CN102483215A

CN102483215A - 带嵌入式光源的光导

Info

Publication number: CN102483215A
Application number: CN2010800312111A
Authority: CN
Inventors: 乌达安·卡纳德; 丁普尔·库里阿科斯; 鲁比·罗摩普瑞音; 萨内特·伽努
Original assignee: I2iC Corp
Current assignee: I2iC Corp
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2012-05-30
Also published as: JP2012526363A; WO2010129815A2; US20120051093A1; WO2010129815A3

Abstract

公开了一种光导系统，其特征为，一个或多个光源被嵌装在光导体内。光源把光发射到光导内。从外面进入光源的光要么被反射回去，要么被允许穿过光导。在一种实际应用中，使用其内含有光偏转粒子的光导。光导内的光偏转粒子的浓度会随着嵌入式光源的位置而发生变化，以获得预定的光发射图案。在一种实际应用中，可能会使用外部光源来增加光的数量，并且可能会使用镜子来减少浪费、增加光的数量。最后，通过组建组合式光导系统，把多个光导组件组合在一起，得到一个具有预定规格的光源。

Description

带嵌入式光源的光导

本申请要求2009年3月6日在印度孟买申请的临时专利申请号为1194/MUM/2009、标题为“带嵌入式光源的光导”的权先权。

本发明的领域

本发明涉及光导系统，特别是涉及其内带嵌入式光源的光导。

背景

引导来自光源(这些光源放在光导的旁边)的光的光导在本领域已为人所熟知。穿过光导的光可能会通过各种方式(如，光导内的光偏转粒子，光导内壁上的表面浮雕结构等)被偏转出光导。被偏转出光导的光的数量不仅取决于所使用的光偏转方式，还取决于光在光导内传播的距离。

摘要

根据附图和权利要求书中所指出情况来详细描述上述特征及其它优先特征(包括元件的实现及组合的详细情况)。不言而喻，此处所描述的具体方法和系统仅如图解所示，不受任何局限性。正如本领域的技术人员所理解的，在不超出本发明的范围的前提下，可将此处所描述的原理和特征应用于很多实例。

图纸的简要说明

本说明书中所包含的附图说明了目前的首选实例、上文中的一般性说明及下文中的详细说明，以解释本发明的原理。

图1为带嵌入式光源系统的典型光导的实例图。

图2为带嵌入式光源和外部光源的典型光导系统的实例图。

图3为带嵌入式光源和外部光源的典型光导系统的实例图。

图4为带多个反光镜和一个嵌入式光源的典型光导系统的实例图。

图5为带多个反光镜和一个嵌入式光源的典型光导系统的实例图。

图6为带多个反光镜和一个嵌入式光源的典型光导系统的实例图。

图7为带多个嵌入式光源的典型光导系统的实例图。

图8为带多个嵌入式光源的典型光导系统的实例图。

图9为带多个嵌入式光源的典型光导系统的实例图。

图10为具有光偏转表面浮雕结构并带一个嵌入式光源的典型光源系统的实例图。

图11为典型光源系统的实例图。

图12为典型光源系统的实例图。

图13为典型光源系统的实例图。

图14为典型光源系统的实例图。

图15为典型光源系统的实例图。

图16为典型光源系统的实例图。

图17为典型光源系统的实例图。

图18为典型光源系统的实例图。

图19为典型点光源的实例图。

图20为典型点光源的实例图。

图21为典型点光源的实例图。

图22为典型点光源的实例图。

图23为典型点光源的实例图。

图24为反射式点光源的光线的实例图。

图25为透射式点光源的光线的实例图。

图26为点光源的光线的实例图。

图27为点光源的光线的实例图。

图28为光源系统的光线的实例图。

图29为光源系统的光线的实例图。

图30为光源系统的光线的实例图。

图31为光源系统的实例图。

图32为光源系统的侧视图的实例图。

图33为光源系统的仰视图的实例图。

图34为光源系统的实例图。

图35为光源系统的实例图。

图36为组合式光源系统的实例图。

详细说明

术语表

反射体系指反射光的任何一种装置。镜面光反射体或镜子包括金属表面，分布式布拉格反射体，混合反射体，全内反射体或全向反射体。漫射光反射体包括涂料，透明材料的悬浮体，染料等。

