CN104777554B - 用于光波导的提取膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于光波导的提取膜及其制造方法，提供了一种光波导，包括波导主体以及设置在所述波导主体的表面上的膜。所述膜包括基底以及设置在所述基底与所述表面之间的多个底切光提取部件。

Description

用于光波导的提取膜及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求由本申请的受让人拥有的于2014年1月9日提交的题为“FilmLaminated to Waveguide Surface”的美国临时专利申请第61/925,589 号的权益，将本申请的公开内容并入本文中，以作参考。
技术领域
本发明的主题涉及光学装置以及制造这种装置的方法，更具体而言，涉及一种光波导及其制造方法。
背景技术
光波导混合和引导由一个或多个光源(诸如一个或多个发光二极管 (LED))发射的光。典型的光波导包括三个主要元件：一个或多个耦合部件、一个或多个分布部件以及一个或多个提取部件。耦合元件将光引入分布部件内，并且调节光，以便与后续元件相互作用。所述一个或多个分布部件控制光流过波导并且取决于波导几何图形和材料的方式。提取部件确定通过控制光离开波导的位置以及方向来去除光的方式。
为了使提取部件从波导中去除光，光必须首先与包括该部件的特征接触。通过使波导表面适当地成形，人们可以控制光在提取特征上流动。具体而言，选择提取特征的间距、形状和其他特性会影响波导的外观、其产生的发射光的角度分布以及效率。
Hulse的美国专利第5,812,714号公开了一种波导弯曲部件，其被配置为将光的传播方向从第一方向变成第二方向。该波导弯曲部件包括收集器部件，该收集器部件收集从光源中发射的光并且将光引入波导弯曲部件的输入表面内。沿着外表面，内部反射进入弯曲部件内的光，并且该光在输出表面处离开该部件。外表面包括斜角表面或弯曲表面，该表面定向为使得内部反射进入弯曲部件的大部分光，直到光到达输出表面。
Parker等的美国专利第5,613,751号公开了一种发光面板组件，该组件包括具有光输入表面、光过渡区域以及一个或多个光源的透明发光面板。光源优选嵌入光过渡区域内或者在该区域内被粘合，以便消除任何气隙，从而减少光损耗并且最大化发射的光。光过渡区域可包括在每个光源周围和后面的反射和/或折射表面，以更有效地通过光过渡区域将光反射和 /或折射并且聚焦到发光面板的光输入表面内。在面板部件的一侧或两侧上，可提供光提取变形(deformity)的图案或面板表面的形状或几何图形的任何变化和/或使一部分光被发射的涂层。变形的可变图案可驱散光线，使得一部分光线的内部反射角将足够大，以促使光线从面板中发射出或者通过面板反射回并且从另一侧发射出。
Shipman的美国专利第3,532,871号公开了一种组合式行驶灯反射镜，该反射镜具有两个光源，在照明时，每个光源形成被引导在突出部分的抛光表面上的光。在圆锥形反射镜上反射光。光横向反射到主体内并且撞击在从主体中引出光的棱镜上。
Simon的美国专利第5,897,201号公开了从径向包含的准直光中分布的建筑照明的各种实施方式。准点光源形成在径向朝外的方向上准直 (collimate，校准)的光并且分布光学器件的出射装置从光学器件中引出该准直光。
Kelly等的美国专利第8,430,548号公开了照明设备，其使用各种光源，诸如白炽灯泡、荧光灯管以及多个LED。容量扩散器控制来自照明设备的光的空间亮度均匀度和角度扩展。容量扩散器包括容量光散射颗粒的一个或多个区域。容量扩散器可与波导共同用于提取光。
Dau等的美国专利第8,506,112号公开了具有多个发光部件的照明装置，诸如设置成一行的LED。准直光学部件接收由LED形成的光，并且光导将准直光从光学部件中导入提取光的光学提取器中。
伊利诺斯州的Niles公司的A.L.P照明元件制造了一种具有楔形的波导，该波导具有厚端、窄端以及位于其间的两个主要表面。在这两个主要表面上形成金字塔形提取特征。楔形波导用作出口标志，使得该标志的厚端被定位于与天花板相邻，并且窄端向下延伸。光在厚端处进入波导中，并且由金字塔形提取特征向下并且远离波导引导该光。
近来，形成了低剖面的基于LED的发光体(例如，通用电气公司的 ET序列面板暗灯槽)，这种发光体利用引入波导部件的边缘内的一连串 LED元件(‘侧光式’方法)。然而，由于在从主朗伯发射源(诸如LED元件)发射到波导平面的窄边缘内的耦合光中固有的损耗，所以这种发光体通常遭受低效率。
Beeson等的美国专利第5,396,350号教导了用于平板电子显示器的背光设备。该设备包括从被定位于与其侧面相邻的光源中接收光的平板波导以及连接至波导的表面的微棱镜阵列。每个微棱镜具有从与波导的表面垂直的方向以某个角度倾斜的侧面。从微棱镜中发射的光与平板波导大致垂直。
