßig, die Auskopplungseinrichtung mit dem Photopolymer direkt auf die Lichtführungsplatte zu lamime- ren. Ebenfalls ist es möglich, die Auskopplungseinrichtung derart auszuführen, dass das Photopolymer von zwei thermoplastischen Filmen eingeschlossen ist In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft; das einer der beiden thermoplastischen Filme, die an das Photopolymer angrenzen, mit einem optisch klaren Klebstofffilm an der Lichtfuhrungsplatte angebracht wird.

Die thermoplastischen Filmschichten der Auskopplungseinrichtung bestehen vorzugsweise aus trans- parenten Kunststoffen. Besonders bevorzugt werden dabei weitgehend doppelbrechungsfreie Materialien wie amorphe Thermoplaste verwendet Geeignet sind dabei Polymethylmethacrylat, Cellulose- triacetat, amorphe Polyamide, amorphe Polyester, amorphes Polycarbonat, Cycloolefme (COC) oder auch Blends der vorgenannten Polymere. Auch Glas kann hierfür verwendet werden.

Die Auskopplungseinrichtung kann ferner Silberhalogenidemulsionen, Dichromatgelatine, photore- fraktive Materialien, photochrome Materialien und/ oder Photopolymere enthalten, insbesondere Photopolymere enthaltend ein Photoinitiatorsystem und polymerisierbare Schreibmonomere, bevorzugt Photopolymere enthaltend ein Photoinitiatorsystem, polymerisierbare Schreibmonomere und vernetzte Matrixpolymere.

Eine Anordnung der holographisch optischen Elemente ohne Translationssymetrie kann beispielswei- se durch ein physikalisches Modell beschrieben werden, bei dem als Ausgangskonfiguration ein regelmäßiges Punktgitter mit einem Punktabstand a angenommen wird, wobei jeder Punkt einem holo- graphisch optischen Element entspricht Jedem Punkt des Gitters wird eine Punktmasse zugeordnet; welche mit jedem ihrer vier nächsten Nachbarn über eine Zugfeder verbunden ist Diese Zugfedern sind um einen gewissen Betrag vorgespannt, das heißt; die Ruhelänge der Federn ist kleiner als der mittlere Abstand zwischen den Gitterpunkten.

Die Federkonstanten der Federn werden statistisch verteilt um einen Mittelwert vorgegeben. Anschließend wird das Minimum der Energie des Gesamtsystems bestimmt Die daraus folgenden Positionen der Punktmassen bilden ein Gitter mit den gesuchten Eigenschaften:

Der mittlere Abstand zweier benachbarter Punkte ist weiterhin a. Das Gitter ist aperiodisch. Es ist keine Richtung ausgezeichnet und die Autokorrelationsfunktion nimmt für Werte größer als a rasch ab. Die Steilheit des Abfalls lässt sich durch die Streuung in den Werten der Federkonstanten steuern.

Um die Autokorrelationsiunktion des Gitters berechnen zu können, muss zunächst einmal diesem Gitter eine Funktion zugeordnet werden. Dies kamt in der Weise erfolgen, dass allen Punkten (x, y), die auf den Linien des Gitters liegen, der Wert 1 zugeordnet wird und allen übrigen Punkten der Wert 0. Für diese Funktion f(x, y) kamt auf an sich bekannte Weise (siehe beispielsweise E. Oran Brig- ham, FFT/ Schnelle Fourier-Transformation, R. Oldenbourg Verlag, München/ Wien 1982, S. 84 ff.) die Autokorrelationsfunktion bestimmt werden:

Bei einem streng periodischen Gitter, wie einem quadratischen Gitter der Kantenlänge a hat die Funktion Z(x, y) in allen Punkten mit x = n*a oder mit y = n*a mit n als ganzer Zahl Maxima von jeweils gleicher Amplitude und zwar unabhängig vom Wert n. Sobald dieses Gitter in einer Weise deformiert wird, dass die Nahordnung erhalten bleibt, die Fernordnung dagegen nicht, nimmt die Höhe der Maxima mit wachsendem n rasch ab.

Eine in dieser Weise vorgenommene Anordnung der holographisch optischen Elemente hat den Vorteil, dass diese visuell weniger auffällig als ein Gitter mit Translationssymetrie ist Dadurch kann der mittlere Gitterabstand größer gewählt und die Herstellungskosten reduziert werden. Ferner wird durch den größeren mittleren Gitterlinienabstand der die Lichtdurchlässigkeit der Auskopplungsein- richtung erhöht Zudem wird das Auftreten eines Moire-Effekts unterbunden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls sind die holographisch optischen Elemente in der Weise angeordnet, dass die Anzahl an holographisch optischen Elementen pro Fläche von wenigstens einem Rand zur Mitte der Auskopplungseinrichtung zunimmt Diese Anordnung gilt insbesondere für solche Ränder der Auskopplungseinrichtung, die zu einer Seitenfläche der Lichtführungsplatte korrespondieren, an der Licht von einer Lichtquelle eingekoppeh wird. Insofern kann also bei Vorhandensein von zwei an gegenüberliegenden Seitenflächen der Lichtfuhrungsplatte angeordneten Lichtquellen die Anzahl an holographisch optischen Elementen pro Fläche von diesen beiden gegenüberliegenden Rändern zur Mitte der Auskopplungseinrichtung zunehmen. Sind an drei oder vier Seitenflächen der Lichtführungsplatte Lichtquellen angeordnet so gilt die vorgenannte Verteilung entsprechend. Handelt es sich bei den Lichtquellen um punktförmige Lichtquellen so ist zusätzlich eine erhöhte Anzahl von Auskoppelelementen nahe des Randes der Lichtführungsplatte jeweils zwischen den punktförmigen Lichtquellen vorteilhaft Analog erfolgt die Ausgestaltung, wenn eine oder mehrere Lichtquellen an den Kanten der Lichtführungsplatte positioniert sind. Bei dem erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmodul ist vorgesehen, dass eine Vielzahl holographisch optischer Elemente in der Auskopplungseinrichtung vorhanden sind. Unter einer Vielzahl wird im Sinne der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein von wenigstens 10 holographisch optischen Elementen in der Auskopplungseinrichtung verstanden, vorzugsweise wenigstens 30 holographisch optische Elemente, vorzugsweise wenigstens 50, weiter bevorzugt wenigstens 70, besonders bevorzugt wenigstens 100.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls sind die holographisch optischen Elemente in der Auskopplungseinrichtung ausgebildet und erstrecken sich ausgehend von einer der Flachseiten der Auskopplungseinrichtung in diese und / oder durchdringen diese vollständig. Bei einer solchen Ausfuhrungsform ist es besonders bevorzugt dass die Auskopplungseinrichtung mit derjenigen Flachseite mit der Lichtführungsplatte in Kontakt steht auf der sich die holographisch optischen Elemente befinden. Auf diese Weise kann ein besonders effektiver optischer Kontakt zwischen der Lichtführungsplatte und der Auskopplungseinrichtung erzeugt werden, wodurch die Aus- kopphmgseffizienz der holographisch optischen Elemente verbessert wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Auskopplungsein- richtung oder die Lichtführungsplatte mit einer Reflexionsschicht versehen ist, die auf der der Auskopplungsrichtung des Lichts gegenüberliegenden Flachseite angebracht ist Dies kann beispielswei- se durch Aufbringen einer metallischen Reflexionsschicht über Bedampfen, Aufsplittern oder andere Techniken realisiert werden. Hierdurch kann die Auskopplungseffizienz gesteigert beziehungsweise ein Intensitätsverlust reduziert werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls ist die Beugungseffizienz der holographisch optischen Elemente unterschiedlich, wobei die Beugungseffizienz der holographisch optischen Elemente entlang einer Einstrahlrichtung für Licht in die Lichtführungsplatte vom Rand der Auskopplungseinrichtung ausgehend insbesondere zunimmt Sind gegenüberliegende Lichtquellen vorgesehen, nimmt die Beugungseffizienz von den Seitenkanten ausgehend, an denen die Lichtquellen das Licht in die Lichtfuhrungsplatte einkoppem bis zu deren Mitte hin in vorteilhafter Weise zu. Sind an drei oder vier Seitenkanten der Lichtfuhrungsplatte Lichtquellen vorgesehen, gilt die vorstehende Anordnung zur Beugungseffizienz in entsprechender Weise. Handelt es sich bei den Lichtquellen um punktförmige Lichtquellen so ist zusätzlich eine erhöhte Beugungseffizienz nahe des Randes der Lichtfuhrungsplatte jeweils zwischen den punktförmigen Lichtquellen vorteilhaft. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die holographisch optischen Elemente zumindest im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 um Licht aus der Lichtfuhrungsplatte auskoppeln können. Ungeachtet dessen können auch holographisch optische Elemente vorgesehen sein, die einen breiteren Wellenlängenbereich abdecken. Umgekehrt können auch holographisch optische Elemente verwendet werden, die lediglich einen Ausschnitt des sichtbaren Wellen- längenbereichs abdecken, insbesondere beispielsweise nur den Bereich von rotem, blauem oder grünem Licht bzw. wahlweise zusätzlich gelbem Licht Auf diese Weise kann eine farbselektive Auskopplung einzelner Lichtfarben von weißem Licht aus der Lichtführungsplatte realisiert werden. Folglich besteht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Lichtverteilungsmodul, bei welchem die holographisch optischen Elemente Licht wellenlängenselek- tiv auskoppeln können, wobei insbesondere wenigstens drei Gruppen von holographisch optischen Elementen vorliegen, die jeweils für rotes, grünes und blaues Licht wellenlängenselektiv sind, wobei auch eine vierte Gruppe für gelbes Licht optional eingesetzt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls kann vorgesehen sein, dass die holographisch optischen Elemente derart ausgestaltet sind, dass das durch diese ausgekop- pelte Licht die Auskopplungseinrichtung transversal vollständig durchläuft. Mit anderen Worten können also transmittive Auskopplungseinrichtungen verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich zu diesen transmittiven Auskopplungseinrichtungen können auch die holographisch optischen Ele- mente in der Weise ausgestattet sein, dass das ausgekoppelte Licht reflektiert wird und die Lichtfüh- rungsplatte nach dem Auskoppeln Iransversal durchlaufen wird. Das heißt mit anderen Worten, dass eine solche reflektive Auskopplungseinrichtung auf der der Abstrahlungrichtung des Lichtverteilungsmoduls gegenüberliegenden Seite befindlichen Flachseite der Lichtfuhrungsplatte angeordnet ist Dabei kann auf der Außenfläche einer solchen reflektiven Auskopplungseinrichtung noch eine Reflektionsschicht vorgesehen sein. Diese kann wie vorstehend ausgeführt ist, in einer aufgedampften oder aufgesplitterten Metallschicht bestehen.

