[发明专利]变形光导

说明书

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。