CN104471469A - 变形光导 - Google Patents

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李诗颖
拉维·帕兰伊斯瓦米
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凯利·里德·英厄姆
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Abstract

本发明描述了一种用于显示器的背光系统。所述系统可包括变形光导，该变形光导包括光接收部分、光转向部分和光输出部分。所述光接收部分接收具有照亮第一纵横比的区域的光，并且所述光输出部分输出具有照亮第二纵横比的区域的光，所述第二纵横比比所述第一纵横比大至少一个数量级。所述光输入面基本上垂直于光输出面。所述光的展度被基本上保留。

Description

变形光导
技术领域
本发明整体涉及一种照明系统，更具体地涉及一种具有变形光导的背光系统，该背光系统为显示器提供有效的照明系统。
背景技术
光导与光源(诸如发光二极管(LED))一起使用以用于各种各样的照明应用。在一个特定应用中，光导常常用于为LCD显示器提供照明。一个或多个光源通常将光发射到光导中，特别是在需要非常薄外形的背光源的情况下，如在膝上型计算机显示器中。光导为透光的、固态的、并且相对薄的板，其长度和宽度尺寸为大约背光源输出区域的尺寸。光导使用全内反射(TIR)以使从安装在边缘的灯发出的光穿过整个光导的长度或宽度传送或导向至背光源的相对边缘，并且在光导的表面上提供有局部提取结构的不均匀的图案，以将此经导向的光中的其中一些朝背光源的输出区域从光导中重新导出。此类背光源通常也包括光控制膜，诸如设置于光导后方或下方的反射材料以及设置于光导前方或上方的反射偏振膜和一个或多个棱柱增亮膜(BEF)，以增加轴向亮度。
由于最常用的光源(诸如LED)具有相对大的高度和发射角范围，所以光导的厚度通常相当厚以有效地耦合光。用于液晶显示器的常规照明装置在美国专利公布No.2009/0316431中有所描述。常规照明装置将来自光源的光耦合至平面光导。光导通常具有与光源大致相同的高度，因为减小光导的高度将降低从光源至光导的耦合效率。
然而，典型的膜光导或板光导的显著缺点是LED的小的纵横比与光导的非常高的纵横比之间的不匹配。LED具有约1:1至约4:1的典型纵横比，而边缘光导具有约20:1至高达约100:1或更高的纵横比。这种不匹配通常导致光导中的光的展度(etendue)(也称为通过量)远高于从LED发射的光。这种高展度继而导致光导所需的厚度的增加，以及光导在一个或多个面上需要空气界面。因此，光导可能比液晶显示模块更厚，并且空气界面可能限制某些应用，诸如触摸和触觉应用。
发明内容
在本发明的一个示例性方面中，一种变形光导包括：光接收部分；光转向部分；和光输出部分。光接收部分接收具有照亮第一纵横比的区域的光，并且光输出部分输出具有照亮第二纵横比的区域的光，第二纵横比是第一纵横比的至少四倍大。光输入面基本上垂直于光输出面。
在一个方面，光的展度被基本上保留。
在本发明的另一方面，一种变形光导包括具有光输入面的主体、光输出部分以及设置在光输入面和光输出部分之间的光转向部分。该光转向部分包括空间分离的转向结构的阵列。多个转向结构在至少一个主表面上由设置在转向结构和光导的主体之间的低折射率层来界定。
在本发明的另一方面，一种变形光导包括具有光接收部分的主体、光输出部分以及设置在光接收部分和光输出部分之间的光转向部分。光转向部分包括将来自光接收部分的光朝光输出部分导向的多个弯曲平面通道，每个弯曲的平面通道在至少一个主表面上由设置在光转向部分和光导的主体之间的低折射率层来界定。
在本发明的另一方面，一种光学系统包括发射光的光源、基本上准直光的准直结构、接收基本上准直的光的如上所述的变形光导以及背光光导。
在本发明的另一方面，一种背光光导包括大体平面的结构，其具有：光导层，其具有包括间隔开的提取器阵列的表面；后侧反射层；设置在光导层的相对主表面上的低折射率耦合层；以及提供未使用的光的循环利用的反射偏振片。
在本发明的另一方面，一种形成照明系统的方法包括提供具有至少第一光学元件的第一阵列和形状不同于第一阵列的第二光学元件的第二阵列的腔体。所述腔体用可固化的树脂来填充。辅助光学元件以与第一光学阵列对准的方式施加到可固化的树脂。树脂被固化以形成固化的组件。随后，将固化的组件从腔体中去除。
在本发明的另一方面，一种形成具有提取特征的提取器光学元件的方法包括提供基底材料，该基底材料具有平面，该平面具有成在其上的沟槽阵列。所述沟槽用聚合物来填充。使用图案化的辐射和蚀刻工艺限定该聚合物。所述基底材料被电铸以形成具有沟槽的所选择部分的表面的复制品，沟槽的侧面可相对于光导的平面具有至少45度的角度。随后，将基底从电铸去除。
在另一方面，用于耦合至少两个光导的光学光导耦合器包括输入面和输出面，其中光学光导耦合被构造成从具有阶梯式输出外形的第一光导接收光，并被构造成将该光透射到具有非阶梯式外形的第二光导，光导耦合器的输入面与第一光导的阶梯式输出外形配准，并且光导耦合器的输出面为直线的或为弯曲的。在另一方面，光导耦合器包括从输入面到输出面的渐缩的结构。
本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每个例示的实施例或每种实施方式。附图以及随后的具体实施方式更具体地举例说明了这些实施例。
附图说明
结合以下附图可更好地理解本发明的实施例。附图中的元件未必相对于彼此按比例绘制。
图1是根据本发明的一个方面的示例性背光系统的等轴视图。
图2A是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的等轴局部视图。
图2B是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的转向段的等轴局部视图。
图2C是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的转向段的另一等轴视图。
图2D是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的变形光导段的等轴视图。
图2E是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的变形光导段的另一等轴(底侧面)视图。
图2F是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的变形光导段的侧视图。
图2G是根据本发明的另一方面的背光系统的耦合元件部分的等轴视图。
图2H是根据本发明的另一方面的背光系统的耦合元件部分的另一等轴视图。
图2I是根据本发明的另一方面的背光系统的转换器单元的另一等轴视图。
图2J是根据本发明的另一方面的背光系统的替代转换器单元的等轴视图。
图2K是根据本发明的另一方面的背光系统的另一替代转换器单元的输入面的前视图。
图2L是图2K的替代转换器单元的输出面的前视图。
图3A是根据本发明的一个方面的进入转换器单元、具有约1:1至约2:1的纵横比(X:Y)的示例性光束的横截面的图示。
图3B是根据本发明的一个方面的从转换器单元发射、具有约50:1的纵横比(X:Y)的示例性光束的横截面的图示。
图4是根据本发明的另一方面的示例性光源单元的等轴视图。
图5A是根据本发明的另一方面的示例性背光光导的等轴局部视图。
图5B是根据本发明的另一方面的示例性背光光导单元的示意图。
图6A是根据本发明的另一方面的示例性提取元件的等轴视图。
图6B是根据本发明的另一方面的背光光导单元的示例性提取器层的俯视图。
图7A–7F是示出根据本发明的另一实施例的形成背光系统和/或其部件的示例性工艺的若干视图。
图8是根据本发明的另一方面的用于形成具有提取特征的背光光导的模具的等轴视图。
图9A-9F是示出根据本发明的另一实施例的形成具有提取特征的模具的示例性工艺的若干视图。
虽然本发明接受各种修改形式和替代形式，但其细节已在附图中以举例的方式示出，并且将对其进行详细描述。然而，应当理解，其目的并非在于将本发明限制到所描述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖落在由所附权利要求限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，将引用构成本文一部分的附图，并且在这些附图中以举例说明其中本发明可能被实践的具体实施例的方式被示出。就这一点而言，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“头部”、“向前”和“尾部”等方向性术语应结合所描述的一个或多个图的取向被使用。因为本发明的实施例的部件可以定位成多个不同的取向，所以方向性术语用于说明的目的，而决不进行限制。应当理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构性或逻辑性的改变。因此，并不限于采用以下具体实施方式，并且本发明的范围由随附权利要求书来限定。
