用于光波導(dǎo)的提取膜及其制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求由本申請(qǐng)的受讓人擁有的于2014年1月9日提交的題為"Film Laminated to Waveguide Surface"的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/925, 589號(hào)的權(quán)益，將本申 請(qǐng)的公開內(nèi)容并入本文中，以作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的主題涉及光學(xué)裝置以及制造這種裝置的方法，更具體而言，涉及一種光 波導(dǎo)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 光波導(dǎo)混合和引導(dǎo)由一個(gè)或多個(gè)光源（諸如一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管（LED))發(fā)射 的光。典型的光波導(dǎo)包括三個(gè)主要元件：一個(gè)或多個(gè)耦合部件、一個(gè)或多個(gè)分布部件以及 一個(gè)或多個(gè)提取部件。耦合元件將光引入分布部件內(nèi)，并且調(diào)節(jié)光，以便與后續(xù)元件相互作 用。所述一個(gè)或多個(gè)分布部件控制光流過波導(dǎo)并且取決于波導(dǎo)幾何圖形和材料的方式。提 取部件確定通過控制光離開波導(dǎo)的位置以及方向來去除光的方式。
[0005] 為了使提取部件從波導(dǎo)中去除光，光必須首先與包括該部件的特征接觸。通過使 波導(dǎo)表面適當(dāng)?shù)爻尚?，人們可以控制光在提取特征上流?dòng)。具體而言，選擇提取特征的間 距、形狀和其他特性會(huì)影響波導(dǎo)的外觀、其產(chǎn)生的發(fā)射光的角度分布以及效率。
[0006] Hulse的美國專利第5, 812, 714號(hào)公開了一種波導(dǎo)彎曲部件，其被配置為將光的 傳播方向從第一方向變成第二方向。該波導(dǎo)彎曲部件包括收集器部件，該收集器部件收集 從光源中發(fā)射的光并且將光引入波導(dǎo)彎曲部件的輸入表面內(nèi)。沿著外表面，內(nèi)部反射進(jìn)入 彎曲部件內(nèi)的光，并且該光在輸出表面處離開該部件。外表面包括斜角表面或彎曲表面，該 表面定向?yàn)槭沟脙?nèi)部反射進(jìn)入彎曲部件的大部分光，直到光到達(dá)輸出表面。
[0007] Parker等的美國專利第5, 613, 751號(hào)公開了一種發(fā)光面板組件，該組件包括具有 光輸入表面、光過渡區(qū)域以及一個(gè)或多個(gè)光源的透明發(fā)光面板。光源優(yōu)選嵌入光過渡區(qū)域 內(nèi)或者在該區(qū)域內(nèi)被粘合，以便消除任何氣隙，從而減少光損耗并且最大化發(fā)射的光。光過 渡區(qū)域可包括在每個(gè)光源周圍和后面的反射和/或折射表面，以更有效地通過光過渡區(qū)域 將光反射和/或折射并且聚焦到發(fā)光面板的光輸入表面內(nèi)。在面板部件的一側(cè)或兩側(cè)上， 可提供光提取變形（deformity)的圖案或面板表面的形狀或幾何圖形的任何變化和/或使 一部分光被發(fā)射的涂層。變形的可變圖案可驅(qū)散光線，使得一部分光線的內(nèi)部反射角將足 夠大，以促使光線從面板中發(fā)射出或者通過面板反射回并且從另一側(cè)發(fā)射出。
[0008] Shipman的美國專利第3, 532, 871號(hào)公開了一種組合式行駛燈反射鏡，該反射鏡 具有兩個(gè)光源，在照明時(shí)，每個(gè)光源形成被引導(dǎo)在突出部分的拋光表面上的光。在圓錐形反 射鏡上反射光。光橫向反射到主體內(nèi)并且撞擊在從主體中引出光的棱鏡上。
[0009] Simon的美國專利第5, 897, 201號(hào)公開了從徑向包含的準(zhǔn)直光中分布的建筑照明 的各種實(shí)施方式。準(zhǔn)點(diǎn)光源形成在徑向朝外的方向上準(zhǔn)直（collimate，校準(zhǔn)）的光并且分 布光學(xué)器件的出射裝置從光學(xué)器件中引出該準(zhǔn)直光。
