TW201400947A - 照明轉換器 - Google Patents

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Abstract

本發明大體係關於一種能夠將光自一幾何格式轉換為另一幾何格式之照明轉換器。詳言之，所描述之照明轉換器能夠將諸如一LED之一圓光源轉換為適用於一邊緣光照式波導中之一線性光源，該邊緣光照式波導可用於一顯示器之一背光中。

Description

照明轉換器 相關申請案
本申請案與題為「ILLUMINATION CONVERTER」之PCT專利申請案第PCT/US2011/058213號(國際申請日期為2011年10月28日)有關，該PCT專利申請案以引用之方式併入本文中。
空間光調變器(特定地包括液晶顯示器(LCD))常常使用背光或前光來提供用於顯示器之光。此等光之常見光源係發光二極體(LED)，其中該等LED位於LCD的正下方(所謂之直接光照)抑或照明安置於LCD下方之波導的邊緣(所謂之邊緣光照)，或以上兩者之組合。組合之實例係背光由照明波導之LED陣列製成的情況，其中該等波導經平鋪以形成背光。
光波導可為扁平薄片抑或可成錐形，且可具有用反射材料(諸如金屬帶)塗佈之邊緣。波導係通常藉由將樹脂模製或澆鑄成接近最終形狀或最終形狀而製造，或其係自一較大薄片製造。
本發明大體係關於一種能夠將光自一幾何格式轉換為另一幾何格式之照明轉換器。詳言之，所描述之照明轉換器能夠將諸如LED之圓光源轉換為適用於邊緣光照式波導中之線性光源，該邊緣光照式波導可用於顯示器之背光中。在一態樣中，本發明提供一種照明轉換器，其包括：可見光透明膜之螺旋形纏繞部分及可見光透明膜之平坦 部分。可見光透明膜之螺旋形纏繞部分包括：一中心軸線，可見光透明膜纏繞於該中心軸線上；垂直於該中心軸線之一光輸入表面，該光輸入表面包含可見光透明膜之第一邊緣；一反射表面，其包含可見光透明膜之第二邊緣，該第二邊緣經安置而與可見光透明膜之第一邊緣成45度角；及平行於該中心軸線之一光輸出區域。可見光透明膜之平坦部分自可見光透明膜之螺旋形纏繞部分沿切線方向延伸至可見光透明膜之光輸出邊緣，其中該可見光透明膜為玻璃膜。
在另一態樣中，本發明提供一種背光，其包括一照明轉換器及一發光二極體(LED)。該照明轉換器包括可見光透明膜之螺旋形纏繞部分及可見光透明膜之平坦部分。可見光透明膜之螺旋形纏繞部分包括：一中心軸線，可見光透明膜纏繞於該中心軸線上；垂直於該中心軸線之一光輸入表面，該光輸入表面包含可見光透明膜之第一邊緣；一反射表面，其包含可見光透明膜之第二邊緣，該第二邊緣經安置而與可見光透明膜之第一邊緣成45度角；及平行於該中心軸線之一光輸出區域。可見光透明膜之平坦部分自可見光透明膜之螺旋形纏繞部分沿切線方向延伸至可見光透明膜之光輸出邊緣，其中該可見光透明膜為玻璃膜。該LED經安置而鄰近於光輸入表面，且能夠將光射入至光輸入表面中。
上述概要並不意欲描述本發明之每一所揭示之實施例或每個實施。以下諸圖及詳細描述更特定地例示說明性實施例。
100‧‧‧照明重定向器
102‧‧‧第一部分
104‧‧‧第二部分
110‧‧‧可見光透明膜
112‧‧‧第一主要表面
114‧‧‧第二主要表面
116‧‧‧光輸出邊緣
118‧‧‧反射邊緣
119‧‧‧第二邊緣
120‧‧‧光輸入邊緣
121‧‧‧第一邊緣
125‧‧‧光輸入尖端
127‧‧‧光輸出區域
130‧‧‧輸入可見光線
135‧‧‧經部分準直之輸入圓錐體
140‧‧‧輸出可見光線
200‧‧‧照明轉換器
202‧‧‧第一部分/螺旋形纏繞部分
204‧‧‧第二部分/平坦部分
210‧‧‧可見光透明膜
216‧‧‧光輸出邊緣
218‧‧‧反射邊緣
220‧‧‧光輸入邊緣
222‧‧‧光輸入表面
225‧‧‧光輸入尖端
227‧‧‧光輸出區域
250‧‧‧中心軸線
