TW202416504A - 光學功能性多層結構及相關製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種整合式光學功能性多層結構(100、200、300、400、500、600、700、800、900、1100、1300、1400、1500),其包含:一可撓性的、視情況可3D成形的及熱塑性的基板薄膜(102、102a),其佈置有一電路設計(106),該電路設計包含至少若干電導體,該若干電導體較佳地加成地印刷在該基板薄膜上;一光源(104),其設置於該基板薄膜的一第一側上,以在內部照明(104a、104b)該結構的至少一部分以用於外部感知(113);一光學透射塑膠層(108),其視情況由熱塑性材料製成,設置於該基板薄膜的該第一側上,該塑膠層至少橫向圍繞或鄰近、視情況還至少部分地覆蓋該光源(104),該基板薄膜視情況與該塑膠層包含相同的材料或材料層,或至少具有與之類似或較低的一折射率;及一反光片設計,其包含至少一個材料層(110),該反光片設計經組態成,視情況主要透過鏡面反射方式,將由該光源所發出且入射在該反光片設計上的光視情況朝向該塑膠層反射。本發明呈現相關製造方法。
Description
本發明大體上關於併有諸如電子、機械或光學元件之各種功能特徵之功能性整合式結構。特別地,但非排他性地,本發明考量提供包含至少一個或多個光電光源之此類結構。
在不同功能性系集之情形中,例如在電子元件及電子產品之領域中,存在各種不同堆疊總成及多層結構。涉及例如電子元件、機械或光學特徵之功能性之整合背後的動機可與相關使用情形一樣多樣。當所得解決方案最終展現多層性質時,相對更常尋求組件之大小減小、重量減輕、成本節省或僅高效整合。繼而,相關聯之使用情境可係關於產品封裝或包裝、裝置外殼之視覺設計、可穿戴電子產品、個人電子裝置、顯示器、偵測器或感測器、車用內飾、天線、標籤、車用電子元件等。
通常可藉由複數個不同技術將諸如電子組件、積體電路(IC)及導體之電子元件設置於基板組件上。舉例而言,諸如各種表面安裝裝置(SMD)之現成電子元件可安裝於基板表面上,該基板表面最終形成多層結構之內部或外部界面層。屬於術語「印刷電子元件」之技術可應用於直接生產電子元件並附加到相關基板上。在此上下文中,術語「印刷」係指在整個實質上加成印刷製程中能夠自印刷物產生電子元件/電性元件之印刷技術,包括但不限於網版印刷、柔版印刷及噴墨印刷。所使用基板可為可撓性、可拉伸及印刷材料有機物,然而並非始終為如此情況。
此外,射出成型結構電子元件(IMSE)之概念涉及以多層結構之形式構建功能裝置及其對應部分,從而儘可能無縫地包封電子功能性。IMSE之特性亦為,電子元件通常根據整個目標產品、部件或通常為設計之3D模型而製造成真實3D(非平面)形式。為了在3D基板上及在相關聯最終產品中達成電子元件之所需3D佈局,可仍使用電子元件總成之二維(2D)方法將電子元件設置於諸如薄膜之初始平面基板上,因此已容納電子元件之基板可形成為所需三維(亦即,3D)形狀且例如藉由覆蓋及嵌入諸如電子元件之下伏組件的適合塑膠材料進行包覆模製,因此保護且潛在地隱藏該等組件以免受環境影響。可將其他層及組件自然地加入至建構。
待在前述整合式結構中提供之光學特徵及功能性可包括若干光源,該等光源旨在照亮例如結構之選定內部或結構之環境。照明本身可具有不同的動機,諸如裝飾性的/美觀性的或功能性的,諸如引導或指示性的動機。
舉例而言,在一些使用情境中,環境應被照亮以增加在陰暗或黑暗條件下的可見性,此又可以使得無故障地執行通常需要相對高發光舒適度之各種人類活動(諸如行走、閱讀或操作裝置)能夠發生。替代地,照明可用於經由不同的警告或指示燈以及例如相關聯的圖形來例如關於結構或相關主裝置或連接的遠端裝置之狀態而對不同的當事人發出警告或通知。然而,照明可使結構或其主體產生所需外觀,並藉由所需顏色或亮度在視覺上強調其特定區域或特徵。因此,照明還可用於關於例如不同功能特徵(諸如裝置表面上的按鍵、開關、觸敏區域或其他使用者介面(UI)特徵)之位置或者關於被照明特徵潛在的實際功能來指示該結構或其主裝置之使用者。
然而,在所描述的及其他照明應用以及使用情境中,通常可能出現各種挑戰。
舉例而言,自所需光程及最初照明目標的角度來看,自結構或者其不同內部體積及區域之間的非所需光滲或光漏可容易地引起功能性及美觀性問題以及傳輸損耗,如熟習此項技術者容易理解的。然而,光源本身之可感知性為一個潛在的進一步的問題。在一些應用中,光源應較佳地保持被隱藏,或者僅微弱地或偶爾地被暴露。
另外,對於高度整合式結構,在例如經照明表面區域形狀、大小或位置方面達成內部傳輸及最終輸出耦合光之足夠的解析度以及在許多情況下亦為動態或適應性控制可能至少偶爾地變得困難。在各種解決方案中,控制或具體地,改善例如其整個輸出耦合表面上的光的均勻性(相對於該結構或其選定表面之總尺寸,該輸出耦合表面有時亦跨越相當大的區域)先前已發現係繁重的。此同樣亦適用於更一般的照明及光輸出耦合之空間控制。舉例而言,例如當表面含有例如待均勻照亮以向在結構外部之檢視者指示與圖符或符號相關聯之裝置功能性或狀態在作用中的圖符或符號時,此可為重要問題。簡單地利用若干光源以更有效照亮聯合目標區域或特徵,諸如,圖符,仍可引起照明熱點及額外洩漏,同時亦需要更多通常寶貴的功率及空間。獲得亮度或顏色之合宜混合亦可能具有挑戰性,並且在光源與待用其照明之區域或特徵之間需要相對長的距離,尤其在大面積照明應用中,此會增加所需結構之大小,或減小可用恰當混合效能照明之區域。
再者,諸如高功率LED之一些(在許多方面通常有利的)光源可能消耗稍微顯著的功率(容易地為約1瓦特或更大之數量級),且最終變得如此熱以至於其退化或斷裂。其亦可能損壞鄰接熱敏性元件,諸如塑膠基板。
將多個潛在複雜的引導光、輸入耦合、輸出耦合、限制或一般處理元件加入至該結構中又具有其自身的缺點,諸如空間消耗、重量及其他設計約束增加。參考例如低洩漏、損耗及類似的目標,保持該結構之高光學效能可容易進一步將該結構或所包括元件之形狀限制於在其預期使用情況下另外次優之形狀。
然而,若光學特徵諸如照明特徵待與結構中之其他特徵組合,則其他特徵可能由於例如其陰影或遮蔽效應而對發光效能產生負面影響,並且偶爾地光學特徵亦可能由於例如所面臨之空間約束而妨礙其他特徵之實施或使其複雜化。
在製造製程方面,除了整體製程複雜性之外,在結構中採用各種光學特徵亦可增加所面臨複雜性之程度,此歸因於所加入特徵之相互(不)相容性或與剩餘材料及特徵以及相關製程階段(慮及例如包覆模製)之(不)相容性,導致故障率增加/產率降低。舉例而言,若與較低熔化溫度相關聯之材料(例如,聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)與較高熔化溫度之模製材料(例如,聚碳酸酯,PC)一起使用,則在較低熔化溫度材料上印刷或以其他方式建立之特徵可能在模製期間退化或洗掉。
本發明之目標為至少減輕在光學功能性整合式結構及相關製造方法之上下文中與已知解決方案相關聯之缺點中之一者或多者。
該目標藉由整合式功能性多層結構及用於提供多層結構之相關製造方法之各種實施例來達成。
根據一個態樣,一種整合式光學功能性多層結構包括
較佳地可撓性、視情況可3D成形的及熱塑性基板薄膜,視情況為單層或多層薄膜,其佈置有電路設計,該電路設計包括至少若干電導體,諸如走線及/或接觸墊,較佳地加成地印刷在基板薄膜上;
光源,設置在該基板薄膜之第一側上,以自內部照亮該結構之至少一部分,用於外部感知;
光學透射塑膠層,視情況具有熱塑性材料,諸如聚碳酸酯以及許多其他可行材料選項,設置諸如層壓或生產,較佳地模製在該基板薄膜之第一側以及較佳地該光源上,該塑膠層橫向包圍或至少鄰近該光源,視情況亦至少部分地覆蓋該光源,該基板薄膜視情況包含與該塑膠層之材料或材料層相同之材料或材料層,或者至少具有與其類似或較其更低的折射率;及
反光片設計,包含視情況包括導電材料之至少一個材料層,該反光片設計經組態成將由該光源所發出且入射在該反光片設計上的光較佳地朝向該塑膠層反射。
在另一態樣中,一種用於製造整合式光學功能性多層結構之方法包含:
獲得較佳地可撓性、視情況可3D成形的及熱塑性基板薄膜,視情況為多層薄膜,其具備電路設計,該電路設計包括至少若干電導體,諸如走線及/或接觸墊,較佳地加成地生產,諸如印刷在基板薄膜上;
將至少一個光源佈置在該基板薄膜之第一側上;及
視情況藉由層壓或生產,諸如模製或3D印刷,在該基板薄膜之第一側上且較佳地在該至少一個光源上設置光學透射塑膠層,該塑膠層至少橫向包圍或至少鄰近該光源,視情況亦至少部分地覆蓋該光源,因此該塑膠層潛在地至少部分地嵌入該光源中;其中
設置,視情況包括印刷、塗佈、層壓或模製,包含至少一個材料層,視情況包含材料層的堆疊及/或較佳地導電及/或金屬材料層之反光片設計,該反光片設計經組態成,視情況主要透過鏡面反射方式,將由該至少一個光源所發出且入射在該反光片設計上的光較佳地朝向該塑膠層反射。
本解決方案自然地取決於其各實施例而產生優於多種先前應用之解決方案之不同優點。
舉例而言,光之輸入耦合、傳輸及(輸出)耦合可被有效地控制,並且相關光學效率及各種其他感興趣特性,諸如達成的照明均勻性,藉由所包括材料及元件(此類光源)關於例如其相互定位、定向、尺寸及其他特性之巧妙的接合組態而在所考量的光學結構中被最佳化。該解決方案亦特別適合大面積照明應用,並且有助於減少所需光源之數目或保持其數目為低,此在節省空間、功率消耗、結構及製造複雜性、重量等方面具有其明顯的優點。
例如嵌入式反射鏡類型的反光片可使用例如導電、典型地金屬材料或眾多不同折射率層與光源相對或相鄰佈置,以使得能夠達成光在該結構內的有效傳輸及控制。然而,能夠全內反射(TIR)之介面可被額外經組態以補充鏡面反光片,並且例如與鏡面反光片堆疊,用於對光傳送進行甚至更精密及靈活的控制。
亦可能產生「隱藏直至照亮」效應。舉例而言,在結構、各種組件或例如導電走線中提供之圖形符號可自外部視覺感知被模糊,直至意欲及目標為照明其之光源被激活。
在製造方面,除了使用現成的元件諸如薄膜、組件或模組之外,印刷及其他成本有效、靈活且通用可控的方法,諸如各種模製及塗佈技術,亦可被巧妙地應用於製造所需特徵。
藉由對光源及例如所建議的反光片設計進行適當組態,亦可增強沿著透射塑膠層的輸出耦合表面上及通常為結構的外表面上之光的混合特性,且因此減小達成所需混合效能所需之所謂混合距離。
光學元件諸如輸出耦合元件可有利地藉由使相關聯的材料局部變形而整體地及單片地形成在其他元件諸如材料層中,此提供非常有效的光學解決方案,並且除了簡化該結構以及潛在地亦簡化製造製程等其他有益效果之外,還節省空間、材料及重量。舉例而言,由反光片設計提供之鏡像效應可被局部破壞,以自變形部分建立光輸出耦合元件,或者例如,在TIR賦能介面處之材料可經類似處理,以局部地改變介面的屬性,用於增強散射及/或干涉TIR。