Zimmerman等的美国专利第5,598,281号公开了用于电光显示器的背光组件。从设置在反射镜内的光源中发射的光穿过孔径阵列，并且由与这些孔径阵列对准的锥形光学部件阵列准直。微透镜可设置为与光学部件相邻，以便进一步使光准直。光学部件的表面为平面或抛物线形状。
Zimmerman等的美国专利第5,428,468号教导了一种光学照明系统，用于需要大致准直的光的应用中。该系统包括从其边缘中接收光的波导。微棱镜阵列连接至波导的一个表面。每个微棱镜具有至少两个侧壁，这两个侧壁从波导的表面的法线以某个角度倾斜。微透镜阵列可设置在该微棱镜阵列的顶上，以便进一步使光准直。
Steiner等的美国专利第5,949,933号公开了一种用于使光准直的光学照明系统。该系统包括从其边缘中接收光的波导以及连接至波导的一个表面的透镜状微棱镜阵列。每个微棱镜具有与波导光学耦合的光输入表面以及与该输入表面相反(相对)的光输出表面。光输入表面包括与透镜状微棱镜的长度垂直的多个锥形凹槽。该系统还包括微透镜阵列，以便进一步使光准直。
Hou等的美国专利第5,839,823号教导了一种照明系统，该系统包括与反射镜相邻的或者容纳在反射镜内的光源。具有在基底壁部上携带的至少一个微棱镜的光引导组件被定位于与和反射镜相对的光源相邻。微棱镜可以为多面体、曲线以及多面体曲线。透镜阵列可设置在基底壁部的另一侧上。
Kuper等的美国专利第5,761,355号公开了一种光引导光学结构，该结构包括具有与其连接的多个棱镜的波导。由棱镜重新引导的光被限制为一系列角度。棱镜的侧面可以为平面或弯曲状。透镜阵列可用于将棱镜的光输出扩展为更大的分布角。
发明内容
根据一个方面，一种光波导包括波导主体以及设置在所述波导主体的表面上的膜。所述膜包括基底以及设置在所述基底与所述表面之间的多个底切光提取部件。
根据另一方面，一种光波导包括波导主体以及设置在所述波导主体的表面上的膜。所述膜包括基底以及以规则图案设置在所述基底与所述表面之间的多个底切光提取部件。
根据又一方面，一种制造光波导的方法包括提供光学透射膜的步骤，该膜具有基底以及设置在所述基底上的多个底切光提取部件。该方法进一步包括以下步骤：提供波导主体，并且使用设置在基底与波导主体的表面之间的所述多个光提取部件，将所述膜固定到波导主体的表面。
在考虑以下详细描述和附图时，本发明的其他方面和优点将变得显而易见，其中，在整个说明书中，相似的数字表示相似的结构。
附图说明
图1为可涂覆于波导主体的一个实施方式的膜的片段(fragmentary，不完整)等距视图；
图2为可涂覆于波导主体的另一实施方式的膜的片段等距视图；
图3为在图2的实施方式中的膜的片段侧视图；
图4为在图2的实施方式中的膜的顶视图；
图5-图7为棱形光提取部件的等距视图；
图8为在为其涂覆膜之前波导主体的片段侧边正视图；
图9为在为其涂覆膜之后波导主体的片段侧边正视图；
图10为具有为其涂覆的膜的图9的波导主体的放大侧边正视图；
图11为具有沿着波导主体的一个表面设置的膜的波导主体的片段侧边正视图，且反射镜设置为与和其相对的表面相邻；
图12A为具有为其涂覆的膜的图9的波导主体的放大侧边正视图，该膜具有特定高度的光提取部件；
图12B为具有为其涂覆的膜的图12A的波导主体的放大侧边正视图，该膜具有替代的高度的光提取部件；
图12C为具有为其涂覆的膜的图12A的波导主体的放大侧边正视图，该膜具有另一替代的高度的光提取部件；以及
图13A-13J示出了与具有与其固定的膜的光学波导相关联的照明分布图案(pattern，模式)，该膜具有各个不同高度的光提取部件。
具体实施方式
一种光波导包括混合和引导出自一个或多个表面的光的波导主体。具有基底和光提取部件的提取膜设置在波导主体的表面上。提取膜可以由光学透射材料构成，使得光提取部件促使形成照明图案以用于一般照明。
全内反射(TIR)被示出为一种用于从波导中提取光的有效方法，并且提供比直接折射更宽的提取的光束分布。对于具有高向上/向下比率和宽的提取的光束分布的照明应用，由于几何约束，所以使用典型的波导主体可能难以实现TIR提取。例如，波导主体可能需要一种底切特征，该特征与波导制造工序(诸如模制或压花(emboss，修饰))不兼容。在本文中可以看出，具有底切光提取部件的提取膜设置在波导主体的表面上。在一个实例实施方式中，包括基底和底切光提取部件的压花丙烯酸膜层压到波导主体的表面中。底切光提取部件设置在基底与波导的提取表面之间，以提供波导几何形状，使得实现具有高向上/向下比率和光束扩散的TIR提取。
根据一个方面，本公开针对来自光波导的具有高度控制的光的分布和提取。在一个特定的实施方式中，具有波导主体的光波导实现高度光学控制和光学效率，且提取膜设置在波导主体的表面上。该膜包括基底和多个底切光提取部件，例如，诸如设置在基底与波导主体的提取表面之间的截断的半球形光提取部件。提取膜的截断的半球形光提取部件可层压或者固定至波导主体表面，以便促使形成照明图案以用于一般照明。而且，光提取部件可具有截断的棱形或曲线形状。