Für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten holographisch optischen Elemente können eine Vielzahl möglicher Ausgestattungsformen zum Einsatz kommen, wobei die Ausgestaltung als Volumengitter besonders bevorzugt ist In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfmdungsge- mäßen Lichtverteilungsmoduls kann jeweils wenigstens eine Auskopplungseinrichtung auf beiden Flachseiten der Lichtfuhrungsplatte und / oder wenigstens zwei Auskopplungseinrichtungen auf einer Flachseite der Lichtfuhrungsplatte angeordnet sein. Sind mehrere Auskopplungseinrichtungen auf einer der Flachseiten der Lichtfuhrungsplatte vorgesehen, ist es weiter bevorzugt, dass wenigstens drei Auskopplungseinrichtungen auf einer Flachseite der Führungsplatte angeordnet sind, wobei die drei Auskopplungseinrichtungen jeweils für genau eine Lichtfarbe wellenlängensensitive holographisch optische Elemente enthalten, insbesondere für rotes, grünes und blaues Licht Mit anderen Worten koppelt bei einer solchen Ausführungsform jede der drei Auskopplungseinrichtungen selektiv eine Lichtfarbe, nämlich beispielsweise rotes, grünes bzw. blaues Licht aus der Lichtführungsplatte aus.

Die Auskopplungseinrichtung kann jede für die vorgesehene Funktion erforderliche Dicke aufweisen. Insbesondere kann mit Photopolymer-Schichtdicken≥ als 0,5 μm, vorzugsweise≥ 5 μm und≤ 100 μm, besonders bevorzugt≥ 10μm und≤ 40μm erreicht werden, dass nur bestimmte ausgewählte Wellenlängen gebeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, drei Photopolymerschichtdicken von jeweils≥ 5 μm aufeinander zu laminieren und jeweils vorher getrennt zu beschreiben. Auch kann nur eine Photopolymerschicht≥ 5 μm genutzt werden, wenn in dieser einen Photopolymerschicht sämtliche zumindest drei farbselektiven Hologramme gleichzeitig oder nacheinander oder teilweise zeitlich überlappend eingeschrieben werden. Alternativ zu den zuvor beschriebenen Optionen können auch Photopolymerschichten≤ 5 μm, vorzugsweise≤ 3 μm und besonders vorzugsweise≤ 3 μμ und≥ 0,5 um eingesetzt werden. Für diesen Fall wird nur ein Einzelhologramm, vorzugsweise mit einer Wellenlänge geschrieben, die nahe der in der spektralen Mitte des sichtbaren elektromagnetischen Spektralbereiches oder nahe des geometrischen Mittels der beiden Wellenlängen des langwelligsten des kurzwelligsten Emissionsbereichs des Beleuchtungssystems liegt In weiter vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Lichtverteilungsmoduls weisen die holographisch optischen Elemente unabhängig voneinander eine Ausdehnung in zumindest einer zur Oberfläche der Auskopplungseinrichtung parallel verlaufenden Raumachse von wenigstens 300 um auf, insbesondere wenigstens 400 um oder gar wenigstens 500 um. Diese Ausgestaltung ist beson- ders vorteilhaft, da es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, dass die holographisch optischen Elemente einen diskreten Pixel eines Displays anleuchten. Stattdessen wird durch die Verwendung solch größerer holographisch optischer Elemente eine diffuse und gleichmäßige Ausleuchtung eines Displayhintergrunds ermöglicht

Die holographisch optischen Elemente, die für das erfindungsgemäße Lichtverteilungsmodul verwen- det werden, können eine beliebige Form besitzen. So können die holographisch optischen Elemente unabhängig voneinander in der Oberfläche der Auskopplungseinrichtung einen kreisrunden, elliptischen oder polygonen, insbesondere drei-, vier-, fünf oder sechseckigen, trapezoiden oder parallelogrammartigen Querschnitt aufweisen. Diese Formgestaltung schließt auch Ausfuhrungsformen ein, bei denen die holographisch optischen Elemente beispielsweise in Form von Streifen angeordnet sind, die sich von einer Seitenkante der Auskopplungseinrichtung bis zur gegenüberliegenden erstrecken. Diese Streifen können parallel zu den Seitenkanten der Auskopplungseinrichtung oder aber auch in einem beliebigen anderen Winkel angeordnet sein. Dabei können die einzelnen streifenförmig ausgebildeten holographisch optischen Elemente parallel zueinander verlaufen oder aber auch winkelig.

