專利名稱：導(dǎo)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于照明、照亮和顯示目的的導(dǎo)光裝置，并且具體地，涉及具有透 明提取特征的導(dǎo)光裝置。
背景技術(shù)：
很多導(dǎo)光設(shè)備對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。這些設(shè)備被用于包括照明、背面 照明、標(biāo)志和顯示目的的一系列功能。在導(dǎo)光部件上包含表面特征以便干擾在導(dǎo)光部件 內(nèi)被引導(dǎo)的光的全內(nèi)反射是已知的。干擾全內(nèi)反射條件允許光通過表面離開導(dǎo)光部件。 改變表面特征的物理特性允許控制在特定位置處多少光離開導(dǎo)光部件。
存在用于干擾全內(nèi)反射的兩個主要物理原理，S卩，反射和折射。反射涉及與導(dǎo) 光部件的表面上的反射材料相互作用的光，其被吸收并且然后被重新發(fā)射，因而破壞了 全內(nèi)反射的效應(yīng)。白色材料例如白色油墨通常被用作反射介質(zhì)。白色油墨在任意方向上 發(fā)射光(通常被稱作散射)，并且該光的大部分以小于全內(nèi)反射條件的臨界角的角度入射 在相對的表面上，因此光可從該表面離開導(dǎo)光部件。
應(yīng)用以印刷的白點(diǎn)形式的白色油墨散射特征是已知的。印刷方法以可被快速地 且成本有效地修改的設(shè)計提供了低單位成本和低加工成本。然而，利用油墨點(diǎn)以這種方 式從導(dǎo)光部件反射光是用于控制光以使它離開導(dǎo)光部件的低效方法。油墨點(diǎn)中的微粒是 弱的光反射體，并且因此可忽略的比例的光僅被吸收而未被反射。利用白色油墨點(diǎn)也通 過添加亮度增強(qiáng)膜限制了系統(tǒng)級再循環(huán)能力。
光學(xué)上更有效的解決方案是使用折射效應(yīng)，其中出射表面的形狀被小規(guī)模地局 部修改，以使被引導(dǎo)的光的有效入射角被改變至臨界角以下，并且因此根據(jù)Snell定律光 可離開。導(dǎo)光部件表面的機(jī)械加工和激光加工已經(jīng)被用于實(shí)現(xiàn)該效應(yīng)，但是在這些系統(tǒng) 中，由此產(chǎn)生的表面特征的表面粗糙度可能非常高。
透明的半球形微透鏡特征到導(dǎo)光部件上的注射成型、微成型或微壓印提供了對 被引導(dǎo)的光的更有效且可控的干擾，使統(tǒng)一且有效的解決方案的設(shè)計更容易。然而，已 知注射成型或在導(dǎo)光設(shè)備上產(chǎn)生折射特征的其它硬加工的方法較昂貴。
提出了添加工藝?yán)缤该鞯陌肭蛐瓮哥R特征的印刷(例如噴墨印刷)。然而，已 知的油墨和印刷技術(shù)展示關(guān)于特征的尺寸、再現(xiàn)性和實(shí)現(xiàn)透鏡特征中的變化的能力的很 多限制，所述能力是在整個導(dǎo)光部件上大規(guī)模地(即，透鏡的尺寸控制光提取)和小規(guī)模 地(即，透鏡之間的節(jié)距需要利用強(qiáng)的漫射器和更厚的導(dǎo)光部件)實(shí)現(xiàn)高水平的均勻性所 需要的。
通常，具有反射特征或折射特征的導(dǎo)光設(shè)備由注模的或機(jī)加工的透明塑料組件 構(gòu)成，其中光源例如熒光燈或多個LED在被稱作導(dǎo)光板的透明塑料組件的邊緣處通過機(jī) 械連接被集成。這樣的設(shè)備的實(shí)例由PCT公布號2005/101070的作者提供。
術(shù)語“透明的”和“不透明的”是指導(dǎo)光裝置的組件在與裝置一起被利用的光 源所產(chǎn)生的光的波長處的光學(xué)特性。
發(fā)明概述
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種導(dǎo)光裝置，其包括用于引導(dǎo)光線的導(dǎo)光板 和多個光提取特征，光提取特征包括被應(yīng)用于導(dǎo)光板的透明材料并且具有不平坦的表 面，以使入射在不平坦表面上的光線從導(dǎo)光部件折射。
在本上下文中，不平坦被理解為意指不規(guī)則的、變化的或不均勻的。不平坦 表面的合并提供了具有更高的高寬比的提取特征的優(yōu)先區(qū)域，所以有助于在垂直于導(dǎo)光 板的方向周圍光從導(dǎo)光板的折射，即，這些特征提供了以指向觀察者的優(yōu)先光束角度的 光。這導(dǎo)致當(dāng)與具有相對光滑的半球表面的提取特征相比時具有提高的提取效率的裝置。