本发明涉及一种照明系统，并且更具体地，涉及一种具有变形光导的背光系统，该背光系统为显示器提供有效的照明系统。背光系统及其部件(合在一起或单独地)被设计为提供具有低展度的高效的照明系统。这样，总体部件的数量可减少，并且可不再需要气隙，从而为压力感测触摸显示器和触觉技术(haptics)提供了机会。背光系统具有包括更薄在内的若干优点，从而允许与光学透明的粘合剂(OCA)层合，并且消除或减少对角增强膜的需求。
图1示出可用于对诸如LCD的显示器(未示出)进行照明的示例性背光系统10的等轴视图。背光系统10包括光源单元100、转换器单元200和背光光导单元300。光源单元100(在图4中更详细地示出)为背光系统10提供光源。转换器单元200(在图2A–2I中更详细地示出)包括将光从光源单元100导向至背光光导单元300中的变形光导。背光光导单元300(在图5A-5B中更详细地示出)包括背光光导，所述背光光导具有多个提取特征以为显示器(诸如LCD显示器)提供输出光。此输出光具有良好的均匀度。另外，系统将光有效地从光源耦合至显示器，并且提供可在至少一个轴线上部分准直的输出光。同样，示例性背光系统10可被用作大量装置和应用的一部分，诸如透射型、半透反射型和反射型LCD(膝上型电脑、平板电脑、移动电话、电子阅读器等)、胆甾型、MEMS和涂改液装置、标记和可适形图形、以及指示器(诸如车载显示器)。
现在将更为详细地描述这些部件中的每一个。需要注意的是，这些部件100、200，和300中的每一个可与图1的示例性背光系统的其它部件或者与常规背光系统部件一起被利用。
关于转换器单元200，如图2A–2I所示，转换器单元200包括具有输入面212的变形光导210、转向段250以及对应于离开转换器单元200的光的发射平面的正交的光约束面214。转换器单元200将离开光源100的光(具有小于约10:1的纵横比，诸如约1:1至约1:2)转换为线形输出光束(具有大于10:1的纵横比，诸如约至少20:1，优选地约至少50:1，或者优选地约至少100:1的纵横比)。图3A示出进入转换器单元200的示例性光束262(具有约1:1的纵横比(X:Y))的横截面的图示。图3B示出从转换器单元200发射的示例性光束264(具有约50:1的纵横比(X:Y))的横截面。在一个优选方面，转换器单元将从光源发射的光转换为所纵横比是光源纵横比的至少四倍大的线形输出光束。
输入面212接收来自光源单元100的光(在下面更详细地描述)。光穿过转换器单元200进入耦合器280(其可与转换器单元200分离或是其一部分)(也在下面更详细地描述)，或者作为另外一种选择，直接进入背光光导单元300中。在一个方面，诸如在图2D、图2E和图2F中所示，光导210是大体直线的结构，其具有输入表面212、顶部表面213、正交表面214、相背的正交表面216、底部表面215和端面217。表面215包括阶梯式表面，使得光导210的高度沿着从表面212(高度＝h1)至相对的端面217(高度＝h2，h2<<h1)的长度L减小。在一个例子中，对于移动单元背光源应用，h1可为约1mm，宽度可为约2mm，以及L可为约50mm至约150mm。在另一例子中，对于电视和更大尺寸的显示器应用，h1可为约5mm，宽度可为约10mm，以及L可为约500mm至约1000mm。
在一个方面，顶部表面213相对于输入表面212近似正交，并且底部表面215包括多个倾斜阶梯，每个倾斜阶梯平行于顶部表面213。因此，光导210可为大体直线的、阶梯形的和倾斜的结构，并且可由诸如聚合物(例如，聚碳酸酯)或玻璃的光学透明的材料形成。
另外，光导210可包括转向段250，该转向段可包括多个转向元件(本文也称作转向器)251a、251b等(参见图2B和图2C)，每个转向部分将光的方向改变大约90°。根据背光光导单元300的尺寸，转向器元件的数量可在几个(3个或4个)至20个或更多的范围内。转向元件251a、251b等可被一体化形成为光导210的一部分，或者它们单独形成随后使用合适的粘合剂或粘结材料(诸如光学透明的粘合剂)附接到光导210的底部表面215(参见例如图2E)。
在一个方面，各个转向器包括耦合或解耦合的输入面252、将光的方向改变大约90°的反射面256(例如，图2B所示的面256a、256b等)、以及耦合或解耦合至耦合元件280或背光光导单元300的输出面254。各个转向部分较薄(相对于输入面212的尺寸)，使得各个转向器输入面仅捕获入射光的一个片段，并将该光片段朝耦合器280/背光光导单元300反射。例如，每个转向器元件可具有约30μm至200μm(优选地约50μm)的厚度。因此，在一个方面，每个转向元件被构造为大体平面的直角棱镜。同样，在一个方面，输入表面212的高度近似等于所有转向结构的高度之和。
每个转向元件251a、251b等可具有将入射光反射约90°角的反射镜式或TIR 45°小平面。光被捕获在每个转向器内，因为转向器的主面(顶面258和底面259)各由较低折射率的材料来界定。例如，底面259由空气来界定，而顶面258可由具有比光导210的折射率低的折射率(例如，1.49)的光学透明的粘合剂来界定。作为另外一种选择，可存在施加到表面215或表面258或其二者的低折射率涂层，所述表面彼此联接。类似地，表面213和259可涂覆有低折射率材料以允许所述材料粘结到显示器中的其它元件。合适的低折射率涂层包括二氧化硅和氟化镁。在另一替代方面，变形光导210可由具有比用于形成转向器250的材料低的折射率的材料形成。在另一替代方面，变形光导的折射率可类似于转向元件的折射率，两者间没有设置低折射率材料，并且光导可具有小于变形光导的输入面的高度h1的厚度，但大于转向段250的厚度。
如图2B所示，通过转向元件251a捕获第一输入光片段262a。该输入光片段在转向元件251a内发生全内反射，并且被成角度的反射表面256a朝输出面254引导。输入光片段262a作为输出光片段264a从转向元件出现。类似地，通过转向元件251b捕获第二光片段262b，该转向元件在转向元件251a的高度以上的略微升高的高度处在轴向上与转向元件251a在下游间隔开。该输入光片段在转向元件251b内发生全内反射，并且被成角度的反射表面256b朝输出面254引导。输入光片段262b作为输出光片段264b从转向元件出现。以类似方式，后续的每个转向元件捕获一个输入光片段，并且将该光片段朝耦合器280/背光光导单元300重新引导。因此，光输出部分264a、264b等形成具有至少20:1或更高的高纵横比的线形光束。
反射表面256a、256b等可为平坦或弯曲的表面。另外，在一些方面，反射表面256a、256b等可涂覆有反射性涂层。例如，反射表面256a、256b等可涂覆有金属或带介电层的涂层。作为另外一种选择，反射表面256a、256b等可只是被抛光以使光发生全内反射(TIR)。
在构造上，对于包括单独形成的光导和转向段的转换器单元，可使用光学透明的粘合剂或低折射率粘结材料在底部表面215上将转向段250配合到光导210。在这一方面，转向元件输入表面252a(参见图2B)可与底部阶梯表面215a(参见图2E)配对，下一个转向元件输入表面252b可与下一个底部阶梯表面215b配对，以此类推。根据替代方面，一个或多个转向器250的一个或多个输入面可相对于光导210是光学耦合的或解耦合的。转向器的光学耦合可由于减少菲涅耳反射而更有效，但对于具有45°小平面的转向器可能由于光束的错误路径而导致损耗。因此，作为另外一种选择，当利用具有45°小平面的转向元件时，输入面可相对于光导210是解耦合的。类似地，转向器元件的输出面(例如，面254(示出于图2B))可相对于耦合器280/背光光导单元300的输入面为耦合的或解耦合的。
在本发明的替代方面，转换器单元200可具有替代构造。例如，如图2J所示，转换器单元200’可包括膜205a-205g的叠堆。膜可以一个在另一个上面的方式被叠堆，具有光学透明的粘合剂或低折射率涂层的居间层(未示出)。每个膜可具有反射器表面(诸如表面264g)，该反射器表面包括反射镜式或TIR 45°小平面，其将经由输入面212’进入转换器单元200’的入射光(例如，光线262a–262g)反射约90°角，使得作为光线264a-264g被转向和输出。如图2J所示，反射表面在轴向上彼此依次间隔开。作为另外一种选择，每个膜层可包括形成于其中的一系列蚀刻的线(诸如倒圆拐角)，其在每个膜层内创建转向通道以将入射光朝耦合器280/背光光导单元300输送。另外，可通过将转向段250的输出面光学耦合至耦合器280/背光光导单元300的输入面来增加弯曲光导的效率。
这一替代构造至少在一个方向上保持了源的均匀度–光源可在照亮光导时具有不均匀强度的光，并且膜的叠堆保持分布在一个轴线上。膜还允许光分布于另一轴线上，以提升照亮背光光导单元300的光的均匀度。如前面所提及的，低折射率涂层可介于膜层之间，以保持一个膜层与另一个膜层的光隔离。根据总显示系统的要求，这一构造可增加总体厚度并且可降低耦合效率。
在另一替代实施例中，如图2K和图2L所示，替代转换器单元可包括光纤阵列。在此例子中，输入面212”被示出在图2K中包括N×M光纤阵列。此输入面212”被构造成接收来自具有约1:1的纵横比的光源单元的光。输出面254”包括单行N×M光纤，因此提供约至少20:1的纵横比的输出光。