255‧‧‧纏繞方向
300‧‧‧照明轉換器系統
360‧‧‧光積分圓柱體
365‧‧‧準直光學器件
370‧‧‧發光二極體(LED)
380‧‧‧背光
382‧‧‧背光輸入邊緣
384‧‧‧間隙
386‧‧‧前表面
388‧‧‧光提取特徵
在本說明書全篇中參考隨附圖式，其中相似參考數字指定相似元件，且其中：圖1展示照明重定向器之透視示意圖；圖2A至圖2C展示照明轉換器之透視示意圖；及圖3展示照明轉換器系統。
諸圖未必係按比例繪製。在該等圖中使用之相似數字指代相似組件。然而，應理解，使用數字指代給定圖中之組件並不意欲限制另一圖中之以相同數字標記的組件。
本發明描述一種用於適用於空間光調變器顯示器中之背光或前光的配光器件。該配光器件可大體描述為照明轉換器，其接受來自光源(諸如點光源或其他小橫截面積光源)之輸入光，且將光轉換為可用以(例如)照明波導之邊緣的線光源。
在一特定實施例中，照明轉換器可包括：至少一LED；用於由LED發射之光的集光系統；及一透明膜，其經切割而具有輸入邊緣、輸出邊緣及反射邊緣。在一特定實施例中，輸入邊緣與輸出邊緣形成直角，且反射邊緣相對於該輸入邊緣及該輸出邊緣成45度角。該膜可被捲成圓柱形狀，其中輸入邊緣距位於圓柱體之中心中的輸出邊緣最遠，該圓柱體之軸線平行於輸出邊緣，且其中集光系統之輸出照明圓柱體之形成有輸入邊緣之末端。
邊緣光照可歸因於波導較薄而同時達成均一受照之顯示器而具有優於直接光照之優點。然而，邊緣光照具有若干挑戰。波導之邊緣的縱橫比(例如，寬度比厚度)通常非常高(常常超過10：1或甚至超過100：1)，而典型LED具有接近於1之縱橫比。此在嘗試將LED耦合至波導邊緣以充分照明顯示器時產生若干問題。在一些狀況下，通常僅使用少量LED來照明波導之一或多個邊緣，且此可跨越波導之表面而在LCD照明中產生非均一性。在一些狀況下，光學系統之光展量可增加，從而導致波導所需的厚度增加。此可導致使用不同增益膜之背光之再循環系統效率的潛在降低。
在一些狀況下，LED邊緣光照式顯示器使用諸多方法中之一者來產生白光。一種此方法係將磷光體添加至紫外線(UV)或藍色LED以藉 由降頻轉換所發射之輻射來產生白光。磷光體通常將小型LED之光展量增加至比大型LED大的程度。另一種產生白光之方法係組合紅色、綠色及藍色發光LED。習知邊緣光照式波導可使得非常難以使用此等色彩組合光學系統來減小光展量。
本發明藉由使用照明轉換器來提供光源與背光波導之間的光展量匹配。所要之照明轉換器增加使用再循環膜之背光中的光學效率、減小背光厚度且降低材料成本及消耗。
在一特定實施例中，可將照明轉換器描述為「圓轉線」照明轉換器；亦即，輸入光之幾何格式已自圓轉換為線性。在此實施例中，照明轉換器變換自LED收集之光的通常低縱橫比輸出，且將其轉換為可適合用於邊緣光照式顯示器中之線性光源。
圖1展示根據本發明之一態樣之照明重定向器100的透視示意圖。在一特定實施例中，照明重定向器100展示可用以形成照明轉換器之可見光透明膜110的屬性，如在別處所描述。可見光透明膜110可為高度透明之聚合物或玻璃膜，其對於波長在450nm與650nm之間的光而言較佳具有小於6dB/m損耗。損耗可由諸如體積或表面散射及吸收之效應產生。合適之聚合物包括丙烯酸酯(尤其係聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚矽氧、聚酯、聚烯烴、聚碳酸酯及其類似者。聚合物膜可藉由擠製、澆鑄及固化或溶劑塗佈而製成。
合適之玻璃膜包括基於無機氧化物(特別係非晶形無機氧化物)之彼等玻璃膜。較佳者係基於二氧化矽之玻璃，尤其係基於二氧化矽與以下各者中之一或多者之混合物的玻璃：鋁、鎂、鈣、鋰、鈉、鉀、鐵、鉻、錳、鈷、鈦、硫、鋇、鍶、鉛、鋯及包括氟及硒之元素的氧化物。尤其較佳者係諸如藉由Schott玻璃製成之N-BK7的硼矽玻璃。較佳使用此項技術中已知之合適拉伸製程(諸如用於製造用於液晶顯示器(LCD)產業之玻璃膜的彼等拉伸製程)來將玻璃製成為具有非常平 滑之表面的薄膜。術語「膜」或「薄片」在本文中可互換地使用以用於描述聚合物及玻璃形式，且包括具有在約10微米與2000微米之間的厚度的材料。