最優(yōu)選地，不平坦的表面包括至少一個微透鏡型元件。微透鏡型元件是提取 特征的出射表面的彎曲部分，其尺寸是它所位于的提取特征的尺寸的兩倍、或大于、小 于提取特征的尺寸。作為結(jié)果，微透鏡型元件展示比作為整體得到的光提取特征更高的 高寬比，并且因此提供了有助于在垂直于導(dǎo)光板的方向周圍光從導(dǎo)光板的優(yōu)先折射的區(qū) 域。
優(yōu)選地，多個光提取特征是不連續(xù)的，S卩，在相鄰提取特征之間不存在透明的 材料。
優(yōu)選地，多個光提取特征被布置在導(dǎo)光板的表面上的陣列中。
可選地，陣列包括規(guī)則陣列。
優(yōu)選地，光提取特征的體積從陣列的一側(cè)至另一側(cè)增加。可選地，體積通過增 加提取特征的尺寸而增加?？蛇x地或此外，體積通過增加光提取特征的高度而增加。
優(yōu)選地，光提取特征包括在整個導(dǎo)光板上的線。
可選地，光提取特征是點(diǎn)。
優(yōu)選地，透明材料是通過印刷裝置被應(yīng)用于導(dǎo)光板的印刷透明材料。
最優(yōu)選地，透明材料包括透明紋理化油墨(textured ink)。
優(yōu)選地，印刷透明材料具有與導(dǎo)光板的折射率相同的或相似的折射率。
優(yōu)選地，導(dǎo)光板包括透明的聚合物薄板。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的導(dǎo)光裝置的顯示器。
優(yōu)選地，顯示器還包括設(shè)置成與導(dǎo)光板的一側(cè)間隔開的反射裝置，該反射裝置 用于將被提取至反射裝置的光反射至導(dǎo)光板的另一側(cè)。
反射裝置可為鏡面的或非鏡面的。
可選地或此外，顯示器還包括漫射裝置，其在顯示器將被觀察到的方向上布置 在導(dǎo)光裝置的一側(cè)上。在顯示器包括散射裝置和反射裝置的場合，反射裝置離開漫射裝 置布置在導(dǎo)光部件的相對側(cè)上。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種制造具有一個或多個提取特征的導(dǎo)光裝置 的方法，其包括如下步驟
將透明材料應(yīng)用在導(dǎo)光部件的表面上以限定一個或多個提取特征的位置；以及
干燥或固化透明材料以使透明材料的表面是不平坦的。
不平坦表面的合并提供了具有更高的高寬比的提取特征的區(qū)域，并且因此有助于在垂直于導(dǎo)光板的方向周圍光從導(dǎo)光板的折射。
最優(yōu)選地，不平坦的表面包括至少一個微透鏡型元件。微透鏡型元件展示比作 為整體得到的光提取特征更高的高寬比，并且因此提供了有助于光從導(dǎo)光板的折射的區(qū) 域。
優(yōu)選地，多個光提取特征被不連續(xù)地應(yīng)用于導(dǎo)光板上，S卩，在提取特征之間不 存在透明的材料。
優(yōu)選地，多個光提取特征被應(yīng)用以在導(dǎo)光板的表面上形成陣列。
可選地，陣列包括規(guī)則陣列。
優(yōu)選地，多個光提取特征被應(yīng)用以使光提取特征的體積從陣列的一側(cè)至另一側(cè) 增加。可選地，體積通過增加提取特征的尺寸而增加。可選地或此外，體積通過增加光 提取特征的高度而增加。
優(yōu)選地，應(yīng)用多個光提取特征的步驟包括透明材料的印刷。最優(yōu)選的，透明材 料的印刷包括絲網(wǎng)印刷工藝。
優(yōu)選地，透明材料是紋理化透明油墨?？蛇x地，紋理化透明油墨包括Autotype Fototex 或 Norcote 09-CL2。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種導(dǎo)光裝置，其包括用于引導(dǎo)光線的導(dǎo)光板 和多個光提取特征，其中光提取特征包括被應(yīng)用于導(dǎo)光板以便形成具有至少一個微透鏡 型元件的仿形表面的透明材料。
這樣的裝置提供了對被提取的光的均勻性的控制，并且，微透鏡型元件的高的 高寬比增加了在垂直于導(dǎo)光板的方向周圍被提取的提取光束的數(shù)量。作為結(jié)果，光在指 向觀察者的優(yōu)先光束角度處被提取，這導(dǎo)致提高的系統(tǒng)效率。
附圖的簡要說明
當(dāng)閱讀下面的詳細(xì)描述并且參照下面的附圖時，本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明 顯，其中


圖1示出了如本文所述的導(dǎo)光裝置的側(cè)視圖2示出了如本文所述的由于被提取特征折射而離開圖1的導(dǎo)光部件的光線的路 徑的特寫圖3示出了合并圖1的導(dǎo)光裝置的顯示器；
