光學裝置和生產方法
2023-10-11 11:23:29
專利名稱：光學裝置和生產方法
技術領域：
本發明涉及一種包括光導和用於照明光導的光源的光學裝置。而且，本發明涉及 一種用於生產光導的方法。
發明內容
本發明的一個目的在於提供一種改進的包括光導的光學裝置，該光導是非常薄的 並且另外提供均勻的光提取。本發明的另一目的在於提供一種光導生產方法。這些和其他目的是根據本發明的一個方面實現的，本發明的該方面涉及一種包括 光導和用於照明光導的光源的光學裝置，其中光導包括透明基板層和透明層，光導具有基 板層的表面上的光提取表面，透明層被布置在與光提取表面相對的基板層的表面上，或者 透明層被布置在基板層的光提取表面上，並且透明層包含用於改進光提取的部件。由於光導包括透明基板層和透明層，其中透明層包含用於改進光提取的部件，因 此可以提供具有均勻的光提取的非常薄的光導。由此使光提取最優化，使得整個光提取表 面上的光導的光提取幾乎相同。該光導優選地具有小於300 μ m的厚度，特別優選地具有小於100 μ m的厚度。該光學裝置可以有利地用作鍵盤或顯示器的背光。優選地，該光學裝置用作用於 蜂窩電話鍵盤或LCD (液晶顯示器)的背光。因此，有利的是，該光學裝置是非常薄的，具有 高的光學效率並且跨越光提取表面是非常均勻的。在本發明的一個優選實施例中，光源被布置在光導的側表面上。光源的光據此從側表面耦合到光導。於是，可以提供側光式光導。因此，較之包括 布置在光導背後或面前的光源的光學裝置，該光學裝置是非常薄的。這樣可以進一步減小 包括從側表面耦合到光導的光源的光學裝置的厚度。透明層包含用於改進光提取的部件。由此，用於改進光提取的部件的密度可以沿 透明層的邊變化。例如，用於改進光提取的部件是稜鏡陣列。通過使用用於改進光提取的部件，可以使光導的光提取的均勻性最優化。最優化 的用於改進光提取的部件可以改變密度以針對諸如例如發光二極體(LED)的點光源或者 光導的任何側表面處的線光源進行最優化。用於改進光提取的部件優選地精確地提取光以 便於創建均勻的背光。用於改進光提取的部件是例如球形的、錐形的或三角形的孔或凸起。可替選地，用 於改進光提取的部件可以是用於漫散射的部件，其具體地是蝕刻點。透明層優選地是可固化層，其中透明層優選地可以通過UV輻射固化。優選地，透 明層是聚合物層。透明基板層優選地是塑料膜。在本發明的一個特別優選的實施例中，透明層的材 料的折射率與基板層的材料的折射率匹配。因此，可以提供優選地薄的和柔性的光導。在本發明的一個優選實施例中，多個光源被布置在光導的至少一個側表面上。多 個光源可以優選地使光導的均勻的光提取最優化。
在本發明的一個特別優選的實施例中，光導包含用於將一個或多個光源光學連接 到光導的部件。用於將一個或多個光源光學連接到光導的部件可以是例如，光導中的切除 部。該切除部可以是例如穹頂，其中該穹頂是下陷部。一種用於生產光導的方法包括如下過程步驟-提供透明基板層，-將透明層布置在與光提取表面相對的基板層的表面上或者將透明層布置在基板 層的光提取表面上，_在透明層上產生用於改進光提取的部件，以及-將至少一個光源安裝在光導的一個表面上。這樣，可以生產優選地薄的光導，其另外提供均勻的光提取。該光導例如，優選地 用作背光。該光導有利地用作鍵盤或顯示器的背光，特別優選地用作用於蜂窩電話鍵盤或 IXD的背光。該光導優選地具有小於300 μ m的厚度，特別優選地具有小於100 μ m的厚度。優選地通過UV輻射使用於改進光提取的部件固化。在本發明的一個優選實施 例中，藉助於壓花在透明層上產生用改進光提取的部件。優選地，藉助於卷到卷(roll to roll)工藝在透明層上產生用於改進光提取的部件。用於改進光提取的部件的原版(master)可以被複製並且併入到卷到卷工藝中。 因此，可以使用透明基板層的大的原料卷，使得光導可用於大批生產。於是，較之注入成型 的光導等，該光導的生產是非常經濟的和非常成本有效的。原版可以藉助於蝕刻產生。在本發明的一個優選實施例中，例如藉助於衝壓或雷射切割在光導中產生用於將 光源光學連接到光導的部件。因此，該光導包括用於將光源光學連接到光導的部件，其具體地是可以例如從大 卷的壓花原料片上被衝壓、雷射切割或者以別的方式切割的切除部。光導中的切除部可以 被形成為例如穹頂。下文基於示例性實施例和關聯的圖1至5更詳細地解釋了本發明。基於並非嚴格 按照比例的示意圖，附圖出了本發明的不同的示例性實施例。在附圖中相同或者相同作用 的部件由相同的附圖標記表示。