提取膜的基底和光提取部件可由光学透射材料构成。在一个实例实施方式中，光提取部件可形成一系列伸长的平行突出部分，每个突出部分具有弯曲的横截面形状，诸如半球形。可替代地，截断的底切光提取部件可以六角形阵列设置在基底上。固定至波导主体的表面的光提取部件的形状提供为一种底切波导几何图形，该几何图形允许实现TIR提取。在本文中可以看出，每个截断的光提取部件具有与基底邻近的第一横截面尺寸以及远离基底的比第一横截面尺寸更小的第二横截面尺寸。在提取膜的不同实施方式中，底切光提取特征的高度可选择性地变化，以在基底与波导主体的提取表面之间提供不同尺寸的间隙。通过改变在提取膜的基底与波导主体的表面之间的间隙，在光提取部件的不同实施方式中，截断的弯曲形状提供宽范围的照明分布。改变光提取部件的横截面形状将会造成不同的光提取和/或光分布。
在一个实例实施方式中，膜可以由透镜膜构成，该透镜膜具有位于基底的表面上的光提取部件。例如，该膜可包括压花丙烯酸透镜膜，该透镜膜被配置为层压或连接至波导主体的表面。可替代地，可使用通常用于形成显微光学膜的各种技术中的一种(包括灰阶光刻、显微复制、注射/压缩成型、反应离子蚀刻、化学压花)来制造该膜。而且，可通过牺牲中间层，直接在波导表面上制造该膜，类似于在Tarsa等的美国专利第8,564,004号中描述的那样。更进一步地，在连接至波导之后，在提取特征之间的区域可部分或完全地包括除了空气以外的材料，例如，折射率与波导和膜的折射率明显不同的材料。
在膜层压到波导主体时，膜的光提取部件可设置成规则图案并且位于膜的基底与波导主体的表面之间。可替代地，提取部件的形状、尺寸或密度在膜的表面之上可变化，以便产生期望的亮度分布，例如，以便在发光体的发光区域之上提供均匀的亮度外观。
本公开的提取膜控制杂散光，并且提供高效率提取、高定向光分布 (即，从波导的一侧中发射的高比例光)以及宽范围的照度分布。使用光波导以及在其内提供的提取，可实现各种灯具或发光体，包括需要分散的或朗伯照度分布(例如，用于一般照明的典型暗灯槽)、准直分布(例如，筒灯或聚光灯)的那些灯具以及需要特定的照度图案的光源(例如，街灯、建筑照明)。更进一步地，提取部件和/或光波导可以为丙烯酸、硅树脂、聚碳酸酯、玻璃或其他合适的材料，以用于实现期望的效应。
参照图1，提取膜20的一个实例实施方式包括基底32和设置在基底 32上的底切光提取部件24。在该实施方式中，光提取部件24形成从基底 32中延伸的一系列伸长的平行突出部分38。在图1的实施方式中所示的光提取部件24的伸长的平行突出部分38可具有半球形横截面形状。光提取部件24的顶部部分40可具有大致平整的表面42，以提供从基底32中延伸的光提取部件24的截断的半球形。
提取膜20可以为光学透射膜。膜20可以为压花膜，该膜由表现出 TIR特征的光学透射材料(诸如丙烯酸材料)构成。可替代地，光学透射膜20可由聚碳酸酯材料、硅树脂、玻璃或其他合适的光学透射材料制成。此外，膜20可通过层压固定至光波导主体52的表面，其中，光提取部件 24的平面42层压到波导主体52的提取表面54，参照图8和图9进一步详细示出。在波导和提取膜由相同的材料制成的情况下，提取膜20层压到波导主体52提供了连续材料的连续性。提取膜20可直接粘合至波导表面(例如，通过化学或热粘合或者这两者的组合)。可替代地，波导主体 52和提取膜20可通过一个或多个中间层(诸如粘合层或压敏粘合膜)粘合。
图2-4示出了提取膜30的一个实例实施方式，其中，光提取部件34 以规则图案设置在基底32的表面44的顶部。在该所示的实例中，虽然应注意的是，光提取部件可不规则地隔开，或者一些光提取部件可规则地隔开且其他的光提取部件可不规则地隔开等，但是提取膜30包括规则隔开的光提取部件34的阵列46。而且，光提取部件的几何图形和尺寸可通过规则或不规则的方式在膜30之上变化。在该实例中，光学透射膜30可由以六角形阵列46设置在基底32的顶部表面44上的光提取部件34构成。在该实施方式中，在相同的提取膜部件30内，底切光提取部件34具有大致相同的尺寸，并且具有大致相同的形状。在该实例中，以六角形阵列46 设置的底切光提取部件34具有截断的半球形。光提取部件34可具有产生期望的光分布所需的其他形状。在光学透射膜30的制造期间，使用通常用于形成微光学膜的各种技术中的一种(包括灰阶光刻、显微复制、注射 /压缩成型、反应离子蚀刻、化学压花)，可形成光提取部件34。