例如,自光在透射塑膠層中傳播的角度來看,包括對光源供電之電導體的電路設計可被巧妙地定位在反光片設計的後面,使得電路設計不會對光傳播造成干擾或至少減少的干擾,諸如擴散或吸收。
藉由利用多個層或多層元件,可改善材料之間的黏著,並且例如可減少洗去問題,使得選擇鄰近典型模製透射層之材料,以更佳地經受住模製及其他製程,並且亦穩固地附接至彼此或者透射層。舉例而言,視情況共擠出之多層薄膜,諸如PC/PMMA薄膜,可在透射層之上及/或下方以堆疊結構使用,該堆疊結構包括例如然後在多層薄膜之PC層上或兩個多層薄膜之PC層之間注射模製或以其他方式生產之PC樹脂。然而,同樣地,例如,印刷的輸出耦合元件可以有利於PC表面油墨之標準及許多方式設置在PC表面上。此外,使用共擠出的多層薄膜會減少不同材料層之間的黏著問題,此乃因自薄膜共擠出製程獲得之黏著係優異的。可以利用具有甚至更佳折射率差異之不同共擠出材料組合。
所建議的多層可為模組化的,並且使用複數個互不相同及/或相似之模組拼裝在一起,從而為聚集結構提供不同的特徵。舉例而言,可利用IMSE片或單元型模組(其較佳地塑形(例如六邊形/蜂巢單元)),使得它們可以像拼圖的片一樣直接彼此固定。一些模組可含有更多特徵或功能性、更複雜的功能性、更難實施的功能性、或者若干類型的功能性,諸如通用電子元件及/或光電子元件,諸如光源,而一些其他模組可更簡單並且主要包含例如被動光學特徵(透射材料、反光片、遮罩等)或便於製造並可用於按比例縮放結構大小之其他特徵。舉例而言,模組可支持卡扣配合接頭或壓接固定,以容易地進行相互固定。除了模組化單一結構之外,若干多層結構可接合在一起,視情況堆疊在一起,以形成甚至更大的系集。因此,可在不同層級及解析度上巧妙地設置模組性。
本發明之不同實施例可以在多方面利用且包括在不同的應用中,例如,包括在電子元件或包含電子元件之電器中,包括但不限於電腦、平板電腦、智慧型手機、其他通訊裝置、可穿戴設備、av設備、光學裝置、家用電器、車用、顯示器、面板、醫療裝置、智慧織品、家具、藝術品等。
本發明之不同實施例提供之各種額外效用將基於以下更詳細的描述而對於熟習此項技術者變得清楚。
表達「若干」在本文中可指自一(1)開始之任何正整數。
對應地,表述「複數個」可指自二(2)開始之任何正整數。
術語「第一」及「第二」在本文中用以區分一個元件與另一元件,且若未以其他方式明確陳述,則不特別地優先化或對其排序。
本文中所呈現之本發明的例示性實施例不解譯為對隨附申請專利範圍之適用性造成限制。動詞「包括」在本文中用作開放式限制,其亦不排除未敘述特徵之存在。除非另外明確地陳述,否則在各種實施例及例如附屬請求項中所敘述之特徵可互相自由組合。
圖1在100處經由一橫截面草圖大體說明根據本發明之多層結構之實施例。
多層結構包括至少一個基板薄膜102,其較佳地具有可撓性及可3D成形(可3D塑形)材料,諸如可熱成形(塑膠)材料。如熟習此項技術者理解的,代替單一、視情況單片薄膜102,可以存在多層及/或多區段構建類型的薄膜102a,例如至少在某些地方具有互不相同的層,亦包括電子元件之承載層。此類多層薄膜102a可以藉由共擠出(例如作為下文所考慮方法之實施例之一部分)來製造。
項目108指代至少一個,較佳地亦為熱塑性同時至少光學透射的層,其較佳地藉由模製在基板薄膜102上而提供。視情況,層108可基本上在基板薄膜102與可能的另外元件或通常材料層(諸如不同於或類似於薄膜102之至少一個另一層或薄膜)之間產生。替代地,項目108可指代複數個堆疊、較佳地仍然為熱塑性及/或整合式層,該等層可視情況藉由多次注射模製來生產。層108應能夠至少慮及選定波長(諸如可見光之實質上全部或選定波長或者通常為由所包括光源發出之波長之至少部分,其通常但未必包括可見光波長)來傳送光。
層108包括第一側及相關第一表面108a,取決於應用,該第一表面可朝向結構的使用環境及例如位於此類環境中之結構的使用者113定向。然而,舉例而言,層108包括相對的第二側及相關聯的第二表面108b,該第二表面基本上面向薄膜102的至少一個實例以及潛在地面向主裝置或結構。然而,在替代實施例中,代替表面108a或除了該表面之外,表面108b可為基本上面向使用環境及例如其中之使用者的表面。
由於層108實際上應傳送或引引導光,因此其應包括光學上至少半透明、視情況實質上透明的材料,其中總體熱塑性層之光學透射率在一些使用情境中可較佳地為至少50%,但所需透射率可實際上在所有可能使用情境之間根本不同。在一些實施例中,至少約80%或90%透射率對於最大化自結構輸出之光及低損耗可為較佳的,而在一些其他情境中,若例如將最小化與光洩漏相關之問題,則較低的數值可完全足夠(若即使不利)。慮及感興趣波長,通常包括如上所述的可見光波長,透射率可在選定方向(例如光傳播之主要方向)及/或基板薄膜102表面之橫向方向(即,厚度方向)上定義或測量。
舉例而言,在一些實施例中,層108之合適半透明度或光衰減可藉由採用散射元件(諸如所用材料中之顆粒)來達成。當散射元件之數目增加時,散射/擴散及半功率角作為一個可能可量測指示符亦增加,同時藉由層之光透射通常將減小。對應地,增加層厚度通常增加散射/擴散性質,諸如半功率角且減少透射。
就適用材料而言,層108可通常包含例如選自由以下組成之群組中之至少一種材料:聚合物、有機材料、生物材料、複合材料、熱塑性材料、熱固性材料、彈性樹脂、PC、PMMA、ABS、PET、共聚酯、共聚酯樹脂、尼龍(PA、聚醯胺)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚氨酯(TPU)、聚苯乙烯(PS或GPPS,通用聚苯乙烯)、熱塑性矽酮硫化橡膠(TPSiV)及MS樹脂。
基板薄膜102可視情況包含與層108之材料或材料層相同之材料或材料層,或者至少具有與其相似或較其更低之折射率。因此,所得介面102、108可被製成光學透明的,或者分別達成全內反射(TIR)型功能,以供光自層108內到達介面。
在一些實施例中,著色或更強烈著色之樹脂作為層108之材料可提供可行選項以限制結構100內及外部之非所需光洩漏從而封閉元件或通常距離,且隱藏內部構件諸如光源104或其他電路系統免於外部感知。因此,最初光學上實質上清透基底材料(諸如PC或其他塑膠樹脂)可因此摻雜有經著色母料。在許多使用情境中,其中結構100之總厚度應僅為例如幾毫米或一公分,因此熱塑性層108應甚至更薄,使用約2 mm至4 mm(諸如3 mm)厚之塑膠樹脂層可提供非常滿意的結果,該塑膠樹脂層以所需濃度(例如,約1%之稀釋比)提供選定母料(例如,白色或所需選擇性波長樹脂,視情況亦為例如可使用例如紅外線(IR)遙控應用之IR樹脂)用於建立層108。通常,在本發明之上下文中之許多實施例中,可行稀釋(定量給料或摻雜)比實際上為約5%、4%、3%、2%、1%或更小。舉例而言,出於該目的之合適工業級母料由Lifocolor ™提供。對於光源104或結構100中所包括之其他特徵,例如藉由在構成層108之注射模製基礎樹脂中加入半透明(例如呈現選定顏色之)母料,可以達成所謂的「隱藏直至照亮」效應。
項目124指代至少部分覆蓋光源之發光部分之外塗層,該外塗層包含視情況具有較塑膠層更高的折射率之光學透射材料。
外塗層124可包括用於例如光塑形或其他處理、保護及/或緊固目的之視情況選用之封裝體、球頂部或其他保形塗層,諸如Illumabond ™或Triggerbond ™。所使用物質可分配於選定電路系統諸如光源104或結構中所包括之其他電子元件之頂部上。舉例而言,該物質可為實質上清透的(透明的)。替代地,其可為有色及/或半透明的。在一些實施例中,諸如透鏡之特定光學功能或特徵可由封裝體提供。舉例而言,透鏡可為擴散的、菲涅耳(Fresnel)或例如準直的。另外或替代地,預製透鏡或一般光學組件亦有可能包括於該結構中,或者表面上或被嵌入。
多層結構中所包括之基板薄膜102及/或另一薄膜或一般材料層可包含選自由以下組成之群組的至少一種材料:聚合物、熱塑性材料、電絕緣材料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、阻燃(FR)PC薄膜、FR700型PC、共聚酯、共聚酯樹脂、聚醯亞胺、甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯之共聚物(MS樹脂)、玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、碳纖維、有機材料、生物材料、皮革、木材、紡織物、織物、金屬、有機天然材料、實木、薄板、膠合板、莖皮、樹皮、樺樹皮、軟木、天然皮革、天然紡織物或織物材料、天然生長材料、棉、羊毛、亞麻、真絲及以上各者之任何組合。
取決於所討論之實施例,慮及感興趣波長,諸如可見光,具有例如約80%、90%、95%或更高之相關光學透射率,基板薄膜102及/或該結構中可能包括之另一薄膜或層可包含或具有光學實質上透明或至少半透明的材料。特別地當基板薄膜102在結構100中經組態以有效地傳送或傳遞由光源104發出之光時,情況可能如此。然而,在一些實施例中,所使用基板薄膜102可為實質上不透明的、黑色的及/或以其他方式呈現深色,以阻擋入射光穿過它(遮罩功能)。
薄膜102及視情況結構100中所包括之另一薄膜或層之厚度可取決於實施例而變化;舉例而言,其可僅為有幾十或幾百毫米,或相當厚,量值為例如一或幾毫米。
層108之厚度亦可根據具體情況選擇,但可施加幾毫米之厚度,諸如約3毫米至5毫米。在一些實施例中,若並非最佳,則僅約兩毫米厚度或更小(潛在地僅為例如十分之几毫米)可為足夠的,而在一些其他實施例中,厚度亦可相當大,例如至少在某些地方為約1 cm或更大。厚度可實際上局部改變。舉例而言,除容納諸如電子或光學元件之各種元件以外,層108可視情況包括凹部或內部空腔以用於引導光、處理及/或熱管理目的。
結構之薄膜102、層108以及其他層(諸如薄膜、塗層等)可為基本上平面的(寬度及長度大於厚度,例如在數量級上不同於厚度)。此通常亦適用於圖中所說明之整體結構,即使其他非平面形狀亦完全可行。
項目104指代較佳地光電類型之光源。光源104可為或包括半導體、封裝半導體、板上晶片封裝半導體、裸晶片、電致發光及/或印刷型光源,較佳地發光二極體(LED)或有機LED(OLED)。光源104可為頂部射出型及底部安裝型,或者是側面射出型。然而,取決於每一特定使用情況之特性,可利用多側射出器或底部射出器。
仍在封裝方面,光源104可視情況為覆晶類型。在一些實施例中,光源可含有多個(兩個、三個、四個或更多個)光發射單元,諸如封裝或至少分組在一起之LED。舉例而言,若干LED發出器之多色或具體而言RGB LED可提供於單一封裝內。
光源104設置,諸如製作(視情況參考例如OLED印刷),或者在至少部分為現成組件情況下,安裝在基板薄膜102上,較佳地安裝在第一側102f及其相關表面上,其面向透射層108,而非相對第二側102s及薄膜102之表面。然而,在該結構中可以包括額外主體層,諸如薄膜,用於容納其他元件諸如光源或其他電子元件。為進行安裝,例如,通常可應用黏著劑(導電的或不導電的)。
