專利名稱：超薄照明元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在照明體中從光源導光的光導裝置。光導可以包括超薄光導層和多層應用。此外，本發(fā)明包括照明元件，其包括光導和照明體。本發(fā)明還涉及制造方法。光導和照明元件可用于顯示照明(例如后面照明，正面照明)，內(nèi)部照明和外部照明以及其它應用中。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種超薄照明元件。照明元件包括至少一個光源。光導元件包括一個光導層，其包括在至少一個表面的至少一部分上多個離散的精細光學表面起伏結構。每個表面起伏結構包括高度約10微米左右或更少，以及各側(cè)向尺寸約約10微米左右或更少的基本結構特征。各表面起伏結構的數(shù)量、布置和尺寸以及表面起伏結構的結構特征的側(cè)向尺寸是變化的，以提供所需的導入光導元件的光的導出調(diào)制度。
進一步的目的和益處，以及典型實施例的結構和功能將根據(jù)說明、附圖和例子的描述變得顯而易見。


根據(jù)下面特別是本發(fā)明的典型實施例的描述，本發(fā)明的前述和其他特征將是顯而易見的，如附圖所示，其中相同附圖標記通常表示相同的，功能相似和/或結構相似的元件。
圖1a和1b為表示已知光導結構的兩個實施例截面圖的圖示；圖2a，2b和2c為表示本發(fā)明的超薄照明元件的不同實施例的截面示；圖3為表示本發(fā)明的超薄照明元件的一個實施例的透視示；圖4a和4b為表示包括彎曲的光導元件的本發(fā)明超薄照明元件的實施例的截面示；圖5a為表示包括多個照明元件矩陣的本發(fā)明超薄照明元件的實施例截面圖的圖示；圖5b為表示包括可彎曲的光導元件的本發(fā)明的超薄照明元件的實施例的截面示；圖6a，6b，6c和6d為表示本發(fā)明的超薄照明元件的實施例的截面示，其包括含有兩個光導層的光層元件；圖7a，7b和7c為表示本發(fā)明的照明元件實施例的截面示，其包括光導元件，該光導元件包括兩個光導層和設置在不同表面的不同表面上的任選的不同的光學起伏結構，以及設置在層之間任選的不同的薄膜；圖8a，8b和8c為表示本發(fā)明的照明元件的實施例的截面示，其包括光導元件，該光導元件包括選擇地設在不同區(qū)域的兩層或多個光導層，并且包括設置不同表面的不同表面上的任選的不同的光學起伏結構，以及設置在層之間的任選的不同的薄膜；圖9a為表示本發(fā)明的照明元件的實施例的截面示，其中光導元件的一部分包括兩個光導層和可彎曲的光導層；圖9b和9c為表示本發(fā)明的照明元件的實施例的截面示，其包括單一的光導層，其被彎曲以形成兩層光導元件；圖10a和10b為表示本發(fā)明的照明元件實施例的俯視示；圖11為表示本發(fā)明的照明元件的俯視示，表示了光導元件實施例的不同尺寸；圖12a、12b和13表示本發(fā)明的光導元件實施例的俯視示，其包括光導元件上的不同形式的表面起伏結構；圖14和15為表示利用卷繞生產(chǎn)方法制造本發(fā)明的光導層的實施例的截面示；圖16表示利用紫外線(UV)鑄造法制作本發(fā)明光導層的實施例的截面示；圖17a、17b和17c表示本發(fā)明光導層的實施例的俯視示；圖18表示包括本發(fā)明照明元件的輔助鍵盤的實施例的截面示；
圖19a、19b和19c表示本發(fā)明光導層的不同實施例的圖示，包括設置在不同分組中的表面起伏結構；圖20a和20b分別表示本發(fā)明的照明元件實施例的俯視圖和側(cè)視示，其中導入結構包括光纖；圖21a和21b表示本發(fā)明的光導元件的俯視示，包括在光源附近的光導層的區(qū)域內(nèi)不同分組中的表面起伏結構；圖22a和22b表示光導層的實施例的俯視圖和截面示，其中表面起伏結構的基本結構特征形成離散的小型導出結構組；圖23a和23b表示光導層實施例的俯視圖和截面示，其中表面起伏結構的不同基本結構特征正形成離散的小型導出結構組；和圖24a和24b表示本發(fā)明的表面起伏結構的基本結構特征的各種實施例的截面示。
具體實施例方式
下面詳細討論本發(fā)明的實施例。在描述的實施例中，使用具體術語是為清楚的目的。但是，本發(fā)明并不意圖限制于如此選用的具體術語。在討論具體的典型實施例的同時，應當理解為只是為了描述的目的而為。相關領域的技術人員能意識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使用其他構件和結構。
本發(fā)明提供一種照明元件，其包括光導元件。光導元件包括至少一個光導層。光導層可以由多種不同材料制成。通?？梢允褂萌魏喂鈱W透明材料?？梢允褂玫牟牧系睦影≒MMA，PC，PET和其他聚合體。材料可以被完全UV或熱固化。
電路，電觸點，印刷圖形或掩膜可以應用于一層或多個光導層上。
至少一個光導層包括多個在至少一個表面的至少一部分上的離散的精細光學表面起伏結構組。表面起伏結構組可以設置在每個光導層的各側(cè)的至少一部分上。各表面起伏結構組由基本結構特征組成。結構特征包可包括(離散或非連續(xù)的)各種截面的凹槽，例如不同的截面波形。表面起伏結構可以包括衍射結構和/或折射結構。結構特征可具有任何截面形狀，以使其可以從光導層導出光。從組向組的導出可以是相同的，例如輔助鍵盤。另一方面，各組的導出可以是不同的。甚至改變在組中不同的位置的一組的導出是合乎需要的。