[0010] Kelly等的美國專利第8, 430, 548號(hào)公開了照明設(shè)備，其使用各種光源，諸如白熾 燈泡、熒光燈管以及多個(gè)LED。容量擴(kuò)散器控制來自照明設(shè)備的光的空間亮度均勻度和角度 擴(kuò)展。容量擴(kuò)散器包括容量光散射顆粒的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。容量擴(kuò)散器可與波導(dǎo)共同用于 提取光。
[0011] Dau等的美國專利第8, 506, 112號(hào)公開了具有多個(gè)發(fā)光部件的照明裝置，諸如設(shè) 置成一行的LED。準(zhǔn)直光學(xué)部件接收由LED形成的光，并且光導(dǎo)將準(zhǔn)直光從光學(xué)部件中導(dǎo)入 提取光的光學(xué)提取器中。
[0012] 伊利諾斯州的Niles公司的A. L. P照明元件制造了一種具有楔形的波導(dǎo)，該波導(dǎo) 具有厚端、窄端以及位于其間的兩個(gè)主要表面。在這兩個(gè)主要表面上形成金字塔形提取特 征。楔形波導(dǎo)用作出口標(biāo)志，使得該標(biāo)志的厚端被定位于與天花板相鄰，并且窄端向下延 伸。光在厚端處進(jìn)入波導(dǎo)中，并且由金字塔形提取特征向下并且遠(yuǎn)離波導(dǎo)引導(dǎo)該光。
[0013] 近來，形成了低剖面的基于LED的發(fā)光體（例如，通用電氣公司的ET序列面板暗 燈槽），這種發(fā)光體利用引入波導(dǎo)部件的邊緣內(nèi)的一連串LED元件（'側(cè)光式'方法）。然 而，由于在從主朗伯發(fā)射源（諸如LED元件）發(fā)射到波導(dǎo)平面的窄邊緣內(nèi)的耦合光中固有 的損耗，所以這種發(fā)光體通常遭受低效率。
[0014] Beeson等的美國專利第5, 396, 350號(hào)教導(dǎo)了用于平板電子顯示器的背光設(shè)備。該 設(shè)備包括從被定位于與其側(cè)面相鄰的光源中接收光的平板波導(dǎo)以及連接至波導(dǎo)的表面的 微棱鏡陣列。每個(gè)微棱鏡具有從與波導(dǎo)的表面垂直的方向以某個(gè)角度傾斜的側(cè)面。從微棱 鏡中發(fā)射的光與平板波導(dǎo)大致垂直。
[0015] Zimmerman等的美國專利第5, 598, 281號(hào)公開了用于電光顯示器的背光組件。從 設(shè)置在反射鏡內(nèi)的光源中發(fā)射的光穿過孔徑陣列，并且由與這些孔徑陣列對(duì)準(zhǔn)的錐形光學(xué) 部件陣列準(zhǔn)直。微透鏡可設(shè)置為與光學(xué)部件相鄰，以便進(jìn)一步使光準(zhǔn)直。光學(xué)部件的表面 為平面或拋物線形狀。
[0016] Zimmerman等的美國專利第5, 428, 468號(hào)教導(dǎo)了一種光學(xué)照明系統(tǒng)，用于需要大 致準(zhǔn)直的光的應(yīng)用中。該系統(tǒng)包括從其邊緣中接收光的波導(dǎo)。微棱鏡陣列連接至波導(dǎo)的一 個(gè)表面。每個(gè)微棱鏡具有至少兩個(gè)側(cè)壁，這兩個(gè)側(cè)壁從波導(dǎo)的表面的法線以某個(gè)角度傾斜。 微透鏡陣列可設(shè)置在該微棱鏡陣列的頂上，以便進(jìn)一步使光準(zhǔn)直。
[0017] Steiner等的美國專利第5, 949, 933號(hào)公開了一種用于使光準(zhǔn)直的光學(xué)照明系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括從其邊緣中接收光的波導(dǎo)以及連接至波導(dǎo)的一個(gè)表面的透鏡狀微棱鏡陣 列。每個(gè)微棱鏡具有與波導(dǎo)光學(xué)稱合的光輸入表面以及與該輸入表面相反（相對(duì)）的光輸 出表面。光輸入表面包括與透鏡狀微棱鏡的長度垂直的多個(gè)錐形凹槽。該系統(tǒng)還包括微透 鏡陣列，以便進(jìn)一步使光準(zhǔn)直。