在图2和图3的实例实施方式中可以看出，基底32具有恒定高度(H1) 或厚度。然而，在替换实施方式中，基底32的厚度(H1)可在沿着基底的不同点处变化。而且，期望在膜30的背面70上制造不同粗糙度或特定光学特征，诸如第二组或阵列的几何光提取部件(图3)，以便进一步对亮度和照度分布提供控制。更进一步地，厚度(H1)可基本上为0(例如，在波导表面上直接制造光提取部件34的情况)。根据一个实施方式，基底 32的厚度(H1)约为1微米到约5000微米或者更大，并且更优选地，在 250微米与约3000微米之间，并且最优选地，等于约500微米。而且，在图2-4所示的实施方式中可以看出，提取膜30的每个截断的光提取部件 34可具有从基底32中延伸的高度(H2)(图3)，对于每个光提取部件，该高度大致相同。在替换的设置中，在相同的提取膜30内，单独的光提取部件的高度(H2)可选择性地变化。更进一步地，如在后文中参照图 9-13更详细地所示，提取膜30可层压或粘附至光波导主体的表面，使得底切光提取部件34的高度(H2)(图3)可选择性地变化，从而根据用户偏好，产生宽范围的照度分布。根据一个实例实施方式，提取部件的每个光提取部件的高度(H2)的范围可从约100微米到约590微米，且半径(R) 为约600微米。
光提取部件34从基底32的顶部表面44中延伸到大致平坦的表面42，使得光提取部件34的弯曲形状由该平面截断。在该实例中，截断的半球形光提取部件34具有均匀的圆形侧面48(图3)，该侧面从基底32的顶部表面44延伸到光提取部件34的大致平坦的表面42。如此，由于光提取部件34具有均匀的圆形侧面48，所以每个光提取部件34具有邻近基底 32的最大横截面尺寸，并且随着圆形侧面48从基底朝着平坦部分42延伸，该横截面尺寸远离基底时变得更小。半球形光提取部件34可具有由平面 42截断为预先选择的高度(H2)的预先选择的长度的半径(R)。在一个实例中，半球形光提取部件34可具有600微米的半径，该半径截断为某个高度，例如，该高度的范围可在100-590微米之间。当然，可选择性地使用其他半径长度和截断高度。更进一步地，在相邻的光提取部件34之间的最小距离可选择性地取决于光提取部件的半径(R)以及所使用的膜制造方法的限制，且实例性最小距离是半径的两倍(2×(R))(为了紧密包装，提取部件接触基底)或更大。在其他实例中，可使用小于半径的两倍(2×(R))的值，其中，由于光学的原因(例如，为了提高提取效率)，期望提取部件重叠。
在图4中可以看出，截断的光提取部件34以交替交错的行的图案设置在基底32的顶部表面44上。在该实例实施方式中，在相邻的提取部件的中心点(c)之间的距离(dx)在整个阵列中可以一致。在提取部件刚好与基底接触而期望高提取水平的区域中(且因此对于该区域为接近最大可能的光输出的亮度)，突出的光提取部件34的中心到中心的间距(dx)可选择性地具有约为半径的两倍(2×(R))的值。在期望更小的亮度的区域中，使用比半径的两倍(2×(R))更大的值。在期望最大可能的光提取的情况下，包含略微小于半径的两倍的值可能是有用的，从而在基底32 处的光提取部件34之间具有轻微的重叠。在该实例中，在该阵列中的相邻提取部件中心点(c)之间，可使用1.5微米的距离(dx)。如此，在一行中的提取部件的中心点(c)与作为在相邻的一行中的相邻提取部件之间的中点的等分线点(b)之间的距离(dy)在阵列46中还可设为一致的长度。在该实例中，在对于(dx)具有约1.5毫米的距离的六角形阵列46 中，距离(dy)可约为1.3毫米(或者更确切地，对于规则的六角形阵列，)。例如，一个特定的实例实施方式可提供提取部件30，该部件30具有截断为378微米的高度(H2)的600微米半径的半球形提取部件，这些提取部件设置成1.5毫米(dx)乘以1.3毫米(dy)的六角形阵列。在各种其他实施方式中，可选择性地使用dx和dy距离的替换长度。如在本文中所提供的，截断的半球形提取部件的可选高度(H2)以及位于膜的基底的顶部的底切光提取部件的图案提供了宽范围的照度分布。
图5-7示出了替换成形的光提取部件。在图5-7中的光提取部件具有棱形，提供了替换的底切几何图形以用于进行光提取。具体地，在图5中示出了五角棱镜形状60，在图6中示出了鸽尾型棱镜形状62，并且在图7 中示出了普罗棱镜形状64。在提取膜的替换的实施方式中，棱形光提取部件可形成在基底32的顶部表面44上。还可包括棱形光提取部件，且在提取膜30的基底的顶部表面44上具有截断的半球形光提取部件34。例如，设置在提取部件30的基底32上的光提取部件的六角形阵列46(图2-4) 可具有设置在该阵列中的截断的半球形和棱形光提取部件。可选择性地使用截断的弯曲的光提取部件和棱形光提取部件的各种设置和组合。