可見光透明膜110包括藉由光輸出區域127而分離的第一部分102及第二部分104。可見光透明膜110進一步包括第一主要表面112、第二對置之主要表面114及位於其間之光輸出邊緣116。光輸出區域127表示穿過可見光透明膜110之橫截面，其垂直於光輸入邊緣120。在一些狀況下，可能需要相對於光輸出區域127在光輸出邊緣116上形成一角度，且因而表示穿過可見光透明膜110之橫截面，其可經安置而與第二邊緣119成角度「θ」(在圖1中展示為約90度)。
本文中所描述之邊緣中之每一者具有厚度「t」，其中「t」遠小於可見光透明膜110中之任何其他尺寸，從而導致高縱橫比(亦即，寬度抑或長度除以厚度)波導。可見光透明膜110中之其他尺寸(諸如寬度「W」、包括光輸入邊緣120之第一長度「L1」及包括第一邊緣121及與第一邊緣121對置之第二邊緣119的第二長度「L2」)可各自比可見光透明膜110之厚度「t」大高達10倍、大高達100倍或甚至大高達100倍以上。
可見光透明膜110之第一部分102包括反射邊緣118，該反射邊緣118經安置而與光輸入邊緣120成45度角，且自光輸入尖端125延伸至光輸出區域127。反射邊緣118可包括能夠在可見光透明膜內達成全內反射(TIR)或藉由安置於邊緣表面上之反射塗層來達成TIR的經拋光表面。在一些狀況下，反射塗層可包括諸如銀、鋁及其類似者之金屬塗層，或反射塗層可包括一介電塗層(諸如包括交替之無機或有機介電層的多層介電塗層)，如此項技術中所已知。
輸入可見光線130經由光輸入邊緣120而進入照明重定向器100之第一部分102，自反射邊緣118反射，穿過光輸出區域127，且經由照 明重定向器100之第二部分104的光輸出邊緣116作為輸出可見光線140而退出照明重定向器100。
輸入可見光線130中之每一者可為經部分準直之輸入光線，該等輸入光線係經由包括準直角「α」之經部分準直之輸入圓錐體135而散佈。在一些狀況下，準直角「α」之範圍可取決於光源之組態而高達約45度、高達約40度、高達約30度、高達約20度或高達約15度，如為熟習此項技術者所已知。較佳地，準直角「α」之範圍可為約5度至約20度。
穿過照明重定向器100之在準直角「α」內之輸入可見光線130中的每一者的路徑可包括藉由TIR及其類似者而自第一主要表面112及第二主要表面114的多次反射。通常，當照明重定向器100之材料的折射率大於與照明重定向器100之表面接觸之材料的折射率時，可發生TIR。因而，在一些狀況下，在鄰近於需要TIR之表面中的每一者處提供間隙(諸如氣隙)。在一些狀況下，可將可見光透明膜110塗佈於具有低折射率塗層(包括氟碳化物、聚矽氧及諸如超低折射率塗層及相分離之多塊共聚物之多孔材料)之一或多個表面上，以增強TIR。在一些狀況下，可將可見光透明膜110塗佈於具有反射材料(諸如在別處所描述之金屬或介電塗層)之一或多個表面上。可見光透明膜110可具有位於一或多個表面上之其他塗層，包括硬塗層、平坦化塗層及抗靜電塗層。
在一些狀況下，角「θ」可小於90度(諸如約45度(未圖示))，且可使光輸出邊緣116以類似於反射表面118之方式反射光，且使光透射穿過第二邊緣119(亦即，在與圖1中所示之輸入可見光線130之方向大體相同的方向上)。在一些狀況下，角「θ」可大於90度(諸如約135度(未圖示))，且可使光輸出邊緣116以類似於反射邊緣118之方式反射光，且使光透射穿過第一邊緣121(亦即，在與圖1中所示之輸入可見光線 130之方向大體相反的方向上)。應理解，可在需要時調整角「θ」以將輸出可見光線140導引穿過所選之輸出邊緣，且最終導引至波導中或平鋪至波導中，如在別處所描述。