点光源系指从一个小区域发出光的光源，如，LED(发光二极管)，激光(受激辐射式光扩大)，可以充当点光源的灯丝。当从远处看时，或者当把光发射进一个非常大的物体内时，还可以把较小的线性光源或面光源(如下文所述)视为点光源。

线性光源系指从一个具有一维大尺寸的区域内发出光的光源。线性光源的形状可以为圆管状，方管状，或其它横截面的管状。线性光源的形状可以为具有特殊截面(多边形，弯曲，曲线形等)的棱柱状，如，发光二极管的边，荧光灯管，气体放电管，白炽灯丝。

面光源系指从一个具有二维大尺寸的区域内发出光的光源。面光源至少会有一个发光的大表面。面光源可能会很薄，也就是说，它可能为薄板形。

光导系指在其内导光的物体。光导可能会包含其折射率大于周围材料的折射率的透明材料，它通过全内反射来导光。光导还可能包含一个反射腔，它通过反射来导光。可以会通过一些特征(如，把光偏转出光导的光偏转器)来增强光导，使光导充当光源的作用。可以把光导放置在反射腔内，这样，光就会优先向某些方向发散去。可以把反射体紧挨着(中间留一个小气隙)光导表面、真空或低折射率材料放置，以促进光导表面处的全内反射。或者，反射腔的反射体可以在视角上与光导表面连结在一起。还可以把反射体直接放置在光导表面上。

光偏转器系指一种会使光导内传播的光发生偏转的元件。光偏转器可以为小的透明粒子或气泡，该小的透明粒子或气泡会通过折射、边界处的反射、粒子内部的漫射、散射或全内反射使入射在其上的光发生偏转。光偏转器可以为其折射率与周围介质的折射率不同的透明粒子。光偏转器可以为球形或非球形粒子。光偏转器可以为在相对于光导的特定方向上嵌入的非球形粒子。光偏转器可以改变光的波长。例如，光偏转器可能会包含光致发光材料。光偏转器可以为一个表面浮雕结构。光偏转器可以为不规则形状，小白点或几何形状，如，棱镜或透镜。

线性光导系指具有一维大尺寸的光导。

板形光导系指具有二维大尺寸的光导。

图1为带嵌入式光源系统199的典型光导的实例图。光源102嵌装在光导101内。光源102发出的光被耦合进光导101并从光导101穿过。光源102可以为点光源或线性光源。光导101可以为线性光导或面光导。

在一种实际应用中，光源102发出的光被耦合进光导101，这样，来自光源102的所有光或主要光就会被耦合到沿着该光导传播的方向上，即，耦合到在该光导的导向边界处发生全内反射的方向上。可以通过在光源和光导之间留一个空气间隙103(或较低折射率材料的间隙)来实现光的耦合，这样，进入光导的光线就会以实现该导向效果的方式发生折射。此外，为了使该导向效果易于实现，可以把光进入光导的界面选择为与导向边界或光导的边界垂直或近似垂直的界面。即使当以这种方式耦合时，被引导的光可能会由于光偏转特征(如，光偏转粒子)的偏转而最终离开光导。

在一种实际应用中，光源102不会出现在光导101的一端，即，光源102会出现在光导101至少延伸到光导101的两个相对边的位置处。光源102可能会发出光，使光传播到这两条边，或者，使光传播到两条边中的一条边上。

在一种实际应用中，光源102被嵌装在光导101体内的凹槽内，这样，由于光源被嵌装在其内，该凹槽就具有相同的形状。

图2为带嵌入式光源和外部光源的典型光导系统299的实例图。点光源203紧挨着线性光导201的一端放置。线性光导201外面的点光源203的存在会增加发射进线性光导201、进入光导201并穿过光导201的光的总数，即，来自两个点光源(一个嵌装在光导内，另一个放置在外面)的光。同样，可以把点光源或线性光源放置在面光导的外面，这样，点光源或线性光源的光就会被耦合进该光导。