图8和图9示出了膜30应用(application，涂覆)于光波导50的波导主体52。在该实例实施方式中，光波导50具有设置在输入部分55中的光源56，该输入部分55具有带有一对控制表面59a、59b的控制部57。耦合腔体58从控制部57中延伸，且波导主体52从耦合腔体58中延伸。例如，控制表面59a、59b可被设计为促使引导由设置在光耦合腔体58内或者设置为与光耦合腔体58相邻的光源56形成的光进入波导主体52的延伸的臂部部分内。由于全内反射，所以光线可穿过波导主体52传播。根据众所周知的TIR原理，光线继续穿过波导主体52传播，直到这种光线以特定的角度撞击反射率表面，该角度小于相对于光线入射的表面点的法线测量的角度，或者同样，直到光线超过相对于光线入射的表面点的切线测量的角度，并且光线溢出，在图9和图10中可以看出。
光源56可形成通过耦合腔体58耦合进波导主体52内的光。光源56 可以为一个或多个发光二极管(LED)或适合于将光发射给波导主体52 的其他替换的光源。例如，光源56可以为白色LED，或者可包括一个LED 模块或多个LED，其中仅包括涂有荧光粉的LED或者包括涂有荧光粉的 LED以及彩色LED的组合，例如，绿色LED等。在要产生柔白色照明的情况下，光源可包括蓝变黄LED和红色LED。在本领域中众所周知，可使用其他LED组合来产生不同的颜色温度和外观。
在图8中可以看出，在层压之前，提取膜30与波导主体52的提取表面54对准，以便光提取部件34定位于与提取表面54接触。波导主体52 和提取膜30可由相同的材料制成。例如，波导主体52和压花提取膜部件 30可由丙烯酸材料、硅树脂、聚碳酸酯、玻璃或其他合适的光学透射材料制成。可替换地，波导主体52和提取膜30可由不同的光学透射材料制成。
在图9和图10中，提取膜30被示出为固定至波导主体52的提取表面54。在该实例实施方式中，截断的半球形光提取部件34可层压到波导主体52的底部表面60，以便提供底切几何形状以用于实现TIR提取。光提取部件34设置在基底32与波导主体52的底部表面60之间，以便从波导主体52中反射的光通过截断的半球形光提取部件34进入提取部件30 中。层压到波导主体52的底部表面60并且设置在基底32的顶部的截断的半球形光提取部件34提供要形成的照明图案以用于一般照明。在该实例实施方式中，波导主体52的底部表面60可以为大致平滑的表面，且层压的压花提取膜30提供从底部表面60的控制的光提取。
如图9中所示，与波导主体52的底部表面60相反(相对)的顶部表面62可包括设置在顶部表面上的额外的交替成形的光提取部件64。额外的交替光提取部件64可沿着波导主体52的顶部表面62由各种图案或配置构成，以便提供期望的提取特征。例如，顶部表面62可通过交替的脊梁和槽谷而形成纹理或成阶梯式，或者可包括任何其他结构。在替换的实施方式中，波导主体52的底部表面60还可具有纹理、成阶梯式或者从平滑的表面修改成提供光提取特征以及固定至该底部表面的提取膜30。
参照图10，提取膜30被示出为应用于波导主体52，其中，该膜具有与波导主体的折射率相同或几乎相同的折射率。在该实例中，波导主体52 和提取膜30由相同的材料制成。在图10中可以看出，在波导主体52内传播的光线可通过‘孔’或界面进入提取膜30中，通过使光提取部件34的平面42与波导主体52的提取表面54粘合来产生该‘孔’或界面。某些光线可接触底切光提取部件34的圆形或主要提取表面48并且根据入射角从弯曲表面48中反射或折射。然后，可以朝着基底32引导光线，并且该光线离开膜30的底部表面70以用于进行控制的提取。与上述孔相结合，截断的半球形光提取部件34的圆形表面48提供底切特征和提取几何图形以用于进行控制的照明。此外，根据提取部件的截断的半球形光提取部件的高度，照明图案可选择性地变化。
设置在波导主体52的底部表面60上的提取膜30的光提取部件34 促使光线以受控制的方式离开波导主体52。与弯曲的提取表面48相互作用的光线首先通过由在光提取部件42的顶部与波导的底部表面60之间的接触形成的孔进入提取膜30中。主要在反射离开顶部波导表面62之后，在光提取部件34的平面42中的孔确保与弯曲的提取表面48相互作用的光线这样做(图9)。该方法提供了比已知的提取器更好的显著优点，已知的提取器具有与从这两个波导表面入射的光相互作用的提取表面。由于由在波导中的相反表面反射的光线在基本上相反的方向这样做，所以传统的提取表面难以通过高提取效率以及高方向性(例如，向上相对向下发射的光)在一系列照度图案上提供控制良好的照度分布。
除了在与弯曲的提取表面48相互作用的光线的主要方向上提供控制以外，在某些应用中，还可取地进一步控制在波导50内的光线的主要方向的角度分布。可通过各种光学表面，例如，LED 56(图9)的主要光学器件或透镜、波导控制57以及控制表面59等，实现控制光线的角度分布。在波导内控制光的角度分布并且在撞击提取表面48的光线的方向上进行控制，可对发射的照度分布、亮度分布、光学效率以及发光体的方向性提供额外的控制。可以看出，使用提取膜30(仅是提取膜、或者提取膜以及在波导内的额外角度控制分布)产生高度控制的光束，根据在提取膜30 中使用的光提取部件34的高度，这些光束可通过准直的方式被提取或者扩散到各种可选的照明图案的广泛分布内。