Nach einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit des erfmdungsgemäßen Lichtverteilungsmoduls überlappen sich die einzelnen holographisch optischen Elemente einer Auskopplungseinrichtung teilweise, wobei insbesondere die Oberfläche der Auskopplungseinrichtung weitestgehend vollständig mit holographisch optischen Elementen besetzt ist.

Je nach Herstellverfahren der Auskopplungseinrichtung (z.B. durch optisches Drucken) können diskrete holographisch optische Elemente erzeugt werden, die aneinander grenzen oder auch mit be- nachbarten holographisch optischen Elementen überlappen. So können auch mehr als zwei holographisch optische Elemente miteinander und übereinander überlappen. Verwendet man andere Herstellverfahren (z.B. Graustufenmasken) kann es auch keine diskreten Grenzen zwischen den holographisch optischen Elemente geben. In diesem Fall bestimmt die Abbildungsleistung (z.B. angegeben durch die Auflösung des Druckkopfes, der Tintendosierung für Darstellung eines Graubereiches) des Druckprozesses der Graustufenmaske die zugrundeliegende Größe, Form, Beugungseffizienz etc. der holographisch optischen Elemente. Die Auflösung eines Druckprozesses wird typischerweise in dpi= dots per inch angegeben, wobei in diesem Kontext davon ausgegangen wird, das mindestens 100 einzelne Drucktröpfchen zur Definition eines holographische optischen Elements durch eine Grau- maske nötig sind.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Lichtverteilungsmodul einen Difiusor umfasst, der auf derjenigen Flachseite der Kombination aus Lichtverteilungsplatte und Auskopplungseinrichtung angeordnet ist, an der das Licht abgestrahlt wird, wobei der Difiusor vorzugsweise auf der Lichtführungsplatte und / oder Auskopplungseinrichtung aufliegt ohne dass ein optischer Kontakt hergestellt wird. Die wird vorzugsweise über eine aufgeraute Oberfläche oder partikelförrnige Abstandshalter auf der Oberfläche der Lichtiuhrungsplatte oder des Diffusors erreicht Der durch die Oberflächenbeschaffenheit eingestellte Abstand ist vorzugweise kleiner oder gleich 0,1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,05mm . Bei einem Difiusor handelt es sich um ein plattenformiges Element, das eine Streuschicht aufweist oder hieraus besteht Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung erzeugt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zu dem vorgenannten ersten Difiusor ein weiterer Difiusor vorgesehen ist, der in Strahlungsrichtung hinter dem ersten Difiusor parallel zu diesem beab- standet positioniert ist Für die weitere Beabstandung gelten im Bezug auf den ersten Difiusor die vorstehend genannten bevorzugten Werte. Mit anderen Worten umfasst ein erfindungsgemäßes Lichtverteilungsmodul optional einen oder mehrere Diffusoren.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Difiusor kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die holographisch optischen Elemente bereits inhärent eine Diffusorfunktion besitzen. Eine solche Funktion kann den holographisch optischen Elementen bereits bei der Herstellung durch entsprechende Beleuchtungstechniken verliehen werden.

Ebenfalls ist es möglich essentiell nur blau emittierende Lichtquellen zu verwenden und das erfin- dungsgemäße Lichtverteilungsmodul derart zu gestalten, daß es nur für blaue Wellenlängen Licht in Richtung des Lichtmodulators L homogen lenkt, wobei in dem Farbfilter des Lichtmodulators für die roten und die grünen Bildpunkte eine Farbkonversion durch Q-dots durchgeführt wird. Vorteil dieses Designs ist die hohe Lichteffizienz, da der Farbfilter kein Licht absorbiert, sondern nur konvertiert und weil die Gestaltung des Lichtverteilungsmoduls durch seine monochromatische (blaue) Auskopplungseinrichtung sich durch die Verwendung von nur einer Schicht vereinfacht

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine optische Anzeige, insbesondere ein Display eines Fernsehers, Mobiltelefons, Computers und dergleichen, wobei die Anzeige ein Licht- verteilungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet Die erfindungsgemäßen Displays umfassend neben dem erfindungsgemäßen Lichtverteilungsmodul in der Regel einen lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulator und eine Beleuchtungseinheit Aufgrund der geringen Bauhöhe des erfindungsgemäßen Lichtverteirungsmoduls eignet sich dieses insbesondere für kompakte dünne Designs und energieeffiziente Displays, wie sie für Fernseher, Computeibildschirme, Laptops, Tablets, Smartphones oder andere ähnliche Anwendungen benötigt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Anzeige enthält diese nur essentiell blaues Licht emittierende Lichtquellen, wobei eine Farbkonversion zu grünem und rotem Licht mittels Q-dots in einem Quantumrail in der Lichtquelle, in den holographisch optischen Elementen der Auskopplungseinrichtung, in einem Diffusor oder in einem Farbfilter erfolgt

Wenn man auf die üblicherweise rückwärtigen Displaygehäuse verzichtet und keine rückwärtige Verspiegelung nutzt, eignen sich diese Beleuchtungseinheiten insbesondere auch für transparente Displays, die vielfältige Anwendungen finden in Point-of-Sale Displays, Werbeanwendungen in Schaufenstern, in durchsichtigen Informationstafeln auf Flughäfen, Bahnhöfen und anderen öffentlichen Plätzen, in Automobilanwendungen im Dachhimmel und als Informationsdisplays im und auf dem Armaturenbrett und der Frontscheibe eines Automobils, in Fensterglasscheiben, in Verkaufs- Kühlschränken mit durchsichtigen Türen oder anderen Haushaltsgeräten. Gewünschtenfalls kann dieses auch als gebogenes oder flexibles Display ausgeführt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays rmt holografisch optischen Elementen im Transmissionsmodus,

Fig.2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit holografisch optischen Elementen im Reflektionsmodus,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit holografisch optischen Elementen im Transmissions- und Reflektionsmodus,

Fig.4 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays mit drei verschiedenen Arten holografisch optischer Elemente im Transmissionsmodus für jeweils eine Primärfarbe, Fig. S eine schematische Detailansicht der Fig. 1 mit Darstellung zweier Strahlenwege und diffuser, gerichteter Beugung einer der Strahlen durch ein holografisch optisches Element in Richtung eines eine transparente Schicht enthaltenden Diffusors (Streuplatte),

Fig. 6 eine schematische Detailansicht der Fig. 1 mit Darstellung dreier Strahlenwege mit unterschiedlichen Einfallswinkeln und diffuser, gerichteter Beugung einer der Strahlen durch ein holografisch optisches Element,

Fig. 7 eine schematische Detailansicht der Fig. 6 mit Darstellung dreier Strahlenwege mit unterschiedlichen Einfallswinkeln aus einer gegensätzlichen Richtung zu Figur 6 ohne Beugung der Strahlen,

Fig. 8 eine schematische Detailansicht der Fig. 2 mit Darstellung eines Strahlenwegs und diffuser, gerichteter Beugung durch ein holografisch optisches Element und Verwendung eines zusätzlichen Diffusors (Streuplatte) ohne weitere transparente Schicht ,

Fig. 9 eine zu Fig. 8 alternative Ausgestaltung mit einem reflektiv wirkenden holografisch optischen Element,

Fig. 10 eine schematische Detailansicht der Fig. 2 mit Darstellung eines Strahlenwegs und ausschließlich gerichteter Beugung durch ein holografisch optisches Element und Verwendung zweier zusätzlicher Diffusoren (Streuplatten) separiert durch eine transparente Schicht,