图3为带嵌入式光源和外部光源的典型光导系统399的实例图。点光源303和304紧挨着线性光导301的两个对端放置。这就允许来自两端的光进入光导301，从而在光导301内形成更加均匀的光分布。同样，可以把点光源或线性光源放置在面光导外面的两个对端或四个末端上，这样，点光源或线性光源的光就会被耦合进该光导。

图4为带多个反光镜和一个嵌入式光源的典型光导系统499的实例图。用镜子405和406使线性光导401的两端具有反射性。这样就会使到达线性光导401末端的光被再次利用。如果没有镜子(如，镜子405和406)，则来自嵌装在光导401内的光源402的光可能会一直传播到光导401的末端并发射出去。同样，可以使面光导的末端具有反射性。

图5为带多个反光镜和一个嵌入式光源的典型光导系统599的实例图。使线性光导501在与发光表面509相对的表面具有反射性。可以通过使用镜子507(该镜子与该表面相邻放置，或该镜子的光被耦合到该表面，或该镜子放置在该表面上)使其具有反射性。来自光源502的光穿过光导501，并可能会因各种原因(如，偏转，散射等)离开发光表面509。部分光可能还会在相反方向上传播并到达镜子507，镜子507会把这些光反射到发光表面的方向上。镜子501的光可能会被耦合到光导501，或者被它们之间的空气间隙或低折射率材料分开。同样，可能会使与面光导的发光表面相对的表面成为透明表面。

在一种实际应用中，光源502嵌装在与发光表面509相对的表面上。光源502可以被嵌装在与镜子507相邻的表面上。镜子507可以覆盖嵌装的光源502，也可以不覆盖嵌装的光源502。如果覆盖光源502，就是为了防止射向光导的非发光面的光的损失。如果不覆盖光源502，光源502的内反射器也可以防止光传播到光导的非发光面。

图6为带多个反光镜和一个嵌入式光源的典型光导系统699的实例图。点光源602嵌装在线性光导601内。使用镜子608使覆盖点光源602的线性光导601的边610具有反射性。来自光源602的光穿过线性光导601。部分光可能会射向边610。镜子608把这些光反射进光导601。同样，镜子608(或者面向光源602的其它镜子)可以防止来自光源602的光进入线性光导的边610。这就有助于使来自光源602的最大数量的光进入表面，这样，该光就会被引导穿过该光导。

同样，可以在面光导和嵌装在其内的线性光导之间使用镜子。

图7为带多个嵌入式光源的典型光导系统799的实例图。线性光导701有多个嵌装在其内的点光源，如，702，703和704。光导内的多个点光源的存在使人可以在光导内得到更多的光。因此，可以制成更高强度的光源或其发光表面(不会变厚)更大的光源。同样，面光源可以有多个嵌装的线性光源或点光源。

图8为带多个嵌入式光源的典型光导系统899的实例图。在本实例中，光源(如，802)有一个覆盖住光导801的整个宽度的尺寸。

图9为带多个嵌入式光源的典型光导系统999的实例图。在本实例中，点光源(如，902)嵌装在光导901的宽度内的不同位置处。

图10为具有光偏转表面浮雕结构并在其内带一个嵌入式光源的典型光源系统1099的实例图。光偏转表面浮雕结构1009会偏转在光导1001内传播并离开光导1001的光源1002的部分光，该光偏转表面浮雕结构1009可以为几何形状，蚀刻画或染料深沉。

图11为典型光源系统1199的实例图。通过使用折射，反射或散射来偏转光的光偏转粒子1109会偏转在光导1101内传播并离开光导1101的光源1102的部分光。光偏转粒子1109还可以改变光的波长(如，通过光致发光来改变光的波长)。