圖1示出了根據本發明的第一示例性實施例的光學裝置的示意性剖面圖，圖2示出了根據本發明的第二示例性實施例的光學裝置的示意性剖面圖，圖3示出了根據本發明的第三示例性實施例的光學裝置的示意性頂視圖，圖4示出了根據本發明的第四示例性實施例的光學裝置的示意性頂視圖，圖5A、5B、5C示出了用於改進光提取的部件的示意性透視圖，以及圖6示出了根據本發明的第五示例性實施例的光學裝置的示意性剖面圖。
具體實施例方式圖1示出了包括光導la、Ib和用於照明光導la、lb的光源2的光學裝置的剖面圖。光源2被布置在光導la、Ib的側表面上。優選地，光源2是發光二極體(LED)。
較之其他照明燈，將LED用作光源具有光學裝置(光導與光源組合)的小尺寸的 優點。該光學裝置的一個有利特徵在於，可以使其非常薄。這允許在非常薄的背光系統中， 例如在蜂窩電話鍵盤或LCD中，使用該光學裝置。光源2優選地發射具有例如藍色、黃色、綠色或紅色光譜範圍中的波長的光。在 CIE色彩空間中，優選的發射光大致具有例如，具有如下色彩坐標(color locus)的色點 約χ = 0. 18和y = 0. 12 ( 「晶藍色」)或者約χ = 0. 16和y = 0. 20 ( 「幽藍色」)或者約χ =0. 16和y = 0. 34 ( 「幽綠色」)或者約χ = 0. 40和y = 0. 44 ( 「晶黃色」)或者約χ = 0.29和7 = 0.17( 「絳紅色」)或者約χ = 0.38和y = 0.24 ( 「晶粉色」)。因此，在廣泛 的色譜中六個顏色種類可用於提供專用的不飽和色彩的集合。光源2的發射光優選地從側表面耦合到光導la、lb。在該情況中，該光導是側光式 光導。因此，較之包括布置在光導背後或面前的光源的光學裝置，該光學裝置是非常薄的。 這樣可以進一步減小包括側光式光導的光學裝置的厚度。光導la、Ib包括透鏡基板層Ia和透明層lb。此外，光導具有基板層Ia上的表面 上的光提取表面5。透明層Ib被布置在與光提取表面5相對的基板層Ia的表面上。此外， 透明層Ib包含用於改進光提取的部件3。由於光導la、lb包括透明基板層Ia以及包括用於改進光提取的部件3的透明層 lb,因此可以提供光導的均勻的光提取。由此使光提取最優化，使得整個光提取表面5上的 光導la、lb的光提取幾乎相同。光導la、Ib具有小於300 μ m的厚度D，優選地具有小於IOOym的厚度D。該薄的 光導la、lb可以有利地被用作鍵盤或顯示器的背光。優選地，光導la、lb被用作用於蜂窩 電話鍵盤或LCD的背光。因此，非常重要的是，光導la、Ib—方面是非常薄的，具有高的光 學效率，另一方面跨越光提取表面5是非常均勻的。透明層Ib包含用於改進光提取的部件3。用於改進光提取的部件3優選地將光反 射或衍射到光提取表面5。通過使用用於改進光提取的部件3，使光導la、lb的光提取的均 勻性最優化。這樣增加了光導的光提取的效率。優選地，用於改進光提取的部件3的密度沿透明層Ib的邊變化。用於改進光提取 的部件3可以有利地改變密度以針對諸如例如發光二極體(LED)的點光源或者光導la、lb 的任何側表面處的線光源進行最優化。優選地，用於改進光提取的部件3的密度在離開光 源2的距離內增加。因此，用於改進光提取的部件3優選地均勻地提取光以便於創建均勻 的背光。例如，用於改進光提取的部件3是稜鏡陣列。具體地，用於改進光提取的部件3是 例如球形、錐形或三角形的孔或凸起。可替選地，用於改進光提取的部件3可以是用於漫散 射的部件，具體地是蝕刻點。在光導la、lb的該示例性實施例中，用於改進光提取的部件3 是布置在與基板層Ia相對的透明層Ib的表面上的球形孔。優選地藉助於壓花在透明層Ib上產生用於改進光提取的部件3。優選地，藉助於 卷到卷工藝在透明層Ib上產生用於改進光提取的部件3。用於改進光提取的部件3的原版可以被複製並且併入到卷到卷工藝中。因此，可 以使用透明基板層Ia的大的原料卷，使得光導la、lb可用於大批生產。於是，較之注入成 型的光導等，光導la、lb的生產是非常經濟的和非常成本有效的。