圖4示出了合并圖1的導(dǎo)光裝置的可選的顯示器；
圖5示出了三個可選的導(dǎo)光裝置的側(cè)視圖6示出了圖4 (b)的導(dǎo)光裝置的透視圖7示出了圖4(b)的導(dǎo)光裝置的典型提取特征的表面狀況的側(cè)視圖8示出了基于圖4(b)和圖5的設(shè)計的實(shí)際導(dǎo)光裝置的頂視像；以及
圖9示出了穿過圖8的導(dǎo)光裝置的提取特征截取的橫截面的實(shí)驗(yàn)曲線。
在下面的描述中，在整個說明書和附圖中相似的部件使用相同的參考數(shù)字標(biāo) 記。附圖不一定按比例繪制，并且某些部件的比例被放大以更好地示出本發(fā)明的實(shí)施方 式的細(xì)節(jié)和特征。
詳細(xì)描述
參照圖1，導(dǎo)光裝置10被示為包括導(dǎo)光板12和多個光提取特征14。為了幫助描述導(dǎo)光裝置10的操作，光源16例如LED或冷陰極熒光燈(CCFL)沿著光線18和光線 20將光耦合入導(dǎo)光板12。
提取特征14包括被應(yīng)用于導(dǎo)光板12的外表面的透明材料，并且被設(shè)計或應(yīng)用 以使它們具有不平坦或仿形的表面，與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的規(guī)則半球形狀不同。優(yōu)選 地，透明材料被印刷在導(dǎo)光板12上，并且是“紋理化”透明油墨，例如Autotype Fototex 或Norcote 09-CL2。當(dāng)利用UV(紫外)光被固化時，這些類型的紋理化透明油墨形成了 具有在1微米至100微米范圍內(nèi)的典型的高度/尺寸尺度的不平坦的或仿形的紋理化表 面。來自于每個印刷點(diǎn)的光提取強(qiáng)度可通過具有更大尺寸或深度的油墨結(jié)構(gòu)被修改—— 通常通過改變材料的化學(xué)性質(zhì)或其固化工藝條件來實(shí)現(xiàn)。更大的結(jié)構(gòu)或更大的表面粗糙 度提供了來自于提取特征的更高水平的光提取。盡管所使用的優(yōu)選方法是絲網(wǎng)印刷，但 是各種印刷方法可被用于將紋理化透明油墨輸送到導(dǎo)光板上。
如可從圖1看到的，提取特征14是不連續(xù)的，S卩，每個提取特征14被單獨(dú)地應(yīng) 用于導(dǎo)光板12上。這有提供更高效率的光傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，其中，由于導(dǎo)光板12的表面沒 有額外的涂層或?qū)訅喊?，因此不存在光提取特征?br> 如圖1所示，光線18和20通過全內(nèi)反射沿著導(dǎo)光板12從光源16行進(jìn)。當(dāng)光 線以大于相對于表面的法線的“臨界角”的角度照射在介質(zhì)邊界時，全內(nèi)反射出現(xiàn)，其 中在介質(zhì)邊界的另一側(cè)上折射率更小。臨界角是被超過時全內(nèi)反射出現(xiàn)的入射角。
提取特征14具有與導(dǎo)光板12的折射率相似的或相同的折射率。因此，光線18 和光線20進(jìn)入提取特征14并且此后照射提取特征14的外表面。當(dāng)提取特征14的外表 面是不平坦的或仿形的時，光線18和光線20在該情況下照射處于不提供全內(nèi)反射的角度 的不平坦表面的一部分，并且因此光可經(jīng)由提取特征14離開裝置10。
參照圖2，導(dǎo)光板12和提取特征14的實(shí)施方式的特寫利用光線22被示出。當(dāng) 相對于法線觀的入射角Q1大于導(dǎo)光板12和在該情況下周圍空氣之間的邊界的“臨界 角”時，光線22從表面M反射。
Snell定律規(guī)定，入射角和折射角的正弦的比等于在兩種介質(zhì)中的速度的比，或 者等于折射率的反比sin ft ν, η
—Ζ- = — = —sin Q1 v2 r\
當(dāng)光從密度大的介質(zhì)移動至密度較小的介質(zhì)例如從水移動至空氣時，當(dāng)求解的 正弦值大于1時Snell定律不能被用于計算折射角。此時，光被反射在入射介質(zhì)中，得到 全內(nèi)反射。
導(dǎo)光板12優(yōu)選地是透明聚合物例如丙烯酸酯或聚碳酸酯，其具有約1.5的折射 率?？諝饩哂屑s1的折射率。因此，作為例子，考慮以50° (Q1 = SCT )的角度從導(dǎo) 光板12的內(nèi)部入射于表面M的光線22，如圖2所示。當(dāng)使用Snell定律計算相應(yīng)的角 度92時，由此產(chǎn)生的正弦值于是將不會倒置，并且由于不存在被折射的出射線，因而折 射角不能通過Snell定律來計算. λ S、,ι