因此，转换器单元200可包括具有渐缩的或非渐缩的形状的刚性或柔性主体，其可将源的纵横比转换超过一个数量级。
上述转换器单元被构造成将入射光源的格式或纵横比转换为线。这种构造还基本上保留了光源的展度。
可通过任何数量的光源类型来提供源光，但更优选的源是LED光源。
图4示出示例性光源单元100。根据被照明的显示器的类型，光源单元100可包括单个LED(诸如LED 110)、两个LED、或更多个LED。可使用一个或多个复合抛物面聚光器105、透镜(未示出)或它们的组合来将一个或多个LED 110的输出耦合至转换器单元200。当然，在替代实施例中，可利用透镜或多个透镜系统来收集并准直一个或多个LED的输出。
如图4所示，一个或多个LED 110可被安装在一个或多个入射孔径102a-102d上。尽管图4示出被构造成收集并会聚来自四个LED的光的复合抛物面聚光器(CPC)105，但在本发明的另一方面，CPC 105可收集并会聚来自更少或更多数量的LED的光。CPC 105的内部可为中空的，并且以与常规CPC的方式相同的方式构造。LED光从出射孔径104输出。
就这一点而言，“发光二极管”或“LED”是指发射光(不管是可见光、紫外光还是红外光)的二极管，所发射的光将具有约430至700nm范围内的峰值波长。术语LED包括作为“LED”(不论是常规型还是超辐射型)销售的非相干的光源(其为封闭或封装的半导体器件)、以及相干半导体器件(诸如激光二极管，包括但不限于垂直腔面发射激光器(VCSEL))。“LED晶粒”为处于其最基本的形态的LED，即处于通过半导体加工程序制成的单个部件或芯片的形式。例如，LED晶粒可由一种或多种III族元素和一种或多种V族元素的组合形成(III-V半导体)。合适的III-V半导体材料的例子包括氮化物(诸如氮化镓)和磷化物(诸如磷化镓铟)。还可使用其它类型的III-V材料以及元素周期表中其它族的材料。部件或芯片可包括适用于施加电力以使装置通电的电触点。例子包括引线结合、卷带式自动接合(TAB)或倒装焊接。部件或芯片的各个层和其他功能元件通常以晶片级形成，并且随后可以将加工好的晶片切成单个元件，以生产大量的LED晶粒。LED晶粒可被构造以用于表面安装、芯片直接贴装或其他已知的安装配置。一些封装的LED通过在LED晶粒和相关联的反射杯之上形成聚合物密封剂而制成。LED可在若干种基底中的一种基底上生长。例如，GaN LED可通过在蓝宝石、硅、和氮化镓上外延而生长。就本专利申请而言，“LED”还应视为包括通常被称为OLED的有机发光二极管。
在本发明的一个方面，一个或多个LED 110可由两种或更多种不同颜色的LED的阵列制成，例如，红-绿-蓝(RGB)LED(例如，红色LED与绿色LED组合与蓝色LED组合)，或者作为另外一种选择，红色LED与青色LED的组合。在另一方面，一个或多个LED 110可包括一个或多个远程荧光粉LED，诸如在US 7,091,653中所描述的那些。这样，蓝光和黄光的适当平衡可向背光光导单元300创建白光输出。
在另一方面，蓝色GaN LED、YAG荧光粉和准直光学系统(诸如透镜和复合抛物面聚光器)可用作光源单元100。具有不同颜色输出的附加的照明器也可组合使用。
通过本发明的系统的设计，光源100可利用非常高的亮度和有效的LED，混合并匹配不同的离散的颜色，并利用基于远程荧光粉的LED。同时，通过保留展度，光的有效转换可不再需要利用大量的LED。
光源可生成均一化的颜色(诸如来自荧光粉转换的LED的颜色)，或者可为颜色的组合。例如，LED可以是蓝色LED与发射绿光的荧光粉和发射红光的AlInGaP LED的组合。已发现变形光导和转向器的组合能够以为从LED发射的光提供足够的路径长度以在进入背光光导单元之前有效地混合颜色。
重新参见图2A–2C，在本发明的一个示例性方面，离开变形光导210的光可被联结转换器单元200和背光光导单元300的耦合器280接收。耦合器280可以是转换器单元200的一部分或可与其分离。在此例子中，耦合器280将被描述为是转换器单元200的一部分。例如，如图2B和图2C所示，耦合器280可以单件构造与转向元件250一体化形成。
如图2G和图2H中更详细地示出，耦合器280包括大体直线的主体，所述主体沿着一侧(例如，输入面282)具有局部阶梯式外形以接收变形光导的输出，并沿着相对侧(例如，输出面284)具有线形外形以将光耦合到大体平面的背光光导单元300中。具体地，耦合器280的局部阶梯式输入面282可包括与转向元件250的输出面254的布置方式对应并配准的一系列面(例如，面282a–282e，每个面在高度上以与每个转向元件的厚度对应的量呈阶梯形)。在耦合器280的相对侧，输出面284具有基本上线形的面以及厚度或高度(h3)以基本匹配背光光导单元300的背光光导部分(参见图5A的光导310)的厚度。光经由TIR在耦合器280内导向。因此，耦合器280被构造成基本上保留变形光导的展度，同时校正从薄外形的阶梯式面至大体线形的面的形状差异。
如上所述，在本发明的一个方面，耦合器280与转向器250一体化形成。在这一方面，转向器250和耦合器280可由连续模塑制品制成。构造的合适的材料包括丙烯酸类树脂，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、可固化的丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯和硅氧烷。作为另外一种选择，耦合器280可使用聚合物膜的切割条或者通过浇注和固化工艺来形成。
在一些情况下，平面光导的输入区域可显著大于变形光导的输出(大近似2X)，因此平面光导的厚度将比从展度的角度所需的厚度更厚。
可通过使背光光导的区域与耦合器280的输出匹配来保留系统的展度。这种匹配可通过以下手段中的任一个或其它们的组合来实现：减小背光光导的厚度使其比常规背光光导更薄，或者通过使耦合器280的外形渐缩，使得输出面284的厚度比局部阶梯式输入面282的厚度更大。在一些替代方面，渐缩可为线性的，或者渐缩可在至少一个轴线上为非线性的。合适的非线性外形可包括抛物线。
低折射率层可被设置在变形光导210和转向器250之间。低折射率层可包括聚合物涂层或者通过物理气相沉积或化学气相沉积施加的涂层。在优选方面，低折射率涂层将具有低散射。合适的涂层可包括二氧化硅、SiO2和MgF2。
在本发明的一个方面，离开耦合器280的光进入背光光导单元300，该背光光导单元300将光朝显示器进一步引导。如图5A所示，背光光导单元300包括具有一个或多个层的大体平面的结构。在一个方面，背光光导单元300包括设置在层330和层320之间的主层或第一(中央)层310。第一(中央)层310可包括作为主背光光导的高折射率聚合物层，例如，聚碳酸酯、聚苯乙烯或固化的丙烯酸苯酯。将光朝装置的观察侧(在此例子中，朝显示面板)引导的提取器阵列315(参见例如图6A,图6B)可被设置在层310的底部表面上。第二层330可包含较低折射率的材料，诸如光学透明的粘合剂(OCA)。作为粘合剂，在一些方面，层330可附接到LCD模块或中间膜(诸如增亮膜)。层320可包括反射表面以充当后侧反射镜。
输入光在箭头305的方向上进入背光光导单元300的第一(中央)层310。在一些方面，层310可具有约1.55的折射率。光可被提取器在箭头307的方向上偏转以为显示面板(未示出)提供照明。由于离开转换器单元200的光具有低展度(例如，小于5)，该光良好准直地进入层310。因此，层330的折射率不需要显著低于层310的折射率以保持有效波导管结构。例如，在本发明的一方面，层330具有约1.49的折射率。换句话说，通过本文所述的光导设计，不需要层310的任一侧上的空气分界以实现有效波导管结构。另外，层310的厚度可显著减小(与常规背光系统相比)。
在一个方面，第一(中央)层310包括具有约50μm至约500μm的厚度的材料。优选的厚度可基于光源中所使用的准直光学器件(例如，CPC)的高度，层310的厚度可为准直光学器件的高度的约1/2。层310优选具有大致矩形的形状，但在替代方面，层310可为楔形。层310的厚度减小表示优于常规背光系统的显著改进，并且在尺寸(厚度)方面比LED光源的尺寸(例如，高度)小约一个数量级。在常规背光系统中，由于通常在空气充当光导镀层时发生最宽范围的TIR，所以主背光光导通常在两个主侧被空气表面或界面围绕。然而，当在背光光导的一个或两个主侧上光导将与结构元件物理接触时，空气镀层是不可接受的。先前对这种配置的方法不是最佳的。这些先前的方法包括接受由于较差的TIR收集角的范围引起的更大的光损耗以及增加背光光导的厚度以接受准直光束的增加的高度。这些方法未能满足改善的光效率和更紧凑的系统的要求。
上述光源单元100和转换器单元200基本上保留了展度并生成具有高纵横比(20:1或更大)和良好准直性的光。在一个优选方面，由LED发射的光被准直使得由LED发射的光的至少25％被包含在具有不超过约15°的半角的圆锥内(更优选地，被包含在不超过约10°的圆锥内)。因此，背光光导单元300的厚度可为显著减小的(例如，约2X或更多)。另外，入射光的低散射意味着不需要空气镀层，甚至可进一步减小总体装置厚度。