在包覆模製或以其他方式在其上製備層108期間,光源104可至少部分嵌入層108的材料中。
層108可包括位於層108之任一側(諸如第一側108a或第二側108b)上之一個或多個光輸出耦合區域112,藉由該光輸出耦合區域,最初由光源104發出、輸入耦合至層108中並在該層內傳播之光將被輸出耦合至周圍層及/或環境。慮及相應的輸出耦合區域112,光源104可根據需要來定位。源104可靠近區域112定位,使得自源104之發射表面甚至可以獲得沒有反射之相關直接光程。替代地並且可能更普遍地,由於各種原因,源104位於相關聯的輸出耦合區域之旁邊並且更遠離該區域(例如,在該區域或者鄰接該區域之外部環境之LOS、視線之外),例如,該等原因可能包括更佳地隱藏或遮蔽源104免於外部感知,或者藉由使源104發出之光在層108內及鄰接層或材料介面處傳播(主要或亦藉由反射)更長距離及時間,以有利於改善混合,從而增強區域112上之照明均勻性(例如,亮度及/或顏色)。為清楚起見,圖1僅示出單一光源104,並且在許多實施例中,一個光源104即使並非有利,亦可為足夠的,但如熟習此項技術者容易理解的,例如在大面積照明領域中,存在無數實施例可能受益於包括在結構中之相同或不同基板上(並且利用共享或單獨的透射層108及/或反光片設計110)之若干光源114,或者具有與其相關聯之至少部分接合的或者單獨的輸出耦合區域112,影響光源104之定位及定向。
項目106指代呈一個或多個電、視情況加成地產生(諸如網版印刷或以其他方式印刷)的導體或導體部分(諸如走線、電極及/或接觸墊)形式之電路設計,該等導體可視情況進一步充當熱導體。導體可例如在結構100之元件之間及/或與外部元件之間出於電力及資料傳遞目的而使用。除了其他用途外,電路設計106還可分別自控制器及電源電路向光源104提供控制信號及/或功率。電路設計106可經由例如結構100之含有佈線或連接件之外表面或邊緣連接至外部裝置。另外地或替代地,無線連接可基於例如電磁或特別地電感耦合以及其他選項來應用。電路設計106可佈置在基板薄膜102及/或其他主(承載)元件(諸如整體多層結構之材料層)上或其中。在該結構中,例如在其不同層或主體上,可存在若干局部或部分電路設計106,該等電路設計可至少可操作地(若並非物理地)選擇性地連接在一起,並且建立跨越若干元件(諸如該結構之各層)之更大電路設計。一些元件諸如導體(例如,走線)可根據分佈物理定位或在結構之兩個或更多個層之間共享(例如,第一部分駐留於一個層上/其中,且第二部分駐留於另一層上/其中)。因此,此類元件可被視為若干局部電路設計(例如,位於不同層上)或更大電路設計之一部分。
光源104可為發射性的,如自源104延伸至透射層108中之虛線104a(頂部射出)、104b(側面射出)所示。
項目110及子項110a、110b、110c(參見圖2)指代反光片設計,其亦可為單部件或多部件(多部分)構造。多部件構造解決方案之兩個或更多個部件不必物理上直接連接,因為它們例如可駐留於層108之相對側108a、108b上,或者以其他方式分開一段距離。然而,部件或部分中之任一者可包括一個或多個材料層,例如為堆疊的,作為其構成元件。
因此,反光片設計110包括至少一個材料層。反光片設計110經組態以反射,較佳地主要鏡面反射,最初由至少一個光源104發出並且入射在反光片設計110上之光。
反光片設計110或整個設計100之一個或多個部分可位於塑膠層的與面向承載光源104之基板薄膜102之第一側102f的一側等同於(參見用於說明之反光片/反光片部分110a)、相對於(參見用於說明之反光片/反光片部分110b)及/或橫向於(尤其參見用於說明之反光片/反光片部分110c)之一側上。
在一些實施例中,如150處描繪至情境(圖1之子草圖)所說明,建立電路設計106之導體106a之至少一部分可經組態以位於透光塑膠層108、反光片設計110及潛在的另一中間層(諸如層114)的外部,從而位於例如反光片設計110的背對透光(光學透射)塑膠層108之一側及視情況表面上,而非面向透光塑膠層108之一側。通常,導體之至少一部分可因此遠離跨越層108之體積及到反光片設計110之可能中間空間,即使導體106a經組態以向/自視情況至少基本上或部分地駐留於該體積內之電子元件諸如光源104傳輸例如資料或能量。
同樣,基板薄膜102本身之至少一部分可被定位成位於反光片設計110e之至少一部分之一側上,該側與實際上面向且潛在地直接附接至並接觸光學透射層108之一側相對。反光片設計110e及基板薄膜102之堆疊順序因此可至少局部地與例如圖1中提供之主要圖示至堆疊順序相反。舉例而言,設計106之一個或多個導體可設置於基板薄膜102上,平行於其表面(例如,鄰接或在電子組件諸如光源104之下),此亦描繪於草圖中。代替藉由模製在基板薄膜102上(並且潛在地在已經設置至薄膜102之電路設計106及/或光源104之一個或多個導體上)直接產生層108,例如,層108可在附接至基板薄膜102之前預先製造,視情況具有特徵103,諸如用於容納光源及/或反光片設計110e之至少一部分之孔洞,此在圖中由兩個箭頭符號指示。基於例如黏著劑、熱及/或壓力之合適層壓技術可處於該目的而使用。
因此,由於至少部分地(若並非大部分地或基本上完全地)定位於距透射層108一段距離處之導體將不會干擾或至少較少地干擾由光源104發出、在透射層108中傳播且至少偶爾地到達反光片設計110並自其反射之光的光程,因此可提高該佈置之光學效率以及亦間接地提高電效率。否則,導體可對入射光造成過多的非所需現象,例如包括擴散及吸收。然而,在某些實施例中,導體對入射光之影響可另外地或替代地用於有用目的,諸如光學效應(擴散、衰減或陰影等)。
在較佳實施例中,舉例而言,反光片設計110或其至少一部分通常經組態以將先前通常在(透射)層108內傳播之入射光反射成至少大致朝向或背向層108,以防止例如來自結構100之非所需光輸出耦合或漏光。在一些實施例中,反光片設計110可包括至少一部分,該部分又經組態以將入射光引導至替代方向,諸如層108或整個結構100的外部。
此外,反光片設計110可經組態在層108之上或之中,以對由光源104發出且入射在該反光片設計110上的光進行反射及導向,使其朝向輸出耦合區域112、112a、112b、112c傳播。在下文亦將要論述之一些實施例中,反光片設計110可經組態以將入射光更多地朝向層108之曲面法線引導,用於至少自層108或整個結構輸出耦合該光。
實際上,參考例如圖圖2及圖3中之草圖,舉例而言,反光片設計110可至少結合自光源104輸入耦合之光來組態。
反光片設計110或其至少一部分可位於(110a)、110b、110c自光源104起之直接發光路徑上。此外,反光片設計110可位於或包括位於光源104上及/或與該光源相對(例如,在層108相對于光源104之相對側108a上)之部分110b,在光源104的旁邊及/或下面,使得設計110接收並反射及由光源104發出之光之至少一部分。
如圖所示,僅作為實例,在圖3中之300處,反光片設計或其一部分110b可經組態以反射自光源104輸入耦合至層108並入射在反光片設計110上之光,以與層108之側面更加對準,該側面實質上橫向於層108之曲面法線。
通常,反光片設計110、110a、110b、110c之一部分可至少部分嵌入層108中及/或其表面108a、108b上。
同時如藉由實例所示,在圖2中之200處,光源104可位於反光片設計110c之至少一部分與光輸出耦合區域112之間,該反光片設計較佳地實質上垂直於光輸出耦合區域對準。然後,光源104可根據其主發射方向對準,以至少部分指向反光片設計110c。舉例而言,光源,例如側發出LED或其他光源,可被對準以指向例如遠離輸出耦合區域112、112a、112b、112c之方向約180度(最短路徑)。
因此,當由光源104發出之光在輸出耦合112之前實際採用之路徑所定義之相應光程會增加達圖中所示距離D(即反光片設計110c與每個所考量光源104之間的距離)之大約兩倍時,光源104或在所使用若干光源之典型情境中之光源104與相關聯的輸出耦合區域112、112a、112b、112c之間的距離可以保持短,並且相對於更習知解決方案減小。取決於熟習此項技術者所理解之對應用之偏好設定,此導致可獲得具有合宜光混合特性之更小的適用多層結構及/或更大的輸出耦合區域112、112a、112b、112c。
在選定、視情況基本上全部可見光波長,諸如源104發出之波長之至少部分下,反光片設計110之反射比較佳地至少局部為約75%,更佳地至少約90%,且最佳地至少約95%。
為達成例如足夠反射率,反光片設計110或該結構中所包括之一些其他光學功能元件至少局部地較佳地包括選自由以下組成之群組中之至少一個元件:
-導電材料,諸如鋁、銀、金、鋅、銅或鈹;
-金屬,視情況金屬顆粒,進一步視情況設置於基板薄膜或另一薄膜或該結構中所包括之另一薄膜或層上或其內;
-至少兩種互不相同折射率之複數個堆疊、疊加的材料層,視情況界定布拉格鏡;
-薄膜塗層,視情況物理氣相沉積(PVD)突出;及
-(反射性)較佳地可印刷油墨或塗料。
因此,藉由在反光片設計110諸一個或多個層中使用導電材料諸如金屬,反光片設計110及整個下伏結構之所謂皮膚深度可保持為小,且從而反射效率高。導電材料及金屬可例如在薄膜、塗料、油墨或擠出(例如,主材料諸如塑膠中之金屬顆粒)製程中提供。原則上,可應用任何實際金屬化程序來提供金屬。
替代地或附加地,可施用複數個堆疊層(潛在地為甚至數十或數百個層)來建立共同有效的、較佳地整體式反射結構,諸如布拉格鏡。在此類結構中,不同折射率之層可按順序交替。舉例而言,不同折射率之兩種材料可經組態以在構成反光片設計110之至少一部分之多層反光片堆疊中交替。在兩個材料層之間的每一介面處,有利地產生菲涅耳反射。當連續層之間的光程長度差為波長之一半時(即,每一層為四分之一波長厚),反射相長干涉(反射之間的零/360度相移)。舉例而言,塑膠聚合物材料可在多層反光片堆疊中,諸如PMMA及PC或PS中使用。在一些實施例中,堆疊整體多層元件亦可包括基板薄膜102及/或其他薄膜或通常層或特徵,諸如項目114、116,該標的將在下文中更詳細地論述。
反光片設計110中所包括之堆疊可達成為視情況現成多層薄膜。替代地,反光片設計110之若干視情況堆疊材料層可藉由選定塗佈技術(例如,塑膠上之PVD或電鍍)在基板諸如基板薄膜102上產生。替代地或附加地,例如,可應用(多次)共擠出製程。
項目114簡單地指至少一個另一、視情況藉由印刷加成地產生之例如材料層,視情況堆疊的並且進一步視情況與反光片設計110接觸。至少一個另外的材料層114較佳地具有較層108更低之折射率。舉例而言,當層108具有PC時,層114可包含PMMA。
