照明轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本公開(kāi)整體涉及能夠?qū)⒐鈴囊环N幾何形式轉(zhuǎn)換為另一種幾何形式的照明轉(zhuǎn)換器。具體地，所述照明轉(zhuǎn)換器能夠?qū)A形光源諸如LED轉(zhuǎn)換為可用于側(cè)光式波導(dǎo)的線性光源，該側(cè)光式波導(dǎo)可用于顯示器的背光源。轉(zhuǎn)換器由具有朝著彼此以45°取向的兩個(gè)邊緣(220,218)的波導(dǎo)板(210)組成，使得波導(dǎo)板由附接到三角形部分(202)的矩形部分(204)組成。該三角形部分圍繞中心軸線(250)被卷成卷并且該卷的一側(cè)用于耦合來(lái)自光源的光。
【專利說(shuō)明】照明轉(zhuǎn)換器
[0001]相關(guān)專利申請(qǐng)
[0002]本專利申請(qǐng)與名稱為照明轉(zhuǎn)換器(ILLUMINAT1N CONVERTER)、國(guó)際提交日期為2011年10月28日且以引用方式并入本文的PCT專利申請(qǐng)N0.PCT/US2011/058213相關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0003]空間光調(diào)制器(特別地包括液晶顯示器(LCD))通常使用背光源或前光源來(lái)為顯示器提供光。這些光的常用光源是發(fā)光二極管(LED)，其中LED或者直接位于LCD下面(所謂直下式)或者照亮設(shè)置在LCD下方的波導(dǎo)的邊緣(所謂側(cè)光式)，或這二者的組合。在背光源由照亮波導(dǎo)的LED陣列組成的組合的一個(gè)例子中，波導(dǎo)平鋪形成背光源。
[0004]光學(xué)波導(dǎo)可以是平片或可以是錐形的，并且可具有涂覆有反射材料諸如金屬帶的邊緣。波導(dǎo)通常通過(guò)將樹脂模塑或澆鑄為接近最終形狀或最終形狀而制造，或由較大的片材制成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開(kāi)整體涉及能夠?qū)⒐鈴囊环N幾何形式轉(zhuǎn)換為另一種幾何形式的照明轉(zhuǎn)換器。具體地，所述照明轉(zhuǎn)換器能夠?qū)A形光源諸如LED轉(zhuǎn)換為可用于側(cè)光式波導(dǎo)的線性光源，該側(cè)光式波導(dǎo)可用于顯示器的背光源。在一個(gè)方面，本公開(kāi)提供包括可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分和可見(jiàn)光透明薄膜的平面部分的照明轉(zhuǎn)換器?？梢?jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分包括:中心軸線，可見(jiàn)光透明薄膜被圍繞中心軸線纏繞；垂直于中心軸線的光輸入表面，所述光輸入表面包括可見(jiàn)光透明薄膜的第一邊緣；反射表面，所述反射表面包括與所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述第一邊緣成45度角而設(shè)置的所述可見(jiàn)光透明薄膜的第二邊緣；和平行于中心軸線的光輸出區(qū)域?？梢?jiàn)光透明薄膜的平面部分從可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分切向延伸至可見(jiàn)光透明薄膜的光輸出邊緣，其中可見(jiàn)光透明薄膜為玻璃薄膜。
[0006]在另一個(gè)方面，本公開(kāi)提供包括照明轉(zhuǎn)換器和發(fā)光二極管(LED)的背光源。照明轉(zhuǎn)換器包括可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分和可見(jiàn)光透明薄膜的平面部分?？梢?jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分包括:中心軸線，可見(jiàn)光透明薄膜被圍繞中心軸線纏繞；垂直于中心軸線的光輸入表面，所述光輸入表面包括可見(jiàn)光透明薄膜的第一邊緣；反射表面，所述反射表面包括與所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述第一邊緣成45度角設(shè)置的所述可見(jiàn)光透明薄膜的第二邊緣；和平行于中心軸線的光輸出區(qū)域。可見(jiàn)光透明薄膜的平面部分從可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分切向延伸至可見(jiàn)光透明薄膜的光輸出邊緣，其中可見(jiàn)光透明薄膜為玻璃薄膜。LED鄰近光輸入表面設(shè)置并且能夠?qū)⒐庾⑷牍廨斎氡砻嬷小?br> [0007]上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在描述本公開(kāi)的每個(gè)所公開(kāi)的實(shí)施例或每種實(shí)施方式。以下附圖和【具體實(shí)施方式】更具體地舉例說(shuō)明了示例性實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]整個(gè)說(shuō)明書參考所附附圖，在附圖中類似的附圖標(biāo)號(hào)表示類似的元件，并且其中:
[0009]圖1示出了照明轉(zhuǎn)向器的透視示意圖；
[0010]圖2A-2C示出了照明轉(zhuǎn)換器的透視示意圖；以及
[0011]圖3示出了照明轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。