結構特征可以具有任何截面形狀，以便其能從光導層導出光。例如，導出光的光學表面起伏結構通常是細密的光柵結構。光柵的外形可以是二元的，閃耀的，傾斜的和正弦的或混雜的以及其它形狀。光導層的導出光結構可以設計成為在整個表面上形成統(tǒng)一照明或在優(yōu)選形狀的優(yōu)選區(qū)域形成離散照明的結構。為在0°角度(平行光)極限中達到高導出效率，可優(yōu)選使用光柵結構，例如閃耀光柵。
表面起伏結構可以設置在光導層的整個表面或基本整個表面上?；蛘?，表面起伏結構只限于光導層的一個區(qū)域的全部。在一些實施例中，表面起伏結構限于至少一個光導層的某一區(qū)域。所需導出度會影響表面起伏結構的布置。與光源的接近程度也會影響表面起伏結構的布置。例如，至少一個光源附近的光導層區(qū)域，導出結構組包括大約10％或更少的光導層區(qū)域。
各表面起伏結構包括基本結構特征?；咎卣鞯某叽缛Q于所需導出度和使用的光的波長。通常，基本特征高度為約10微米左右或更小，各側(cè)向尺寸約10微米左右或更小。更典型的，基本特征高度小于約10微米左右，各側(cè)向尺寸小于約10微米左右。
圖24a和24b表示本發(fā)明的表面起伏結構的基本結構特征的不同實施例的截面示。這些形狀僅表示基本結構元件可能具有的截面形狀的幾個例子。任一光導層可以在表面起伏結構的任一區(qū)域包括這些形狀中的任一種或多種。為了便于理解這些特征，這些特征以幾個離散組的形式圖示。根據(jù)這里的討論是顯而易見的，表面起伏結構可以設置在任一光導層的任何位置。
光導元件可以包括一層以上光導層。如果照明元件包括一層以上光導層，那么光導層可以具有相同的截面面積?；蛘?，光導層可以具有不同的截面面積。光導元件上的光導層的數(shù)量可以變化。單一光導層的厚度可以是大約0.1毫米至大約0.4毫米。光導元件可以具有與光源的高度相似的厚度。
整個光導元件可以平面的。一個或多個光導元件的至少一部分可以是彈性的和/或可彎曲的。彎曲可以是永久性的或光導元件在使用期間是可以彎曲的。在光仍然可以通過光導傳播并在彎曲處或彎曲部的各側(cè)面被其導出的意義上，光導是彈性的。如果光導元件包括一個以上光導層，那么一個或多個光導層可以是可彎曲的和/或彈性的。當光導元件的至少一部分是彎曲的，通常彎曲的角度不超過全反射角。
如果光導元件包括一個以上光導層，那么一層或多層薄膜可以設置在疊置的兩個光導層之間任一區(qū)域的至少一部分上。多種不同的薄膜可以設置在光導層之間。例如，薄膜可以包括一層或多層反射器薄膜，散射器薄膜，棱鏡的薄膜和亮度增強型薄膜，以形成各種的照明性能。
至少一個光源產(chǎn)生引入光導元件的光。光源可以包括LED或其他合適的光源。光被輸入光導元件。光源可以直接連接于光導元件并直接將光引入光導元件?；蛘?，照明元件可以配備一個或多個導入結構。導入結構可以包括光楔，該光楔包括至少設在頂面或底面之一的鏡面反射器，橢圓形光管，聚焦透鏡和/或一捆分開的光纖。光源和導入結構可以是整體結構。光導元件包括多個光導層的情況下，導入可以在層之間變化。導入結構的一些實施例可以包括具有或不具有發(fā)散透鏡的傾斜的、閃耀的或是徑向二元光柵結構。
本發(fā)明提供了超過已知光導結構的極大優(yōu)勢，特別是在提供薄的和彈性結構方面。例如，需要更小空間的超薄光導。這可能是一個非常重要的問題，特別是在如移動電話、手表等手持產(chǎn)品和其他顯示器、輔助鍵盤、控制臺和照明體中。
本發(fā)明的可被彎曲的、薄的、彈性的光導的實施例可以允許進行值得關注的應用，例如彈性的和/或彎曲的顯示器，彈性的電話，蛤殼式移動電話(翻轉(zhuǎn)式電話)。本發(fā)明包括多個光導層的實施例提供了在每層容易地控制導入/導出光和其他光學性能的能力。兩層或多個光導層可以疊置在另一層的上面。反射器和/或薄膜可以應用于這些光導層之間。
光可以與層的厚度成比例地被導入光導層。沿著這些線，厚度通常導入更少的光，而更大厚度通常導入更多光。這提供了一個非常容易地控制光導入的方式，而且也能向不同的光導層分配光。這個原理適合于雙重背光，輔助鍵盤照明的背光，輔助鍵盤照明的雙重背光以及其他結構。
疊加的光導的整體厚度可以與LED的高度相同。例如，根據(jù)一個實施例，LED有大約0.8mm高。
本發(fā)明可以包括集中的光源設置。這通常需要更少的光源(例如LED)，更少的組裝成本和更少的空間。本發(fā)明包括多個光導層的實施例可以應用放置在疊放的光導的僅一個邊緣上的光源。為了被照明，光導層向恰當部區(qū)域傳播光。
本發(fā)明的實施例可以提供光導尺寸和光源數(shù)量的實際可變性。這可以提供更大的靈活性以在各種應用中使用相同的光導設計。在位于光源附近的第一部分(導出光)，光導設計可以形成特定尺寸，具有特定光學散射結構或直射光結構，其不依賴于精確的光源(例如LED)的設置。這種光學設計允許不同數(shù)量光源的應用，同時在同一邊緣具有最小數(shù)量光源和最大數(shù)量光源。這能允許在相同一致的性能的情況下，達到更高或更低的亮度。此外，相同的光導設計可以切成不同尺寸以達到統(tǒng)一的相同性能。
本發(fā)明能提供非常成本效率的產(chǎn)品。例如，表面起伏結構可以利用連續(xù)滾動復制方法(卷繞方法)形成。在高的光學產(chǎn)品質(zhì)量情況下，這種方法提供了極快的生產(chǎn)。