至少一個另外的材料層114及層108可以光學連接,視情況亦物理地鄰接,以藉由在其介面處之全內反射(TIR),將由光源發出、在塑膠層108內傳播並入射在至少一個另外的材料層114上之光的至少一部分重定向回並到達塑膠層。通常,且例如在其中反光片設計110與光程上之層108、114之介面堆疊在一起並位於例如其後面情況下,反光片設計110可有效地與介面寫作,並反射例如以低於相關臨界角之角度穿過介面並因此入射在後面之反光片設計110上的剩餘光。
反光片設計110之至少一層或其他部分、該至少一個另外的材料層114之層及層108因此可在其材料方面至少局部地重疊,使得該至少一個另外的材料層114之層之材料堆疊在反光片設計110及層108之材料之間。
通常,反光片設計110、110a、110b、110c之至少一部分及至少一個另外的材料層114可相互駐留於層108之相同、相對或兩個/若干側108a、108b上。
該至少一個另外的材料層114可視情況包含例如光學清透黏著劑(OCA)或底膠或者由其組成。
通常,利用例如在層114或其他地方之圖案化選擇性低(更低)折射率材料,可在技術及成本方面有效地控制該結構中之光傳播。例如,藉由具有一個或多個光源104之大型結構,選擇性地產生引導光及引導光增強,諸如反射(邊界)結構可證明為有利的。引導光結構諸如項目108、110、114、116可被構造成例如在區段方面具有不同光學特性及例如長度或一般地尺寸。
在一些實施例中,整合式多層構造,諸如多層薄膜102a,可作為預製作或原位製造之元件包括在結構100中。
多層薄膜102a可包括複數個(例如兩個)堆疊及附接、視情況共擠出的層,其中一個層可為或建立用於承載光源104以及電路設計106及潛在額外電子元件或其他元件之基板薄膜102或類似層,而至少一個其他層例如可為項目114及/或反光片設計110、110a之至少一個層(其本身可為如上文所論述之多層材料堆疊)以及其他選項。
在一些實施例中,可在結構中,例如在層108與該至少一個另外的材料層114(若存在)之層之間,及/或在層108與反光片設計110、110b之間,在層108之第一側108a上設置中間層116。
體現為例如薄膜之中間層116亦可充當各種元件諸如包括光源之電子組件之基板(表面)。中間層116可包含視情況與層108之材料相同之光學透射材料,或者至少具有與其相似之折射率。本文提供之關於基板薄膜102之先前考慮亦可通常適用於中間層116,如熟習此項技術者理解的。
中間層116及該至少一個另外的材料層114之層及/或反光片設計110、110b之至少一個層可進一步為多層構造諸如多層薄膜116a(進一步視情況為共擠出之多層薄膜)之構成部分。
項目120、122指代一個或多個元件,諸如視情況位於或至少靠近(較佳地在一或兩個材料層內)層108之任一側或兩側108a、108b上之結構之外表面中任一者之材料層。它們120、122可包含薄膜、塗層、印刷物、塑膠材料、天然材料(皮革等,如例如上文結合適用基板薄膜/薄膜材料所列出的)。取決於實施例,項目120、122可擁有其他特徵(例如,電子組件)或層,且因此亦被視為基板。較佳地,項目120、122在某些地方至少為半透明的,包括視情況填充(用至少半透明材料)之(通)孔洞,或者僅覆蓋有限的區域,以使得光能夠自該結構輸出耦合。舉例而言,可利用不同層壓、印刷、塗佈、模製或擠壓方法來提供項目120、122中之任一者。
項目118指代該結構可例如與剩餘元件(諸如反光片設計110或各種(其他)材料層)中之任一者最初分開或整體(若並非單片式)包括之一個或多個輸出耦合元件。
例如,反光片設計110,諸如其層或其他部分,或者具有由源104發出之光入射在其上之結構之另一元件或具體地層可承載、為或界定局部處理的,較佳地機械、化學或電處理的,視情況變形的,諸如拉伸的部分,諸如材料堆疊部分(局部地兩個或更多個層,視情況堆疊之所有層變形)或材料層部分,分別改變用於光重定向及輸出耦合之反射特性(例如,改變意味著減少反射),視情況穿過層108或者更直接地不(不再)穿過層108。作為實際操作實例,此類輸出耦合元件118可提供至層108之一側(例如側108b)上之反光片設計110(提供至一個或多個相關聯的材料層),使得入射在元件118上之光之至少一部分在已穿過層108之後經由層108之表面108a或者經由該結構之底(如圖中定向的)表面輸出耦合,潛在地不再進入層108。
如上文所暗示,代替反光片設計110或除了該反光片設計之外,結構之其他元件諸如層108的可以局部地承載或界定例如構成輸出耦合元件118之至少一部分的表面特徵或表面圖案,視情況包括粗糙的或以其他方式變形的區域,用於輸出耦合在內部入射在其上之光。
舉例而言,元件118中之任一者可為散射/擴散或准直的。
在圖5之截面草圖中,在500處,說明了複數個輸出耦合元件118,包括若干較佳地印刷的、視情況散射元件,該等元件在層108上具有空間上相互變化之入射密度及/或尺寸,較佳地至少包括厚度。
因此,在所說明及其他使用情境及實施例中,輸出耦合元件118之入射密度、厚度及/或一個或多個其他尺寸可經組態以隨著距光源104之距離而增加,以分別增強隨距離之輸出耦合效能(例如,至少相對地與更近元件118之輸出耦合效能相比),該等輸出耦合元件中之一者或多者視情況包含螢光、磷光、熱致變色或光致變色材料。
出於完整性及為便於理解本發明之實施例可在每一應用中採用之不同組態,圖13在1300處說明結構中所包括之材料層的替代佈置。特別地,反光片設計110之至少一部分,諸如其一個或多個層(若並非作為整體設計)可至少局部鄰近層108及/或堆疊在層108與例如薄膜102之間,而在例如圖1之草圖中,反光片設計110自層108之角度被示出在薄膜102後面,即更靠近結構之外部或外表面或者在該外部或外表面處。
然而,在一些實施例中,反光片設計110之至少一部分可鄰接基板薄膜102定位,以使得光能夠自光源104輸入耦合至基板薄膜102,並且取決於鄰接元件或具體地,層)隨後藉由反射(反射鏡、TIR等)在基板薄膜102內傳播,直至入射在輸出耦合區域112或元件118上,然後允許光行進至基板薄膜102外部,並且視情況穿過塑膠層108進入另一層及/或環境中。舉例而言,在此類情境中,所考量的輸出耦合區域112或元件118亦可包含變形的基板或通常為材料部分、塗層或印刷部分或由其組成。
圖4在400處經由截面草圖說明一實施例,其中若干孔洞410在反光片設計110中已經組態,以使得或者便於光藉由反光片設計110輸出耦合並且視情況自整體結構離開,此仍然自然地取決於光程中後續上(圖中)層及元件之光學傳輸特性。因此,該圖還描繪用於光自該結構輸出耦合之光程中之若干其他層之潛在組態,其中其他層或元件412、414、416中之一者或多者亦可至少在某些地方設置有孔洞,該等孔洞又可經組態以與其他層之孔洞(諸如反光片設計110中之孔洞410)堆疊或橫向對準。如圖所示,出於說明的目的,在左邊,孔洞410穿過層108上中所有層,而在右邊,孔洞410僅出現在項目110、412中。
項目110、412、414、416中任一者中之一個或多個孔洞410可不具有材料(因此可以在多層結構之製造製程期間容納例如空氣)或者填充有合適材料,諸如若非透明則至少在光學上半透明之材料,視情況例如玻璃或塑膠,諸如熱塑性材料。舉例而言,填充材料可為光學擴散的。
反光片設計110中之孔洞410以及視情況其他層412、414、416之組態可根據選定特性(諸如入射密度、形狀或大小(例如直徑))而製成規則的或不規則的。舉例而言,在距源之距離誘導之損耗將在輸出耦合光中得到補償,以有利於更均勻照明之情況下,入射密度及/或孔洞之大小較佳地隨著距光源104之距離而增加。在420處,描繪反光片設計110及其上潛在的另一層之俯視圖/平面圖,以使相關聯的孔洞410之組態可如何在空間上例如因應於距源104之距離而進行修改可視化。
孔洞410中之任一者可已經藉由穿孔或者另外以減去方式包括自項目移除材料以有利於所產生之孔洞410而在項目110、412、414、416中之任一者中產生。此外,舉例而言,參考模製及印刷技術,可應用加成製程來產生具有若干孔洞之層。該等孔洞可具有例如50 um至200 um之直徑及/或圓形狀,但其他大小及形狀在技術上亦可行。
孔洞410可為通孔,但例如若孔洞位置處之剩餘材料實施半透明透射層,則使用一個或多個非通孔亦可行,此可能無論如何皆需要局部黏貼至稍低材料厚度,如熟習此項技術者容易理解的。
在許多使用情境中,一或多個孔洞410通常亦可被視為輸出耦合元件118之一實施例或一實施例之至少一部分,例如結合圖14及下本文其他地方之描述進一步論述。因此,代替孔洞或除了孔洞之外,還可利用使目標元件(諸如目標層)斷裂/變形或以其他方式局部改變該目標元件之其他特徵,仍然視情況遵循以上關於孔洞闡述的原則,加以必要的修正。
項目412指代較佳不透明遮蔽元件或層,其可為例如印刷(例如,白色印刷品)、共製備(諸如共擠出)、塗佈、以其他方式製備或層壓(例如,視情況使用壓力、黏著劑等層壓的薄膜)於其他元件或層諸如反光片設計110上。
項目414指代擴散片元件或擴散片層,其可為例如印刷、共製備(諸如共擠出)、塗佈、以其他方式製備或層壓(例如,視情況使用壓力、黏著劑等層壓的薄膜)於其他元件或層諸如反光片設計110上。
項目416指代至少一個至少局部半透明(若並非透明)元件或層,其可例如印刷、共製備(諸如共擠出)、塗佈、以其他方式製備或層壓(例如,薄膜,其可視情況使用壓力、黏著劑等層壓)於其他元件或層諸如反光片設計110上。
除了美觀性或外觀及感覺類型作用之外,項目416可具有保護功能及/或指示功能(它可包含圖形指示符,諸如視情況藉由印刷產生之符號)。
如熟習此項技術者理解的,前面論述項目412、414、416中之任一者可以作為現成元件設置於結構中,在結構上原位製備,或者與加入之一個或多個其他項目412、414、416一起安裝。項目412、414及/或416可進一步建立先前論述之項目120或122之至少一部分。
圖6在600處說明併有嵌入式電路板602之實施例,該嵌入式電路板用於承載光源104及潛在地其他電子元件以及包括拋物面反光片表面610之反光片設計110。在一些實施例中,電路板602可被省去,並且光源104直接或經由一些其他中間實體諸如材料層設置於基板薄膜102上。
藉由在電路板602上設置至少光源104,包含至少該兩個光源之發光模組可方便地設置於基板薄膜102上,使用例如導電及/或非導電黏著劑附接,並且較佳地使用例如導電油墨或黏著劑電連接至其上之電路設計106。板602上之電路系統可包括邏輯電路設計或子設計,其具有例如用於至少局部地在板602上以所需方式連接組件(諸如光源104)與其他組件或元件(例如控制或通訊電路)之導電走線或墊。