為了計算臨界角，設(shè)θ2 = 90°，并且對θ。 求解
當(dāng)9工> θ。η 時，不會出現(xiàn)折射光線，并且入射光線經(jīng)歷從界面介質(zhì)的全內(nèi)反射。
因此，當(dāng)提取特征14具有與導(dǎo)光板12的折射率相同的或相似的折射率時，光線 22在有微小偏差或沒有偏差的情況下通過導(dǎo)光板12與提取特征14之間的邊界30。然 后，光線22與提取特征14和空氣之間的邊界32相接。在該實(shí)施例中，相對于法線的入 射角θ 3約為20°，這將利用上面建立的等式對于角度θ 4給出相對于法線沈約為31° 的相應(yīng)折射。
現(xiàn)在參照圖3，示出了合并如前面所示的導(dǎo)光裝置10以及光源16、反射裝置36 和漫射裝置38的顯示器34。
表面提取特征14的圖案可被最優(yōu)化以使在整個導(dǎo)光板12上逸出的光的水平是均 勻的，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。通常，具有在接近光源邊緣處的小尺寸的提取特征14 和在遠(yuǎn)離邊緣的距離處的更大尺寸的提取特征14的被印刷的提取特征14的陣列是一種提 供均勻的光提取的方式。
顯示器34的性能可通過在與配置有提取特征14的一側(cè)相對的導(dǎo)光板12的側(cè)面 上添加反射裝置36來提高。如所示，光線40可通過提取特征14從導(dǎo)光板12被反射， 并且然后通過反射裝置36以一角度被反射回而通過導(dǎo)光板12。反射裝置36可為鏡面的 或非鏡面的，并且可為例如3MECR。
此外，漫射裝置38可以可選地位于配置有提取特征14的導(dǎo)光板12的相同側(cè) 上，以便使觀察到的光分布更均勻，并且因此有助于隱藏提取特征14的圖案。合適的漫 射裝置38可為例如Shinwha SD743。
圖4示出了顯示器35的可選的實(shí)施方式。顯示器35再次合并如前所述的導(dǎo)光 裝置10以及光源16、反射裝置36和漫射裝置38。在當(dāng)前所述的實(shí)施方式中，反射裝置 36位于配置有提取特征14的導(dǎo)光板12的一側(cè)上。如果漫射裝置38被利用，那么它位于 配置有提取特征14的導(dǎo)光板12的相對側(cè)上，以便使觀察到的光分布更均勻，并且因此有 助于隱藏提取特征14的圖案。
使漫射裝置38遠(yuǎn)離提取特征14位于導(dǎo)光板12的相對側(cè)上意味著從提取特征14 的出口至漫射裝置38的光線路徑更長，這提供了更好的光漫射。也就是說，提取特征14 的圖案不會那么容易被看見，并且更均勻的光分布產(chǎn)生。
透明提取特征14的使用提供了可以可選地通過例如在導(dǎo)光板12的表面M上或 在漫射器38上添加亮度增強(qiáng)膜來結(jié)合系統(tǒng)級再循環(huán)能力的顯示器。這樣的特征的包含用 于進(jìn)一步增加來自于顯示器的觀測照度。
如上所述，提取特征14的圖案可為具有不同尺寸的特征14的陣列的形式，其 實(shí)例在圖5和圖6中被提供。特別是，圖5提供了導(dǎo)光裝置10b、IOc和IOd的三個側(cè)視 圖，其中配置有提取特征14的表面位于垂直于紙面的x-y平面內(nèi)，而x-z平面與紙面是 共面的。
在下面的描述中，提取特征14的高度指其沿著ζ軸的尺寸，而其尺寸指由x-y8平面內(nèi)的提取特征14覆蓋的區(qū)域。術(shù)語“節(jié)距”涉及沿著χ軸方向的提取特征14的間 隔，而特征的寬度涉及其沿著χ軸的尺寸。最后，特征的高寬比涉及特征14的高度與寬 度之間的比。
很多因素被發(fā)現(xiàn)影響通過提取特征14從導(dǎo)光板12提取的光的量。這些因素包 括提取特征14的尺寸和高度，通常尺寸或高度越大，發(fā)現(xiàn)要提取的光就越多。改變提取 特征14之間的節(jié)距也可用于控制光提取，S卩，因?yàn)楫?dāng)我們遠(yuǎn)離光源移動時導(dǎo)光部件中存 在較少的光，于是提取特征14的節(jié)距需要減少以便維持均勻的光輸出。
根據(jù)這些定義，圖5(a)示出了導(dǎo)光裝置10b，其中提取特征14具有相同的尺寸 和高度，但是當(dāng)我們遠(yuǎn)離光源16移動時它們之間的節(jié)距被減小。圖5(b)示出了導(dǎo)光裝 置10c，其中提取特征14具有相同的高度和節(jié)距，但是當(dāng)我們遠(yuǎn)離光源移動時具有增加 的尺寸。最后，圖5 (c)示出了導(dǎo)光裝置10d，其中提取特征14具有相同的節(jié)距和相同的 尺寸。然而，在該實(shí)施方式中，當(dāng)我們遠(yuǎn)離光源16移動時提取特征14的高度增加。所 有這三個所述的實(shí)施方式允許光的被控制的提取，并且因此可在導(dǎo)光裝置10的出射表面 30上提供均勻的照射。