傳統(tǒng)薄光導通常具有約0.8至約1.0mm厚度，并且通常包括顯微透鏡和顯微結構。這種傳統(tǒng)的顯微結構，這種高度為約15微米左右或更高，一側(cè)尺寸為約50微米左右或更多，由于多種原因不能應用于薄的彈性光導中。例如，這些光學結構在大入射角的情況下不能正確地起作用。此外，這些光學結構具有有限的調(diào)制度，以在薄的光導體中達到統(tǒng)一的導出光的分布。而且，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，例如噴射模塑法，會在薄的光導體中產(chǎn)生光學質(zhì)量問題。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例可以提供單一層厚度為約0.4-約0.01mm的超薄光導(類似薄膜)體。本發(fā)明的實施例可以包括具有單一層或多層體的光導。全部層可以具有表面起伏結構，其可以形成于表面上以實現(xiàn)不同的光學功能。這些光學結構可以是衍射的和/或折射的，具有如二元的，傾斜的、閃耀的和正弦的等不同外形，形成不同的導出光組或次組。
本發(fā)明的多層光導元件可以具有與光源高度相配的厚度。例如，如果光源包括LED，該LED可以具有約0.8mm的高度，包括多個光導層和設于層之間的反射器的光導元件可以具有約0.8mm的高度。導入光和發(fā)光度(亮度)可以通過改變各光導層的厚度來控制。例如，來自光源的光可以與層的厚度成比例地被導入光導層。沿著這些線，更小厚度＝更少導入光和更低亮度，更大厚度＝更多導入光和更強亮度。這是一個非常簡單的控制導入光，并向不同光導層分配光的方法，以允許在各光導層實現(xiàn)可控的和所需亮度。
本發(fā)明的光導層可以根據(jù)許多不同的方法制造。薄光導層產(chǎn)品優(yōu)選利用連續(xù)滾動復制或卷繞復制完成。利用這種快速、成本效率制造方法，如光學透明的塑料薄膜的散裝材料可以用于表面起伏復制。這些不同的公知卷繞式方法是眾所周知的，并且是非常成熟的制造許多不同應用的折射或衍射的表面起伏結構的方法。有幾份出版的材料和許多具有專利的卷繞方法的公司可利用，如Reflexite，Avery Dennison，3M，Epigem，Rolltronics，Polymicro，Printo project及其他。此外，復制的光學結構的高質(zhì)量可以達到。
其他適合的制造方法可包括連續(xù)或不連續(xù)鑄造方法(UV或熱固化)，壓縮模塑，如硬壓紋、軟壓紋和UV壓紋法等連續(xù)或不連續(xù)壓紋法以及其他方法。也可使用熔膜。雖然可以使用許多制造方法，但一些方法會特別適合制造特定實施例。例如，閃耀型結構外形最好利用卷繞UV壓紋法或熔膜方法制造，以達到精確和高質(zhì)量復制。
其他功能的薄膜，例如反射器薄膜，可以在相同的卷繞制造方法過程中層壓到光導表面上。而且，任何種類圖案和掩?？梢杂≈苹?qū)訅涸诎娪|點和電路的光導層上。這是極其重要的成本問題。
表面起伏結構形成之后，利用激光、沖壓和/或其他方式將光導層直接從卷或薄膜上切割成優(yōu)選形狀。而且，可以在切割過程中制造光學特征。這種光學特征特別包括窄界線，其可為優(yōu)選區(qū)域反射光或起直射光，或者在光導的第一部分直射/散射光。這種切割方法可以在卷繞過程中以很短的單位時間和成本完成。
作為制造方法的噴射模塑法可能很難制造尺寸大于約10”/15”的超薄光導。原因在于精細的光學結構，如約15微米左右或更少的表面起伏結構，很難完全/極佳地復制并且同時達到高質(zhì)量的生產(chǎn)。
薄光導的光學結構或表面起伏結構通常需要高和增加的調(diào)制度，以實現(xiàn)統(tǒng)一的導出光分配或亮度。通常，基本光學結構必須是非常精細的，例如高度為約10微米左右或更少，一側(cè)向尺寸為約10微米左右或更少，以達到所需的調(diào)制度。這使形成離散的小型導出結構組并更準確地控制光導層上的導出結構的比例是可能的。優(yōu)選地，在薄光導層中，光學結構設置成離散的小型導出結構組，在至少一個光源附近的光導層的區(qū)域，導出結構組包括光導層的面積的約10％或更少。在該區(qū)域，離散的小型導出結構組之間的最大距離是300微米或更少。因為導入光的強度可能是最大強度的50％或更多，所以該區(qū)域是光導結構設計最重要的部分。
為達到統(tǒng)一的亮度，基于更大和更高光學零件的傳統(tǒng)微觀結構方案通常在薄光導中具有困難。
本發(fā)明的光導元件的實施例可以是彈性的。在一些情況下，光導元件的不到全部的光導層可以是彈性的。包括彈性的光導元件的本發(fā)明的實施例能彎成所需的形式。這個實施例可以是彈性的并能彎(彎曲)成優(yōu)選的形式，以執(zhí)行全反射理論并且不超過全反射角。
薄光導有助于防止光泄漏，因為與在更厚的光導中比較，光束通常擊中光學結構更多次。全部光可以更有效地導出，使更少光在光導的端部泄漏。
超薄光導可以用作具有或不具有其他光學薄膜(反射器，散射器，亮度增加薄膜)的單層。薄光導層可以在層的一面或兩面具有精細光學結構。
為了僅使用一個光導層，傳統(tǒng)的LED適合于具有特定光學零件或適配器的光導層，其有助于將光導入薄光導層。例如，與厚度約為0.2mm的光導層相比，LED的高度可以是0.8mm。例如，該LED光學零件或適配器可以是在頂部和底部具有鏡面反射器的光楔型方案?？梢岳玫钠渌麑虢Y構可以包括薄的橢圓形光管，聚焦透鏡或一束分開的光纖。而且，具有電路的LED可以內(nèi)鑄在該適配器里。這樣使操作它們更容易。該適配器可包含搭扣結構以容易地將其連接于光導層。該適配器可以由剛性或彈性的光學材料制成。形成適配器的加工方法可以是例如鑄?；驀娚淠Ｋ芊ā牍饪梢岳玫撞炕蝽敳可系奶囟ü鈻沤Y構完成。例如，可以使用具有或不具有發(fā)散透鏡的傾斜的、閃耀的或徑向二元光柵結構。
超薄光導元件可以構造有兩層或更多層。光導層可以形成如雙背光體，背光和輔助鍵盤照明體，雙背光和輔助鍵盤照明體。對于雙背光體，在光導層之間只需要一層反射器薄膜。這可以削減成本并使預裝件更薄和更容易操作和組裝。在包括兩層的光導體中，光學導出結構可以設置在光導體(光導層的內(nèi)表面)的中線上，因為導入的光的主要部分沿中心線傳播?？傊蟛糠止庖源笕肷浣莻鞑?。