圖2A至圖2C展示根據本發明之一態樣之照明轉換器200的透視示意圖。圖2A至圖2C中之編號元件200至227中的每一者對應於圖1中所呈現之相似編號元件100至127，且每一元件之描述與功能兩者係對應地相同的。舉例而言，圖2A至圖2C中之可見光透明膜210對應於圖1中之可見光透明膜110。
可將可見光透明膜210之包括光輸入邊緣220及45度反射邊緣218的第一部分202(下文中稱作螺旋形纏繞部分202)捲成一螺旋形物，使得光輸入邊緣220形成可為圓形面之光輸入表面222。自圖2A進行至圖2B再進行至圖2C，可見光透明膜210在纏繞方向255上螺旋地纏繞於中心軸線250上，以光輸入尖端225開始且繼續至少直至光輸出區域227被螺旋地纏繞。以此方式，光輸入邊緣220變成螺旋形纏繞部分202中之複數個螺旋包覆部，從而形成光可被射入之光輸入表面222，繼而將圓光源轉換為線性光源。可見光透明膜210之第二部分204(下文中稱作平坦部分204)自螺旋形纏繞部分202沿切線方向延伸。
可鬆散地組裝螺旋形物以提供間隙，諸如具有鄰近於可見光透明膜之空氣介面以用於促進TIR的氣隙，或可將螺旋形物之每一層與折射率低於可見光透明膜之材料結合。舉例而言，可見光透明膜可自具有相對高折射率之聚合物(諸如聚碳酸酯)製成，且可將該膜與一黏著劑薄層(諸如光學透明黏著劑(例如，獲自3M公司之「OCA」))或可固化之低折射率樹脂(諸如丙烯酸單體)結合，該黏著劑薄層或該可固化之低折射率樹脂可在將膜捲成螺旋形物之後加以固化。亦可藉由真空塗佈材料(包括有機或無機材料，或其混合物)來塗覆低折射率塗層。合適之低折射率塗層包括(例如)二氧化矽及氟化鎂。
可藉由使用符合螺旋形物內部之形狀的心軸、用受控制之結合黏著劑(諸如熱熔黏著劑、真空或機械夾持)將螺旋形物之起點附接至心軸來形成螺旋形物。在使用可固化之結合系統來將螺旋形物固持在一起的狀況下，可藉由使用光化輻射(諸如紫外線或電子束)或熱固化系統來結合被捲起之膜。
在一些狀況下，可將膜加熱至其可變形但未因(例如)破裂而被損壞的溫度。通常，合適之溫度係在玻璃態化溫度與熔點之間。可接著在熱的時候將膜捲成螺旋形狀，且接著冷卻以產生穩定之螺旋形結構。可用在成形溫度下變軟的材料來塗佈該膜，且將該膜結合至呈螺旋形式之鄰近表面。
圖3展示根據本發明之一態樣之照明轉換器系統300。圖3中之編號元件200至227中的每一者對應於圖2中所呈現之相同編號元件200至227，且每一元件之描述與功能兩者係對應地相同的。照明轉換器系統300包括照明轉換器200，該照明轉換器200具有一螺旋形纏繞部分202及自該螺旋形纏繞部分202沿切線方向延伸之平坦部分204。螺旋形纏繞部分202具有中心軸線250，且包括光輸入表面222、光反射邊緣218及將螺旋形纏繞部分202與平坦部分204分離之光輸出區域227。光輸出區域227平行於中心軸線250。
照明轉換器系統300進一步包括能夠將光射入至光輸入表面222中之LED 370。如為一般熟習此項技術者所已知，可選準直光學器件365及可選光積分圓柱體360亦可安置於LED 370與光輸入表面222之間以至少部分地使進入照明轉換器200之光準直及均勻化。
在一特定實施例中，可自形成螺旋形纏繞部分202與平坦部分204兩者之連續膜形成螺旋形纏繞部分202。在一些狀況下，平坦部分204可經延伸以形成顯示波導(可更通常地將顯示背光稱作波導)，如在別處所描述。在一些狀況下，平坦部分204可耦合至一單獨背光 380(或波導)，可自與可見光透明膜210相同或不同之材料製造該背光380。較佳地，在照明轉換器200之光輸出邊緣216與背光380之背光輸入邊緣382之間存在間隙384，其中該間隙384約為背光380之厚度的一半、背光380之厚度的四分之一，或甚至更小，且可填充有空氣抑或具有小於可見光透明膜210之折射率之折射率的材料。間隙384可導致系統效率及照明均一性之改良。在一特定實施例中，可將可選光提取特徵388包括於背光380中以提供跨越前表面386之均一光提取，如為熟習此項技術者所已知。