藉由利用板602,可有利於剩餘結構之熱管理,並且例如,一個或多個光源104及/或所包括之一些其他高功率組件之瓦特數可為例如約1 W或更大,甚至顯著更大。視情況,在板602上可存在相互類似或不同特性(波長/顏色、功率、發射方向、光束寬度、技術等)之複數個光源。
電路板602可包含選自由以下組成之群組的至少一個元件:可撓性薄膜或薄片、剛性薄片、矩形薄片或薄膜、圓形或基本上圓形薄片或薄膜、基於FR4之電路板、金屬芯電路板、塑膠基板、經模製諸如經注射模製塑膠基板、視情況具有至少選擇性地提供於其上之電絕緣層之諸如薄片金屬基板的金屬基板及陶瓷電路板。
在各種實施例中,電路板602或例如基板薄膜102或結構中之一些其他基板層可承載各種電元件及/或其他元件,諸如串聯電阻器、熱敏電阻器、白色阻焊劑、走線、天線、感測器、諸如電容性感測電極之電極、接觸墊、積體電路、控制器、處理器、記憶體、收發器、驅動器電路、視情況光學上清透之團狀頂部或其他保形塗層以及諸如電通孔、流體通孔及/或熱通孔之通孔。
通常,電路板602可為平面的,且若其通用形狀不是基本上圓形或橢圓形,則較佳地為圓形。電路之尺寸、形狀及厚度可取決於使用情況而改變。因此,例如亦可能為矩形。舉例而言,厚度可為一毫米之分數或部分(例如,在約0.2 mm與約0.6 mm之間)、一毫米、幾毫米或更大。然而,直徑可為幾毫米、約一公分或幾公分以及其他選項。可在邊緣處設置城堡形結構以方便邊緣連接。
例如,在電路板602本身並非由半透明或透明材料製成之情況下,電路板602可至少設置有若干孔洞603,以使得由源104發出並自拋物面反光片610反射之光能夠方便地穿過到達環境及例如其中之潛在使用者113,而不會出現非所需問題,諸如在所獲得之光分佈中之陰影。自然而然地,在不包括拋物面反光片610之實施例中,利用較佳地提供孔洞之電路板來容納光源104及/或其他電子元件或元件之概念亦可行。孔洞603可用光學透射、至少半透明(若非透明)材料填充,例如在藉由例如模製生產它時由層108之材料填充,此可視情況進一步固定板602。在所示情境中,自然而然地,基板薄膜102及其上之潛在層或其他元件亦應較佳地至少在某些地方至少為半透明的,以使光能夠穿過其傳輸。
在任何情況下,反光片設計110可較佳地在層108之側108a上至少局部界定準直反光片表面610,視情況基本上拋物面反光片,該側與面向承載光源104之基板薄膜102之第一側之側108b相對。表面610或反光片設計110通常可例如藉由在主表面上施用之選定塗佈方法而獲得,如本文其他地方所論述。層108中表面108a上之抛物線主突起或「凸起」表面形狀又可在層108之模製及/或印刷期間藉由利用合適模具形狀或之後藉由例如選定減去或加成處理來獲得。相對表面108b可保持光滑,此在需要平坦薄膜102表面或例如面向該結構之(使用)環境之整個外表面的應用中為有益的。相關聯的動機可以變化,但包括例如受益於或需要實質上平坦目標之表面處理、功能性(例如,觸摸感測)或美觀性。
圖7在700處說明包括拋物面反光片表面及形狀之另一潛在實施例。光源104此時已偏離反光片形狀至光軸或對稱軸之中心,且因此位於相關光孔徑之旁邊,並且再次,例如可避免或至少減少薄膜102上被照明表面上之非所需陰影。視情況,電路板602亦可在此類情境中使用(未說明)。
圖8在800處說明照明系集之實施例,該照明系集包括在此大體論述之複數個互不相同之多層結構。兩個或更多個此類結構801a、801b可以被製備、堆疊並較佳地附接(此處可使用黏著劑、機械固定元件或其他結合方法)於一起,以建立另一功能系集。替代地,系集800可以其他方式構造,例如,逐層構造。系集800可經組態以經由系集之一個或多個表面上其單獨、視情況至少部分不重疊之輸出耦合區域112a、112b及/或系集表面內及/或表面上之被照明輸出耦合元件812a、812b,自結構801a、801b中之每一者輸出耦合光。輸出耦合區域112a、112b可與特性視覺資料(諸如在被照明表面層120中任一者上設置之印刷或基於遮罩之圖形)相關聯,因此獨立地控制自結構801a、801b以及在結構801a、801b中之一者或多者包括若干獨立可控光源104情況下,視情況進一步自所包括光源104輸出之光可用於選擇性地照明視覺資料並且通常使它們對於外部感知可見。因此,功能複雜之被照明/照明結構可由更簡單、可組合之構成總成來構造,該等總成在結構、尺寸及/或所包括特徵或相關功能性方面彼此不同或相似。
圖9在900(截面圖,參見A-A切割線)及901(俯視/平面提取圖)處說明一實施例,其中發光或照明模組被包括在結構中,包括位於電路板602(在基板薄膜102上)上之至少一個光源104(在所示實例中,六個),該電路板進一步潛在地承載額外電子元件或光學元件。
電路板602可視情況進一步承載光學元件,諸如光波導908,該光學元件包含覆蓋一個或多個光源104之光學透射(透明或至少半透明)材料,諸如本文其他地方所論述之熱塑性材料。然而,壁結構902較佳地至少在包含光學透射及視情況透明材料之地方有利地佈置於電路板602周邊處。此外,較佳地可在壁結構902與光波導908之間存在空氣間隙或填充物909(同樣,較佳地包含透明或至少透明材料)。電路板602可進一步包括若干視情況填充(半透明/透明填充)孔洞603,用於使得光能夠如上文研討穿過其傳輸。
圖11在1100處說明具有多個光源104及其他電路系統105(諸如包括在結構中之相關控制電路系統)之實施例。
控制電路系統105(諸如驅動器電路系統、控制器晶片,諸如微控制器、微處理器、(其他)積體電路等)可視情況包括至少部分地與光源104中之任一者成整體之元件,代替與光源104分開同時仍然例如經由電路設計106與其電連接或者除了此類情況之外。較佳地,電路系統105經組態以動態地及/或獨立地調整例如光源104中至少兩者中之每一者的光發射之強度及/或其他特性(例如,適用時之顏色分佈)。然而,另外地或替代地,對於兩個或更多個光源104,亦可啟用聯合控制。然而,電路系統105可至少在功能上經由佈線及連接件(例如,功率資料及/或功率傳輸)連接至外部電路系統。
對於光源104(諸如LED),可出於該目的而利用例如脈寬調變(PWM)或電流控制。在僅存在單一光源104之情況下,控制電路105系統亦可包括在該結構中。
圖12說明(在1200處,經由截面俯視圖,在1202處在A-A方向之草圖,在1204處沿B-B之截面圖)在層108中包括彎折之實施例。
至少層108確實界定彎折,視情況具有約10度或更大之彎折角,甚至潛在地約30或45度或更大,並且反光片設計110之至少一部分基本上位於層108上其外周邊及/或內周邊處。因此,反射部分110a、110b、110c、110d已相應地在圖中加以說明。
藉由利用反光片設計110,可在層108及一般結構中實施彎折及其他類似、更複雜形狀,而基本上不會損失光學效率。除了反光片設計110之外,TIR型介面及相關賦能元件或層(例如,層114)可包括在結構中,以使光波導效率最大化,此將本文其他地方更透徹地論述。
圖14在1400處進一步結合本發明之各種實施例說明用於光輸出耦合之不同選項及組態,其中一些選項及組態亦已結合本文所附其他圖之描述而考慮到。
因此,可例如在自光源104朝向結構外部之光程中,並且例如作為嵌入的,在層108之表面處,或者在其之後(在光程方向上),設置若干輸出耦合元件118,諸如用於控制或增強輸出耦合之特定形狀及/或材料層。
項目1412指代一種輸出耦合元件118,其包括例如作為反光片設計110一部分或者在結構中與鄰接其之材料層及/或其他輸出耦合特徵,但包括用於增強光輸出耦合之特徵。
因此,輸出耦合元件118(包括1412)可包括:
局部凹陷或突起表面,諸如層108之表面,視情況界定一個或多個例如棱柱形凹陷或突起形狀1418;
元件,或者具體地,折射率低於光學上隨後的、鄰接材料(諸如空氣)之折射率之至少光學半透明(若並非透明)材料層1412a,及/或被穿孔、多孔或其他局部變薄或切穿之不透明材料層;
元件,或者具體地,在載體材料(可為不透明的)中具有孔洞(未填充,或者半透明/透明填充)之層1412b;
元件,或者具體地,交替之較高折射率材料1414及較低折射率材料1416層1412c;及
黏著劑或助黏底膠,較佳地實質上為光學透明的或至少半透明類型(可充當覆層材料)。
圖15在1500處說明多層結構(或結構系集)之實施例,除了照明之外,還併有補充功能性,諸如觸摸或手勢感測(視情況非接觸式)。補充功能性可藉由佈置在包含光源104及其他光學特徵之多層結構上之額外層及其他元件來提供,例如作為整體構造或逐層提供。
舉例而言,可提供擴散元件414,諸如薄膜或塗層。
較佳地,至少半透明或實質上透明、基本上平面電極418可設置,視情況印刷在擴散片414或其他鄰接元件或層(例如416b)上。電極418可電連接或電磁連接至其他電路系統105,諸如亦定位於結構中及/或其外部之驅動或感測電路系統。可出於該目的而應用電佈線或無線連接。
如上文所述,項目416指代至少一個至少局部半透明(若並非透明)元件或層,其可例如印刷、共製備(諸如共擠出)、塗佈、以其他方式製備或層壓(例如,視情況使用壓力、黏著劑等層壓之薄膜)於其他元件或層諸如反光片設計110上。舉例而言,項目416因此可包括例如印刷圖形416a,視情況橫向鄰接電極418及/或視情況半透明、不透明類型之保護性外表面元件416b,其仍然較佳地達成外部可感知的背光(即,並非完全不透明)。項目416可包含(穿孔、薄(變薄)或以其他方式處理、組態或選擇以達成至少局部半透明/透明)塑膠、金屬或木材、皮革或其他生物材料、油墨、織物等。
圖10在1000處示出根據本發明之用於製造整合式光學功能性多層結構之方法之實施例的流程圖。由於關於結構各種實施例之可能構成元件及材料之適用製造製程及相關特徵亦已經在上文中論述,因此該等討論在此處不必重複,以有利於使整個已冗長方法描述清楚。然而,熟習此項技術者將理解此類事實,即其可回到之前段落,以找到亦關於適用製造方法及考慮因素之有價值的細節,而就多層結構中潛在包括之結構或功能細節而言,此同樣適用於相反的方向。
在用於製造多層結構之方法開始時,可執行啟動階段1002。在啟動期間,可進行必要準備任務,諸如材料、組件及工具選擇、獲取、校準及其他組態任務。必須特別關注到,個別元件及材料選擇一起起作用且經受選定製造及安裝製程,該製程自然較佳地基於製造製程規格及組件資料表或藉由例如調查及測試所產生原型而經預先檢查。諸如模製、模內裝飾(IMD)、層壓、接合、(熱)成形、電子總成、切割、鑽孔、穿孔、印刷及/或量測所用設備,諸如提供所需光學量測設備以及其他可由此在此階段快速上升至操作狀態。
在1004處,獲得用於容納例如光源及潛在其他電子元件之塑膠或其他材料之至少一個、較佳地可撓性基板薄膜。基板薄膜可最初為實質上平坦的或例如彎曲的。基板薄膜可至少主要地為實質上電絕緣材料。可獲取現成元件,例如,塑膠薄膜之輥或薄片用作基板材料。在一些實施例中,基板薄膜自身可首先藉由使用模具或模製裝置或其他方法自選定起始材料模製而自製。視情況,可在此階段進一步處理基板薄膜。舉例而言,其可具備孔洞、凹口、凹部、切口等。