可以設置一個或多個光源以提供引入光導元件的光。根據(jù)一些實施例，所有光源可以設置在光導元件的一個邊緣以使光導入光導層。該集中的光源設置可以減少所需光源的數(shù)量，并消除了多次組裝的光源的需要。這對整體成本減少具有直接的影響。
一個優(yōu)選的應用是背光和輔助鍵盤結合，其中集中的LED設置可用于疊置的光導的邊緣。相同的LED為背光和輔助鍵盤提供照明。在傳統(tǒng)的光導體中，必須使用分離的LED來用于背光和輔助鍵盤照明。
光導層的光學結構可以設計成具有關于其尺寸和其結合的光源數(shù)量的變化能力。光導結構的第一部分(光導入部分)的光學光導設計可以優(yōu)選用這種方式來自例如LED的點光源的光可以不同的圓錐形角散射或部分以相同角度直射，以在第一部達到更統(tǒng)一和/或直光分布。光導的光學設計不依靠于準確的光源設置。這種光學設計允許使用不同數(shù)量的光源，在同一邊緣上具有最小數(shù)量的光源和最大數(shù)量光源以在相同的統(tǒng)一性能的情況下達到更高和更低亮度。這種光學表面起伏結構可以設置在光導層第一部分的頂面和底面，具有衍射或折射凹槽。
導出結構可以優(yōu)選采用一種方式其能允許切割并使用不同尺寸的相同光導設計，以達到相同的統(tǒng)一性能。這能使光導體更多變和靈活，以將其用于各種方案和應用，而不需要設計多種亮度和尺寸要求僅稍有不同的光導元件。
傳統(tǒng)已知的輔助鍵盤、鍵盤和控制照明通常包括3-8個LED和具有各鍵或按鈕孔的厚光導以進行電接觸。這種設計包括借助于圓頂片的電子電路，圓頂片包括多個薄金屬圓頂，每個按鍵或按鈕一個薄金屬圓頂。當按壓按鍵或按鈕時，片上的薄金屬圓頂彎曲并變平，例如在電子電路的表面上，形成電接觸。圓頂還提供喀嚦效果的接觸感覺?？资潜匦璧囊詷嫵蛇@種設計功能。但是，這些孔使控制光以實現(xiàn)統(tǒng)一的輔助鍵盤照明很困難。
另一方面，本發(fā)明的超薄光導層可以用于厚度約50至約200微米的輔助鍵盤照明，其提供了良好的彈性和觸敏性能，同時保持喀嚦效果。結果，光導層可以在沒有任何按鍵或按鈕孔的情況下使用。這使光控制變得容易，以實現(xiàn)統(tǒng)一的輔助鍵盤照明。而且，需要更少的LED元件，因為光可以更有效地被導出。這種光導層可以放置在按鈕和圓頂片之間，其比傳統(tǒng)的光導需要少得多的空間。
圓頂片可以配裝/結合于光導元件上，以減少鍵盤或輔助鍵盤所需的零件數(shù)量。沿著這些線，電觸點和/或電路能設置在一層或多層組成光導元件的光導層上。這些觸點和電路可以利用最新的層疊和印刷方法提供。例如，可以利用卷繞方法。此外，光學表面起伏結構可以配裝/結合于輔助鍵盤或鍵盤零件上，或其可以層疊在印刷電路板的上部。按鈕和按鍵可以散射更大照明角度的平行光。
圖1a表示傳統(tǒng)的光導2a，具有在導出光的整個表面的至少一面的光學表面起伏結構3a。傳統(tǒng)的薄光導體具有與LED 1a相同高度的約0.8mm的均勻厚度。
圖1b表示傳統(tǒng)光導2b，具有在導出光的整個表面的至少一面上的光學表面起伏結構3b。傳統(tǒng)的薄光導體厚度約為0.6mm，具有更高的LED 1a的導入光光楔。
圖2a表示本發(fā)明的超薄光導元件2c的實施例，具有在導出光的整個表面的一面上的光學表面起伏結構3c。光導元件包括一個光導層。這個超薄光導的實施例具有基本均勻厚度，通常為約0.25至約0.4mm，與LED 1b高度相同。
圖2b表示本發(fā)明的超薄光導元件2d的另一個實施例，包括設置在導出光的整個表面的兩面上的光學表面起伏結構3d。這個超薄光導的實施例具有基本均勻厚度，通常為約0.25至約0.4mm，與LED 1b高度相同。
圖2c表示本發(fā)明的超薄光導元件2e的另一個實施例，包括設置在離散的導出光的表面的一面上的光學表面起伏結構3e。這個超薄光導的實施例具有基本均勻厚度，通常為約0.25至約0.4mm，與LED 1b高度相同。這是適合于輔助鍵盤或鍵盤照明的方案。
圖3表示本發(fā)明的超薄光導元件2f的另一個實施例，包括設置在導出光的整個表面的至少一面的光學表面起伏結構3f。這個超薄光導體具有通常為約0.25至約0.4mm的基本均勻的厚度，具有更好將光導入光導的光楔型適配器4a。沿著這些線，LED 1c可以有約0.8mm的高度，而光導元件可以有約0.2mm的厚度。導入結構的這個實施例可以包括設在頂部和底部的鏡面反射器，其可防止任何光損失并提高導入效率。
圖4a表示本發(fā)明的彎曲的超薄光導元件2g的實施例，其包括設置在導出光的表面的至少一面的光學表面起伏結構3g。超薄光導的這個實施例可以是彈性的并能彎成優(yōu)選的形式，以執(zhí)行全反射原理，并且不超過全反射角。這個超薄光導體可利用俯視LED 1d。
圖4b表示本發(fā)明的雙彎的超薄光導元件2h的實施例，具有設置在導出光的表面的至少一面的光學表面起伏結構3h。該超薄光導可以是彈性的并能彎成優(yōu)選的形式，以執(zhí)行全反射原理，并且不超過全反射角。這個超薄光導體可以包括至少兩個利用俯視LED 1d的導入光表面。
圖5a表示本發(fā)明的超薄彈性的光導元件2i的實施例，其包括具有在導出光表面的至少一面上的光學表面起伏結構的更大矩陣布置。該矩陣包括幾個光導模塊，以在至少一個方向上形成更大的有效照明區(qū)域。這種應用適合于如LCD TV的平面顯示的背光方案。該方案可以包括作為光源的俯視LED1e。當然，可以使用和/或選擇地設置其他光源，如光導元件可以選擇地設置一樣。