可將波導平鋪以照明一較大顯示器。舉例而言，可以2×1、2×2、3×2或較大陣列來配置波導。波導亦可具有位於對置邊緣上之照明轉換器，或可在一共同波導上使用若干轉換器。LED亦可置放於顯示面板的下方，其中薄波導可經平鋪以形成陣列。此組態可尤其適用於使用區域照明之顯示器以改良對比度及功率效率。
可使用用於生產波導薄片之技術來製造可見光透明膜(110、210)。此技術可用於生產聚合物膜及薄片波導，該等聚合物膜及薄片波導具有為平滑的且具有受控角度或曲率或受控角度與曲率兩者的一或多個邊緣。該技術係將兩個或兩個以上可撓性膜或薄片堆疊於兩個夾持板之間，藉此產生夾持板與膜或薄片的總成。接著在至少一個邊緣上對該總成進行研磨及拋光。可用諸如金屬、介電質及微結構化材料之材料來塗佈該等經研磨或拋光邊緣中之至少一者。
製造薄膜或薄片波導可為困難的，此係因為邊緣影響系統之總效能。一般而言，邊緣提供3種功能中之一或多者。第一種功能係透射來自諸如LED之光源的光，第二種功能係藉由TIR沿波導反射光，且第三種功能係在背光之末端處以近法線角反射光，從而增加系統效率及均一性。在所有3種狀況下，重要的係光導之邊緣未經由散射及非正交表面反射而增加光之光展量。使用習知製程來製造薄膜或薄片 中之光學平滑且正交之表面係困難的。
在一些狀況下，邊緣中之一或多者常常用光學材料(諸如銀或鋁之薄層)來塗佈，或其可具有應用於邊緣之微結構，如在別處所描述。在此等系統中，表面存在完整塗層但該塗層幾乎不延伸超過邊緣可為重要的。在一些狀況下，例如，將金屬過度噴塗至膜或薄片平坦表面上可經由散射、吸收或散射與吸收兩者而引起損耗，且導致非均一背光。在一些狀況下，亦可能需要將一受控曲線安置於膜之一或多個邊緣上。可受益於彎曲邊緣之應用包括(例如)將來自一個波導之光有效耦合至另一波導。
描述了一種用於生產薄且有效率之波導的技術，其中該薄波導技術允許使用產生特別透明之波導(詳言之，溶劑及電子束固化樹脂)的製程。該技術使用兩個夾持塊，該等夾持塊具有足夠之厚度以具有剛性，且其係由易蝕材料抑或非易蝕材料製成。若該等夾持塊係由易蝕材料製成，則對於將予以研磨並拋光之表面而言，夾持塊之尺寸應等於或大於成品中所要之最終尺寸。若夾持塊由堅硬之非易蝕材料製成，則尺寸應等於或小於最終尺寸。可自用以提供剛性之堅硬材料及可受侵蝕但未實質上磨損掉研磨及拋光介質之軟材料的組合來建構夾持塊。
可在邊緣厚度軸線垂直於膜平面的情況下研磨並拋光膜堆疊，或可研磨該堆疊，使得邊緣厚度軸線與膜平面成一角度。該角度之範圍可為0度至45度或更大。如本文中所使用，術語膜或薄片可互換地使用，且亦包括扁平或錐形膜或薄片。一般而言，膜之厚度小於10mm，更佳地小於1mm厚，且最佳地小於約200微米厚。
亦有可能研磨並拋光該堆疊，使得其在一或多個平面中形成一簡單或複雜之曲線。可藉由將邊緣研磨並拋光成所要形狀來形成具有大致平行於膜或薄片之法向軸線之表面的曲線。可藉由使光學膜與比 光學膜更容易受侵蝕的膜(以產生凸面)或受侵蝕較慢的膜(以產生凹面)交錯來製成具有平行於膜平面之曲線表面的曲線。合適之高度易蝕膜包括聚烯烴、具有小於攝氏25度之玻璃態化溫度的聚合物、多孔聚合物及氟碳化物膜。易蝕材料亦可為位於膜上之蠟或脆性塗層。具有低銷蝕率之合適膜包括諸如聚酯(包括聚對苯二甲酸乙二醇酯)之結晶聚合物及非晶形聚合物(包括聚甲基丙烯酸甲酯、環氧樹脂及填充有包括陶瓷或金屬之硬顆粒的聚合物或塗層)。
可將適型之拋光介質用於產生垂直於膜平面之彎曲表面。亦可能需要具有亦適型之研磨介質(尤其係預拋光研磨介質)。合適之研磨及拋光介質包括毛氈、聚合物膜及諸如橡膠表面之彈性介質。處理條件可影響曲度，其中膜表面與介質之間的較高壓力通常產生較高曲率。
