專利名稱：用于背式照明的中空楔形光導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于信息顯示、照明、以及直接點明的用具的均勻分布準(zhǔn)直光。
背景技術(shù)：
例如個人電腦中使用的現(xiàn)有的光波導(dǎo)是由例如塑料的固體材料制成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種基于模組構(gòu)造技術(shù)的楔形中空邊緣受光波導(dǎo)。該波導(dǎo)采用空氣而不是折射媒介。該波導(dǎo)由光學(xué)薄膜制成，該光學(xué)薄膜與那些可商業(yè)獲得的膜(片或卷)相似并且可以切割成適合各種顯示幾何形狀的大小。


圖1是依照本發(fā)明的楔形中空光導(dǎo)的前視圖。
圖2是圖1的楔形中空光導(dǎo)的后視圖。
圖3是圖1的楔形中空光導(dǎo)的橫截面圖。
圖4為了解釋的目的示出圓錐光分布幾何形狀。
圖5描述了模擬模型幾何形狀，用以檢驗本發(fā)明一個說明性實施例的光學(xué)性能。
圖6示出光斑位置圖的輸出，是從進(jìn)行一項檢驗圖5實施例性能的模擬而得出的，顯示出均勻的光分布。
圖7示出光斑方向角度輪廓輸出，是從進(jìn)行一項檢驗圖5實施例性能的模擬而得出的，顯示所需光線和重影成像。
圖8是一個片穿過圖7光斑方向角度輪廓的圖像表現(xiàn)。
圖9示出自圖5光導(dǎo)的模擬光線軌跡中的一些光線的細(xì)節(jié)。
圖10描述了沿光線傳播方向觀察的、圖5的楔形光導(dǎo)的另一截面圖。
圖11是圖5中楔形光導(dǎo)、沿光傳播的方向的、光線軌跡細(xì)節(jié)。
圖12描述沿垂直于光傳播方向觀察的，圖5的楔形光導(dǎo)的另一截面圖。
圖13是圖5的楔形光導(dǎo)、沿垂直于光傳播方向的、光線軌跡細(xì)節(jié)。
附圖中主要元件標(biāo)號清單下面是以數(shù)字順序排列的附圖中主要元件的標(biāo)號清單。
5 (光線的)圓錐角10頂部平面薄片11全內(nèi)反射特征(頂部平面薄片)20底部平面薄片21反射光提取特征100 底部表面具體實施方式
實現(xiàn)本發(fā)明的模式首先介紹附圖1，一個中空楔形光導(dǎo)由一頂部平面10和一傾斜的底部平面20組成。所述底部平面20包括設(shè)置成梯田型的反射光提取特征21。優(yōu)點在于，這種梯田型提取特征使光的不準(zhǔn)直性效果最小化。楔形中空光導(dǎo)的側(cè)表面30是鏡面反射體。
楔形波導(dǎo)的光提取表面21繞垂直于光出口平面的一個軸“偏轉(zhuǎn)”，該光出口平面對應(yīng)于頂部平面薄片10的內(nèi)表面。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)一“偏轉(zhuǎn)角度”光導(dǎo)的提取特征相對輸入孔是傾斜的，并且為了以優(yōu)選角度偏轉(zhuǎn)光，對于實際的中空楔形光導(dǎo)有需要繞出口的法線偏轉(zhuǎn)(或“轉(zhuǎn)動”)。
光入射面是一個簡單的矩形開口，該矩形開口由頂部平面薄片10、底部平面薄片20、和鏡面?zhèn)缺砻?0限定。
頂部平面薄片還包括一具有全內(nèi)反射特征11的頂部表面。在本發(fā)明的一個實施例中，這些全內(nèi)反射特征11是由例如，Whitehead(US Patene 4,260,22)所教導(dǎo)的全內(nèi)反射膜(TIR)形成。在本發(fā)明的某些實施例中，所述全內(nèi)反射特征11基本上不如所述頂部平面薄片10大部分材料透明。
頂部平面薄片10的結(jié)構(gòu)包括支撐一個或多個薄膜的透明結(jié)構(gòu)組件。薄層通過如表面疊層或邊緣緊固的技術(shù)來支撐。在大多數(shù)可穿透的微結(jié)構(gòu)薄膜中，必須保持空氣間隙以確保良好的光學(xué)性能。結(jié)構(gòu)組件的例子有光學(xué)級塑料薄板原料，例如那些源于Ineos Acrylics(Lucite and PerspexTM)，ATOFINA Chemicals(Plexiglas and Tuffak)，GE(Lexan)以及非雙折射聚合體在此中詳述以做參考。還可以使用玻璃支撐結(jié)構(gòu)，例如在生產(chǎn)液晶顯示裝置(類型7059，1737，以及EAGLE2000)中使用的造粒硼硅酸鹽玻璃(Corning borosilicate glasses)。該塑料薄板提供非常好的光學(xué)透明度，低成本和比玻璃更柔韌的抵擋能力。玻璃薄片提供更好的光學(xué)質(zhì)量，以及高溫性能以適用于具有不同功能涂層的應(yīng)用中。