圖5b表示本發(fā)明的彈性超薄光導元件2j的實施例，其具有設在導出光的光導層的兩個不同表面的至少一部分的兩個分開的光學表面起伏結構3j。該超薄光導是彈性的并可彎成所需形式。通常，實施該彎曲度以執(zhí)行全反射原理并不超過全反射角。這個超薄光導體的實施例可利用俯視LED 1d。
圖6a表示疊加的多層光導元件5a的實施例，其基于具有設在導出光的整個表面上的兩層的一面的光學表面起伏結構3k的兩個光導層2’k和2”k。該光導體具有與LED 1f高度相同的基本均勻的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖6b表示疊加的多層光導元件5b的另一實施例，其包括具有光學表面起伏結構3l的兩個光導層2’和2”，該光學表面起伏結構設置在導出光的整個表面的兩層的一面。該光導體具有與LED 1f高度相同的基本均勻的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖6c表示疊加的多層光導元件5c的實施例，其基于具有光學表面起伏結構3’m和3”m的兩個光導層2’m和2”m，該光學表面起伏結構設置于導出光的整個表面上的兩層的兩面。該光導體具有與LED 1f高度相同的基本一致的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖6d表示疊加的多層雙面光導元件5d的實施例，其包括具有光學表面起伏結構3k的兩個光導層2’k和2”k，該光學表面起伏結構設置在導出光的整個表面上的兩層的兩面。兩個光導層之間設有一層反射器薄膜6。該光導體具有與LED 1f高度相同的基本一致的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖7a表示本發(fā)明的實施例，其包括不同的疊加的多層光導元件5e，5f和5g，其包括具有在導出光的整個表面上的兩層的一面的光學表面起伏結構3k，3l和3o的兩個光導層2’k，2”k，2’l，2”l，2’o和2”o。光學表面起伏結構可以是衍射(二元或閃耀的)或折射的。
圖7b表示本發(fā)明的實施例，其包括不同的疊加的多層光導元件5h，5i和5j，其基于具有在導出光的整個表面上的兩層的兩面的光學表面起伏結構3’p，3”p，3’q，3”q，3’r和3”r的兩個光導層2’p，2”p，2’q，2”q，2’r和2”r。光學表面起伏結構可以是衍射(二元或閃耀的)或折射的。
圖7c表示本發(fā)明的實施例，其包括不同的疊加的多層光導元件5k，5l和5m，其包括具有在導出光的整個表面上的兩層的一面的光學表面起伏結構3k和3l的兩個光導層2’k，2”k和2’l，2”l。光導層之間設置有一層反射器薄膜6或如棱鏡薄膜7的其他種類光學薄膜。光學表面起伏結構可以是衍射(二元或閃耀的)或折射的。
圖8a表示疊加的多層雙面光導元件的實施例，其包括具有在導出光的整個表面上的兩層的一面的光學表面起伏結構3s的兩個光導層2’s和2”s。在光導層之間設有反射器薄膜6。導出光和亮度可通過改變光導層的厚度來控制，更大厚度＝更多光，更少厚度＝更少光。該光導體適合于雙面顯示背光，其具有與LED 1g高度相同的基本上統(tǒng)一的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖8b表示本發(fā)明的實施例，其包括含有兩個光導層2’t和2”t的疊加的多層光導元件。光導層具有不同的截面面積。光學表面起伏結構3’t和3”t設置在導出光的兩層的一面。由圖8b可見，起伏結構設置在每個光導層的不同區(qū)域。例如，光導層2’t包括在其大部分表面，否則就是其全部表面上的起伏結構。另一方面，光導層2”t包括在隔離區(qū)域的起伏結構。本實施例可以包括顯示器和輔助鍵盤的移動電話的方式應用。在光導層之間設有反射器薄膜6。導出光和亮度可通過改變光導層的厚度來控制，更大厚度＝更多光，更少厚度＝更少光。該光導體適合于顯示器背光和輔助鍵盤照明，其具有與LED 1g高度相同的基本上統(tǒng)一的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖8c表示本發(fā)明的實施例，其包括疊加的多層光導元件，其包括在導出光的每層的一面具有光學表面起伏結構3’u和3”u的三個光導層2’u，2”u和2u。在光導層之間設有反射器薄膜6。導出光和亮度可通過改變光導層的厚度來控制，更大厚度＝更多光，更少厚度＝更少光。該光導體適合于雙面顯示器背光和輔助鍵盤照明，其具有與LED 1g高度相同的基本上統(tǒng)一的厚度，通常為約0.4-0.8mm。
圖9a表示本發(fā)明的實施例，其包括疊加的彈性多層雙面光導元件，其包括在導出光的兩層的側(cè)面的至少一部分具有光學表面起伏結構3’v和3”v的兩個光導層2’v和2”v。在光導層之間可設有反射器薄膜6。該光導體是彈性的并能彎成優(yōu)選的形式，以執(zhí)行全反射原理并通常不超過全反射角。導出光和亮度可通過改變光導層的厚度來控制，更大厚度＝更多光，更少厚度＝更少光。該光導體適合于雙面顯示器背光，如用于蛤殼式移動電話或翻轉(zhuǎn)電話中，而且具有與LED 1h高度相同的基本上統(tǒng)一的厚度，通常為約0.4至約0.8mm。
圖9b表示本發(fā)明的實施例，其包括疊加的多層光導元件，其基于包括設于導出光的層的一側(cè)的光學表面起伏結構3w的一個光導層2w。光導層折疊起來以形成完整的疊加的光導層。如圖9b可見，包括表面起伏結構的表面將接觸本身。這表示了本發(fā)明如何僅用一個光導層提供多個光導層元件。該光導體能防止光導端部的光泄漏。厚度與LED 1i的高度相同，通常為約0.2至約0.8mm。