Fig. 11 eine zu Fig. 9 alternative Ausgestaltung mit einem reflektiv wirkenden holografisch optischen Element,

Fig. 12 eine Auskopplungseinrichturig mit holografisch optischen Elementen mit entlang der Einstrahlungsrichtung zunehmender Beugungseffizienz in der Draufsicht von schräg oben,

Fig. 13 eine Auskopplungseinrichturig mit holografisch optischen Elementen mit entlang der Einstrahlungsrichtung abnehmenden Abständen in der Draufsicht von schräg oben,

Fig. 14 eine Auskopplungseinrichtung mit holografisch optischen Elementen mit entlang der Ein- strahlungsrichtung zunehmender Größe in der Draufsicht von schräg oben,

Fig. 15 eine Auskopplungseinrichtung mit rechteckigen, holografisch optischen Elementen mit in Querrichtung abnehmendem Abstand in der Draufsicht von schräg oben, Fig. 16 eine Auskopplungseinrichtung mit holograflsch optischen Elementen, die in orthogonal zueinander stehenden Ebenen Licht beugen in der Draufsicht von schräg oben,

Fig. 17 eine Auskopplungseinrichtung mit holograflsch optischen Elementen, die in Ebenen Licht beugen die in 45° Schritten sukzessiv zueinander verdreht sind in der Draufsicht von schräg oben,

Fig. 18 eine Auskopplungseinrichtung mit holograflsch optischen Elementen, die Licht unterschiedlicher Frequenzbänder (Wellenlängenbänder) beugen in der Drau&icht von schräg oben,

Fig. 19 eine Auskopplungseinrichtung mit holografisch optischen Elementen, die sukzessiv Licht unterschiedlicher Frequenzbänder (Wellenlängenbänder) beugen wobei die Ebenen, in denen sie Licht beugen, in 45° Schritten sukzessiv zueinander verdreht sind in der Draufsicht von schräg oben,

Fig.20 eine Auskopplungseinrichtung mit zu Elementsätzen gruppierten, sich teilweise überlappenden holographisch optischen Elementen, die Licht variierender Frequenzbänder (Wellenlängenbänder) beugen in der Draufsicht von schräg oben,

Fig.21 eine Auskopplungseinrichtung mit einer Verteilung von holograflsch optischen Elementen gleicher Form, Beugungsrichtung, Beugungsebene und Beugungseffizienz, wobei die Verteilung der holographisch optischen Elemente eine gleichmäßige Lichtverteilung zweier Lichtquellen sicherstellt, die an einer oder mehreren Stirnseiten positioniert sind in der Draufsicht von schräg oben,

Fig.22 eine Auskopplungseinrichtung mit aneinander angrenzenden und sich teilweise überlappenden holographisch optischen Elementen, die gleiche Form und Beugungsrichtung und Beugungsebene sowie eine variierenden Beugungseffizienz aufweisen, die eine gleichmäßige Lichtverteilung zweier Lichtquellen sicherstellt, die an einer oder mehreren Stirnseiten positioniert sind in der Draufsicht von schräg oben.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wie in Figur 1 schematisch gezeigt, besteht das erfindungsgemäße Display 10 aus einer Lichtführungsplatte 1 und einer Auskopplungseinrichtung 2 enthaltend holographisch optische Elemente 13 in Form von Volumengittern im Transmissionsmodus. Die Lichtführungsplatte 1 und die Auskopplungseinrichtung 2 stehen dabei in optischen Kontakt zueinander. Die Lichtführungsplatte 1 besteht aus einem transparenten Kunststoff bevorzugt einem weitgehend doppelbrechungsfreie amorphen Thermoplasten, besonders bevorzugt aus Polymethylmeth-acrylat oder Polycarbonat Die Lichtfuhrungsplatte ist dabei zwischen 50-3000 um, bevorzugt zwischen 200-2000um und besonders bevorzugt zwischen 300-1500um dick. Der optische Kontakt zwischen der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 kann dabei durch direkte Lamination der Auskopplungseinrichtung 2 auf die Lichtfuhrungsplatte 1 erreicht werden. Ebenfalls ist es möglich, den optischen Kontakt mittels einer Flüssigkeit zu verwirklichen, idealerweise eine Flüssigkeit, welche dem Brechungsindex der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 entspricht Unterscheidet sich der Brechungsindex der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungsein- richtung 2, sollte die Flüssigkeit einen Brechungsindex aufweisen, der zwischen denjenigen der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 liegt Derartige Flüssigkeiten sollen einen hinreichend niedrige Flüchtigkeit für eine permanente Haftanwendung haben. Ebenfalls kann der optische Kontakt durch einen optisch klaren (Kontakt)-Klebstoff ermöglicht werden, der als Flüssigkeit appliziert wird. Ebenfalls kann durch einen TransferklebstofrElm der optische Kontakt verwirk- licht werden. Der Brechungsindex des optisch klaren Klebstoffe und des Transferklebstoffes sollten ebenfalls idealerweise zwischen demjenigen der Lichtführungsplatte 1 und der Auskopplungseinrichtung 2 hegen Bevorzugt ist der optische Kontakt mittels Flüssigklebstoff und TransferklebstofrElm.

Ebenfalls ist es möglich, optional die Lichtführungsplatte 1 auf einer Seite zu verspiegeln, bevorzugt auf der Seite, die an Luft angrenzt, wie es durch Metallisierungsverfahren (z.B. Auflamination von Metallfolien, Metallabscheidungsverfahren im Vakuum, Auftragen einer Dispersion aus metallhaltigen Kolloiden mit anschließendem Sintern oder durch Auftragen einer Metall-Ionen enthaltenden Lösung mit anschließendem Reduktionsschritt) erreicht werden kann. Hierbei wird eine Reflexionsschicht 7 erzeugt, die ebenfalls in optischem Kontakt zur Lichtführungsplatte 1 steht

Ebenfalls ist es möglich, durch eine Beschichtung mit speziell niedrigerem Brechungsindex die Wel- lenleitereigenschaften zu verbessern, bevorzugt an Grenzflächen der Lichtführungsplatte 1 die in direktem optischen Kontakt zu weiteren transparenten Komponenten stehen und nicht von holographisch optischen Elementen 13 bedeckt sind . Weiterhin ist es möglich, Mehrschichtenaufbauten zu verwenden, die alternierende Brechungsindizes und Schichtdicken haben. Derartige Mehrschichtaufbauten mit Reflektionseigenschaften enthalten in der Regel organische oder anorganische Schichten, deren Schichtdicken in derselben Größenordnung wie die zu reflektierenden Wellenlänge(n) liegen.

Die Auskopplungseinrichtung 2 besteht aus einem Aufzeichnungsmaterial für Volumenhologramme 13. Typische Materialien sind holographische Silberhalogenidemulsionen, Dichromatgelatine oder Photopolymere. Das Photopolymer besteht zumindest aus einem Photoinitiatorsystem und polymeri- sierbaren Schreibmonomeren. Spezielle Photopolymere können zusätzlich noch Weichmacher, thermoplastische Binder und/oder vernetzte Matrixpolymere enthalten. Bevorzugt sind Photopolymere enthaltend vernetzte Matrixporymere. Es ist besonders bevorzugt, dass die Photopolymere aus einem Photoinitiatorsystem, einem oder mehreren Schreibmonomeren, Weichmachern und vernetzten Matrixpolymeren bestehen.