優(yōu)選的實(shí)施方式是在圖5(b)中所示出的實(shí)施方式，其示意性的透視圖在圖6中 被提供，其中提取特征14具有相同的高度和節(jié)距，但是當(dāng)我們遠(yuǎn)離光源16移動時它們具 有增加的尺寸。在圖6所示的實(shí)施方式中，四側(cè)耦合的光源16與導(dǎo)光板12合并。根據(jù) 來自于裝置IOc的期望輸出，這些光源16可產(chǎn)生具有相同顏色或不同顏色的光。
圖7示出了圖5(b)的導(dǎo)光裝置的典型提取特征14的表面狀況的側(cè)視圖。這些 圖允許觀察通過下述方法產(chǎn)生的提取特征14的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
與本領(lǐng)域中已知的實(shí)質(zhì)上半球形提取特征不同，可看到本發(fā)明的提取特征14包 含顯著的表面紋理。特別是，圖7示出了提取特征14，其在提取特征14的整個寬度上包 括位于公共表面32上的三個不同的微透鏡型元件104。通常，提取特征14具有大約100 微米的寬度和大約10微米的高度。微透鏡型元件104具有大約10微米至40微米的寬度 和大約10微米的高度。顯著地，這提供了作為整體(即，本領(lǐng)域中已知的實(shí)質(zhì)上半球形 提取特征)具有明顯比單個微透鏡型元件104的高寬比小的高寬比的提取特征14。低高 寬比實(shí)際上對應(yīng)于弱透鏡，并且因此展示對臨界角的低影響以及因而低的光提取。高的 高寬比對應(yīng)于強(qiáng)透鏡，并且因此展示對臨界角的高影響以及因而高的光提取。因此，當(dāng) 與具有相同的總尺寸和高度的實(shí)質(zhì)上半球形提取特征相比時，提取特征14中的子特征的 合并用于顯著地增加從導(dǎo)光板12提取的光。
盡管圖7示出了包含三個微透鏡型元件104的提取特征14，但是將認(rèn)識到，本發(fā) 明并不被這樣限制。已發(fā)現(xiàn)，甚至單個微透鏡型元件104的合并提供了具有仿形出射表 面32的提取特征14，其在與具有相同的總尺寸和高度的實(shí)質(zhì)上半球形提取特征相比時增 加了特征的提取特性。實(shí)際上，提取特征的尺寸可為大的(幾百個微米)，而結(jié)構(gòu)化微透 鏡型元件104為大約5微米至50微米，因此提供了光學(xué)透鏡化效應(yīng)，其具有比具有整個 提取特征的尺寸和高度的正常透鏡顯著更高的高寬比。
生產(chǎn)方法
接下來現(xiàn)在是導(dǎo)光裝置的生產(chǎn)方法的描述。優(yōu)選的實(shí)施方式利用絲網(wǎng)印刷工藝 來將紋理化油墨印刷在導(dǎo)光部件的表面上，此后該表面利用UV(紫外)光被固化。然9而，將認(rèn)識到，其它已知的印刷方法可以可選地被利用。
在第一種情況中，網(wǎng)板由一片被稱作網(wǎng)狀物的多孔精細(xì)編織的織物制成，該織 物在剛硬的框架上展開。網(wǎng)狀物由諸如鋼、尼龍或聚酯的材料制成。然后，利用光掩模 工藝以非滲透性材料隔開網(wǎng)板區(qū)域以形成模板，其為待印刷的圖像的底板，即，紋理化 油墨將出現(xiàn)在導(dǎo)光板12上的敞開空間。
下一步包括將網(wǎng)板放置在導(dǎo)光板12的頂部上。然后，透明的紋理化油墨被放置 在網(wǎng)板的頂部上，并且填充棒(也被稱作充注棒(flood bar))被用于利用紋理化油墨填充 網(wǎng)狀物開口。操作員或機(jī)器被用于抬起網(wǎng)板以防止與導(dǎo)光板12的接觸，并且將填充棒放 置在網(wǎng)板的一側(cè)處的機(jī)構(gòu)化油墨的儲蓄器的后面。然后，當(dāng)填充棒在網(wǎng)板的整個表面上 被拉動時，小的向下的力被施加于填充棒。當(dāng)將紋理化油墨的儲蓄器從網(wǎng)板的一側(cè)移動 至另一側(cè)時，這有效地利用紋理化油墨填充了網(wǎng)狀物開口。
然后，使用被施加以將網(wǎng)狀物向下移動至導(dǎo)光板12上的向下的力來在網(wǎng)板的整 個表面上移動橡膠刀片。因此，處于網(wǎng)狀物開口中的油墨通過毛細(xì)作用以所控制的或規(guī) 定的量被抽吸或擠在導(dǎo)光板12上，S卩，濕的紋理化油墨沉淀物等于網(wǎng)狀物和/或模板的 厚度。當(dāng)橡膠刀片在整個網(wǎng)板上移動時，網(wǎng)狀物的張力向上并且遠(yuǎn)離導(dǎo)光板12拉它(被 稱作折斷)，使透明的紋理化油墨以限定的量并在網(wǎng)板中的圖案所規(guī)定的位置上留在導(dǎo)光 表面30上。