在另一方面(诸如图5B所示)，背光光导单元300包括具有以下层的大体平面的结构：光导层310，其具有包括间隔开的提取器阵列的表面；后侧反射层320；低折射率耦合层330，其设置在层310的相对主表面之上；四分之一波长膜层340，其使入射光的偏振偏移四分之一波长；反射偏振片350，以提供未使用的光的循环利用。
LCD透射一种偏振光。由于大多数光源是非偏振的，所以常规LCD中的偏振透射导致光学效率的显著损耗并且增加显示器的功率使用。相比之下，通过本设计(诸如图5B所示)，反射偏振片350可通过将光偏振反射回背光源中，允许一些光被四分之一波长膜层340转换为可用偏振态来增加显示效率。
根据本发明的替代方面，可使用两类方法来将反射的偏振光转换为期望的透射偏振。一种方法是在背光源中使用使光的偏振随机化的部件。使用具有散射的、朗伯型反射器作为后侧反射器的反射偏振片往往会使光发生偏振。合适的偏振随机化反射材料包括光学上厚的双折射聚合物(诸如聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))上的金属涂层、二向色涂层以及它们的组合。半镜面反射器也可为合适的(包括取向的有空隙的PET膜)。这一配置在循环腔内创建更多反射，并且可能降低效率。此类型的反射器的优点是减少了光学元件的数量(诸如四分之一波长延迟器)。
第二种方法(诸如图5B中的本发明的所述方面中所示)是使用镜面(偏振-保留)后侧反射层，四分之一波长延迟器设置在后侧反射层与反射偏振片之间。此第二系统方法可比使偏振态随机化的第一方法更有效。在此第二方法中，设置在后侧反射器层与反射偏振片层之间的光学元件应该具有非常低的光学双折射以使输出效率最大化。合适的偏振-保留反射器包括设置在低双折射材料(诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及其它非晶态聚合物)上的金属化的和无机的二向色反射器以及它们的组合。
另外，由于光源单元100和转换器单元200的低展度，穿过四分之一波长膜的光通常具有很窄的角度范围，这不再需要昂贵的、具有宽泛的使用角度范围的四分之一波长膜。
用于低折射率层330的合适的材料包括SiO2、MgF2、硅氧烷聚合物、含氟聚合物、丙烯酸类树脂以及它们的混合物。
执行将利用朗伯型散射后侧反射层的常规背光系统(1)与背光系统(2)(诸如图5B所示)进行比较的模拟，层520包括90％(反射)镜面反射器，层310由具有提取器阵列的透明材料形成、低折射率OCA层330、四分之一波长延迟层340和反射偏振片层350(由APF形成，可得自3M公司(3M Company))。反射器被粘结到光导的后侧，对于此例子，可将薄的低折射率涂层施加到光导的后侧和提取器阵列(例如，物理气相沉积的MgF2或二氧化硅涂层，之后是银或铝的涂层)。背光系统(2)导致比背光系统(1)更有效的系统(根据角增益膜的使用，更有效30％至100％)。当参考显示器使用角增益膜(诸如BEF膜，可得自3M公司(3M Company))时，实现效率的最大提高。在此例子中，角增益膜通常被定位在光导的顶部表面与反射偏振片的下方之间。使用Lighttools软件(可得自Synopsis公司(Synopsis Corp))计算模拟的效率差异。
图6A示出示例性提取特征或提取器312。提取器312具有侧面成角度的截棱锥或齿形形状，其被设计为提取光线并将它们以大致90°角朝显示单元(未示出)偏转。尽管图6A中将内角示出为45°角，但根据在背光光导300内导向的光的特性，这些内角可为更小或更大的角度。提取器形成在光导中，并且可使用全内反射(TIR)以提高反射，使用空气界面并且可选地与电介质薄膜涂层(诸如二氧化硅或氟化镁)组合。提取器可通过微复制形成在光导中，(例如)辐射固化树脂将金属工具表面上的图案复制到光导膜上。作为另外一种选择，光导可包括玻璃层。提取器可包括在光导板上的纹理区域，所述纹理可控制地散射穿过光导板的光。作为另外一种选择，提取器可包括诸如棱镜的几何特征。示例性提取特征是分布于光导的表面上的棱镜阵列。所述分布为光导提供期望的光输出均匀度。所述棱镜可被布置成(例如)凹面直角棱镜的一维阵列，每个棱镜的高度为约1.5μm，长度为3μm，并且为光导的宽度，使得从光导提取光。棱镜还可被布置成二维阵列，每个棱镜的长度为(例如)约10μm。
图6B示出了提取器层315的俯视图，其示出每个提取单元的相对广泛延伸的间距。这样，提取器图案的每个提取器覆盖背光单元的极小区域，因此提高朝显示面板的反射光线的均匀度。在本发明的一个方面，提取器的密度为约小于光导的区域的密度的20％。在另一方面，提取器的密度为约小于光导的区域的密度的10％。因此，由于本文所述的背光系统的低展度设计以及提取器的使用，由背光系统发射的光线在相对小的角度范围内。提取器的这一低密度允许图5B的实施例的循环利用偏振片的布置方式更有效地操作，因为较少的提取器导致光偏振的较少的随机化。下面更详细地描述用于形成提取器层315的示例性工艺。
根据由研究人员执行的模拟，将反射偏振片添加到常规背光源通常使亮度增加50％至70％。使用LightTools版本7.2(可得自美国加利福尼亚州山景城的Synopys公司(Synopys Inc.,Mountain View,CA,USA))中的示例性模型系统，通过增加模拟的APF膜，常规的BacklightSystems3LEDBacklight显示出亮度增加72％。对于与诸如图5B所示的实施例类似来进行配置的系统，层320包括90％的镜面反射器，层310由其中折射率为1.58并具有提取器阵列的聚合物材料形成，低折射率OCA层330和四分之一波长延迟层340，添加反射偏振片层350(由APF形成，可得自3M公司)导致效率增加93％。
因此，尽管常规LCD背光源使用反射偏振片具有相对低的60-70％的增益，但是根据本发明的示例性方面，本文所述的背光系统可提供80-90％的增益。根据其它方面，背光光导可具有低密度的提取特征、高度反射性后表面和反射偏振片。背光光导可使用棱镜提取特征，并且可包括四分之一波长延迟量的膜。背光源还可包含非去偏振的扩散器。
根据本发明的另一方面，可使用以下工艺形成本文所述的背光单元的若干部件(包括转换器单元200和背光光导单元300的元件)。图7A–7F用于帮助示出这一工艺。
总的来说，示例性工艺包括提供具有至少第一光学元件的第一阵列和形状不同于第一阵列的第二光学元件的第二阵列的腔体。例如，在一个方面，光学元件的第一阵列可包括转向器，并且光学元件的第二阵列可包括具有提取器的背光光导单元。在另一方面，光学元件的第二阵列可包括耦合元件。所述工艺还包括用可固化的树脂来填充腔体。另一光学元件或辅助光学元件(诸如变形光导)可与第一光学阵列对准地施加到可固化的树脂。随后，树脂可被固化。随后，可将固化的组件从腔体去除。在替代方面，模塑工具(诸如耦合元件的表面)可被施加到第一阵列与变形光导的同一侧。示例性工艺可使用在带或圆筒上的模具而为连续的、为半连续的或成批的。
更详细地，在图7A中，(在局部视图中)示出模塑表面或模具400具有凹陷区域(例如，腔体)，该凹陷区域具有期望的光学元件形状的负像。期望的光学元件形状的负像可以是任何锯齿状或凸起的形状，或者这两者的组合。光学元件可以是随机形状的阵列，并且可包括(例如)非球形、球形形状、棱镜、环面形状和槽。模具400可通过对靠模进行金刚石车削或快速切削并对模具进行电铸来制备。模具400包括段420，该段被构造成包括背光光导的转换器单元(例如，转向器、变形光导)。例如，段420可包括三角形形状的凹槽。段450被构造成包括背光光导。例如，段450可具有诸如图8所示的构造(以夸大比例示出)，其具有形成在模具的底部表面411上的提取器阵列或提取器层415(类似于上述提取器层315)。下面更详细地描述可用于形成具有提取器阵列415的模具的工艺。
在一个方面，模具400可被构造成为移动或手持装置形成背光光导。在其它方面，本文所述的工艺可用于为较大的显示器(诸如平板电脑、计算机或电视显示器)形成背光系统。
任选地，模塑表面可涂覆有脱模剂或者具有期望的光学特性(诸如比可固化的树脂低的折射率)的材料。该涂层一旦固化就可留在模具内或附着到可固化的树脂。此类合适的涂层的例子包括类金刚石涂层、硅氧烷、丙烯酸酯、含氟聚合物和物理气相沉积材料。
在图7B中，模具400用可固化的树脂455来填充。可固化的树脂可通过浸涂、线棒涂、刮刀涂、喷墨涂、辊涂、丝网涂、或任何其它涂覆工艺来施加。可固化的树脂可以是单一组合物，或者可按照模塑表面上的区域而变化。合适的树脂包括丙烯酸酯、硅氧烷、环氧树脂、酯、乙烯化合物，并且可包括(例如)丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、其它一官能丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯、二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、含氟丙烯酸酯以及它们的混合物。