参照图11，沿着底部提取表面60设置示出为具有提取膜30的光波导50，并且波导主体52具有设置为与波导主体52的相反顶部提取表面 62相邻的光反射部件72。在表示传统的顶置式暗灯槽型发光体的该实例实施方式中，光反射部件72可设置在光波导50之上。反射镜72可包括表面74，该表面74具有白色或镜面反射涂层或者固定或应用于其中的其他部件。离开波导50的顶部表面62的光由表面74反射并且通过波导和提取膜30向下重新引导，其中，光可以为房间提供有用的照明，从而提高效率。
现参照图12A-12C，示出了实例提取膜30a、30b、30c，每个膜具有相应的光提取部件34a、34b、34c，它们具有各自不同的高度H2a、H2b、 H2c。图12A-12C示出了在透镜膜基底32的顶部表面44与波导主体52 的底部提取表面54之间的不同尺寸的间隙。提取膜和光波导可由相同的材料构成，在图12A-12C的实例中它们具有相同或几乎相同的折射率。在每个实例实施方式中的间隙与截断的半球形光提取部件34a、34b、34c的高度H2a、H2b、H2c对应。如在本文中所提供，改变间隙的长度(即，高度H2a、H2b、H2c)将从具有粘附至光波导的提取膜的光波导中提供宽范围的照度分布图案。例如，在图13A-13J中示出的照度分布与通过将高度H从132微米系统地变成574微米所获得的模拟分布对应。在图 12A-12C的实例实施方式中，每个提取膜具有相同的基底高度H1和光提取部件的相同六角形阵列图案。为了获得照度分布，在这些实例实施方式中，提取膜30a、30b、30c包括光提取部件的1.5毫米×1.3毫米的六角形阵列，具有600微米的半径以及500微米的基底高度，且每个提取膜固定至1°的锥形波导。在图12A的实例提取膜30a中，截断的半球形光提取部件34a具有181微米的高度(H2a)，这产生与在图13B所示的图案对应的照度分布图案。在图12B的实例提取膜30b中，截断的半球形光提取部件34b具有378微米的高度(H2b)，这产生与在图13F所示的图案对应的照度分布图案。在图12C的实例提取膜30c中，截断的半球形光提取部件 34c具有574微米的高度(H2c)，这产生与在图13J所示的图案对应的照度分布图案。可以看出，利用本文中提供的提取膜，通过改变在提取膜的基底与波导主体的表面之间的间隙，可实现宽范围的高度控制的照度分布。
光提取部件34的高度影响波导50的光照明的分布。在图13A-13J 中可以看出，具有在其上设置的光提取部件34的波导50产生照明分布，该分布随着光提取部件的高度而变化(在图13A-13J中所示的照明分布，假设相同的提取膜30的光提取部件34均具有大致相同的高度)。图13A 的照明图案提供有提取膜，其具有高度为132微米的光提取部件。图13B 的图案提供有高度为181微米的光提取部件；图13C的图案提供有高度为 230微米的光提取部件；图13D的图案提供有高度为279微米的光提取部件；图13E的图案提供有高度为328微米的光提取部件；图13F的图案提供有高度为378微米的光提取部件；图13G的图案提供有高度为427微米的光提取部件；图13H的图案提供有高度为476微米的光提取部件；图 13I的图案提供有高度为525微米的光提取部件；以及图13J的图案提供有高度为574微米的光提取部件。可以看出，照度分布从在图13D中的高度约为279微米的光提取器的“洗墙”分布(即，具有明显的边对边照明元件的分布)变成在图13G中的高度约为427微米的光提取器的接近朗伯分布，变成在图13J中的高度约为574微米的光提取器的更加准直的筒灯或点分布。通常，在光提取部件的横截面尺寸随着高度变化时，由于在底切光提取部件34的平面42与波导主体52之间的光学耦合表面区域和光提取孔区域的变化而造成照明变化。通过改变在透镜膜基底与波导主体的表面之间的间隙，底切光提取部件提供宽范围的照度分布。
工业实用性
在相同的程度上，在本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请以及专利)在此并入本文中，以作参考，犹如单独地并且特别地指出包含每个参考文献以作参考并且在本文中列出每个参考文献的全文。
在描述本发明的背景下(尤其在权利要求的背景下)使用术语“一个(a)”、“一个(an)”、“所述(the)”以及相似的引用，要理解为包括单数和复数意义，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。在本文中叙述值的范围，仅仅旨在用作单独地表示每个单独值落在该范围内的快捷方法，除非在本文中另有说明，并且每个单独值包含在说明书内，犹如在本文中单独叙述。可通过任何合适的顺序执行在本文中描述的所有方法，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。使用在本文中提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)，仅仅旨在更好地阐明本公开，而非对本公开的范围造成限制，除非另有声明。在说明书中的任何语言都不应理解为表示对本公开的实践必不可少的任何未主张的部件。