Die Auskopplungseinrichtung 2 kann zudem einen Schichtaufbau besitzen, beispielsweise ein optisch transparentes Substrat und eine Schicht eines Photopolymers. Dabei ist es besonders zweckmäßig, die Auskopplungseinrichtung 2 mit dem Photoporymer direkt auf die Lichtführungsplatte 1 zu lami- meren.

Ebenfalls ist es möglich, die Auskopplungseinrichtung 2 derart auszuführen, dass das Photopolymer von zwei thermoplastischen Filmen eingeschlossen ist In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, dass einer der beiden thermoplastischen Filme, die an das Photopolymer angrenzen, mit einem optisch klaren Klebstofffilm an der Lichtführungsplatte 1 angebracht wird. Die thermoplastischen Filmschichten der Auskopplungseinrichtung 2 bestehen aus transparenten Kunststoffen. Bevorzugt werden dabei weitgehend doppelbrechungsfreie Materialien wie amorphe Thermoplaste verwendet Geeignet sind dabei Polymethylmethacrylat, Cellulosetriacetat, amorphe Polyamide, Polycarbonat und Cycloolefine (COC) oder auch Blends der vorgenannten Polymere. Auch Glas kann hierfür verwendet werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform umfasst das Lichtverteilungsmodul einen Diffusor 5, der aus einem transparentem Substrat 6 und einer diffus streuenden Schicht 6' besteht Der Diffusor ist dabei ein Volumenstreuer. Die diffus streuende Schicht kann aus im sichtbaren Bereich nicht absorbierenden organischen oder anorganischen Streuteilchen bestehen, die in eine Lackschicht eingebettet und die bevorzugt kugelähnlich geformt sind. Die Streuteilchen und die Lackschicht haben dabei unterschiedliche Brechungsindizes.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtverteilungsmodul einen Diffusor 5, der aus einem transparentem Substrat 6 und einer diffus streuenden und/oder fluoreszierenden Schicht 6' besteht Die diffus streuende oder fluoreszierende Schicht kann aus im sichtbaren Bereich nicht absorbierenden organischen oder anorganischen Streuteilchen bestehen, die ganz oder zum Teil durch rot oder grün fluoreszierende Q-Dots ersetzt werden können und die in eine Lackschicht eingebettet sind Die Streuteilchen und die Lackschicht haben dabei unterschiedliche Brechungsindizes.

Das erfindungsgemäße Display 10 umfasst ferner einen lichtdurchlässigen digitalen Lichtmodulator L, der z.B. als Flüssigkristalhnodul bestehend aus Farbfilter 4, Polarisatoren 8 und 9 sowie aus ei- nem Flüssigkristallpanel 3 aufgebaut ist Das Flüssigkristalhnodul kann dabei verschiedene Aufbau- formen haben, insbesondere können die dem Fachmann bekannten Flüssigkristallschaltsysteme verwendet werden, die bestimmte, vorteilhafte effiziente Lichtabschattung bei unterschiedlichen Strahlgeometrien erreichen können. Besonders erwähnt seien dabei Twisted Nematic (TN), Super Twisted Nematic (STN), Double Super Twisted Nematic (DSTN), Triple Super Twisted Nematic (TSTN, Film-TN), Vertical Alignment (PVA, MVA), In-Plane-Switching (IPS), S-IPS (Super IPS), AS-IPS (Advanced Super IPS), A-TW-IPS (Advanced True White IPS), H-IPS (Horizontal IPS), E-IPS (Enhanced IPS), AH-IPS (Advanced High Performance IPS) und ferroelektrische pixelierte Lichtmodulatoren sein.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Displays 10, das sich gegenüber der ersten Ausführungsform aus Figur 1 darin unterscheidet, dass die Auskopplungseinrichtung 2 enthaltend die holografisch optischen Elemente 13 nun auf der gegenüberliegenden Seitenfläche der Lichtführungsplatte 1 angeordnet ist und im Reflektionsmodus Licht beugt.

Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays 10, das sich gegenüber der ersten Ausfuhrungsform aus Figur 1 darin unterscheidet, dass zwei Auskopplungseinrichtungen 2 mit holografisch optischen Elementen 13 auf beiden Flachseiten der Lichtführungsplatte 1 angeordnet sind, wobei die erste Auskopplungseinrichtung 2 im Transmissions- und die andere Auskopplungseinrichtung 2 im Reflektionsmodus Licht beugt

Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Displays 10, das Sich gegenüber der ersten Ausführungsform aus Figur 1 darin unterscheidet, dass auf einer Flachseite der Lichtfüh- rungsplatte 1 drei Auskopplungseinrichtungen 2a, 2b, 2c übereinander angeordnet sind, wobei jede dieser Auskopplungseinrichtungen 2a, 2b, 2c holografisch optische Elemente 13 enthält, die im Transmissionsmodus Licht beugen. Dabei ist es möglich, dass jede der Auskopplungseinrichtungen 2a, 2b, 2c nur eine der Primärfarben„rot",„grün" und„blau" beugt oder aber alle jede alle Wellenlängenanteile des sichtbaren Lichts beugen. Die Wellenlängen der Primärfarben rot, grün und blau werden durch die Emissionswellenlänge der verwendeten Lichtquellen bestimmt Es ist auch möglich, mehr als die drei Primärfarben„rot",„grün" und„blau" zu verwenden, beispielsweise auch„gelb" und dergleichen.

Die Verwendung mehrere fotografisch optischer Elemente 13, die nur für bestimmte ausgewählte Lichtquellen (z.B. rot, grün und blau) Licht beugen, gelingt insbesondere mit Photopolymer- Schichtdicken >5 μm. Dabei ist es möglich, drei Photopolymerschichtdicken von jeweils >5μm aufeinander zu laminieren und jeweils vorher getrennt zu beschreiben. Ebenfalls ist es möglich, nur eine Photopolymerschicht >5um zu nutzen, in diese aber alle drei färbselektiven fotografisch optischen Elemente 13 gleichzeitig oder nacheinander einzuschreiben. Weiterhin ist es möglich, Photopolymerschichten <5μm, vorzugsweise < 3 μm und besonders vorzugsweise <3μm und > 0,5 μm zu verwen- den. Für diesen Fall wird nur ein fotografisch optisches Element 13, vorzugsweise mit einer Wellenlänge geschrieben, die in der spektralen Mitte des sichtbaren elektromagnetischen Spektralbereiches liegt Ebenfalls kann diese eine Wellenlänge, mit der das fotografisch optische Element 13 geschrieben wird, auch im geometrischen Mittel der beiden Wellenlängen der langwelligen Lichtquelle und der kurzwelligen Lichtquelle liegen. Ebenfalls gilt es zu berücksichtigen, dass kostengünstige und hinreichend starke Laser zur Verfugung stehen. Bevorzugt sind Nd:YV04- Kristall-Laser mit 532nm und Argon Ionenlaser mit 514nm

Die einfachsten holographisch optischen Elemente 13 bestehen aus diffiaktiven Gittern, die durch eine dem Gitter entsprechende Brechzahlmodulation Licht beugen. Die Gitterstruktur wird dabei durch eine Belichtung mittels zweier interferierender, kollimierter und zueinander kohärenter Laser- strahlen photonisch in der gesamten Schichtdicke des Auf zeichnungsmaterials erzeugt Sie unterscheidet sich von sog. Oberflächenhologrammen (embossed folograms) dadurch, dass die Beugungseffizienz deutlich höher und bis zu theoretisch 100% betragen kann, die Frequenz- und Winkelselektivität mit der aktiven Schichtdicke eingestellt wird und dass durch die Geometrien der holographischen Belichtung weilgehend Freiheit besteht, die entsprechenden Beugungswinkel (Bragg- Bedingung) einzustellen.