最后，濕的紋理化油墨利用UV(紫外)光被固化，以便將提取特征14固定在導(dǎo) 光板12的表面上。
在該固化工藝期間，微透鏡104的精細(xì)結(jié)構(gòu)被逐漸形成于提取特征14的整個表 面32上。實(shí)際上，提取特征14的表面32的精確形式被發(fā)現(xiàn)取決于紋理化油墨的化學(xué)性 質(zhì)和固化工藝條件。因此，通過選擇合適的透明油墨，例如通過改變微粒添加物、粘度 或表面張力或者通過改變印刷工藝的適當(dāng)參數(shù)例如網(wǎng)板類型、印刷速度或固化時間，可 控制紋理化出射表面32的高度以及特征尺寸和節(jié)距。
然而，應(yīng)注意到，利用具有被控制的尺寸和高度的紋理化油墨的已知成分和體 積可產(chǎn)生略微不同的微觀表面32的輪廓，例如，一個、兩個或四個微透鏡104而不是前 述三個微透鏡104的表面。然而，可從相同的油墨制成并具有相似的尺寸和高度的提取 特征14的宏觀光提取水平是相似的，因此所述方法提供了高度控制和有復(fù)驗(yàn)性的結(jié)果。
如前所述，表面特征變化的正確設(shè)計允許在整個導(dǎo)光裝置10上的光的均勻提取 以產(chǎn)生有用的且均勻的背光。這是通過在印刷工藝中利用預(yù)制模板實(shí)現(xiàn)的。例如，圖 5(a)中所示的導(dǎo)光裝置IOb是通過由提供具有相等尺寸但具有減小的節(jié)距的提取特征14 的模板/網(wǎng)狀物圖案來實(shí)現(xiàn)的，而圖5(b)中所示的導(dǎo)光裝置IOc由提供具有增加的尺寸 但具有恒定的節(jié)距的提取特征14的模板/網(wǎng)狀物圖案來實(shí)現(xiàn)。
為了生產(chǎn)圖5(c)中所示的導(dǎo)光裝置10，必須利用多個絲網(wǎng)印刷步驟，實(shí)際上， 一個印刷進(jìn)程用于放下具有一般高度的所有提取特征14。在當(dāng)前所述的實(shí)施方式中，這 將要求對提取特征14的每行使用單獨(dú)的網(wǎng)狀物/模板。
因此，光提取特征14可被認(rèn)為是具有由很多任意尺寸和形狀的微透鏡型元件 104構(gòu)成的不平坦表面的透明特征。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是對被提取的光的均勻性的增加的控 制。此外，微透鏡型元件104的高的高寬比增加了在垂直于導(dǎo)光板12的方向周圍被提取的提取光束的數(shù)量，即，提供了在指向觀察者的光束角處的優(yōu)先提取的光。這導(dǎo)致具有 提高的效率的裝置。具體實(shí)施例
圖8示出了基于圖5(b)和圖6的設(shè)計的實(shí)際導(dǎo)光裝置IOc的頂視圖，而圖9示 出了穿過圖8的導(dǎo)光裝置的提取特征14截取的橫截面的實(shí)驗(yàn)曲線。
圖8的導(dǎo)光裝置IOc包括厚度為0.75mm的50mmx50mm的矩形丙烯酸薄板(特 別地，Clarex精密光學(xué)薄板)，其合并導(dǎo)光板12的一側(cè)上的高度為0.6mm的白色側(cè)面發(fā) 光LED (Nichia NSSW 006T)。提取特征14包括Norcote 09-CL2—在聚合物內(nèi)部具有硅 球以便進(jìn)一步增強(qiáng)紋理的材料，并且被布置為具有50微米的節(jié)距。當(dāng)我們遠(yuǎn)離LED位 置移動時，提取特征14的尺寸從100微米增加至400微米。使用這種布置發(fā)現(xiàn)，在高寬 比范圍從2 1至10 1的情況下，位于提取特征14內(nèi)的微透鏡104的個數(shù)在4個至9 個之間變化。
然后，美能達(dá)色差計CS-100A和透鏡系統(tǒng)被用于測量在實(shí)際導(dǎo)光裝置IOc的整 個1.5mm斑點(diǎn)尺寸上的照明的均勻性，其中
均勻性=(最大讀數(shù)-最小讀數(shù))/最大讀數(shù)
導(dǎo)光裝置IOc的所測量的均勻性大約為90%。
本文所述的導(dǎo)光裝置10提供了一種設(shè)備，在該設(shè)備中，提取特征14的尺寸、高 度、位置和表面輪廓可被謹(jǐn)慎地控制。當(dāng)與包含實(shí)質(zhì)上半球形輪廓的提取特征相比時， 通過創(chuàng)建具有高的高寬比的包含微透鏡104的提取特征14，提供了具有好的光學(xué)特性和 增加的提取能力的提取特征14。此外，通過利用在被固化之前被配置在導(dǎo)光板12上的紋 理化油墨，允許在生產(chǎn)工藝中使用傳統(tǒng)的印刷方法，特別是絲網(wǎng)印刷方法。