可將膜或薄片切割成大於最終所要大小，接著將其組裝成堆疊並用夾持塊及用於施加合適力以保持堆疊之完整性的構件將其壓成總成。可接著使用習知構件(尤其係使用精研板及拋光介質)來研磨並拋光邊緣中之一或多者。可接著清洗堆疊邊緣並用以下各者中之一或多者來塗佈該等堆疊邊緣：硬塗層、諸如鋁或銀之金屬塗層、用以對表面塗底漆以用於後續塗層的助黏層、介電塗層(包括抗反射、寬頻帶及光譜或偏振選擇性塗層)及抗靜電塗層。
在一特定實施例中，亦可用微結構化材料來塗佈邊緣。用於在每一膜或薄片之邊緣處產生微結構的合適製程係將可固化樹脂及微結構化工具之組合應用於總成之經研磨及拋光之表面。較佳地，微結構經設計以在分離膜或薄片堆疊時允許該微結構之相對小的部分被損壞。此可經由對樹脂特性(尤其係強度、硬度、韌性及破裂力學)之選擇的組合、藉由微結構之選擇(諸如在微結構中具有自然破裂位置)及藉由微結構及樹脂之厚度來實現。作為一實例，可藉由以下步驟將亮 度增強膜(BEF)結構添加至堆疊之邊緣：獲得UV透明工具，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上之經澆鑄及固化之BEF圖案；用UV可固化樹脂來塗佈膜之結構化側；沿一邊緣將經塗佈之工具應用於經拋光總成；對該樹脂進行UV固化；移除該工具；及剝開該膜。
在一些狀況下，可能需要防止諸如樹脂及塗層之材料在膜之該等層之間滲透。可在堆疊之前將材料塗覆至膜或在拋光及清潔之後將材料塗覆至堆疊之邊緣。合適之材料包括蠟、氟碳化物流體(諸如獲自3M公司之FluorinertTM流體)、油、聚合物及可被移除抑或密封邊緣但將保留膜層之部分的其他材料。
實例
使用CO2雷射切條機將自N-BK7玻璃製成之若干50微米厚的膜切割成65mm×65mm直角三角形。使用夾持面將50個該等三角形之堆疊壓縮在一起以形成厚度為約25mm之延伸之直角三角形堆疊。該等夾持面係由為63mm×63mm直角三角形的6mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板製成，且定中心於所堆疊之三角形玻璃面的外部表面上。該等夾持件提供足夠力以在後續之研磨及拋光操作期間將玻璃三角形固持於適當位置但並非過大的力以致玻璃表面被損壞。該夾持件包括一托架，該托架可移動使得三角形之側邊及斜邊可藉由研磨及拋光介質接近。用研磨模(lap)來研磨並拋光玻璃三角形堆疊之側邊及斜邊，該等研磨模經定向使得研磨及拋光力係平行於玻璃三角形之邊緣。接著使用物理氣相沈積用約100nm之銀金屬來塗佈被夾持之玻璃三角形的斜邊，且用諸如氟化鎂之抗反射塗層來塗佈三角形之側邊。接著分離並清潔玻璃三角形堆疊，且可將玻璃三角形中之每一者形成為玻璃螺旋形照明轉換器。
將玻璃三角形中之一者加熱至在高於攝氏557度之玻璃態化溫度約攝氏50度與攝氏170度之間的溫度，且用心軸起離該三角形之銳頂 點中的一者以形成具有100微米直徑之圓柱體。該心軸以與圖2A至圖2B中所示之方式類似的方式而繼續捲動圓柱體以形成自該三角形之邊緣之螺旋形物製成的圓形面。接著將玻璃及心軸冷卻至低於玻璃態化溫度，移除心軸，且對玻璃螺旋形物進行退火。
使用LightTools軟體(獲自CA之Pasadena的Synopsis Corp.)來模擬經退火之玻璃螺旋形物的效能。為進行模擬，將玻璃螺旋形物纏繞使得在螺旋形物中之玻璃層之間具有10微米之氣隙，從而產生長度為63mm且具有2mm之直徑的螺旋形物。將量測為0.5mm×0.5mm且厚度為0.3mm之LED浸入空氣中且耦合至光準直光學器件，該光準直光學器件包括具有1.54mm直徑及1.04mm厚度之主透鏡。該主透鏡之第一表面係平坦的且定位於距LED 200微米處，且第二表面具有1.0486曲率。量測到直徑為1.8mm且厚度為1.1mm之第二透鏡自耦合之主透鏡而沿著光學軸線定位。第二透鏡包括：具有0.239曲率之第一表面，其定位於距主透鏡之第二表面100微米處；及第二表面，其定位於距螺旋形物之圓形面100微米處，該螺旋形物具有：具有0.795曲率、-0.894錐形常數、-0.0026229之四階非球面常數及-0.034828之六階非球面常數的多項式非球面。該螺旋形光導有效地將由透鏡所產生之圓形LED照明區域轉換為退出螺旋形物之邊緣的線性光。