在图7C中，辅助光学元件(诸如变形光导210)可与光学元件(例如，转向器)阵列配准地放置到在段420处的可固化的树脂上。辅助光学元件可在大气环境或者在惰性气体环境(诸如氮气、氦气、氩气或二氧化碳)下被施加到树脂表面。光学元件或树脂或这二者可被加热以降低树脂粘度，并降低夹带气体的趋势。大气下的压力也可用于降低气体夹带。辅助光学元件可与基准或者模具上的特征对准，或者可被动地与模具上的特征对准，或者通过两个或更多个工艺的组合来对准。可调节高度以降低光学元件与树脂之间的弯月面。辅助光学元件可与辅助模塑结构同时施加，或者可单独地施加。
在图7D中，一个或多个可移除的辅助模具被施加到模具400的表面。在此例子中，辅助模具422被施加到模具400的段420。辅助模具422优选对固化辐射(诸如电子束辐射)是透明的。可选的可移除辅助模具可被施加到树脂表面的一些或所有。辅助模塑表面可与基准或者模具上的特征对准，或者可被动地与模具上的特征对准，或者通过两个或更多个工艺的组合来对准。可调节高度以降低模塑表面与树脂之间的弯月面。在此例子中，模具422可被成形以便在固化之后形成耦合元件(诸如耦合元件280)。另外，任选地，膜可被施加到模具400的表面以在固化之后帮助移除一个或多个辅助模具。
在放置可移除辅助模具之后，树脂455被固化。树脂可使用热引发剂或催化剂、通过热驱动的缩合、光引发剂、或者通过其它光化辐射(包括电子束)、或者这些工艺中的一种或多种的组合来固化。在一个方面，树脂455使用常规固化工艺通过辐射(诸如电子束辐射)来固化。同时可采用UV和/或其它光束固化方法。与UV固化工艺相反，使用电子束辐射可减少潜在的光吸收问题。
在图7E中，模具400在固化之后被示出，辅助模具422被移除。
在图7F中，带衬片的光学透明的粘合剂膜可被施加到固化结构的顶部表面。随后，可将包括背光光导、耦合元件、转向器和变形光导的组件从模具400移除。
另外，固化的树脂结构和辅助光学元件的一个或多个表面可被后处理。合适的后处理包括用电介质材料(诸如MgF2、SiO2或Al2O3)或者包括铝或银的金属、或者电介质与金属的组合来被物理气相涂覆。在一个方面，合适的组合包括涂覆低折射率的电介质材料(诸如MgF2或SiO2)，随后涂覆铝或银。低折射率电介质涂层增加了高角度下的反射率，并且在允许金属有效地反射光的更高角度下为透明的。
在移除和/或后处理之后，随后可将组件粘结到上显示表面或下显示表面(未示出)。
因此，上述工艺可用于生成图1所示的背光光导系统10的一个或多个元件。
如上所述，背光光导包括以均匀方式将光朝显示器重新引导的提取器阵列或提取器层。下面的图9A–9F示出可利用的示例性工艺。在此示例性工艺中，提供表面，在该表面上形成沟槽阵列。用聚合物来填充沟槽，所述聚合物可被平面化。可通过图案化的辐射和蚀刻的组合来进一步限定聚合物。电铸可用于形成具有沟槽的所选择部分的表面的复制品，沟槽的侧面相对于光导的平面可具有至少45度的角度。所得的光导可具有主表面，该主表面具有稀疏(低密度)的提取特征(即，提取器)，提取特征占的区域小于主表面的区域的10％。
图9A示出在其上表面402中形成具有一系列沟槽403的基底401的等轴视图。基底401可由金属(诸如铜或镍或其合金)形成。沟槽403可使用常规切割工艺(诸如金刚石切割工艺)形成。
图9B示出涂覆有聚合物层404的基底401，所述聚合物层填充形成在上表面402中的沟槽。聚合物层404可包括材料中的任一种或材料的混合物。在一个方面，聚合物层404包括光致抗蚀剂。作为另外一种选择，聚合物层404可包括可蚀刻(诸如通过常规电子束、反应离子或类似蚀刻工艺蚀刻)的聚合物。
任选地，聚合物涂覆的基底随后可被平面化，如图9C所示。通过这一步骤，聚合物/抗蚀剂可留在先前形成的沟槽中，而剩余聚合物/抗蚀剂从上表面402被移除。合适的常规平面化工艺包括(例如)磨料抛光和化学机械抛光(CMP)。平面化可增加已完成的光导的光滑度。在一些应用中可能不需要平面化。
随后，可将聚合物/抗蚀剂(无论是否被平面化)层404暴露于图案化的辐射。作为另外一种选择，可用图案化的蚀刻屏障来覆盖聚合物层404，并且可通过反应离子蚀刻将聚合物层图案化。图9D示出蚀刻步骤完成之后的基底401。
在一些方面，与光导的主表面相交的提取器特征的蚀刻面可具有高角度，并且可几乎垂直于主表面。在一些方面可利用相对于法向的小角度偏离以有利于电铸之后的工具表面的脱模。蚀刻表面407还优选为平滑的，并且基本上不散射光。在一些应用中，可能优选的是使蚀刻面垂直或甚至底切。在一些方面，蚀刻面相对于主表面具有介于90和60度之间的角度，更有效地，相对于主表面，该角度介于85和60度之间，并且最优选地，该角度介于80和70度之间。
随后，蚀刻的基底可用金属层涂覆，并用另一金属(诸如镍、铜或者包含镍或铜或二者的合金)电铸。图9E示出形成在基底401上方的电铸408。
图9F示出与基底分离之后的电铸408。基底401或第一电铸408可用于后续电铸步骤以形成用于浇铸和固化或者注塑操作的附加工具。
因此，上述背光系统及其部件提供一种用于显示器的有效照明系统。该背光系统及其部件合在一起或单独地提供具有低展度并且总体部件的数量减少的高效照明系统。通过本文所述的背光系统，可不再需要气隙，从而为压力感测触摸显示器和触觉技术提供了机会。背光系统可比常规背光源更薄，从而允许与光学透明的粘合剂层合。另外，不再需要角增强膜。
尽管已在本文中为描述优选实施例的目的举例说明并描述了具体实施例，但本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的前提下，存在多种替代或等同的具体实施可被所示出的和所述的具体实施例取代。本领域中的那些技术人员将容易理解，可以通过众多实施例来实施本发明。本应用旨在涵盖本文中所述的实施例的任何改型或变型。

Claims (47)

1.一种变形光导，包括：
光接收部分；
光转向部分；和
光输出部分，其中所述光接收部分接收具有照亮第一纵横比的区域的光，并且所述光输出部分输出具有照亮第二纵横比的区域的光，所述第二纵横比是所述第一纵横比的至少四倍大，并且光输入面基本上垂直于光输出面。
2.根据权利要求1所述的变形光导，其中进入所述光输入面的光大致具有从约1比1到约1比4的纵横比，并且离开所述光输出面的光具有至少1比50的纵横比。
3.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述光转向部分包括空间分离的转向元件的阵列。
4.根据权利要求3所述的变形光导，其中每个转向元件包括基本上将来自所述光接收部分的光朝所述光输出部分反射的基本上反射的小平面。
5.根据权利要求3所述的变形光导，其中每个转向元件包括将入射光反射约90°角的反射镜式或TIR 45°小平面。
6.根据权利要求3所述的变形光导，其中每个转向元件包括大体平面的直角棱镜。
7.根据权利要求6所述的变形光导，其中每个转向元件具有约40μm至约60μm的厚度。
8.根据权利要求3所述的变形光导，其中每个空间分离的转向元件具有由较低折射率的材料所界定的上主表面和下主表面。
9.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述光转向部分包括将来自所述光接收部分的光朝所述光输出部分导向的多个弯曲的平面通道。
10.根据权利要求9所述的变形光导，其中所述转向结构被微复制到载体上。
11.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述变形光导由大体直线的结构形成，所述大体直线的结构具有第一主表面和第二主表面，所述主表面中的至少一个是阶梯式表面。
12.根据权利要求11所述的变形光导，其中阶梯式表面包括多个阶梯结构，每个阶梯结构具有约20μm至约80μm，优选约50μm的阶梯高度。
13.根据权利要求11所述的变形光导，其中所述第一主表面相对于所述光接收部分倾斜，所述第二主表面包括多个倾斜阶梯，每个倾斜阶梯平行于所述第一主表面。
14.根据权利要求11所述的变形光导，其中所述光转向部分包括与所述阶梯式表面配对的空间分离的转向元件的阵列。
15.根据权利要求14所述的变形光导，其中光学透明的粘合剂设置在所述阶梯式表面和所述光转向部分之间。
16.根据权利要求11所述的变形光导，其中所述大体直线的结构包括模塑塑料或玻璃。
17.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述光导包括膜的叠堆，所述膜的叠堆中的每个膜包括相对于所述光输入面成约45°角的小平面，所述小平面在所述叠堆中空间分离。
18.根据权利要求17所述的变形光导，其中每个膜具有约30μm至约100μm的厚度。
19.根据权利要求17所述的变形光导，还包括设置在所述叠堆的相邻膜之间的涂层，所述涂层的折射率不同于所述膜的折射率。
20.根据权利要求19所述的变形光导，其中所述涂层包含光学透明的粘合剂。
21.根据权利要求17所述的变形光导，其中所述膜包含聚碳酸酯材料。
22.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述光导包括膜的叠堆，所述膜的叠堆中的每个膜被蚀刻有多个转向通道以将光朝所述光输出面导向。
23.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述光导包括光纤的阵列。