图12为典型光源系统1299的实例图。光导1201内有光偏转粒子1209。光源1202上面的区域1210内有较高浓度的光偏转粒子1209。由于光偏转光导的有效厚度会会在光源1202上面降低(由于光导内的光源1202的存在)，光偏转粒子1209的浓度会在该区域内增加，以进行补偿，从而避免光源1202上面区域的照明度的下降。

图13为典型光源系统1399的实例图。光导1301内有光偏转粒子1309，与光源附近的区域相比，远离光源(如，光源1302)的区域1310内的光偏转粒子的浓度较高。这就会使光源系统1399发出的光更加均匀。

图14为典型光源系统1499的实例图。光源1402上面的光导1401的区域1410内有较高浓度的光偏转粒子1409。在光源1402上面放置一个镜子，这样，来自光源1402的直射光就不会从光源系统1499发出。

图15为典型光源系统1599的实例图。光偏转粒子1509不存在，或者在带嵌入式光源(如，光源1502)的光导1501的薄片1512内以较低浓度存在。由于开口1514(来自光源1502的光从该开口处进入光导1501)附近没有高浓度的光偏转粒子1509，所以，来自光源系统1599的光发射强度在光源1502的边界处就具有连续性。在光源更远处的光导的薄片内有光偏转粒子。可以得到浓度均匀或浓度不同的光偏转粒子，如，光源远处的浓度较高，光源近处的浓度较低。

图16为典型光源系统1699的实例图。光偏转粒子1609不存在，或者在开口1614附近的区域1612(来自光源1602的光从该开口处进入光导1601)内以较低浓度存在。区域1612在远离光源1602的方向上逐渐变小。

图17为典型光源系统1799的实例图。光偏转粒子1709不存在，或者在开口附近的区域1712(来自光源1702的光从该开口处进入光导1701)内以较低浓度存在。区域1712可能会在远离光源1702的方向上逐渐变小，从上向下、或从下向上、或从两边逐渐变小。此外，在光导1701的其它部分可能会有具有不同浓度(较低浓度，较高浓度，或者没有光偏转粒子)的光偏转粒子1714的其它区域(如，区域1714)。该光导任何位置处的平均浓度为所需浓度，这样，就会实现发射光或根据所需的发射图案发射的光的均匀度。例如，与嵌装光源的表面相对的表面附近可能会有区域1714，区域1714可能在光源远处比较厚，在光源附近比较薄。

图18为典型光源系统1899的实例图。光偏转粒子1809不存在，或者在开口附近的区域1812(来自光源1802的光从该开口处进入光导1801)内以较低浓度存在。区域1812在远离光源1802的方向上逐渐变小，从上向下逐渐变小。可能会有具有不同浓度的光偏转粒子的区域(如，区域1814)。

图19为典型点光源1999的实例图。点光源1999把光发射向光导表面内的开口(未显示)。光源1999本身可能为部分透明或全透明光源，或者可能会部分反射或完全反射从外部进入其内的光。

图20为典型点光源2099的实例图。点光源2099由带有反射表面2013的块2012和一个或多个光源2011(如，发光二极管)组成。光源2011可能会指向不同的方向，即，它们可能会发出在相反方向上传播的光。因此，光源2011中的一个光源可能会发出在光导内某一特殊方向上传播的光，光源2011中的另一个光源可能会发出在相反方向上传播的光。

块2012可能还会充当向光源2011提供电源接头的一个或两个导体。电源接头还可能由电线提供，如，通过使用引线接合或透明电极(如，氧化铟锡)。

图21为典型点光源2199的实例图。点光源2199由带反射表面2113的块2112和多个电源2111组成。多个电源可能都会发出具有相同光谱的光，或者，不同的光源可能会发出具有不同光谱的光。例如，一些光源可能会发出蓝光，其它光源可能会绿光和红光。红、绿、蓝光的组合可用于显示屏的背光灯。可以通过改变红光、绿光和蓝光的数量来改变所发出的光的颜色。多个光源2111可以由两组在相反方向上发光的光源组成。