以下為本發明之實施例之清單。
項目1為一種照明轉換器，其包含：可見光透明膜之螺旋形纏繞部分，其具有：一中心軸線，可見光透明膜纏繞於該中心軸線上；垂直於中心軸線之一光輸入表面，該光輸入表面包含該可見光透明膜之第一邊緣；一反射表面，其包含可見光透明膜之第二邊緣，該第二邊緣經安置而與可見光透明膜之第一邊緣成45度角；平行於該中心軸線之一光輸出區域；及可見光透明膜之平坦部分，其自可見光透明膜之螺旋形纏繞部分沿切線方向延伸至可見光透明膜之光輸出邊緣，其中 該可見光透明膜係玻璃膜。
項目2為項目1之照明轉換器，其中可見光透明膜之光輸出邊緣平行於中心軸線。
項目3為項目1或項目2之照明轉換器，其中螺旋形纏繞部分進一步包含位於螺旋形纏繞部分之鄰近層之間的間隙，使得全內反射(TIR)可發生於可見光透明膜內。
項目4為項目1至項目3之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或具有低於可見光透明膜之折射率的材料。
項目5為項目1至項目4之照明轉換器，其中反射表面包含能夠支援TIR之經拋光表面。
項目6為項目1至項目5之照明轉換器，其中反射表面包含金屬化表面反射器、介電多層反射器或其組合。
項目7為項目1至項目6之照明轉換器，其進一步包含發光二極體(LED)，該LED經安置而鄰近於光輸入表面且能夠將光射入至光輸入表面中。
項目8為項目7之照明轉換器，其進一步包含安置於LED與光輸入表面之間的集光系統。
項目9為項目7至項目8之照明轉換器，其進一步包含安置於LED與光輸入表面之間的光積分圓柱體。
項目10為項目8之照明轉換器，其進一步包含位於集光系統與光輸入表面之間的光積分圓柱體。
項目11為項目1至項目10之照明轉換器，其進一步包含經安置以自光輸出邊緣接收光的膜波導。
項目12為項目11之照明轉換器，其進一步包含位於膜波導與光輸出邊緣之間的間隙。
項目13為項目12之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或具有低 於可見光透明膜之折射率的材料。
項目14為項目1至項目13之照明轉換器，其中可見光透明膜進一步包含一外部表面塗層，該外部表面塗層具有低於可見光透明膜之折射率。
項目15為一種背光，其包含：項目1至項目14之照明轉換器；及一發光二極體(LED)，其經安置而鄰近於光輸入表面且能夠將光射入至光輸入表面中。
項目16為項目15之背光，其中可見光透明膜之平坦區域進一步包含光提取特徵。
項目17為項目15或項目16之背光，其進一步包含經安置以自光輸出邊緣接收所射入之光的膜波導。
項目18為項目17之背光，其中該膜波導進一步包含光提取特徵。
項目19為項目17或項目18之背光，其進一步包含位於膜波導與光輸出邊緣之間的間隙。
項目20為項目19之背光，其中該間隙包含空氣或具有低於可見光透明膜之折射率的材料。
除非另有指示，否則本說明書及申請專利範圍中所使用之所有表示特徵大小、量及物理性質之數字均應理解為由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及所附申請專利範圍中所陳述之數值參數為可視由熟習此項技術者利用本文中所揭示之教示來設法獲得之所要性質而變化的近似值。