24.根据权利要求23所述的变形光导，其中所述光接收部分包括高度为m个光纤且宽度为n个光纤的m×n光纤阵列，m和n大于1，并且所述光输出面的高度对应于单个光纤，并且所述光输出面的宽度对应于m×n个光纤。
25.根据权利要求1所述的变形光导，其中所述光输出部分包括具有大体直线形状的耦合器，所述耦合器沿着第一侧具有局部阶梯式外形以接收来自所述转向元件的光输出，并且沿着与所述第一侧相对的第二侧具有线形外形以将光耦合到背光光导中。
26.根据权利要求25所述的变形光导，其中所述耦合器以单件构造的形式与所述转向元件一体化形成。
27.根据权利要求25所述的变形光导，其中所述耦合器的局部阶梯式输入侧包括与所述转向元件的输出面对应并与所述转向元件的输出面配准的一系列面。
28.根据权利要求25所述的变形光导，其中所述耦合器基本上保留了所述变形光导的展度，并同时校正输入所述耦合器的光和离开所述耦合器的线形光的形状差异。
29.根据权利要求26所述的变形光导，其中所述单件构造包括连续模塑制品。
30.根据权利要求26所述的变形光导，其中所述单件构造包括丙烯酸类树脂、可固化的丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯和有机硅中的一种。
31.根据权利要求26所述的变形光导，其中所述耦合器渐缩，使得第二侧的厚度大于所述第一侧的所述局部阶梯式输入面的厚度。
32.根据前述权利要求1中任一项所述的变形光导，其中所述光的展度被基本上保留。
33.一种变形光导，包括：
具有光输入面的主体；
光输出部分；和
光转向部分，所述光转向部分设置在所述光输入面和所述光输出部分之间，其中所述光转向部分包括空间分离的转向结构的阵列，并且多个转向结构在至少一个主表面上由设置在所述转向结构和所述光导的所述主体之间的低折射率层来界定。
34.根据权利要求33所述的光导，其中所述转向结构各自包括基本上将来自所述光输入面的光朝所述光输出部分反射的基本上反射的小平面。
35.根据权利要求34所述的光导，其中每个反射的小平面相对于所述光输入面成约30度至约60度角。
36.根据权利要求35所述的光导，其中每个反射的小平面相对于所述光输入面成约45度角。
37.根据权利要求33所述的光导，其中每个转向结构包括平面直角棱镜。
38.根据权利要求33所述的光导，其中所述转向结构被微复制到载体上。
39.根据权利要求33所述的光导，其中每个转向结构的高度显著小于所述光输入面的高度。
40.根据权利要求33所述的光导，其中所述主体包括模塑塑料或玻璃材料。
41.根据权利要求33所述的光导，其中所述主体包括大体直线的结构。
42.根据权利要求41所述的光导，其中所述直线的结构包括第一主表面和第二主表面，所述主表面中的至少一个包括阶梯式结构。
43.根据权利要求42所述的光导，其中所述阶梯结构具有约20μm至约80μm的阶梯高度。
44.根据权利要求43所述的光导，其中所述阶梯结构具有约40μm至约60μm的阶梯高度。
45.根据权利要求42所述的光导，其中所述第一主表面和所述第二主表面基本上平行。
46.根据权利要求42所述的光导，其中所述光输入面的高度近似等于所述转向结构的高度之和。
47.一种变形光导，包括：
具有光接收部分的主体；
光输出部分；和
光转向部分，所述光转向部分设置在所述光接收部分和所述光输出部分之间，其中所述光转向部分包括将来自所述光接收部分的光朝所述光输出部分导向的多个弯曲的平面通道，并且每个弯曲的平面通道在至少一个主表面上由设置在所述光转向部分和所述光导的所述主体之间的低折射率层来界定。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013122730A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 3M Innovative Properties Company Backlight light guide
WO2013122729A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 3M Innovative Properties Company Backlight system
KR102189997B1 (ko) 2012-06-11 2020-12-11 7에이씨 테크놀로지스, 아이엔씨. 난류형 내식성 열 교환기들을 위한 방법들 및 시스템들
CN104838297B (zh) * 2012-12-05 2019-10-15 3M创新有限公司 变形光学封装体
KR20160030202A (ko) * 2013-07-02 2016-03-16 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 편평형 도광체
US9958601B2 (en) 2013-09-19 2018-05-01 University Of Utah Research Foundation Display backlight
US9599766B2 (en) 2014-04-16 2017-03-21 3M Innovative Properties Company Laminated display unit
US9778407B2 (en) * 2014-04-16 2017-10-03 3M Innovative Properties Company Light guide
CN106662701A (zh) * 2014-05-16 2017-05-10 康宁股份有限公司 用于液晶显示设备的边缘发光的背光单元
KR102399100B1 (ko) * 2017-06-16 2022-05-18 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치
EP3582009A1 (en) 2018-06-15 2019-12-18 ASML Netherlands B.V. Reflector and method of manufacturing a reflector
US11442219B2 (en) 2019-03-05 2022-09-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Frustrum reflector plate
WO2023249929A1 (en) * 2022-06-22 2023-12-28 Reald Spark, Llc Anamorphic directional illumination device
WO2023249938A1 (en) * 2022-06-22 2023-12-28 Reald Spark, Llc Anamorphic directional illumination device
US11966049B2 (en) 2022-08-02 2024-04-23 Reald Spark, Llc Pupil tracking near-eye display

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952022A (en) * 1989-03-02 1990-08-28 Xerox Corporation Fiber optic line illuminator with deformed end fibers and method of making same
US6431716B1 (en) * 1999-07-26 2002-08-13 Minebea Co., Ltd. Spread illuminating apparatus
US20060239032A1 (en) * 2005-02-28 2006-10-26 Enplas Corporation Light guide plate, surface light source device and display
CN1930504A (zh) * 2004-03-15 2007-03-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 光导设备和导光的方法
CN101573557A (zh) * 2006-12-26 2009-11-04 松下电器产业株式会社 面状照明装置以及使用了该面状照明装置的液晶显示装置
CN101910713A (zh) * 2008-11-06 2010-12-08 松下电器产业株式会社 液晶显示装置
US20100315833A1 (en) * 2008-01-30 2010-12-16 Digital Optics International Llc Thin illumination system

Family Cites Families (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237641A (en) 1992-03-23 1993-08-17 Nioptics Corporation Tapered multilayer luminaire devices