圖9c表示本發(fā)明的實施例，其包括疊加的多層光導元件，其包括一個光導層2w，其包括設于導出光的層的一面的光學表面起伏結構3w。光導層可折疊起來以形成完整的疊加的光導層。在光導層之間可設置反射器薄膜6。該光導體能防止光導端部的光泄漏。厚度通?？梢允羌s0.2至約0.8mm，基本與LED 1i的高度相同。利用特定的適配器，LED可以容易地與光導連緣連接，LED內(nèi)塑在適配器內(nèi)。
圖10a表示超薄光導元件2y的實施例，其包括導出光的整個表面的至少一面上的光學表面起伏結構3y。在第一部分或光源附近的導出光部分，光學設計9可以優(yōu)選這種方式來自點源1j:1，1j:11，1j:111的光以不同的圓錐形角散射或部分地以相同角度直射，以在第一部分和每個光源分成的部分10:I，10:II，10:III實現(xiàn)更統(tǒng)一和/或直射光分布。光學設計9放置在光導層的第一部分的頂面和底面，具有衍射或折射槽。光導元件的該實施例可以不依賴于準確的光源設置。這種光學設計可以允許使用不同數(shù)量的光源，同時在同一邊緣具有最少數(shù)量光源和最大數(shù)量光源，以在相同的統(tǒng)一性能的情況下實現(xiàn)更高亮度或更低亮度。
圖10b表示本發(fā)明的超薄光導2y的實施例，其包括導出光的整個表面的至少一面上的光學表面起伏結構3y。在第一部分或光導結構的導出光部分，光學設計9可以優(yōu)選這種方式來自點源1j:1，1j:11，1j:111，1j:IV，1j:V的光以不同的圓錐形角散射或部分地以相同角度直射，以在第一部分和整個有效面積內(nèi)(每個光源分成的部分10:I，10:II，10:III，10:IV，10:V)實現(xiàn)更統(tǒng)一和/或直射光分布。光學設計9設置在光導層的第一部分的頂面和底面，具有衍射或折射槽。光導元件類型可以不依賴于準確的光源設置。這種光學設計允許使用不同數(shù)量的光源，同時在同一邊緣具有最少數(shù)量光源和最大數(shù)量光源，以在相同的統(tǒng)一性能的情況下實現(xiàn)更高亮度或更低亮度。
圖11表示超薄光導2y的實施例，包括導出光的整個表面的至少一面上的光學表面超伏結構3y。光學導出結構可以優(yōu)選具有或不具有導出光結構9，其可切割并使用不同的尺寸11a，11b的相同光導設計，以達到相同的統(tǒng)一性能。這能使光導體更可變和靈活，以在各種方案和應用中利用該光導體，不需要設計許多亮度和尺寸要求僅稍有不同的光導。
圖12a表示超薄光導2z:0，2z:1的實施例，其具有在整個表面的至少一面上的不同的光學表面起伏結構3z:0，3z:1，以實現(xiàn)如直射光或平行光，分散光，偏振光或其他光等不同的光性能。光導層可以折疊起來以形成完整的疊加光導層。該方案在一個預裝件中提供更多的性能。
圖12b表示超薄光導元件2z:0，2z:1，2z:2的實施例，其具有在整個表面的至少一面上的不同的光學表面起伏結構3z:0，3z:1，3z:2，以實現(xiàn)如直射光或平行光，分散光，偏振光或其他光等不同的光性能。光導層可以折疊起來以形成完整的疊加光導層。該方案在一個預裝件中提供更多的性能。
圖13表示超薄光導2z:0，2z:1，2z:2，2z:3，2z:4的實施例，其具有在整個表面的至少一面上的不同的光學表面起伏結構3z:0，3z:1，3z:2，3z:3，3z:4，以實現(xiàn)如直射光或平行光，分散光，偏振光或其他光等不同的光性能。光導層可以折疊起來以形成完整的疊加光導層。該方案在一個預裝件中提供更多的性能。
圖14表示利用連續(xù)滾動復制，也稱作滾輪-滾輪方法，制作的超薄光導的方法的實施例。材料從滾輪12移向滾輪14。使用這種快速，成本效率的生產(chǎn)方法，如PMMA，PC或PET等光學透明塑料薄膜的大批原料13可以利用表面起伏復制器15復制，如具有光學表面起伏結構的鍍鎳滾筒、鼓筒、滾輪。
圖15表示利用連續(xù)滾動復制制作超薄光導的方法的另一個實施例，也就是通常所說的卷繞方法。材料從滾輪12移向滾輪14。使用這種快速，成本效率的生產(chǎn)方法，例如PMMA，PC或PET等光學透明塑料薄膜的大批原料13可以利用表面起伏復制器15復制，如具有光學表面起伏結構的鍍鎳滾筒、鼓筒、滾輪。此外，在同一卷繞生產(chǎn)方法過程中，另一種功能的薄膜18，例如反射器薄膜，可以從滾輪17上層疊到光導的表面上。利用額外預熱16是適合采用的，以達到更好的層疊質(zhì)量。
圖16表示利用UV鑄造制作超薄光導21的方法的實施例。利用這種快速，成本效率的方法，如光學透明塑性樹脂的大批材料21可以利用穿過頂部玻璃20的UV光源19進行UV固化。光學表面起伏結構可以利用具有表面起伏結構的鎳鍍層在鑄型23中復制。
圖17a表示光導結構的實施例，其可用于遠離光源的光導元件的區(qū)域中。如這個典型實施例中所示，表面起伏可以包括基本結構特征，如設置在具有不同尺寸、形狀、方向和構造的不同組中的凹槽和/或凹部。表面起伏的特性也可以是變化的。沿著這些線，填充系數(shù)，形狀，尺寸，輪廓，截面和方向及其他特性。該組可以或不以重復方式設置。各組可以具有任何形狀，如規(guī)則或不規(guī)則多邊形。例如，該組可以矩形的、三角形的、正方形、梯形或任何其他形狀。凹槽和/或凹部的布置可以在各次組內(nèi)、各組內(nèi)和/或全部結構上變化。凹槽的特性和其布置可以變化以改變結構的導入和/或?qū)С鎏匦?。例如，布置可以最大化衍射效率。布置也可能使衍射效率成為位置函?shù)。在圖17a所示的實施例中，表面起伏結構設置成組25。各組包括多個次組27，每個次組包括高度為大約10微米左右或更少，各側(cè)向尺寸約10微米左右或更少的基本結構特征26。各組和次組可以具有其他構造。