項目1014通常指代反光片設計之提供。如熟習此項技術者亦基於本文前述考慮理解的,反光片設計或其部分可藉由安裝或原位製造在不同方法階段提供至結構,此不僅取決於反光片設計本身之組態,而且亦取決於結構中之其他元件及其組態。然而,由於反光片設計或其一部分亦可被設置為與其他元件諸如薄膜或通常材料層現成地整合,因此在一些實施例中,項目1014可與其他項目加以整合。舉例而言,在1004處已經可以獲得用於實施用於電子元件及反射結構或層之基板的例如多層類型之組合元件。在一些實施例中,反光片設計之至少一部分可被製造或至少附接至光學透射塑膠層(或含有透射層及潛在地另一層之聚系集),其本身可視情況為預製作或單獨製作類型,而非例如直接在基板薄膜上對其原位模製。在基板薄膜上設置預製作之塑膠層時,塑膠層可能已經包括在其上組態之反光片設計之至少一部分(例如,參見用於說明之圖1的150處之項目110e)。
因此,藉由非窮舉實例,彎曲箭頭指示所指向的方法項目之順序可顛倒及/或項目被整合或進一步分裂,此取決於所討論之特定實施例。
舉例而言,反光片設計及相關材料層通常可藉由印刷、塗佈、層壓或模製來提供。然而,製程可包括在反光片材料中形成各種特徵(諸如孔洞),並且潛在地用其他材料填充它們,或者提供如上文更詳細論述之輸出耦合元件。舉例而言,反光片設計可包多一個或多個材料層,視情況包括材料層堆疊及/或導電及/或金屬材料層。然而,反光片設計(諸如其層)可包括或佈置有其他元件,諸如開口(孔洞)。反光片設計經組態成,視情況主要透過鏡面反射方式,將由待製造結構中所包括之至少一個光源所發出且視情況入射在該反光片設計上的光並且在最常見使用情況下朝向設置於項目1012處之塑膠層108反射。
在設置塑膠層之前,可在基板薄膜上設置反光片設計之至少一部分,諸如一個或多個層,參見項目1014A。另外地或附加地,反光片設計之至少一部分可在將塑膠層佈置在基板薄膜上或基板薄膜與另一薄膜(潛在地另一基板薄膜)之間之後或當時提供,以駐留於所建立中間塑膠層108之另一側上,參見項目1014B。
然而,所示兩個單向虛線箭頭進一步指示用於基本上在項目1008與1010之間、及/或在項目1010與1012之間或者結合上述三個項目中之任一者而提供反射設計1014之額外或替代製程方面之選項。
在1006處,較佳地藉由例如印刷電子技術或3D印刷之一或多種加成技術,在基板薄膜中之一或多者上設置界定例如各種導線(走線)、感測元件(諸如電極)及/或接觸區域(諸如墊)以構造電路設計之若干導電及視情況導熱元件。因此,電路設計可包括在整個構造之不同層上之若干電路或電路子設計,視情況經由導電佈線(例如,經由或圍繞結構之邊緣)連接。舉例而言,可藉由一或多個適合產生電路設計之至少一部分之印刷裝置施用網版、噴墨、彈性凸版印刷、凹版印刷或膠版印刷。在一些情況下,亦可使用減成或半加成製程。培養基板薄膜之進一步動作涉及例如在其上或其處印刷或通常提供圖形、視覺指示符、光學元件(諸如遮罩或輸出耦合元件)、孔洞/填充物等若尚未執行,則可在此處進行,例如在1004處。
在各種實施例中,導電及視情況導熱元件(走線、墊、連接元件、電極等)可包含選自由以下組成之群組的至少一種材料:導電墨水、導電奈米粒子油墨、銅、鋼、鐵、錫、鋁、銀、金、鉑、導電黏著劑、碳纖維、石墨烯、合金、銀合金、鋅、黃銅、鈦、焊料及其任何組分。舉例而言,所使用之導電材料可在諸如可見光之至少部分的所需波長下為光學不透明、半透明及/或透明的,以便遮蔽諸如可見光之輻射或使該輻射自其反射、吸收於其中或使該輻射穿過。此態樣亦已在本文中別處論述。可利用例如Dupont™ ME602或ME603導電墨水作為可行導電材料之實用實例。
在1008處,另一電路系統(諸如包括電子組件諸如各種SMD之一個或多個通常現成的組件)例如藉由焊料及/或黏著劑附接至薄膜上之接觸區域。舉例而言,取決於實施例,本文可提供上文所考慮的選定技術及封裝之光源(例如,LED)以及用於控制及/或驅動電子元件、連通、感測、連接(例如,連接件)、承載(電路板、載體等)及/或功率提供(例如,電池)之不同元件。
舉例而言,適合的取放或其他安裝裝置可用於此目的。替代地或另外,可應用印刷電子技術以實際上將組件(諸如有機LED(OLED))之至少部分直接原位製造至薄膜上。因此,如熟習此項技術者理解的,用以提供具有所需電路之多層結構的項目1006、1008之執行可在時間上重疊。然而,本文準備或安裝之組件亦可包括各種光學元件,諸如透鏡、反光片、擴散片、遮罩、濾光器等。
非導電及/或導電黏著劑可用於緊固組件。在一些實施例中,機械緊固藉由非導電黏著材料實施或至少增強,而焊料或其他高導電(但在較小範圍內,黏著劑類型)材料用於電連接。
選定元件可經受進一步處理,諸如封裝(參見例如本文中較早提供之外塗層相關評論)。
項目1009具體指代一個或多個至少部分預製備之模組(諸如併有至少一個光源104及例如電路板602之上述發光模組或其他『子總成』)之製備及附接,該等模組可併有最初分離之次要基板,諸如電路板,其具備局部電路設計及電子元件,諸如若干光源、IC及/或各種其他元件或組件,諸如光學或結構組件(例如,壁結構、擴散片、透鏡、載體元件等),如亦在本文中較早更詳細地考慮。
最終多層結構之電子元件及/或其他元件之至少部分可因此經由完全或部分預製造之模組或子總成/多個總成方便地提供至基板薄膜。視情況,所考量模組或子總成可在附接至主基板之前藉由保護性材料(諸如塑膠層)至少部分地包覆模製或通常被其覆蓋。
舉例而言,黏著劑、壓力及/或熱量可用於模組或子總成與主要(主)基板之機械接合。焊料、佈線及導電墨水為用於提供模組或子總成之元件與主基板上之剩餘電元件及/或熱元件之間的電連接及/或熱連接的適用選項之實例。亦可例如在項目1204或1208上執行項目1205。所展示位置因此僅主要為例示性的。
再者,通常多層結構中(例如,基板薄膜上)所包括之電路系統可包括選自由以下組成之群組的至少一個組件或元件:電子組件、機電組件、電光組件、輻射發出組件、發光組件、發光二極體(LED)、有機LED(OLED)、側射LED或其他光源、頂射LED或其他光源、底射LED或其他光源、輻射偵測組件、光偵測或光敏組件、光二極體、光電晶體、光伏裝置、感測器、微機械組件、開關、觸控開關、觸摸面板、近接開關、觸控感測器、大氣感測器、溫度感測器、壓力感測器、濕度感測器、氣體感測器、近接感測器、電容式開關、電容式感測器、投射電容式感測器或開關、單電極電容式開關或感測器、電容式按鈕、多電極電容式開關或感測器、自電容式感測器、互電容式感測器、電感性感測器、感測器電極、微機械組件、UI元件、使用者輸入元件、振動元件、聲音產生元件、通訊元件、傳輸器、接收器、收發器、天線、紅外線(IR)接收器或傳輸器、無線通訊元件、無線標記、無線電標記、標記讀取器、資料處理元件、微處理器、微控制器、數位信號處理器、信號處理器、可程式化邏輯晶片、特殊應用積體電路(ASIC)、資料儲存元件及電子元件子總成。
在一些實施例中,在項目1012之前或之上,視情況已經包含電子元件(諸如電路設計及/或光源或其他電路系統之至少一部分)之基板薄膜可使用例如熱成形或冷成形來視情況形成1010,以展現所需形狀,諸如至少局部三維(基本上非平面)形狀。可出於目的使用可適用成形器裝置,諸如熱成形器。另外或替代地,可在已建立多層堆棧設計為經受此等處理之情況下在模製之後進行至少一些成形。
在1012處,至少在基板薄膜之第一側上並且較佳地在其上之光源上,設置或直接產生至少一個光學透射塑膠層或通常層108,塑膠層至少橫向圍繞或鄰近(參見例如圖9),視情況還至少部分地覆蓋(例如圖1)光源。在一些實施例中,除了或代替在基板之第一側上由原材料原位型生產層108,可使用至少部分預製作之(例如,預模製之)層108,其中層108可視情況然後經(預)組態而具有若干特徵103,諸如孔洞(盲孔及/或通孔),用於方便地容納光源及/或其他元件(例如(其他)電子組件)之至少部分。特徵(諸如凹槽或孔洞)可藉由減去技術諸如切割(雕刻、銑削、鑽孔或其他機械加工製程)在層108中組態。替代地或附加地,該等特徵可在(原位)製造(諸如其模製)期間直接或固有地製備在層108中,例如潛在地不需要利用減去技術來去除之後用於提供該等特征之層108材料。然而,如上文已經提及,在將層108與即可得整個多層結構之剩餘部分(諸如基板薄膜102)接合之前,層108之預製作實施例亦可例如藉由層壓、印刷或塗佈來提供反光片設計之至少一部分(亦參見圖1之150處的項目110e,作為實例)。
較佳地,所提供塑膠層或在一些實施例中多個層(較佳地包括熱塑性或在一些實施例中視情況熱固性層)因此藉由模製(諸如注射模製)被層壓或原位製造在基板上。考慮到例如發光模組或意欲承載可替換或通常可存取(例如,可檢測或可再程式化)組件之其他模組之覆蓋部分,所需部分可保持材料清透或隨後用機械或化學處理進行清潔。此模組可接著亦包括用於提供對其內部構件之存取的可(再)移動覆蓋部件。
舉例而言,模製材料可使用若干模製步驟或注射或經由單一步驟提供,其中模製材料可甚至視情況經由在其中製備之孔或藉由穿透基板材料自身(例如,經由薄化/較薄部分)經由基板薄膜自其一側流至相對側。模製材料可為至少主要電絕緣的,且在許多實施例中較佳地為至少主要電絕緣的。可在鄰近模製塑膠之薄膜上使用黏著促進材料。
在實踐中,已具備若干特徵(諸如包括光源之電路系統、模組、其他光學特徵等)之至少一個基板薄膜可在應用至少一個模製機之注射模製製程中用作插入件。在使用兩個薄膜的狀況下,可將兩個薄膜插入於其自身的半模中,以使得塑膠層至少注射於其間。替代地,第二薄膜可隨後利用例如其間之黏著劑藉由合適的層壓技術附接至第一薄膜及塑膠層之集合體。
舉例而言,可在藉由適當模具形狀自所用(熱塑性)材料及/或薄膜插入件中之任一者模製期間至少部分地建立上文所考慮之一些光學元件,諸如透鏡結構、光學輸出耦合原件或擴散片。
代替或除了模製外,例如,可利用(3D)印刷來生產塑膠層。
關於所獲得堆疊多層結構之所得總厚度,該厚度取決於例如所使用材料及鑑於製造及後續使用而提供必要強度之相關最小材料厚度。此等態樣待在逐狀況基礎上進行考慮。舉例而言,結構之總厚度可為約一些毫米之數量級,如本文中別處所論述,但相當較厚或較薄的實施例亦為可行的。
在一些實施例中,層108中可以使用除塑膠之外的材料,參考例如玻璃。
項目1016指代若干潛在額外任務,諸如後處理及安裝任務。可藉由模製、印刷、層壓等,例如,藉由熱、黏著劑或壓力或合適塗佈(例如,沉積)程序以及其他可能的定位或固定技術及減去技術(諸如雷射)將其他層、單層或多層薄膜或通常額外特徵加入至多層結構中。代替或除塑膠以外,該等層可具有保護、指示及/或美觀性價值(圖形、色彩、圖式、文字、數字資料等)且含有例如紡織物、皮革或橡膠材料。