基板層Ia和透明層Ib的材料對於光源2的反射光是光學透射的。透明層Ib有利地是可固化層。透明層Ib優選地可以通過UV輻射固化。優選地， 透明層是聚合物層。透明基板層Ia優選地是塑料膜。具體地，透明層Ib的材料的折射率與基板層Ia 的材料的折射率匹配或者具有相似的折射率。因此，可以提供具有良好的光導的優選地薄 的和柔性的光導la、lb。在圖1和2中藉助於箭頭示出了光導la、lb中的光傳播。 優選地，該光學裝置包括反射層4，其被布置為與光導la、Ib的光提取表面5相對。 因此，改進了光導la、lb的光學效率。圖2示意性地示出了包括光導la、lb和用於照明光導la、lb的光源2的光學裝置 的另外的剖面圖。與圖1的實施例相反，光導被安裝在例如引線框、花線(flex)或印刷電路板的載 體6上。因此，光導la、lb和光源2可以被布置在其中另外提供光源2的電氣連接的載體 6上。反射層4被布置在光導la、lb和載體6之間。因此，所提取的光被反射層4反射 並且在光提取表面5上耦合輸出。這樣可以優選地增加光導la、lb的效率。與圖1的實施例相反，兩個光源2被布置在光導la、lb的側表面上。具體地，這兩 個光源2被布置為彼此相對。該布置提供了優選的均勻的光提取。光導la、lb的光提取在 整個光提取表面5上沒有明顯的變化。為了使光導la、lb的提取均勻性最優化，用於改進光提取的部件3被布置在與基 板層Ia相對的透明層Ib的表面上。圖2的實施例的用於改進光提取的部件3是錐形孔， 其密度根據離開光源2的距離而變化。圖3示出了包括光導la、lb和用於照明光導la、lb的光源2的另一光學裝置的示 意性頂視圖。在該實施例中，光導la、Ib包含用於將光源2光學連接到光導la、Ib的部件7。可 以藉助於衝壓或雷射切割在光導la、lb中產生用於光學連接的部件7。用於光學連接的部件7可以是例如光導中的切除部。該切除部可以是穹頂，其中 該穹頂是下陷部。優選地，光源2被部分地布置在穹頂中，從而使發射光在沒有明顯的光學 損失的情況下耦合到光導la、lb中。此外，光提取結構9優選地被布置在光導la、lb的光提取表面5上。這些光提取 結構9是例如三維結構。光提取結構9增加了光導la、lb耦合輸出的光提取的均勻性和效 率。而且，光提取表面5可以具有粗糙度，用以進一步增加光提取的均勻性和效率。除了上文提及的差異以外，圖3的光學裝置的實施例包括圖1和2的光學裝置的 實施例的基本特徵。圖4示出了包括光導la、lb和用於照明光導la、lb的光源2的光學裝置的示意性 頂視圖。光學裝置la、Ib的該實施例包括布置在光導la、lb的側表面上的多個光源2。具 體地，兩個光源2，其具體地是LED，被布置在光導la、lb的一個側表面上。與該側表面相對， 兩個另外的LED 2被布置在相對的側表面上。因此，在每個情況中兩個LED 2彼此相對地布置。多個光源2可以使光導la、lb的均勻光提取最優化。優選地，多個LED 2被布置 在光導的兩個側表面上。具體地，至少兩個LED 2可以被例如，彼此相對地布置在光導的每 個側表面上。這樣，可以提供光學均勻的光提取。由此在整個光提取表面5上光導la、Ib 的光提取幾乎相同。除了上文提及的差異以外，圖4的光學裝置的實施例包括圖1、2和3的光學裝置 的實施例的基本特徵。在圖5A、5B、5C中優選地示出了用於改進光提取的部件3的示意性透視圖。在圖5A中示出了球形孔。該球形孔具有例如約15 μ m的高度h。該球形孔的剖面 尺寸是例如約50 μ m。圖5B的用於改進光提取的部件3是三維四方稜柱孔。該四方稜柱孔的基面的每 條邊的長度是例如約71 μ m。如圖5A的示例的高度，該四方稜柱的高度h是約15 μ m。該 四方稜柱的基面和兩個相對的側表面之間的夾角α是約45°。在圖5C中示出了錐形孔。與圖5Β的示例相同，基面長度是約71 μ m並且高度h 是約15μπι。在每個情況中基面和每個側表面之間的夾角α是約45°。通過使用基於圖5Α至5C的示例的用於改進光提取的部件3，可以使光導的光提取 的均勻性最優化。這種用於改進光提取的部件3優選地均勻地提取光以便於創建均勻的背光。優選地藉助於壓花在透明層上產生用於改進光提取的部件3。優選地，藉助於卷到 卷工藝在透明層上產生用於改進光提取的部件3。圖6示意性地示出了包括光導la、Ib和用於照明光導la、lb的光源2的另一光學 裝置的剖面圖。與圖1的實施例相反，透明層Ib被布置在透明基板Ia的光提取表面5上。在光導la、lb的該示例性實施例中，用於改進光提取的部件3是布置在與基板層 Ia相對的透明層Ib的表面上的球形凸起。本專利申請要求美國臨時專利申請61/066，719的優先權，其公開內容通過引用