US5506929A (en) 1994-10-19 1996-04-09 Clio Technologies, Inc. Light expanding system for producing a linear or planar light beam from a point-like light source
US5613751A (en) 1995-06-27 1997-03-25 Lumitex, Inc. Light emitting panel assemblies
US5590945A (en) 1995-07-26 1997-01-07 Industrial Devices, Inc. Illuminated line of light using point light source
US5914760A (en) * 1996-06-21 1999-06-22 Casio Computer Co., Ltd. Surface light source device and liquid crystal display device using the same
US5772304A (en) 1996-10-02 1998-06-30 Raytheon Company Optical fiber-to-planar lightpipe grooved optical coupler
JPH11144514A (ja) 1997-11-07 1999-05-28 Sharp Corp 照明装置および液晶表示装置
JP3808992B2 (ja) * 1997-11-21 2006-08-16 三菱電機株式会社 液晶パネルモジュール
JP3379043B2 (ja) 1998-06-29 2003-02-17 ミネベア株式会社 面状照明装置
US6623132B2 (en) 1999-08-11 2003-09-23 North American Lighting, Inc. Light coupler hingedly attached to a light guide for automotive lighting
JP2001222906A (ja) 2000-02-08 2001-08-17 Minebea Co Ltd 面状照明装置
JP3773818B2 (ja) 2000-07-19 2006-05-10 三洋電機株式会社 棒状導光体及びそれを用いた線状照明装置並びにこの線状照明装置を用いた面状照明装置
US6565225B2 (en) 2000-07-19 2003-05-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Bar-shaped light guide, beam lighting device using the bar-shaped light guide, and surface lighting device using the beam lighting device
US6607297B2 (en) 2000-10-05 2003-08-19 Minebea Co., Ltd. Spread illuminating apparatus including inclined light scattering portions
US7128459B2 (en) 2001-11-12 2006-10-31 Nidec Copal Corporation Light-guide plate and method for manufacturing the same
US6862141B2 (en) 2002-05-20 2005-03-01 General Electric Company Optical substrate and method of making
JP4185721B2 (ja) 2002-07-17 2008-11-26 アルプス電気株式会社 照明装置及び液晶表示装置
US7406245B2 (en) 2004-07-27 2008-07-29 Lumitex, Inc. Flat optical fiber light emitters
US6910783B2 (en) 2002-10-04 2005-06-28 Lumitex, Inc. Transparent light emitting members and method of manufacture
JP4198975B2 (ja) 2002-11-28 2008-12-17 アルプス電気株式会社 照明装置、導光体、及び液晶表示装置
US6952627B2 (en) 2002-12-18 2005-10-04 General Electric Company Method and apparatus for fabricating light management substrates
US7091653B2 (en) 2003-01-27 2006-08-15 3M Innovative Properties Company Phosphor based light sources having a non-planar long pass reflector
JP2007505336A (ja) * 2003-09-08 2007-03-08 コニンクリユケ フィリップス エレクトロニクス エヌ．ブイ． 板状の三角形案内部材を有する導光系
US7316498B2 (en) 2003-12-31 2008-01-08 General Electric Company Faceted optical substrate and method of fabricating a faceted optical substrate and a backlight display comprising the faceted optical substrate
KR100590535B1 (ko) * 2004-01-24 2006-06-15 삼성전자주식회사 백라이트 유니트
TWI239204B (en) 2004-02-17 2005-09-01 Pixon Technologies Corp Linear light source with enhancing focal distance range of light
TW200528925A (en) 2004-02-20 2005-09-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd A manufacturing method of a light guide plate
US7267467B2 (en) 2004-06-02 2007-09-11 Pixon Technologies Corp. Linear light source for enhancing uniformity of beaming light within the beaming light's effective focal range
JP4020397B2 (ja) 2004-06-14 2007-12-12 惠次 飯村 点光源を用いた面光源
JP2006202703A (ja) 2005-01-24 2006-08-03 Dainippon Printing Co Ltd 面光源装置
US7614775B2 (en) 2005-03-29 2009-11-10 Fujfilm Corporation Light guide member, planar lighting device using the same, and rod-type lighting device
JP2006286505A (ja) * 2005-04-04 2006-10-19 Fujikura Ltd 導光体とその製造方法及び光源装置
KR100692742B1 (ko) 2005-05-13 2007-03-09 삼성전자주식회사 도광층을 갖는 키 패드 및 키 패드 어셈블리
JP5016921B2 (ja) 2005-07-13 2012-09-05 三菱レイヨン株式会社 面光源装置用導光体および面光源装置
WO2007014371A2 (en) 2005-07-28 2007-02-01 Light Prescriptions Innovators, Llc Etendue-conserving illumination-optics for backlights and frontlights
JP4945107B2 (ja) 2005-09-15 2012-06-06 ゲットナー・ファンデーション・エルエルシー 光源装置及びその製造方法、表示装置及びその製造方法、並びに表示装置の駆動方法
TW200720589A (en) * 2005-09-19 2007-06-01 Koninkl Philips Electronics Nv Luminaire with stack of flat panel light guides