圖17b表示本發(fā)明的光源附近的光導層的實施例。在圖17b所示的實施例中，表面起伏結構以規(guī)則形式設置成組29。
圖17c表示本發(fā)明的光源附近的光導層的實施例。在圖17c所示的實施例中，表面起伏結構以非規(guī)則形式設置成組29。
圖18表示輔助鍵盤照明的超薄光導層2的實施例。光導元件的這個實施例具有約50至約200微米的厚度，其提供良好的彈性和保持喀嚦效果的觸敏性能。光導層被安排設置在輔助鍵盤30和圓頂片32之間，并且使用比傳統(tǒng)的光導少得多的空間。由于光導層的薄和彈性的性質(zhì)，按壓鍵盤可以在圓頂片和電路片33之間形成電接觸。導出光3的離散的光學表面起伏結構優(yōu)選精密光柵結構。光柵結構可以是優(yōu)選的，以達到在0°(平行光)的高導出效率。為更大照明角度，輔助鍵盤在散射平行光。
圖19a表示應用于輔助鍵盤照明的超薄光導層2’的實施例，其具有設置在整個表面上以的精細光學表面起伏結構3’，以形成統(tǒng)一照明區(qū)域。
圖19b表示可應用于輔助鍵盤照明的超薄光導層2”的實施例，其具有形成統(tǒng)一并離散的照明面積的離散的精細光學表面起伏結構3”。
圖19c表示輔助鍵盤照明的超薄光導層2的實施例，其具有精細光學表面起伏結構3，和切割過程產(chǎn)生的能為照明區(qū)域反射或直射光的短邊界面線34。
圖20a和20b分別表示照明元件2的實施例的俯視圖和側(cè)視圖，其具有利用光源1k和光導層之間的一束分開的光纖35改善的導出光。
圖21a表示本發(fā)明的超薄光導元件2’的實施例，其中表面起伏結構設置成離散的小型導出結構組29，在至少一個縱向光源11附近的光導層的區(qū)域36’中，導出結構組包括光導層的面積的約10％或更少。
圖21b表示本發(fā)明的超薄光導元件2”的實施例，其中表面起伏結構設置成離散的小型導出結構組29，在至少一個點光源1m附近的光導層的區(qū)域36”中，導出結構組包括光導層的面積的約10％或更少。離散的小型導出結構組之間的最大距離D為300微米或更少。
圖22表示超薄光導層2á的一小部分的實施例，其中表面起伏結構的基本結構特征26正形成小型導出結構組29。
圖23表示超薄光導層 的一小部分的實施例，其中表面起伏結構的不同的基本結構特征26正形成小型導出結構組29，其中各表面起伏結構的數(shù)量、布置和尺寸以及表面起伏結構的結構特征的側(cè)向尺寸是變化的，以提供所需的導入光導元件的光的導出調(diào)制度。
本說明書說明和討論的實施例僅意圖教導給本領域的技術人員發(fā)明人已知的最好的方法，以制作和使用本發(fā)明。說明書的一切都不應作為本發(fā)明的范圍的限制。提出的所有例子都是典型的和非限制的。如本領域的技術人員根據(jù)上述教導所理解的，本發(fā)明的上述實施例可以在不脫離本發(fā)明的情況下修改或變化。因此，可以理解的是，在權利要求及其等同物的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不同于特定描述的方式實施。
權利要求
1.一種超薄照明元件，包括至少一個光源；和光導元件，包括一個光導層，該光導層包括在至少一個表面的至少一部分上的多個離散組的精細表面起伏結構，各離散組包括高度約為10微米左右或更少以及各側(cè)向尺寸約為10微米左右或更少的基本結構特征，其中各表面起伏結構的數(shù)量、布置和尺寸以及表面起伏結構的結構特征的高度和側(cè)向尺寸是變化的，以提供所需的導入該光導元件的光的導出調(diào)制度。
2.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該表面起伏結構以離散的小型導出結構組的方式布置，在所述至少一個光源附近的該光導層區(qū)域，該導出結構組包括該光導層面積的約10％或更少。
3.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該表面起伏結構的至少一部分以規(guī)則方式布置。
4.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該表面起伏結構的至少一部分以不規(guī)則方式布置。
5.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件是彈性的。
6.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件是可折疊的。
7.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件是彎曲的。
8.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件包括多個光導層。
9.根據(jù)權利要求8所述的超薄照明元件，進一步包括至少一層薄膜，設置在疊置的光導層的至少一部分之間，該薄膜包括反射器薄膜、散射體薄膜、棱鏡的薄膜和亮度增強薄膜中的至少一個。
10.根據(jù)權利要求8所述的超薄照明元件，進一步包括顯示器，設置在該光導元件的至少一面的至少一部分附近。
11.根據(jù)權利要求8所述的超薄照明元件，進一步包括輔助鍵盤。
12.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，所述至少一個光導層具有約0.01mm至約0.4mm的厚度。