图22为典型点光源2299的实例图。放置光源2211的洞的周围的镜子2214有助于把来自光源2211的光引导向光导内的开口处。镜子2214还有助于把离开光导的光反射回光导内。

图23为典型点光源2399的实例图。点光源2399由带一个或多个具有相同或不同光谱的光源2311的透明块组成。光源2311的电源接头可以由电线或导体制成，或者，透明块2312可以为导电衬底，如，氧化铟锡或碳化硅。还可以使用衬底(如，氮化镓)或各种透明导电氧化物。

图24为反射式点光源2499的光线的实例图。典型光线2414是由一个或多个光源2411中的一个光源发出的。典型光线2415已离开光导的开口(未显示)，正在向点光源2499传播。该光线从反射表面2413弹回，可能离开镜子2417，返回到光导，从而增加了光的利用效率。

图25为透射式点光源2599的光线的实例图。典型光线2513是由一个或多个光源2511中一个光源发出的。典型光线2514已离开光导的开口。该光线穿过透明块2512，射向光导的另一个开口。

图26为点光源2699的光线的实例图。光源2611发出光2613，光源2611可能为一个光源(如，LED)。如果光离开光导射向点光源，则部分光就会由于固有的反射系数、界面反射、后反射体、磷涂层、漫射涂层或LED的电致发光材料(也可以为光致发光材料)而被反射回去。

图27为点光源2799的光线的实例图。光2713离开光导射向点光源2799，碰到光源2711中的一个光源。如果具有较短波长的光遇到具有较长波长的光源，则该光可能会穿过该光源，或者被内部的后反射体反射回去。如果具有较长波长的光遇到具有较短波长的光源，则该光可能会穿过该光源或者被反射回去，或者，该光可能会被转化为具有较短波长的光并作为光2714被发射向光导。

图28为光源系统2899的光线的实例图。来自嵌入式光源2802的光在光导2801内被引导。它可能会碰到散射粒子(如，粒子2809)，被散射出光导2801，得到照明光(如，2812)，或者，它可能会在光导内继续被引导，如，光2811或光2813。该散射光可能会被再次散射，并可能会在多次散射后被散射出光导2801，得到照明光，如，光2814。

图29为光源系统2999的光线的实例图。来自光源2902的光2911直接离开光导2901，形成照明光2912。如果进入并离开光源2901的表面的光被变亮并相互垂直，并且折射率大于等于最小折射率，则该光的直射最少，或者不存在光的直射。

图30为光源系统3099的光线的实例图。光偏转粒子3009把来自光源3002的光3011偏转到方向3014上，把来自光源3003的光3012偏转到方向3013上。因此，单个光偏转粒子会偏转来自多个不同光源的光。

图31为光源系统3199的实例图。板形光导3101内嵌装着线性光源3102。线性光导3102可以为任何已知的线性光导，或者可以用如本发明所公开的、把光发射进有光偏转粒子的光导的点光源来制作线性光源。点光源可以放置在末端或嵌装在线性光源内。板形光导3101有光偏转粒子，这样，由线性光源3102发出的、在板形光导3101内传播的光就会被偏转出板形光导3101。

在一种实际应用中，线性光源3102内的光偏转粒子的浓度可能会很稀，这样，它们对外部光而言就是透明的。因此，如果在板形光导内传播的光进入线性光源，它就会再次进入板形光导。

图32为光源系统3299的侧视图的实例图。线性光源3202内嵌装着含有光偏转粒子的板形光导3201。本发明中公开的实例适用于带线性光源的板形光导和带点光源的线性光导。

图33为光源系统3399的仰视图的实例图。含有光偏转粒子的板形光导3301内嵌装着线性光源3302。线性光源3302为带有嵌入式点光源3303并含有光偏转粒子3309的线性光导。这样，可以通过在窄的装置内以有效的方式使用点光源来均匀(或优先)照亮大表面。