Die Herstellung von Volumenfotogrammen ist bekannt (H. M. Smith in„Principles of Holography" Wiley-Interscience 1969) und kann z.B. durch Zweistrahlinterferenz erfolgen (S. Benton,„Holographie Imaging", John Wiley & Sons, 2008).

Verfahren zur Massenvervielfältigung von Reflelctions-Volumenfotogrammen sind in US 6,824,929 beschrieben, wobei ein lichtempfindliches Material auf ein Masterfotogramm positioniert und anschließend mittels kohärentem Licht kopiert wird. Die Herstellung von Transmissionshologrammen ist ebenfalls bekannt So beschreibt beispielsweise die US 4,973,113 ein Verfahren mittels einer Rollenreplikation.

Insbesondere sei auch auf die Herstellung von edgelit Hologrammen hingewiesen, die spezielle Belichtungsgeometrien benötigen. Neben der Einfuhrung durch S. Benton (S. Benton,„Holographie Tmaging", John Wiley & Sons, 2008, Chapter 18) und einem Überblick klassischer zwei- und dreistufiger Herstellverfahren (siehe Q. Huang, H. Caulfield, SPIE VoL 1600, International Symposium an Display Holography (1991), S. 182) sei auch auf WO 94/18603 verwiesen, die Kantenmuminati- on und Wellenfuhrungshologramme beschreibt Weiterhin sind besondere Herstellverfahren auf Basis eines speziellen optischen Adapterblocks in der WO 20067111384 offenbart Die in den erfmdungsgemäßen Beleuchtungseinheit mit gerichtetem Laserlicht enthaltenden hologra- fisch optische Elemente 13 sind vorzugsweise edgelit Hologramme. Diese sind besonders bevorzugte Volumengitter, da sie mit steil einstrahlenden Licht arbeiten, das unter Totalref lektion einkoppelt

In Figur 5 ist ein Ausschnitt aus dem Aufbau aus Figur 1 gezeigt. Die von der Lichtquelle eingekoppelten Lichtstrahlen 11 und 12 folgen dabei der Totalreflektion und propagieren in der Lichtfuh- rungsplatte 1. Als Grenzfläche der Totalreflektion dienen die Grenzfläche zwischen der Lichtfuh- rungsplatte 1 und Luft bzw. der optionalen Reflexionsschicht 7 auf der einen Seite und der Grenzfläche von der die holographisch optischen Elemente 13 enthaltende Auskopplungseinrichtung 2 und Luft. Wenn die Auskopplungseinrichtung 2 weitere thermoplastische Schichten enthält (z.B. als Schutz oder Substratfolie), so findet die Totalreflektion dann an der Schicht statt, die den direkten Kontakt zur Luft hat

Bei Durchtritt des Lichtstrahls 11 durch die Auskopplungseinrichtung 2 wird kein Licht gebeugt; da es durch kein beugendes dirfiaktives optisches Element 13 durchtritt (siehe Position IS). Der Strahl wird ebenfalls nicht in dem weiteren holografisch optischen Element 13 gebeugt; da dort die Bragg- Bedingung nicht erfüllt ist; während bei Durchtritt des Lichtstrahls 12 durch die Auskopplungsein- richtung 2 im holographisch optischen Element 13 das Licht in Richtung des lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulators gebeugt wird. Dabei zeigt das holographisch optische Element 13 gleichzeitig eine Diffusoreigenschaft, die bei der Herstellung des holographisch optischen Elements 13 mit einbelichtet wurde.

Der leicht aufgeweitete diffuse Lichtstrahl trifft auf den Diffusor S aufgebaut aus transparenter Schicht 6 und Diffusorschicht 6' und wird weiter aufgeweitet Diese diffuse Aufweitung ist vorteilhaft; um eine weitgehend winkelunabhängige Betrachtung des Display zu ermöglichen. Wichtig für die Position der holografisch optischen Elemente 13 ist nun die homogene Lichtintensität am Ort des Diffusors S. Dabei spielen die Dicke der transparenten Schicht 6, der Divergenzwinkel der Beugung aller holografisch optischen Elemente 13 und die Position der Lichtquellen) eine Rolle. Ein Fachmann kann durch iterative Simulation und Versuche die optimale Verteilung für ein spezifisches Design ermitteln,

Figur 6 beschreibt im Detail die Winkelauswahl des holografisch optischen Elements 13. Nur der Strahl 20 wird dabei abgebeugt, während die Lichtstrahlen 21 mit leicht anderen Einfallswinkel, die nicht der Bragg-Bedingung folgen, nicht gebeugt werden. Besteht das holografisch optische Element 13 aus mehreren frequenzselektiven Teilhologrammen (also z.B. für rotes, grünes und blaues Licht), ist die Schichtdicke >5μm zu wählen. Die Winkelselektion wird dabei so gewählt; dass sie zwischen 1-6° liegt Vorteil dieses Verfährens ist die Anpassungsmöglichkeit von chromatische Abberationen und eine generelle Farbanpassung durch die individuelle Anpassung der Beugungseffizienz für jede Farbe.

Wählt man eine Schichtdicke der Auskopplungseinrichtung 2 im Bereich von >0,5μm bis 5 μm, er- zeugt man eine Winkelselektion von ca. 5- 30° und hat eine gute Beugungseffizienz für alle Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts.

Da Lichtquellen das Licht in einem breiten Winkelbereich in die Lichtfuhrungsplatte 1 einkoppeln, selektieren die holografisch optischen Elemente 13 diese Strahlen und belassen diejenigen Strahlen, die nicht der Bragg-Bedingung folgen, in der Lichtführungsplatte 1. Durch die geschickte Wahl der Form und Größe oder der diffraktiven Effizienz oder der Verteilung der holografisch optischen Elemente 13 auf der Lichtführungsplatte oder durch die Beugungsrichtung oder durch Wellenlängenselektion oder durch eine Kombination zweier oder mehrere dieser Eigenschaften ist es möglich die Lichthomogenität am Diffusor 5 gleichmäßig einzustellen. Die Lichtführungsplatte 1 dient damit als Lichtreservoir, dem die holografisch optischen Elemente 13 Licht„entnehmen" und dies zielgerichtet an den Diffusor 5 auskoppeln.

Figur 7 zeigt die analogen Lichtstrahlen 25, die alle nicht gebeugt werden, da die holografisch optischen Elemente 13 das Licht richtungselektiv beugen. Lichtstrahlen, die an der Kante der Lichtfuhrungsplatte 1 reflektiert werden, können also von dem holografisch optischen Element 13 (an der Position 26) nicht gebeugt werden. Erst wenn diese erneut an der anderen Kante der Lichtfuhrungs- platte 1 reflektiert werden, ist ein erneutes Beugen des Lichtes möglich. Figur 8 zeigt eine weitere erfinderische Ausfuhrungsform in der ein transmissiv wirkendes hologra- fisch optisches Element 13, das in Reflektion ausgelesen wird, verwendet wird. Der Lichtstrahl 12 wird in die Lichtfuhrungsplatte 1 eingestrahlt Nach Propagation unter Totalreflektion passiert er das holografisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen divergenten diffusen Strahl der nun nach Austritt aus der Lichtfuhrungsplatte 1 direkt auf den Diffusor S trifft, der dann erneut eine Winkeldispersion erzeugt; so dass bei der Beleuchtung des nicht gezeigten lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulators L ein homogenes, divergentes Flächenlicht vorliegt Vorteil dieses Aufbaue ist die kompaktere Bauform, da auf eine zusätzliche Abslandschicht verzichtet werden kann.