對光提取的更大的控制是通過利用所述的導(dǎo)光裝置10來實(shí)現(xiàn)的，并且因此導(dǎo)致 更均勻的光輸出被實(shí)現(xiàn)。作為通過提取特征14實(shí)現(xiàn)的增加的光提取的結(jié)果，利用漫射裝 置38來漫射輸出光并且遮蔽提取特征的需要被消除，所以減小了設(shè)備的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的前述說明為了說明和描述的目的被提供，并且沒有被規(guī)定為無遺漏的 或?qū)⒈景l(fā)明限制于所公開的精確形式。所述的實(shí)施方式被選擇和描述，以便最佳地解釋 本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在各種實(shí)施方式中并且以適合 于所設(shè)想的特定用法的各種修改最佳地使用本發(fā)明。因此，可合并進(jìn)一步的修改或改 進(jìn)，而不偏離由附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。1權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)光裝置，其包括用于引導(dǎo)光線的導(dǎo)光板和多個光提取特征，所述光提取特 征包括被應(yīng)用于所述導(dǎo)光板的透明材料并且具有不平坦表面，以使入射在所述不平坦表 面上的光線折射出導(dǎo)光部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)光裝置，其中所述不平坦表面包括至少一個微透鏡型元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述多個光提取特征在所述 導(dǎo)光板上是不連續(xù)的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述多個光提取特征被布置 在所述導(dǎo)光板的表面上的陣列中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)光裝置，其中所述陣列包括規(guī)則陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述光提取特征的體積從所 述陣列的一側(cè)至另一側(cè)增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)光裝置，其中所述體積通過合并具有增加的尺寸的光提取 特征而增加。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述體積通過合并具有增加 的高度的光提取特征而增加。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述光提取特征包括在整個 所述導(dǎo)光板上的線。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述光提取特征是點(diǎn)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述透明材料是通過印刷工 藝被應(yīng)用于所述導(dǎo)光板的印刷透明材料。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述透明材料包括透明的紋理化油墨。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述透明材料具有與所述導(dǎo) 光板的折射率相同的或相似的折射率。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置，其中所述導(dǎo)光板包括透明的聚合 物薄板。
15.一種包括權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的導(dǎo)光裝置的顯示器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示器，其中所述顯示器還包括設(shè)置成與所述導(dǎo)光板的一 側(cè)間隔開的反射裝置，所述反射裝置用于將被提取至所述反射裝置的光反射至所述導(dǎo)光 板的另一側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中所述反射裝置包括鏡面反射器或非鏡面反射器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中的任一項(xiàng)所述的顯示器，其中所述顯示器還包括在所述 顯示器將被觀看的方向上布置在所述導(dǎo)光裝置的一側(cè)上的漫射裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的顯示器，其中所述反射裝置離開所述漫射裝置被布置在所 述導(dǎo)光板的相對側(cè)上。