鉴于以上描述，对于本领域的技术人员，本公开的多种修改将显而易见。在本文中描述本公开的优选实施方式，包括用于执行本公开的发明人已知的最佳模式。应理解的是，所说明的实施方式仅具有示例性，而不应被视为限制本公开的范围。

Claims (32)

1.一种照明设备，包括：
第一波导主体臂部，具有第一部分和第二部分，所述第二部分相对于所述第一部分以非零角度设置；
第二波导主体臂部，具有第三部分和第四部分，所述第四部分相对于所述第三部分以所述非零角度设置，其中，耦合腔体限定在所述第二部分和所述第四部分之间；
第一膜，设置在所述第一波导主体臂部的所述第一部分的第一表面上，其中，所述第一膜包括第一基底以及设置在所述第一基底与所述第一表面之间的第一多个底切光提取部件，并且其中，所述第一多个底切光提取部件的至少一些中的每一个包括第一横截面弯曲形状；
第二膜，设置在所述第二波导主体臂部的所述第三部分的第三表面上，其中，所述第二膜包括第二基底以及设置在所述第二基底与所述第三表面之间的第二多个底切光提取部件，并且其中，所述第二多个底切光提取部件的至少一些中的每一个包括第二横截面弯曲形状；以及
光源，设置为邻近所述第二部分和所述第四部分，从而来自所述光源的光分别全内反射穿过所述第二部分和所述第四部分进入所述第一部分和所述第三部分，并且所述光分别经由所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件提取。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件设置成六角形阵列。
3.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一和第二横截面弯曲形状为半球形。
4.根据权利要求3所述的照明设备，进一步包括具有棱柱形状的多个额外的光提取部件。
5.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一和第二波导主体臂部和所述第一和第二膜由相同的材料制成。
6.根据权利要求1所述的照明设备，进一步包括第一反射器和第二反射器，所述第一反射器设置为邻近所述第一波导主体臂部的所述第一部分的与所述第一表面相对的第二表面，所述第二反射器设置为邻近所述第二波导主体臂部的所述第三部分的与所述第三表面相对的第四表面。
7.根据权利要求1所述的照明设备，进一步包括设置在所述第一部分的与所述第一表面相对的第二表面上的第三多个底切光提取部件和设置在所述第三部分的与所述第三表面相对的第四表面上的第四多个底切光提取部件。
8.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所有所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件具有大致相同的高度。
9.根据权利要求8所述的照明设备，其中，所述第一和第二基底中的每一个具有恒定厚度。
10.根据权利要求9所述的照明设备，其中，所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件中的每一个具有截断的形状，且所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件中的每一个的高度在100微米到590微米的范围内，并且所述第一和第二基底中的每一个的厚度约为500微米。
11.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件各自均具有截断的横截面形状。
12.根据权利要求11所述的照明设备，其中，所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件各自均包括一系列伸长的平行突出部分。
13.根据权利要求11所述的照明设备，其中，所述截断的横截面形状是半球形。
14.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一和第二波导主体臂部和所述第一和第二膜由不同的材料制成。
15.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一多个底切光提取部件和所述第二多个底切光提取部件中的每一个分别具有与所述第一和第二基底邻近的第一横截面尺寸以及分别具有远离所述第一和第二基底的小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸。