側(cè)壁30是相對的、平行的鏡面反射體。例如，他們可以是3M公司生產(chǎn)的、或Silverlux制造的。非光學(xué)結(jié)構(gòu)的組件能夠支撐這些薄層，使用標(biāo)準(zhǔn)的壓敏粘合劑，例如那些由3M、Nittodenko或Adhesives Research生產(chǎn)的。該支撐組件位于反射體的非受照側(cè)。在某些實施例中，該側(cè)壁30由光學(xué)純凈材料制成，其上覆蓋有例如銀或鋁的反射材料以在該結(jié)構(gòu)組件上形成一鏡面反射體。
現(xiàn)在參照圖3，進(jìn)入輸入矩形孔的光從底部平面薄板20的反射表面或TIR特征11反射，直到光線射到偏轉(zhuǎn)的提取特征21上。由于在下面的提取薄膜上的偏轉(zhuǎn)，光線被引向不垂直于TIR薄層，為了糾正該傾斜，TIR薄層應(yīng)提供使光線垂直于其平板表面并射到其“階梯面”(即，每個階梯化特征由梯型表面和較小的上升的表面組成，借用建筑業(yè)有關(guān)樓梯-階梯的術(shù)語)。由于TIR薄層上階梯式特征的上升的表面，較少百分比的光以非所需角度形成“重影”。在一些具體實施例中，用黑化和/或最小化上升表面的高度來消除重影。
參照圖4，傳入本發(fā)明楔形中空光導(dǎo)中的光100具有關(guān)于中心軸對稱的角度分布5，其中該軸代表最佳的傳播方向。該方向在出口孔平面中平行于側(cè)壁30，并且從矩形孔入射向該光導(dǎo)的末端傳輸。
圖5-13示出各種橫截面圖和該中空楔形光導(dǎo)的光學(xué)模擬光路圖。圖5描述了該用于檢驗本發(fā)明說明性實施例的光學(xué)性能的模擬模型幾何形狀。圖6示出光斑位置圖輸出，顯示模擬進(jìn)行檢驗附圖5的實施例性能的均勻光分布。
圖7示出光斑方向角度輪廓輸出，顯示模擬進(jìn)行檢驗圖5的實施例性能的所需的光線和重影。圖8是一片穿過圖7光斑方向角度輪廓的圖像表現(xiàn)。
圖9示出來自圖5光導(dǎo)的模擬光線軌跡的一些光線的細(xì)節(jié)。圖10示出從光傳播的方向觀察，圖5的楔形光導(dǎo)的另一截面圖。圖11是沿光傳播的方向，圖5楔形光導(dǎo)的光線軌跡細(xì)節(jié)。圖12示出了沿垂直于光傳播的方向觀察的另一截面圖。圖13是沿垂直于光傳播方向，光線軌跡的細(xì)節(jié)。
說明書中的縮寫LCD 液晶顯示裝置TIR 全內(nèi)反射可替換的實施例可替換的實施例是指不脫離本發(fā)明精神和范圍的設(shè)計。本發(fā)明的所述照明部分可以廣泛地應(yīng)用，包括，但并不限制于，車輛上的照明，探照燈，作業(yè)照明和投影系統(tǒng)。該顯示系統(tǒng)應(yīng)用于交通領(lǐng)域中，例如飛機駕駛艙，和其他應(yīng)用其中視角，方位，熱量，和/或結(jié)構(gòu)問題都是涉及的。在材料性能和折射率限制的其它參數(shù)確定后，所述光波長能夠設(shè)在可見光的波長范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種中空楔形光導(dǎo)包括(a)一個矩形輸入孔，其具有平行的相對的頂部和底部邊緣和平行的相對的側(cè)邊緣；(b)一個透明頂部平面薄片，其垂直地附于所述矩形孔的頂部邊緣上；(c)一個底部平面薄片，其附于所述矩形孔的底部邊緣上，其中所述底部平面薄片斜向所述頂部平面薄片，在頂部平面薄片和底部平面薄片之間形成間隙，其沿所述光導(dǎo)長度減?。?d)其中所述頂部平面薄片還包括在其上具有全內(nèi)反射特征的頂部表面，所述全反射特征包括，(i)多個直角三角形橫截面，其基本上沿所述頂部平面薄片的長度方向布置，且垂直于所述矩形孔的頂部邊緣；和(e)其中所述底部平面薄片包括在一表面上的反射光提取特征，(i)所述光提取特征包括多個表面，該表面通過一預(yù)定偏轉(zhuǎn)角度從平行于矩形孔有角度地位移。
2.如權(quán)利要求1中所述的光導(dǎo)，其中所述直角三角形具有基本上不如所述頂部平面薄片的大部分材料透明的表面部分。
3.如權(quán)利要求1中所述的光導(dǎo)，其中所述反射光提取特征選自包括鋸齒特征，梯田特征，以及鋸齒-梯田的組合特征的組。
4.如權(quán)利要求1中的光導(dǎo)，還包括透明結(jié)構(gòu)元件以支撐該光導(dǎo)的形狀。
全文摘要
一種楔形中空光導(dǎo)包括一具有全內(nèi)反射特征(11)的頂部平面(10)和具有受偏轉(zhuǎn)反射光提取特征(21)的底部平面。
文檔編號G02B6/00GK1701263SQ02821972
公開日2005年11月23日 申請日期2002年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月2日
發(fā)明者R·J·薩坎曼諾 申請人:霍尼韋爾國際公司