除非本文中所引用之參照案及公開案可能與本發明直接抵觸，否則所有該等參照案及公開案在本發明中以全文引用之方式明確地併入本文中。雖然本文中已說明且描述特定實施例，但一般熟習此項技術者將瞭解，在不脫離本發明之範疇的情況下，多種替代及/或等效 實施方案可取代所展示及描述之特定實施例。本申請案意欲涵蓋本文中所論述之特定實施例之任何調適或變化。因此，意欲本發明僅受申請專利範圍及其等效物限制。
200‧‧‧照明轉換器
202‧‧‧第一部分
204‧‧‧第二部分
210‧‧‧可見光透明膜
216‧‧‧光輸出邊緣
218‧‧‧反射邊緣
220‧‧‧光輸入邊緣
227‧‧‧光輸出區域
250‧‧‧中心軸線
255‧‧‧纏繞方向

Claims (20)

  1. 一種照明轉換器，其包含：一可見光透明膜之一螺旋形纏繞部分，其具有：一中心軸線，該可見光透明膜纏繞於該中心軸線上；垂直於該中心軸線之一光輸入表面，該光輸入表面包含該可見光透明膜之一第一邊緣；一反射表面，其包含該可見光透明膜之一第二邊緣，該第二邊緣經安置而與該可見光透明膜之該第一邊緣成一45度角；平行於該中心軸線之一光輸出區域；及該可見光透明膜之一平坦部分，其自該可見光透明膜之該螺旋形纏繞部分沿切線方向延伸至該可見光透明膜之一光輸出邊緣，其中該可見光透明膜係一玻璃膜。
  2. 如請求項1之照明轉換器，其中該可見光透明膜之該光輸出邊緣平行於該中心軸線。
  3. 如請求項1之照明轉換器，其中該螺旋形纏繞部分進一步包含位於該螺旋形纏繞部分之鄰近層之間的一間隙，使得全內反射(TIR)可發生於該可見光透明膜內。
  4. 如請求項3之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或具有低於該可見光透明膜之一折射率的一材料。
  5. 如請求項1之照明轉換器，其中該反射表面包含能夠支援TIR之一經拋光表面。
  6. 如請求項1之照明轉換器，其中該反射表面包含一金屬化表面反射器、一介電多層反射器或其一組合。
  7. 如請求項1之照明轉換器，其進一步包含一發光二極體(LED)，該LED經安置而鄰近於該光輸入表面且能夠將光射入至該光輸入表面中。
  8. 如請求項7之照明轉換器，其進一步包含安置於該LED與該光輸入表面之間的集光系統。
  9. 如請求項7之照明轉換器，其進一步包含安置於該LED與該光輸入表面之間的一光積分圓柱體。
  10. 如請求項8之照明轉換器，其進一步包含位於該集光系統與該光輸入表面之間的一光積分圓柱體。
  11. 如請求項1之照明轉換器，其進一步包含經安置以自該光輸出邊緣接收光的一膜波導。
  12. 如請求項11之照明轉換器，其進一步包含位於該膜波導與該光輸出邊緣之間的一間隙。
  13. 如請求項12之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或具有低於該可見光透明膜之一折射率的一材料。
  14. 如請求項1之照明轉換器，其中該可見光透明膜進一步包含一外部表面塗層，該外部表面塗層具有低於該可見光透明膜之一折射率。
  15. 一種背光，其包含：如請求項1之照明轉換器；及一發光二極體(LED)，其經安置而鄰近於該光輸入表面且能夠將光射入至該光輸入表面中。
  16. 如請求項15之背光，其中該可見光透明膜之該平坦區域進一步包含光提取特徵。
  17. 如請求項15之背光，其進一步包含經安置以自該光輸出邊緣接收所射入之光的一膜波導。
  18. 如請求項17之背光，其中該膜波導進一步包含光提取特徵。
  19. 如請求項17之背光，其進一步包含位於該膜波導與該光輸出邊緣之間的一間隙。
  20. 如請求項19之背光，其中該間隙包含空氣或具有低於該可見光透明膜之一折射率的一材料。
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