[0018] Hou等的美國專利第5, 839, 823號(hào)教導(dǎo)了一種照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與反射鏡相 鄰的或者容納在反射鏡內(nèi)的光源。具有在基底壁部上攜帶的至少一個(gè)微棱鏡的光引導(dǎo)組件 被定位于與和反射鏡相對(duì)的光源相鄰。微棱鏡可以為多面體、曲線以及多面體曲線。透鏡 陣列可設(shè)置在基底壁部的另一側(cè)上。
[0019] Kuper等的美國專利第5, 761，355號(hào)公開了一種光引導(dǎo)光學(xué)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括具 有與其連接的多個(gè)棱鏡的波導(dǎo)。由棱鏡重新引導(dǎo)的光被限制為一系列角度。棱鏡的側(cè)面可 以為平面或彎曲狀。透鏡陣列可用于將棱鏡的光輸出擴(kuò)展為更大的分布角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 根據(jù)一個(gè)方面，一種光波導(dǎo)包括波導(dǎo)主體以及設(shè)置在所述波導(dǎo)主體的表面上的 膜。所述膜包括基底以及設(shè)置在所述基底與所述表面之間的多個(gè)底切光提取部件。
[0021] 根據(jù)另一方面，一種光波導(dǎo)包括波導(dǎo)主體以及設(shè)置在所述波導(dǎo)主體的表面上的 膜。所述膜包括基底以及以規(guī)則圖案設(shè)置在所述基底與所述表面之間的多個(gè)底切光提取部 件。
[0022] 根據(jù)又一方面，一種制造光波導(dǎo)的方法包括提供光學(xué)透射膜的步驟，該膜具有基 底以及設(shè)置在所述基底上的多個(gè)底切光提取部件。該方法進(jìn)一步包括以下步驟：提供波導(dǎo) 主體，并且使用設(shè)置在基底與波導(dǎo)主體的表面之間的所述多個(gè)光提取部件，將所述膜固定 到波導(dǎo)主體的表面。
[0023] 在考慮以下詳細(xì)描述和附圖時(shí)，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中， 在整個(gè)說明書中，相似的數(shù)字表示相似的結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0024] 圖1為可涂覆于波導(dǎo)主體的一個(gè)實(shí)施方式的膜的片段（fragmentary,不完整）等 距視圖；
[0025] 圖2為可涂覆于波導(dǎo)主體的另一實(shí)施方式的膜的片段等距視圖；
[0026] 圖3為在圖2的實(shí)施方式中的膜的片段側(cè)視圖；
[0027] 圖4為在圖2的實(shí)施方式中的膜的頂視圖；
[0028] 圖5-圖7為棱形光提取部件的等距視圖；
[0029] 圖8為在為其涂覆膜之前波導(dǎo)主體的片段側(cè)邊正視圖；
[0030] 圖9為在為其涂覆膜之后波導(dǎo)主體的片段側(cè)邊正視圖；
[0031] 圖10為具有為其涂覆的膜的圖9的波導(dǎo)主體的放大側(cè)邊正視圖；
[0032] 圖11為具有沿著波導(dǎo)主體的一個(gè)表面設(shè)置的膜的波導(dǎo)主體的片段側(cè)邊正視圖， 且反射鏡設(shè)置為與和其相對(duì)的表面相鄰；
[0033] 圖12A為具有為其涂覆的膜的圖9的波導(dǎo)主體的放大側(cè)邊正視圖，該膜具有特定 高度的光提取部件；
[0034] 圖12B為具有為其涂覆的膜的圖12A的波導(dǎo)主體的放大側(cè)邊正視圖，該膜具有替 代的1?度的光提取部件；
[0035] 圖12C為具有為其涂覆的膜的圖12A的波導(dǎo)主體的放大側(cè)邊正視圖，該膜具有另 一替代的高度的光提取部件；以及
[0036] 圖13A-13J示出了與具有與其固定的膜的光學(xué)波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的照明分布圖案 (pattern，模式），該膜具有各個(gè)不同高度的光提取部件。
【具體實(shí)施方式】
[0037] -種光波導(dǎo)包括混合和引導(dǎo)出自一個(gè)或多個(gè)表面的光的波導(dǎo)主體。