16.一种照明设备，包括：
波导主体，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
膜，设置在所述波导主体的所述第一表面上，其中，所述膜包括基底以及在所述基底与所述第一表面之间设置成图案的多个底切光提取部件，其中所述多个底切光提取部件的至少一些中的每一个具有横截面弯曲形状，并且所述多个底切光提取部件的所述至少一些分布在邻近的行中；并且
其中，在第一行中的第一底切光提取部件的第一中心点到等分线点之间的第一距离dy由包括下式的等式定义，其中所述等分线点包括在邻近所述第一行的第二行中的第二底切光提取部件的第二中心点与在第三底切光提取部件的邻近的第三中心点之间的中点：
其中，dx是所述第二底切光提取部件的所述第二中心点与所述第三底切光提取部件的所述第三中心点之间的第二距离。
17.根据权利要求16所述的照明设备，其中，至少一些所述多个底切光提取部件中的每个具有与所述基底邻近的第一横截面尺寸以及远离所述基底的小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸，并且进一步具有大致相同的高度。
18.根据权利要求17所述的照明设备，其中，每个底切光提取部件均具有截断的弯曲形状。
19.根据权利要求18所述的照明设备，其中，所述截断的弯曲形状是半球形。
20.根据权利要求16所述的照明设备，进一步包括具有棱柱形状的多个额外的光提取部件。
21.根据权利要求16所述的照明设备，其中，所述多个底切光提取部件设置成六角形阵列。
22.根据权利要求16所述的照明设备，进一步包括反射器，所述反射器被设置为邻近与所述第一表面相对的所述第二表面。
23.根据权利要求16所述的照明设备，其中，每个光提取部件具有截断的形状，且每个光提取部件具有在100微米到590微米的范围内的大致相同的高度，并且所述基底的厚度约为500微米。
24.根据权利要求20所述的照明设备，其中，多个所述光提取部件包括一系列伸长的平行突出部分，每个所述突出部分具有截断的横截面形状。
25.一种制造光波导的方法，所述方法包括以下步骤：
设置光学透射膜，所述光学透射膜具有基底以及设置在所述基底上的多个底切光提取部件；
提供波导主体；以及
利用设置在所述基底与所述波导主体的表面之间的所述多个底切光提取部件将所述光学透射膜固定到所述波导主体的所述表面，
其中，所述多个底切光提取部件的至少一些分布在邻近的行中，
其中，在第一行中的第一底切光提取部件的第一中心点到等分线点之间的第一距离dy由包括下式的等式定义，其中所述等分线点包括在邻近所述第一行的第二行中的第二底切光提取部件的第二中心点与在第三底切光提取部件的邻近的第三中心点之间的中点：
Figure FDA0002290636250000051
其中，dx是所述第二底切光提取部件的所述第二中心点与所述第三底切光提取部件的所述第三中心点之间的第二距离。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，设置光学透射膜的步骤包括形成多个光提取部件的步骤，所述多个光提取部件具有与所述基底邻近的第一横截面尺寸以及远离所述基底的小于所述第一横截面尺寸的第二横截面尺寸。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，设置光学透射膜的步骤包括在所述基底上形成具有截断的弯曲形状的所述底切光提取部件的步骤。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所截断的光提取部件具有半球形状。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，设置光学透射膜的步骤包括在所述基底上以六角形图案形成所述底切光提取部件的步骤。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，设置光学透射膜的步骤包括将所述底切光提取部件形成为具有在100微米到590微米的范围内的大致相同的高度和将所述基底形成为具有约为500微米的厚度的步骤。
31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述表面包括第一表面，并且所述光波导进一步包括设置在与所述第一表面相对的第二表面上的额外的多个光提取部件。
32.根据权利要求25所述的方法，进一步包括将所有所述光提取部件形成为具有大致相同的高度的步骤。
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