Figur 9 zeigt eine weitere erfinderische Ausführungsform in der ein reflektiv wirkendes holografisch optisches Element 13 verwendet wird. Der Lichtstrahl 12 wird in Lichtfuhrungsplatte 1 eingestrahlt Das Licht passiert das holografisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 in rückwärtiger Richtung und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen divergenten diffusen Strahl, der nun nach Austritt aus der Lichtfuhrungsplatte 1 direkt auf den Diffusor 5 trifft, der dann erneut eine Winkeldispersion erzeugt, so dass bei der Beleuchtung des nicht gezeigten lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodulators L ein homogenes, divergentes Flächenlicht vorliegt Vorteil dieses Aufbaus ist die kompaktere Bauform, da auf eine zusätzliche Abstandschicht verzichtet werden kann. Weiterhin ist es möglich, bei den in Figur 5, Figur 8 und Figur 9 dargestellten Ausgestaltungen auf den Diffusor 5 zu verzichten, wenn die Dichte und Verteilung der holographisch optischen Elemente 13 in der transparenten Schicht 2 derart ist, dass bereits durch die Diffusoreigenschaft der Elemente 13 eine hinreichen homogene Lichtverteilung am lichtdurchlässigen digitalen räumlichen Lichtmodu- lator L erreicht wird. Insbesondere wenn kleinere holographisch optische Elemente 13 und/oder ei- nander überlappende holographisch optische Elemente 13 verwendet werden, ist dies vorteilhaft; da der gesamte Schichtaufbau dünner konstruiert werden kann.

Figur 10 zeigt eine weitere erfinderische Ausfuhrungsform in der ein transmissiv wirkendes holografisch optisches Element 13 das in Reflektion ausgelesen wird verwendet wird. Lichtstrahl 12 wird in die Lichtführungsplatte 1 eingestrahlt Nach Propagation unter Totalreflektion passiert er das holo- grafisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen gerichteten Strahl, der nun nach Austritt aus der Lichtfühnmgsplatte 1 zunächst auf einen Diffusor 5 trifft, wo das Liebt divergent diffus gestreut wird. An Position 16 trifft dieses Licht dann auf einen zweiten Diffusor 5, der erneut diffus streut Der erste Diffusor S dient der Homogenisierung der Lichtintensität, der zweite dient der Dispersion der Emissionswinkel, um eine weite Winkelansicht des Displays 10 zu ermöglichen. Vorteil diese Aufbaus ist die hohe Beugungseffizienz, die mit einem solchen holografisch optisches Element 13 erreicht werden kann. Eine oder beide Schiebten 6' können streuende oder fluoreszierende Teilchen enthalten.

Figur 11 zeigt eine zu Fig. 10 alternative Ausfuhrungsform, in der ein reflektiv wirkendes holografisch optisches Element verwendet wird. Der Lichtstrahl 12 wird in die Lichtfuhrungsplatte 1 eingestrahlt Das Licht passiert das holografisch optische Element 13 in der Auskopplungseinrichtung 2 in rückwärtiger Richtung und wird an der Position 14 unter der Bragg Bedingung gebeugt Das holografisch optische Element 13 beugt den Strahl in einen gerichteten Strahl, der nun nach Austritt aus der Lichtfuhrungsplatte 1 auf eine erste Diffusorschicht 6' im Diffusor 5 trifft, wo das Licht divergent diffus gestreut wird. An Position 16 trifft dieses Licht dann auf einen zweite Diffusorschicht 6', die erneut diffus streut Die erste Diffusorschicht 6' dient der Homogenisierung der Lichtintensität, die zweite dient der Dispersion der Emissionswinkel, um eine weite Winkelansicht des Displays zu ermöglichen. Vorteil diese Aufbaus ist die hohe Beugungseffizienz, die mit einem solchen holografisch optisches Element 13 erreicht werden kann.

In den Figuren 12-19 sind nun verschiedene Ausfuhrungsformen bzgl. der Anordnung der holografisch optischen Elemente in der Auskopplungseinrichtung 2 gezeigt Dabei handelt es sich um eine schräge perspektivische Ansicht von der Benutzerseite des Displays. In Figur 12 wird der unter To- talieflektion propagierende Lichtstrahl 12 durch einen Pfeil symbolisiert Der austretende Lichtstrahl 17 zeigt perspektivisch auf den Betrachter. In dieser einfachsten Ausfuhrungsform sind die holografisch optischen Elemente 13 als Kreis dargestellt Allerdings steht der Formenauswahl keine Grenze offen. So ist es möglich neben Kreisformen auch Ellipsen, Quadrate, Dreiecke, Vielecke, Trapeze, Parallelogramme oder beliebige andere Formen zu wählen. Die dargestellten Kreise sind als solches nur aus der Sicht der vereinfachten graphischen Darstellung derart gewählt

In der Regel ist die Leuchtdichtenverteilung bei Kantenbeleuchtung (edge-lit) nicht homogen verteilt Figur 12 zeigt ein Beispiel, wo eine derartige horizontale Leuchtdichtenverteilung dadurch kompensiert wird, dass die Beugungseffizienz der holografisch optischen Elemente 30 bis 36 zunimmt Da- bei kann es vorteilhaft sein, nicht nur lineare oder geometrische Änderungen der Beugungseffizienz zu verwenden, sondern ebenfalls irreguläre veränderliche Beugungseffizienzen. Dies ist insbesondere bei Beleuchtungseffekten an Ecken des Lichtwellenleiters oder durch die Einkoppelcharakteristik der Lichtquellen von Vorteil

In Figur 13 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird der Abstand zwischen den holographisch optischen Elemente 40 bis 46 geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die holografischen Belich- tungsbedingungen bei der Herstellung aller holographisch optischen Elemente 13 gleich gewählt wer den können.

In Figur 14 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird die Größe der holographisch optischen Elemente 50 bis 56 geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die holografischen Belichtungsbedingungen bei der Herstellung aller holographisch optischen Elemente 13 gleich gewählt werden können.

In Figur 15 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird wie in Figur 14 die Größe der hologra- phisch optischen Elemente 13 geändert. Im Unterschied hierzu werden andere Formmuster der holo- grafisch optischen Elemente 60-61 gewählt Vorteil dieser Anordnung ist, dass die holografischen Belichtungsbedingungen bei der Herstellung aller holographisch optischen Elemente 13 gleich gewählt werden können.

In Figur 16 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird die Richtung der Beugungsebenen der holographisch optischen Elemente 70 bis 73 in 90° Schritten geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die in der Lichtführungsplatte unter Totalreflektion vorliegenden Lichtstrahlen direkter und damit effizienter ausgekoppelt werden können. Ebenfalls ist ein solches Design von Vorteil, wenn die Lichtquellen an mehr als an einer Kante der Lichtfuhrungsplatte positioniert sind. In Figur 17 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird die Richtung der Beugungsebenen der holographisch optischen Elemente 70 bis 77 in 45° Schrillen geändert. Vorteil dieser Anordnung ist, dass die in der Lichtführungsplatte unter Totalreflektion vorliegenden Lichtstrahlen direkter und damit effizienter ausgekoppelt werden können. Ebenfalls ist ein solches Design von Vorteil, wenn die Lichtquellen an mehr als an einer Kante der Lichtfuhrungsplatte 1 positioniert sind. Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich jede Form von Richtungsabhängigkeit der holografisch optischen Elemente 13 verwendet werden kann und dass keine Beschränkung auf bestimmte Winkel besteht

In Figur 18 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird der spektrale Bereich (Farbe) in dem die holographisch optischen Elemente 80 bis 82 Licht beugen geändert. Dabei bietet es sich an, chromatisch enge emittierende Lichtquellen zu verwenden, wie z.B. eng emittierenden Licht emittierende Dioden (LEDs), die zwischen 5-100nm, vorzugsweise 10-50nm und besonders bevorzugt 10-35nm Bandbreite haben. Vorteil dieser Anordnung ist es, die Primärfarben spezifischen Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Wie in Figur 4 schon gezeigt; kann durch jeweils eine Auskopplungseinrichtung 2a, 2b und 2c je eine Primärfarbe bedient werden. Natürlich ist es auch möglich, in einer Schicht 2, wie in Figur 1 gezeigt; die hobgrafisch optischen Elemente 80-82 einzubelichten. Es ist allerdings wichtig, dass die Schichtdicke mindestens 5 um betragt, um eine hinreichend enge spektrale Braggbedingung einzustellen.