WO2007046100A2 (en) * 2005-10-18 2007-04-26 Oms Displays Ltd. Device and method for optical resizing and backlighting
US7160010B1 (en) 2005-11-15 2007-01-09 Visteon Global Technologies, Inc. Light manifold for automotive light module
KR101221217B1 (ko) 2005-12-29 2013-01-15 엘지디스플레이 주식회사 발광 다이오드 및 그 제조방법 및 이를 구비한 백라이트어셈블리
KR100770602B1 (ko) 2005-12-30 2007-10-29 서울반도체 주식회사 광가이드 디바이스 및 이를 포함하는 ｌｃｄ용 백라이팅모듈
JP4709704B2 (ja) 2006-07-12 2011-06-22 ダイセル化学工業株式会社 面状光源装置
TW200807091A (en) 2006-07-19 2008-02-01 Taiwan Nano Electro Opt Tech Manufacturing method for light guide plate mold core and structure thereof, and the light guide plate structure made by using the mold core
KR100823274B1 (ko) * 2006-07-26 2008-04-17 삼성전자주식회사 조명장치 및 이를 채용한 디스플레이 장치
TWI345656B (en) 2006-09-20 2011-07-21 Coretronic Corp Method of manufacturing master of light-guide plates
US8206020B2 (en) * 2006-12-26 2012-06-26 Panasonic Corporation Planar illuminating device and liquid crystal display device using the same
TW200829722A (en) 2007-01-10 2008-07-16 Univ Nat Kaohsiung 1St Univ Sc Fabrication method for light guide plate molds with etching depth of controlled anisotropic etching
JP2008277078A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Optrex Corp バックライトユニットおよび表示装置
US20090040771A1 (en) 2007-08-08 2009-02-12 Rohm And Haas Denmark Finance A/S Thin light guiding plate and methods of manufacturing
WO2009031289A1 (ja) 2007-09-04 2009-03-12 Panasonic Corporation 面状照明装置及びこれを用いた液晶表示装置
US8348490B2 (en) 2008-02-25 2013-01-08 Mitsubishi Electric Corporation Planar light source device and method of manufacturing divided prism mold
TWI339160B (en) 2008-05-06 2011-03-21 Univ Nat Sun Yat Sen Method of manufacturing light guide plate with micro-concave lens and micro-convex lens
JP5457440B2 (ja) 2008-06-13 2014-04-02 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 漸進的注入を有する照明装置
GB2463913B (en) 2008-09-29 2012-07-04 Iti Scotland Ltd Light guide device
JP2010103060A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Panasonic Electric Works Co Ltd 表示装置
US20100231498A1 (en) 2009-03-13 2010-09-16 Microsoft Corporation Image display via multiple light guide sections
US8248554B2 (en) 2009-06-19 2012-08-21 Apple Inc. Edge-lit backlight unit with thin profile
US9103934B2 (en) 2009-08-05 2015-08-11 Westerngeco L.L.C. Method for reducing marine source volume while maintaining image quality
WO2013122730A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 3M Innovative Properties Company Backlight light guide
US9039905B2 (en) 2012-02-17 2015-05-26 3M Innovative Properties Company Method of forming a lighting system
WO2013122729A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 3M Innovative Properties Company Backlight system
US9036964B2 (en) 2012-02-17 2015-05-19 3M Innovative Properties Company Optical light guide coupler

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952022A (en) * 1989-03-02 1990-08-28 Xerox Corporation Fiber optic line illuminator with deformed end fibers and method of making same
US6431716B1 (en) * 1999-07-26 2002-08-13 Minebea Co., Ltd. Spread illuminating apparatus
CN1930504A (zh) * 2004-03-15 2007-03-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 光导设备和导光的方法
US20060239032A1 (en) * 2005-02-28 2006-10-26 Enplas Corporation Light guide plate, surface light source device and display
CN101573557A (zh) * 2006-12-26 2009-11-04 松下电器产业株式会社 面状照明装置以及使用了该面状照明装置的液晶显示装置
US20100315833A1 (en) * 2008-01-30 2010-12-16 Digital Optics International Llc Thin illumination system
CN101910713A (zh) * 2008-11-06 2010-12-08 松下电器产业株式会社 液晶显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013122728A1 (en) 2013-08-22
JP6148258B2 (ja) 2017-06-14
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US20150029754A1 (en) 2015-01-29
KR20140137363A (ko) 2014-12-02
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US9817173B2 (en) 2017-11-14
TW201337415A (zh) 2013-09-16

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