在一种实际应用中，可以单个打开、关闭或变暗各个线性光源或光源系统3399内的各个点光源。照亮某个点光源不会使表面被均匀地照亮，但会在某一区域内照得更亮。例如，照亮点光源3304会使从区域3310发出的光比从其它地方发出的光多。当把光源系统3399用于平板显示器的背光灯时，它可以用来有选择性地把屏幕上有明亮或暗色物体的部分区域照亮或变暗，从而产生更佳的能效和更好的对比度。各个点光源可能有用于不同颜色(如，用于红色，绿色和蓝色)的不同发射器，或者是，一些点光源可能有用于一些颜色的发射器，其它点光源可能有用于其它颜色的发射器。在这种情况下，点光源内的各个发射器可以单独变亮或变暗，从而可以控制某一区域内的亮度和颜色。当用作背光灯时，本发明不仅会产生出适合的亮度，还可以产生出适合的颜色，通过显示板的进一步改进，以产生准确的颜色，产生更多颜色鲜艳度的和更高的效果。

图34为光源系统3499的实例图。光导3401带有嵌入式光源3402，并含有光偏转粒子。另一个光导3411也带有嵌入式光源3412，并含有光偏转粒子。这些光导被并排放置在一起，以产生一个更亮的光源。还可以使用光学黏合剂把这些光导熔接或光学结合在一起，以创建单个光导。

图35为光源系统3599的实例图。光源系统3599为含有光偏转粒子3509并带有嵌入式光源3502的光导3501。可以把嵌入式光源放置在光导3501的一个表面附近，或者可以把它们如图所示地嵌装在光导3501内。把镜子放置在光源3502的上面和下面，以防嵌入式光源3502内产生的光直接离开光导3501，以防止在光导3501内传播的光进入光源3502。被偏转的光3511，3512和3513被发射向光导3501的两个方向。在一种实际应用中，把镜子放置在光导3501的一边上，使光只在一个方向上发出。在一种实际应用中，使光偏转粒子的浓度足够低，从而使外部光3514在基本没有发生偏转的情况下穿过光导3501。

图36为组合式光源系统3699的实例图。光源系统3699由多个组件(如，首尾相连放置的组件3650)组成。组件(如，组件3650)为如本发明所述的、带有由光偏转粒子和一个或多个嵌入式光源组成的光导的光源系统。光源系统3699末端处的组件3651的壁3621上有一个镜子3622，这样，光就不会被浪费。两个组件之间的壁(如，壁3623)上可以有镜子，也可以没有镜子。如果有镜子，则光就会从一个组件混合到下一个组件，这就会使光发散具有很好连续性。在一种实际应用中，在壁较低的部位有部分镜子。光源3602发出典型光线3606，该光线碰到镜子3622，被组件3651引导，该光线随后进入另一个组件3650，被光偏转粒子偏转，被光源系统3699发出。可以把任何数量的组件放置在一起以提供一个具有所需尺寸的光源，这样就把具有不同尺寸的光源的制造简化为可以被组合在一起的组件的制造。组件可以具有能够用于相互配合(如，位于内组件的壁或其它地方的压配碰锁或槽口)的机械结构。组件可以被熔结或粘合在一起。在一种实际应用中，所有组件都具有相同的浓度不同的外形，除嵌入式光源正上方可能具有高浓度外，组件在远离嵌入式光源的地方具有较高的浓度。

Claims

1.装置由一个光导和一个或多个光源组成，其特征在于，一个或多个光源嵌装在光导体内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步由光偏转器组成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少从一个光源发出的光被耦合进光导，这样，所有或基本所有来自至少一个光源的光会被耦合进一个沿着光导被引导的方向。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，嵌装在光导体内的至少一个光源被嵌装在光导体内的凹槽内。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，由于光源被嵌装在其内，该凹槽就具有相同的形状。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个光源会把离开光导的光反射进光导。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，光偏转器在靠近至少一个光源的区域内以较低浓度存在。