取決於實施例,諸如電子元件、模組、模組內部構件或部件及/或光學件之額外元件可安裝且固定於例如結構的外表面處,諸如所包括薄膜或模製層之外表面處。舉例而言,諸如透鏡結構或擴散片之光學特徵可在此處藉由在其上加入材料或自其移除材料來處理熱塑性層或其上之任何其他層或元件而構造或完成(雷射加工為一個選項)。
多層結構中潛在地存在之特徵實際上包括各種先前論述之特徵,諸如擴散片、輸出耦合元件、光罩、孔洞、圖形、保護性及/或美觀性(及/或觸覺上較佳的)薄膜或層等。此類特徵可在此階段處或在任何先前方法項目期間提供,此取決於它們在所得結構中之位置及通常為組態以及待包括之其他特徵,如熟習此項技術者理解的。
可藉由變形(視情況涉及材料拉伸)來修改目標材料,諸如基板薄膜、另一薄膜(例如114、116、120或122)及/或反光片設計之材料,從而提供一些特徵,諸如上文論述在目標材料中整體地或單片地形成之輸出耦合元件。舉例而言,可出於目的而使用藉由壓機引入之機械壓制。發生在結構內部或結構之預定背側(例如,在使用期間不可見)上之機械壓力引起的變形,諸如材料拉伸、斷裂及/或波動,不需要對結構之外部可感知視覺產生任何影響。
此外,待藉由該方法,視情況作為共擠出薄膜層,或藉由上文論述之塗佈、印刷或模製在結構中潛在地提供之特徵為或包括至少一個又一材料層,該材料層具有較塑膠層更低之折射率,使得該至少一個又一材料層與該塑膠層光學連接,視情況物理地鄰接。因此,由至少一個光源發出、在塑膠層內傳播並且入射在該至少一個又一材料層上之光的至少一部分被反射(返回)至塑膠層中,或者若超過相關臨界角,則基本上藉由全內反射保持在彼處。該至少一個又一材料層可視情況包含熱塑性材料或光學透明黏著劑材料或例如底膠。
更進一步,該方法可包括選自由以下組成之群組中之至少一個製作或安裝動作:
-藉由壓敏黏著劑、光學透明黏著劑、溶劑、油墨、熱、壓力或熱熔膠將多層結構中所包括之兩個或更多個層層壓在一起;
-加成地生產諸如印刷或3D印刷至少一個層,諸如塑膠層、至少一個反射層之層、又一材料層、光波導、光輸出耦合元件、擴散片及/或其他光學功能元件;及
-在基板薄膜之側上提供頂部發出光源(視情況為LED),使得其接觸墊面向基板薄膜表面之橫向方向,並且藉由基板薄膜上亦設置(例如,分配)的導電黏著劑接觸而將接觸墊與電路設計電性接合,該導電黏著劑藉由基板薄膜上提供之結構黏著劑至少部分地包圍在基板薄膜上(此為將頂部發光源可操作地轉變成側發光源之可行方式)。
甚至更進一步,該方法可包括將複數個模組互連在一起以構建結構,其中任何或每一模組有利地包括
•以下中之至少一者
-一個或多個光源;
-基板薄膜之至少一部分;及
-電路設計,視情況包括光源驅動器電路及/或電容式感測電極;
或
•反光片設計層之至少一部分及/或塑膠層之至少一部分。
舉例而言,可生產電子元件及/或照明模組(包括例如,光源、電路設計及視情況另一電路系統,諸如控制電路)以及若干不具有例如電子元件但包括例如光學透射及/或反射材料或結構之更簡單的模組,且然後將其接合在一起。
模組中之任一者可跨越多層結構之若干層。除了能夠至少部分地由不同特性之模組構造多層結構之外,可連接若干視情況互不相同或相似之多層結構,以建立甚至更大的、功能更多樣之系集。
若視情況將實施例如結構上之觸摸或無觸摸手勢之電容式感測,則電路系統之感測電極可經組態(設定尺寸、定位等)而具有其他元件及層,參考圖15及相關文本,以使得其由例如相關聯電場或電磁場界定之感測區域或體積視需要而定位,且藉此覆蓋例如在結構之頂表面上之區域,及/或應對觸摸(及/或在一些實施例中,無觸摸手勢)或其他感測目標敏感之其他區。舉例而言,可藉由使用模擬或量測活動來達成或執行此類型之組態。舉例而言,必要的特徵可以逐層方式建造在現有結構上,或者作為至少部分現成的堆疊來安裝。
若具備連接件,則多層結構或系集之連接件可連接至所需外部連接元件,諸如外部裝置、系統或結構(例如,主裝置)之外部連接件。舉例而言,此等兩個連接件可一起形成插塞及插座型連接及介面。多層結構或系集亦可通常在本文中經定位及附接至較大系集,諸如電子主裝置,視情況個人通訊裝置、電腦、家用設備、工業裝置,或例如在其中多層結構建立車用外部或內部之一部分(諸如儀錶板或面板)的實施例中之車用。
在1018處,結束方法執行。
本發明之範疇藉由隨附申請專利範圍連同其等效物來判定。熟習此項技術者將瞭解如下事實:所揭示之實施例係僅出於說明性目的而建構,且應用許多上述原理之其他配置亦可容易製備為最佳地符合各潛在的使用情境。
100:結構
102:基板薄膜
102a:基板薄膜
102f:第一側
102s:相對第二側
103:孔洞
104:光源
104a:虛線
104b:虛線
105:電路系統
106:電路設計
106a:導體
108:層
108a:第一表面
108b:第二表面
110:反光片設計
110a:反光片設計
110b:反光片設計
110c:反光片設計
110d:反射部分
110e:反光片設計
112:輸出耦合區域
112a:輸出耦合區域
112b:輸出耦合區域
112c:輸出耦合區域
113:使用者
114:層
116:中間層
116a:多層薄膜
118:輸出耦合元件
120:表面層
122:薄膜
124:外塗層
150:結構
200:整合式光學功能性多層結構
300:整合式光學功能性多層結構
400:整合式光學功能性多層結構
410:孔洞
412:層
414:層
416:層
416a:印刷圖案
416b:保護性外表面元件
418:電極
420:結構
500:整合式光學功能性多層結構
600:整合式光學功能性多層結構
602:電路板
603:孔洞
610:反光片表面
700:整合式光學功能性多層結構
800:整合式光學功能性多層結構
801a:結構
801b:結構
812a:輸出耦合元件
812b:輸出耦合元件
900:整合式光學功能性多層結構
901:俯視/平面提取圖
902:壁結構
908:光波導
909:填充物
1000:方法
1002:啟動階段
1004:獲得至少一個基板薄膜
1006:提供走線及視情況圖形/塗層/額外層
1008:提供電子組件,包括光源
1009:建立/附接子總成/模組
1010:形成所需3D形狀
1012:生產塑膠層
1014:提供具有或不具有開口之反射層/元件
1014A:提供具有或不具有開口之反射層/元件
1014B:提供具有或不具有開口之反射層/元件
1016:外部元件之後處理/耦合
1018:結束
1100:整合式光學功能性多層結構
1200:塑膠層
1204:項目
1300:整合式光學功能性多層結構
1400:整合式光學功能性多層結構
1412:層
1412a:層
1412b:層
1412c:層
1418:形狀
1500:整合式光學功能性多層結構
本發明之選定實施例作為實例而非作為限制而繪示於所附圖式之諸圖中。
圖1說明經由根據本發明之多層結構之實施例的本發明之各種特徵及態樣。
圖2說明本發明之不同實施例中之反光片設計的另一適用組態。
圖3說明本發明之不同實施例中之反光片設計的另一適用組態。
圖4描繪反光片設計中孔洞之可能設置以及用於自結構進行光輸出耦合之光程中之其他層的潛在組態。
圖5說明其中輸出耦合元件已佈置在塑膠層上之實施例。
圖6說明併有嵌入式電路板之實施例,該嵌入式電路板用於承載至少一個光源及潛在地另一電子元件以及包括拋物面反光片表面之反光片設計。
圖7說明包括拋物面反光片表面及形狀之另一潛在實施例。
圖8說明包括本文論述之複數個多層結構之照明系集的實施例。
圖9說明其中發光模組被包括在結構中之實施例,該發光模組包括位於電路板上之至少一個光源,該電路板進一步潛在地承載額外電子元件或光學元件。
圖10為根據本發明之方法之實施例之流程圖。
圖11說明結構中包括多個光源及相關控制電路系統之實施例。
圖12說明在塑膠層中包括彎折之實施例。
圖13說明多層結構之材料層之替代組態,其中反光片設計,諸如其材料層,可以至少局部地鄰近塑膠層。
圖14說明用於光輸出耦合之不同選項及組態。
圖15說明進一步併有額外功能性諸如觸摸或手勢感測之多層結構之實施例。
100:結構
102:基板薄膜
102a:基板薄膜
102f:第一側
102s:相對第二側
103:孔洞
104:光源
104a:虛線
104b:虛線
106:電路設計
106a:導體
108:層
108a:第一表面
108b:第二表面
110:反光片設計
110a:反光片設計
110b:反光片設計
110e:反光片設計
112:輸出耦合區域
113:使用者
114:層
116:中間層
116a:多層薄膜
118:輸出耦合元件
120:表面層
122:薄膜
124:外塗層
150:結構
Claims (35)
- 一種整合式光學功能性多層結構(100、200、300、400、500、600、700、800、900、1100、1300、1400、1500),其包含: 一可撓性的、視情況可3D成形的及熱塑性的基板薄膜(102、102a),其佈置有包含至少若干電導體的一電路設計(106); 一光源(104),其設置於該基板薄膜的一第一側上,以在內部照明(104a、104b)該結構的至少一部分以用於外部感知(113); 一光學透射塑膠層(108),其視情況由熱塑性材料製成,設置於該基板薄膜的該第一側上,該塑膠層至少橫向圍繞或鄰近、視情況還至少部分地覆蓋該光源(104),該基板薄膜視情況與該塑膠層包含相同的材料或材料層,或至少具有與之類似或較低的一折射率;及 一反光片設計(110),其包含至少一個材料層,該反光片設計經組態成,視情況主要透過鏡面反射方式,將由該光源所發出且入射在該反光片設計上的光視情況朝向該塑膠層反射。
- 如請求項1之結構,其中該反光片設計的反射比在選定的、視情況實質上所有可見光波長下至少局部地為約75%,更佳地至少約90%,且最佳地至少約95%。
- 如任一前述請求項之結構,其中(300、900)該反光片設計(110、110a、110b、110c)經組態在來自該光源的較佳的直接發光路徑上,如此對自該光源輸入耦合至該塑膠層中且入射在該反光片設計上的光進行反射,以較佳地與該塑膠層的實質上橫向於該塑膠層的曲面法線的側平面更加對準。
- 如任一前述請求項之結構,其中該反光片設計經組態在該塑膠層之上或之中,以對由該光源發出且入射在該反光片設計上的光進行反射及導向,使其朝向輸出耦合區域(112、112a、112b、112c)傳播,且視情況更朝向該塑膠層的相關曲面法線傳播,以使該光至少自該塑膠層或整體結構輸出耦合。
- 如任一前述請求項之結構,其中該反光片設計至少局部地包含選自由以下組成之群組的至少一個元件: l 導電材料; l 金屬,視情況為金屬顆粒,其進一步視情況設置在該基板薄膜或另外的薄膜或者該結構中所包含的另外的薄膜或層之上或之內; l 複數個堆疊、疊加的材料層,其具有至少兩種互異的折射率,視情況界定布拉格鏡(Bragg mirror); l 薄膜塗層,視情況為PVD(物理氣相沉積)塗層;及 l 油墨或油漆。