In einer verwandten Ausfuhrungsform von Figur 18 können bei Verwendung von ausschließlich blauen LEDs oder Laserdioden als Lichtquelle auch ausschließlich solche holographisch optische Elemente verwendet werden, die auf die Wellenlänge der blauen Lichtquelle abgestimmt sind. Rote und grüne Spektralanteile erhalt man dann durch Aufbringen von geeigneten Q-dots auf einen Teil der holographisch optische Elemente. Die Elemente 80 bis 82 stellen dann holographisch optische Elemente dar, auf die entweder keine Q-dots aufgebracht wurden oder rot bzw. grün emittierende Q- dots. Auch Mischungen von rot und grün emittierenden Q-dots sind als Beschichtung möglich.

In Figur 19 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Dabei wird der spektrale Bereich (Farbe) in dem die holographisch optischen Elemente 90-96 (z.B. für Blau alle mit 90 markierten, alle für Grün mit 91 und alle für Rot mit 92 markierten holografisch optische Elemente) Licht beugen mit der Beugungs- ebenen der holographisch optischen Elemente (markiert mit 93-96) kombiniert und in 45° Schritten variiert. Vorteil ist eine weitere Anpassung und Optimierung des Lichthomogenität

In Figur 20 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt; unterschiedliche leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren. Diese ist mit der in Figur 18 verwandt, wo spektral unterschiedlich beugende holographisch optische Elemente 101-103 verwendet werden. In Figur 20 sind die holographisch optischen Elemente 101-103 einander teilweise überlappend positioniert und haben eine hohe Beugungseffizienz für einen bestimmten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes. Dies ist möglich, indem drei übereinander positionierte getrennte Schichten verwendet werden oder durch Aufbau in einer Schicht Ersteres hat den Vorteil, dass die Anforderung an den dynamischen Bereich des Aufzeichnungsmittels (also die Fähigkeit holographische Gitter zu erzeugen) niedriger ist und die Herstellung der Schichten separat erfolgen kann, die zweite Möglichkeit zeigt einen vereinfachten Aufbau, der es ermöglicht, dünnere Schichtaufbauten zu realisieren.

Fig. 20 zeigt einen Fall, der mittels Negativ- und Positivmaske hergestellt werden kann. Die Desensibilisierung des Aufzeichnungsmaterials erfolgt durch eine Negativmaske, so dass die Bereiche ohne holographisch optisches Element dadurch definiert werden. Danach werden mit drei Positivmasken sequentiell die roten, grünen und blauen holographisch optischen Elemente mit den jeweiligen Lasern in das Aufzeichnungsmaterial geschrieben.

In Figur 21 ist eine besonders bevorzugte Anordnung der holographisch optischen Elemente 13 gezeigt, um unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren, die von zwei Lichtquellen 110 beleuchtet wird. Die holographisch optischen Elemente 13 sind von gleicher Größe, Beugungseffizienz und Beugungsrichtung, wobei die homogene Lichtverteilung in der transparenten Schicht 2 durch unterschiedliche Dichteverteilung und Anordnung der holographisch optischen Elementen 13 zu den beiden Lichtquellen 110 ermöglicht wird. Dabei nimmt die Anzahl pro Fläche der holographisch optischen Elemente 13 von denjenigen Rändern, an denen sich Lichtquellen 110 befinden zur Mitte der Lichtführungsplatte 1 hinzu.

In Figur 22 ist eine weitere mögliche Anordnung gezeigt, unterschiedliche Leuchtdichtenverteilungen in der Lichtführungsplatte 1 zu kompensieren, die von zwei Lichtquellen 110 beleuchtet wird. Die holographisch optischen Elemente 30-35 sind von unterschiedlicher Beugungseffizienz bei gleicher Beugungsrichtung. Weiterhin überlappen die holographisch optischen Elemente 30-35 einander.

Bezugszeichenliste:

(1) Lichtführungsplatte

(2) Auskopplungseinrichtung

(2a) - (2c) Auskopplungseinrichtung

(3) transmissiver pixelierter Lichtmodulator

(4) Farbfilter

(5) Difiusor

(6) Transparente Schicht

(6') Diflusorschicht

(7) Reflexionsschicht

(8), (9) Polarisationsfilter (gekreuzt)

(10) Display

(10') Beleuchtungseinheit

(11) Lichtstrahl, der nicht der Braggbedingung entspricht (12) Lichtstrahl, der der Braggbedingung entspricht

(13) Holographisch optisches Element, Volumengitter

(14) Stelle der Beugung des Lichtstrahls

(15) Stelle an der keine Beugung erfolgt

(16) Stelle der Streuung in einem Difiusor

(17) Divergenter Lichtstrahl

(20) Lichtstrahl, der der Braggbedingung entspricht

(21) Lichtstrahlen, die nicht der Braggbedingung entsprechen (25) Lichtstrahlen, die nicht der Braggbedingung entsprechen

(26) Stellen an der keine Beugung erfolgt

(30)-(36) Holographisch optische Elemente gleicher Größe und unterschiedlicher Beugungseffizienz

(40)-(46) Holographisch optische Elemente gleicher Beugungseffizienz mit unterschiedlicher engen räumlichen Position zueinander

(50)-(56) Holographisch optische Elemente unterschiedlicher Größe

(60), (61) Holographisch optische Elemente in rechteckiger Form

(70), (71) Holographisch optische Elemente mit Beugungseffizienz in vertikaler Ausrichtung

(72), (73) Holographisch optische Elemente mit Beugungseffizienz in horizontaler Ausrichtung

(74) - (77) Holographisch optische Elemente mit Beugungseffizienz in diagonaler Ausrichtung

(80) Holographisch optisches Element mit Beugungseffizienz im grünen Wellenlängenbereich

(81) Holographisch optisches Element mit Beugungseffizienz im roten Wellenlängenbereich

(82) Holographisch optisches Element mit Beugungseffizienz im blauen Wellenlängenbereich

(90) Holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im blauen Wellenlängenbereich

(91) Holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im grünen Wellenlängenbereich

(92) Holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im roten Wellenlängenbereich

(93) , (95) Holographisch optische Elemente mit diagonaler Beugungseffizienz

(94) Holographisch optische Elemente mit horizontaler Beugungseffizienz (96) Holographisch optische Elemente mit vertikaler Beugungseffizienz

(101) Überlappende holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im grünen

Wellenlängenbereich

(102) Überlappende holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im roten

Wellenlängenbereich

(103) Überlappende holographisch optisches Elemente mit Beugungseffizienz im blauem

Wellenlängenbereich

(110) Lichtquelle

L Lichtmodulator