合併於此。使用示例性實施例的本發明的以上描述不應被理解為意味著對本發明的限制。相 反地，權利要求1和11中陳述的本發明的概念可以應用於大量的極為不同的設計。具體地， 本發明還涵蓋示例性實施例和剩餘描述部分中闡述的特徵的所有組合，即使這些組合併非 是專利權利要求的主題內容。
權利要求
一種光學裝置，包括光導和用於照明所述光導的光源，其中 所述光導包括透明基板層和透明層， 所述光導具有所述基板層的表面上的光提取表面， 所述透明層被布置在與所述光提取表面相對的所述基板層的表面上，或者所述透明層被布置在所述基板層的所述光提取表面上，以及 所述透明層包含用於改進光提取的部件。
2.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述光導的厚度小於300μ m。
3.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述光源或多個光源被布置在所述光導的至 少一個側表面上。
4.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述用於改進光提取的部件的密度沿所述透 明層的邊變化。
5.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述用於改進光提取的部件是稜鏡陣列。
6.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述透明層是可固化層或者聚合物層。
7.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述基板層是塑料膜。
8.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述透明層的材料的折射率與所述基板層的 材料的折射率匹配。
9.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述光源是光發射二極體LED。
10.如權利要求1所述的光學裝置，其中，所述光導包含用於將所述光源光學連接到所 述光導的部件。
11.一種用於生產光導的方法，包括 -提供透明基板層，-將透明層布置在與光提取表面相對的所述基板層的表面上或者將透明層布置在所述 基板層的所述光提取表面上，-在所述透明層上產生用於改進光提取的部件，以及 -將光源安裝在所述光導的表面上。
12.如權利要求11所述的方法，其中，藉助於壓花在所述透明層上產生所述用於改進光提取的部件。
13.如權利要求11所述的方法，其中，藉助於卷到卷工藝在所述透明層上產生所述用於改進光提取的部件。
14.如權利要求11所述的方法，其中， 通過UV輻射使所述透明層固化。
15.如權利要求11所述的方法，其中，藉助於衝壓或雷射切割在所述光導中產生用於將所述光源光學連接到所述光導的部
全文摘要
一種光學裝置包括光導和用於照明光導的光源。光導包括透明基板層和透明層。光導具有基板層的表面上的光提取表面。透明層被布置在與光提取表面相對的基板層的表面上，或者透明層被布置在基板層的光提取表面上。透明層包含用於改進光提取的部件。此外，提供了一種用於生產光導的方法。
文檔編號G02B6/00GK101946120SQ200980105700
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月18日 優先權日2008年2月22日
發明者金伯利·派勒 申請人:歐司朗光電半導體有限公司