- 如任一前述請求項之結構,其中該反光片設計(110)的一個或多個部分係位於該塑膠層的一側上,該側等同(equal)(110a)於、相對(opposite)(110b)於及/或橫向(transverse)(110c)於面對該基板薄膜的承載該光源(104)的該第一側的一側。
- 如任一前述請求項之結構,其包含至少一個另外的、視情況為印刷的材料層(114),該材料層視情況堆疊於且較佳地接觸於該反光片設計(110、110a、110b、110c),該至少一個另外的材料層相比該塑膠層具有較低的折射率,該至少一個另外的材料層與該塑膠層經光學連接,視情況係實體鄰接,如此藉由全內反射使由該光源所發出、在該塑膠層內傳播且入射在該至少一個另外的材料層上的該光的至少一部分轉向返回到該塑膠層中,該至少一個另外的材料層視情況包含光學透明黏著劑或底膠或由光學透明黏著劑或底膠構成。
- 如請求項7之結構,其中該至少一個另外的材料層(114)之一層為多層、視情況共擠出類型的該基板薄膜(102a)之一層,其還包含用於該光源(104)的承載層(102)。
- 如請求項7至8中任一項之結構,其包含介於該塑膠層(108)與該至少一個另外的材料層(114)之一層之間的中間層(116),該中間層包含光學透射材料,該光學透射材料較佳地與該塑膠層包含相同的材料或具有至少與之類似的一折射率,該中間層與該至少一個另外的材料層之該層視情況為多層薄膜(116a)的構成部分,進一步視情況為較佳的共擠出的多層薄膜及/或基板類型多層薄膜,承載若干元件諸如光學元件、電路設計或者一個或多個電子組件,層壓在該塑膠層上。
- 如請求項7至9中任一項之結構,其中該反光片設計(110、110a、110b)的至少一部分與該至少一個另外的材料層(114)係相互位於該塑膠層(108)的同側、對側或兩側上。
- 如請求項7至10中任一項之結構,其中該反光片設計(110)之一層、該至少一個另外的材料層(114)之一層與該塑膠層(108)就其材料而言係至少局部地疊加,使得該至少一個另外的材料層之該層的材料係堆疊在該反光片設計之該層與該塑膠層的材料之間。
- 如任一前述請求項之結構,其中(1200)該塑膠層界定彎折,該彎折視情況具有為約10度或更大之彎折角度,且該反光片設計的至少一部分實質上位於該塑膠層上其外周及/或內周處。
- 如任一前述請求項之結構,其中(400、420、1400、1412、1412b)該反光片設計的至少一部分包含若干孔洞(410),例如穿孔,該若干孔洞視情況設置有光學透射的且視情況進一步為光學散射的填料,以使得入射光能夠傳播通過以進行輸出耦合,其中入射密度及/或孔洞的大小較佳地隨著與該光源之距離而增加。
- 如任一前述請求項之結構,其包含(1500)至少一個元件,較佳地沿自該光源朝向該結構之外部的光程,該至少一個元件選自由以下組成之群組: l 擴散片(414); l 較佳地至少半透明或實質上透明、基本上平面的電極(418),其視情況印刷在該擴散片上; l 印刷圖案(416、416a),其視情況橫向鄰接該電極;及 l 保護性外表面元件(416、416b),視情況為半透明、非透明類型。
- 如任一前述請求項之結構,其中(600、700)該反光片設計至少局部地界定準直反光片表面(610),視情況實質上為拋物面反光片,較佳的在該塑膠層的一側上,該側與面對該基板薄膜的承載該光源的該第一側的一側相對。
- 如請求項15之結構,其中該光源(104)相對於該準直反光片表面的對稱軸係對中(600)或偏離中心(700)的。
- 如任一前述請求項之結構,其中該反光片設計的至少一部分係鄰接該基板薄膜而定位,如此使得自該光源輸入耦合至該基板薄膜中的光能夠藉由反射而在該基板薄膜內傳播,直到入射在允許該光到該基板薄膜的外部且較佳地穿過該塑膠層的輸出耦合區域或輸出耦合體積上為止,該輸出耦合區域或體積視情況包含變形基板部分、塗層或印刷部分。
- 如任一前述請求項之結構,其中該反光片設計含有經局部處理,較佳地經機械、化學或電氣方式處理,視情況為變形諸如伸長的部分,諸如材料堆疊部分或材料層部分,其具有經改變的反射特性以用於光轉向及視情況穿過該塑膠層的輸出耦合(118)。
- 如任一前述請求項之結構,其中該塑膠層局部地界定表面特徵或表面圖案,視情況包含粗糙或變形區域,用以使在內部入射於其上的光進行輸出耦合(118)。
- 如任一前述請求項之結構,其包含(500)在該塑膠層上的若干較佳地印刷而成的、視情況為分散的輸出耦合元件(118),該等輸出耦合元件具有在空間方面相互變化的入射密度及/或尺寸,較佳地包括至少厚度, 該等輸出耦合元件的入射密度、厚度及/或一個或多個其他尺寸較佳地隨著與該光源之距離而增加,以隨著距離個別提升輸出耦合,該若干個輸出耦合元件中的一個或多個視情況包含螢光、磷光、熱致變色或光致變色材料。
- 如任一前述請求項之結構,其包含至少部分地覆蓋該光源的發光部分的外塗層(124),該外塗層包含視情況相比該塑膠層具有較高折射率的光學透射材料。
- 如任一前述請求項之結構,其包含(200)在該塑膠層上的光輸出耦合區域(112、112a、112b、112c),其中該光源(104)位於該反光片設計(110c)的較佳地實質上垂直於該光輸出耦合區域而對準的至少一部分與該光輸出耦合區域之間,且該光源已依據其主發射方向而朝向該反光片設計的該至少一部分(110c)對準。
- 如任一前述請求項之結構,其包含(600、900)承載該光源且設置在該基板薄膜上的電路板(602),該電路板視情況進一步承載由光學透射材料製成的覆蓋該光源的一光波導(908)、由光學透射的且視情況為透明的材料製成的佈置在該電路板的外周處的壁結構(902)及/或較佳地介於該壁結構與該光波導之間的氣隙或填料(909),且/或該電路板進一步視情況包含若干孔洞(603),用以使光能夠穿過其進行傳輸。
- 如任一前述請求項之結構,其在自該光源朝向該結構的外部的該光程中及在該塑膠層的表面處或該塑膠層之後,包含選自由以下組成之群組的至少一個元件:光學印刷層;塗層或薄膜,其包含相對於由該光源所發出的光的不透明或半透明的材料(416、416a、416b);光罩(412);凹陷表面,諸如該塑膠層的表面,其視情況界定一個或多個稜鏡凹陷形狀(118;1418);若非光學上透明的,則為與光學上隨後的、鄰接材料諸如空氣相比具有較低折射率的至少半透明的材料之層(1412、1412a);交替的較高(1414)與較低(1416)折射率材料之層(1412、1412c);不透明材料之被穿孔、多孔或以其他方式局部地減薄或切穿的層;及助黏底膠。
- 如任一前述請求項之結構,其中該光源(104)包含半導體、封裝半導體、板上晶片封裝半導體、裸晶片、電致發光或印刷型光源,較佳的是LED,視情況為多色諸如RGB(紅綠藍)LED。
- 如任一前述請求項之結構,其中該光學透射塑膠層(108)在其中界定用以容納至少一個光源的至少一部分的一孔洞(103)。
- 如任一前述請求項之結構,其中該電路設計(106)的該若干電導體(106a)中的至少一者部分地或實質上定位在該反光片設計的背離該光學透射塑膠層(108)的一側上,且較佳地至少電性上、視情況實體上與該光源(104)連接。
- 如任一前述請求項之結構,其中(150)該反光片設計(110)的至少一部分(110e)位於該光學透射塑膠層(108)與該基板薄膜(102)之間,視情況經製作或層壓至該光學透射塑膠層(108)。
- 一種多源多目標照明系集(800),其包含堆疊、較佳地附接在一起的兩個或多個如任一前述請求項之結構(801a、801b),該系集經組態成將來自該兩個或多個結構中之每一者的光經由其各自的、至少部分地非重疊的輸出耦合區域(112a、112b)而輸出耦合在該系集的一個或多個表面及/或在該系集之中或之上的經照明輸出耦合元件(118;812a、812b)上。
- 一種用於製造一整合式光學功能性多層結構的方法(1000),其包含: 取得(1004)一可撓性的、視情況可3D成形的及熱塑性的基板薄膜(102),其視情況為多層薄膜,設置(1006)有一電路設計,該電路設計包含至少若干電導體,較佳地經加成地製成,諸如印刷在該基板薄膜上; 將至少一個光源佈置(1008、1009)在該基板薄膜的一第一側上; 在該基板薄膜的該第一側上,視情況經由模製、層壓或3D印刷,設置(1012)一光學透射塑膠層,該塑膠層至少橫向圍繞或鄰近、視情況還至少部分地覆蓋該光源;其中 設置(1014、1014A、1014B)一反光片設計,其包含至少一個材料層,該材料層視情況包含材料層之一堆疊及/或導電及/或金屬材料之一層,視情況包括印刷、塗佈、層壓或模製,且該反光片設計經組態成,視情況主要透過鏡面反射方式,將由該至少一個光源所發出且入射在該反光片設計上的光視情況朝向該塑膠層反射。
- 如請求項30之方法,其包含視情況作為共擠出薄膜層或是經由塗佈、印刷或模製來設置至少一個另外的材料層,該至少一個另外的材料層相比該塑膠層具有較低的折射率,使得該至少一個另外的材料層與該塑膠層經光學連接,視情況係實體鄰接,如此藉由全內反射使由該至少一個光源所發出、在該塑膠層內傳播且入射在該至少一個另外的材料層上的該光的至少一部分轉向返回到該塑膠層中,該至少一個另外的材料層視情況包含熱塑性材料或光學透明黏著材料或底膠。
- 如請求項30至31中任一項之方法,其包含選自由以下組成之群組的至少一個步驟: l 藉由壓敏型黏著劑、光學透明黏著劑、溶劑、墨水、熱、壓力或熱熔,將包括在該多層結構中的兩個或多個層層壓在一起; l 加成地製造諸如印刷或3D印刷至少一個層諸如該塑膠層、至少一個反光層之一層、一另外的材料層、光導、光輸出耦合元件、擴散片及/或其他光學功能性元件;及 l 在該基板薄膜之側上設置頂部發光光源,視情況為LED,使得其接觸墊面向橫向於該基板薄膜的表面的方向,且由該基板薄膜上所設置的導電黏著劑接觸而將該等接觸墊與該電路設計電性接合,該導電黏著劑係至少部分地藉由該基板薄膜上所設置的結構黏著劑而圍繞在該基板薄膜上。
- 如請求項30至32中任一項之方法,其包含將複數個模組相互連接在一起,其中各模組包含 l 以下中的至少一者: o 該至少一個光源中的一個或多個光源; o 該基板薄膜的至少一部分;及 o 該電路設計,其視情況包括光源驅動器電路及/或電容式感測電極; 或 l 該反光片設計之一層的至少一部分及/或該塑膠層的至少一部分。
- 如請求項30至33中任一項之方法,其中該塑膠層經組態成具有用以容納該至少一個光源的至少一部分的至少一個孔洞。
- 如請求項30至34中任一項之方法,其中該光學透射層係至少部分地設置為預製元件,該預製元件初始與該基板薄膜的該第一側分離,且較佳地在將該光學透射層與基板薄膜直接或經由一個或多個中間層附接在一起之前,佈置有該反光片設計的至少一部分。
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