13.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件具有與該光源的高度相似的厚度。
14.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件包括多個光導層，并且其中，不是所有的光導層具有相同的厚度。
15.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件包括多個光導層，并且其中在整個光導元件上的光導層的數(shù)量不同。
16.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，進一步包括光學起伏結構，設置在該至少一個光導層的至少一面的至少一部分上。
17.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，進一步包括導入結構，有效地將來自該光源的光導入該照明元件，其中該導入結構包括光楔，該光楔包括頂面和底面上的鏡面反射器、橢圓型光管、聚焦透鏡或一束分開的光纖。
18.根據(jù)權利要求17所述的超薄照明元件，其中，該光源和該導入結構構成整體結構。
19.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，包括多個光導層，其中層間導入不同。
20.根據(jù)權利要求17所述的超薄照明元件，其中該導入結構包括傾斜的、閃耀的或徑向二元光柵結構和發(fā)散透鏡。
21.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，包括多個光源，其中，所有光源設置在該光導元件的一個邊緣上。
22.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中光被導入該光導元件，以使其以不同的圓錐形角度散射進入至少一個光導層。
23.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，進一步包括輔助鍵盤，其中所述至少一個光源照射該光導元件和該輔助鍵盤。
24.根據(jù)權利要求23所述的超薄照明元件，其中該光導在按鍵和按鈕上是連續(xù)的。
25.根據(jù)權利要求23所述的超薄照明元件，進一步包括圓頂片和電子電路，其中所述至少一個光導基本疊加在整個該圓頂片上。
26.根據(jù)權利要求25所述的超薄照明元件，其中，向所述至少一個光導層施加壓力會啟動包含在該輔助鍵盤中的按鍵。
27.根據(jù)權利要求25所述的超薄照明元件，其中，該圓頂片與所述至少一個光導層為一體。
28.根據(jù)權利要求23所述的超薄照明元件，其中，該電子電路被應用于所述至少一個光導層的至少之一。
29.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，進一步包括鍵盤，其中所述至少一個光源照射該光導元件和該鍵盤。
30.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中所述至少一個光導層具有約0.25mm至約0.4mm的厚度。
31.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，所述至少一個光導層的各面的至少一部分包含表面起伏結構。
32.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，所述至少一個光導層的至少一部分是彎曲的，并且其中該彎曲的角度不超過全反射角。
33.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件同時從兩個相對面導出光。
34.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件的厚度在其整個長度上基本是一致的。
35.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，所述至少一個光導層包括在兩個表面的至少一部分上的表面起伏結構。
36.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該表面起伏結構包括至少衍射和折射結構之一。
37.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，其中，該光導元件包括兩個光導層，其中該兩個光導層包括一個折疊的光導層。
38.根據(jù)權利要求1所述的超薄照明元件，包括多個側(cè)向鄰近的光導元件。
全文摘要
一種超薄照明元件，包括至少一個光源(1b)。光導元件(2c)包括一個光導層，該光導層包括在至少一個表面的至少一部分上的多個離散的精細光學表面起伏結構(3e)。各表面起伏結構(3e)包括高度為約10微米左右或更少和各側(cè)向尺寸為約10微米左右或更少的基本結構特征。各表面起伏結構(3e)的數(shù)量、布置和尺寸以及表面起伏結構(3e)的結構特征的高度和側(cè)向尺寸是變化的，以提供所需的導入光導元件的光的導出調(diào)制度。
文檔編號G02B6/10GK1997922SQ200580017494
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月2日 優(yōu)先權日2004年4月30日
發(fā)明者卡里·林科 申請人:厄伊莫迪里斯有限公司, 卡里·林科