20.一種制造具有一個或多個提取特征的導(dǎo)光裝置的方法，包括如下步驟 將透明材料應(yīng)用在導(dǎo)光部件的表面上以限定所述一個或多個提取特征的位置；以及干燥或固化所述透明材料以使所述透明材料的表面是不平坦的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中不平坦表面包括至少一個微透 鏡型元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21中的任一項(xiàng)所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述多個光 提取特征被不連續(xù)地應(yīng)用于所述導(dǎo)光板上。
23.根據(jù)權(quán)利要求20至22中的任一項(xiàng)所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述多個光 提取特征被應(yīng)用以在所述導(dǎo)光板的表面上形成陣列。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述陣列包括規(guī)則陣列。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24中的任一項(xiàng)所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述多個光 提取特征被應(yīng)用以使所述光提取特征的體積從所述陣列的一側(cè)至另一側(cè)增加。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述體積通過合并具有增加的 尺寸的光提取特征而增加。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26中的任一項(xiàng)所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述體積通 過合并具有增加的高度的光提取特征而增加。
28.根據(jù)權(quán)利要求20至27中的任一項(xiàng)所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中應(yīng)用所述多 個光提取特征的所述步驟包括所述透明材料的印刷。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述透明材料的所述印刷包括 絲網(wǎng)印刷工藝。
30.根據(jù)權(quán)利要求20至29中的任一項(xiàng)所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述透明材 料是紋理化透明油墨。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的制造導(dǎo)光裝置的方法，其中所述紋理化透明油墨包括 Autotype Fototex 或 Norcote 09-CL2。
全文摘要
描述了一種包括用于引導(dǎo)光線的導(dǎo)光板和多個光提取特征的導(dǎo)光裝置。光提取特征包括被應(yīng)用于導(dǎo)光板以便形成不平坦表面的透明材料。透明材料可包括經(jīng)由印刷工藝應(yīng)用于導(dǎo)光板表面的紋理化油墨。不平坦表面的合并在具有更高的高寬比的提取特征的表面上提供微透鏡型元件，并且因此有助于光從導(dǎo)光板的折射。設(shè)備以這種方式被生產(chǎn)，其中提取特征的尺寸、高度、位置和表面輪廓可被謹(jǐn)慎地控制。作為結(jié)果，所述的導(dǎo)光裝置提供了高效率和相對均勻的光輸出。
文檔編號G02B6/00GK102027289SQ200980117569
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者詹姆士·古爾雷 申請人:Led產(chǎn)品設(shè)計有限公司