[0012]附圖未必按比例繪制。附圖中使用的類似標(biāo)號(hào)是指類似部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，使用標(biāo)號(hào)來(lái)指代給定附圖中的部件并非旨在限制在另一附圖中以相同標(biāo)號(hào)進(jìn)行標(biāo)記的部件。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本公開(kāi)描述了用于空間光調(diào)制器顯示器中的背光源或前光源的配光設(shè)備。配光設(shè)備通?？杀幻枋鰹榻邮軄?lái)自光源諸如點(diǎn)光源或其他小橫截面積光源的輸入光并將光轉(zhuǎn)換為可用于例如照亮波導(dǎo)的邊緣的線光源的照明轉(zhuǎn)換器。
[0014]在一個(gè)具體實(shí)施例中，照明轉(zhuǎn)換器可包括至少一個(gè)LED、用于由LED發(fā)出的光的集光光學(xué)器件以及切出了輸入邊緣、輸出邊緣和反射邊緣的透明薄膜。在一個(gè)具體實(shí)施例中，輸入邊緣和輸出邊緣形成直角，并且反射邊緣相對(duì)于輸入和輸出邊緣成45度角。薄膜可卷成柱體形狀，其中離輸出邊緣最遠(yuǎn)的輸入邊緣位于柱體的中心，柱體的軸線與輸出邊緣平行，并且其中集光光學(xué)器件的輸出照亮由輸入邊緣形成的柱體的末端。
[0015]邊緣照明相對(duì)于直下式照明更具優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)椴▽?dǎo)較薄同時(shí)實(shí)現(xiàn)了均勻照明的顯示器。然而，邊緣照明具有多個(gè)挑戰(zhàn)。波導(dǎo)邊緣的縱橫比(例如，寬度比厚度)通常極高，通常超過(guò)10:1或甚至超過(guò)100:1，而典型的LED具有接近I的縱橫比。在試圖將LED耦接到波導(dǎo)邊緣以充分照亮顯示器時(shí)，這可能會(huì)產(chǎn)生多個(gè)問(wèn)題。在一些情況下，通常只有少量LED用于照亮波導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)邊緣，并且這可能在波導(dǎo)的表面上產(chǎn)生IXD照明的不均勻度。在一些情況下，光學(xué)系統(tǒng)的集光率可能提高，導(dǎo)致波導(dǎo)所需的厚度增大。這可能導(dǎo)致使用不同增益薄膜的背光源的循環(huán)系統(tǒng)效率的潛在下降。
[0016]在一些情況下，LED側(cè)光式顯示器使用多種方法中的一種方法來(lái)產(chǎn)生白光。一種此類方法是將熒光粉添加到紫外光(UV)或藍(lán)光LED中以通過(guò)降頻轉(zhuǎn)換所發(fā)射的輻射而產(chǎn)生白光。通常，熒光粉增加小型LED集光率的程度比增加大型LED的集光率的程度更大。另一種產(chǎn)生白光的方法是將發(fā)射LED的紅光、綠光和藍(lán)光進(jìn)行組合。常規(guī)的側(cè)光式波導(dǎo)可能很難使用此類顏色組合光學(xué)系統(tǒng)來(lái)降低集光率。
[0017]本公開(kāi)通過(guò)使用照明轉(zhuǎn)換器來(lái)提供位于光源和背光源波導(dǎo)之間的集光率匹配。所述照明轉(zhuǎn)換器使用循環(huán)薄膜來(lái)增加背光源的光效率，減小背光源厚度，并降低材料成本和消耗。
[0018]在一個(gè)具體實(shí)施例中，照明轉(zhuǎn)換器可被描述為“圓到線”照明轉(zhuǎn)換器；S卩，輸入光的幾何形式從圓形改變?yōu)榫€形。在該實(shí)施例中，照明轉(zhuǎn)換器改變從LED所收集的光的典型的低縱橫輸出，并將其轉(zhuǎn)換為可能適用于側(cè)光式顯示器的線性光源。
[0019]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的照明轉(zhuǎn)向器100的透視示意圖。在一個(gè)具體實(shí)施例中，照明轉(zhuǎn)向器100顯示出可用于形成照明轉(zhuǎn)換器的可見(jiàn)光透明薄膜110的屬性，如本文別處所述。可見(jiàn)光透明薄膜110可以是高度透明的聚合物薄膜或玻璃薄膜，優(yōu)選地對(duì)于具有介于450和650nm之間的波長(zhǎng)的光具有小于6dB/m的損耗。損耗可能是由效應(yīng)諸如體積或表面散射和吸收所引起的。合適的聚合物包括丙烯酸酯(尤其是聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、硅樹脂、聚酯、聚烯烴、聚碳酸酯等等。聚合物薄膜可通過(guò)擠出、澆鑄并固化或溶劑涂覆而制得。
[0020]合適的玻璃薄膜包括基于無(wú)機(jī)氧化物特別是非晶態(tài)無(wú)機(jī)氧化物的那些玻璃薄膜。優(yōu)選的是基于二氧化硅的玻璃，特別是基于二氧化硅與以下物質(zhì)中的一種或多種的混合物的玻璃，所述物質(zhì)為:鋁的氧化物、鎂的氧化物、鈣的氧化物、鋰的氧化物、鈉的氧化物、鉀的氧化物、鐵的氧化物、鉻的氧化物、錳的氧化物、鈷的氧化物、鈦的氧化物、硫的氧化物、鋇的氧化物、鍶的氧化物、鉛的氧化物、鋯的氧化物、鉛的氧化物，以及包括氟和硒的元素的氧化物。特別優(yōu)選的是硼硅酸鹽玻璃諸如由肖特玻璃公司(Schott glass)制造的N-BK7。使用本領(lǐng)域中已知的合適拉延工藝諸如用于制造用于液晶顯示器(LCD)行業(yè)的玻璃薄膜的那些工藝來(lái)將玻璃優(yōu)選地制成具有非常平滑的表面的薄膜。術(shù)語(yǔ)“薄膜”或“片材”在本文中可互換使用以用于描述聚合物和玻璃形式，并且包括具有介于約10和2000微米之間的厚度的材料。
[0021]可見(jiàn)光透明薄膜110包括被光輸出區(qū)域127分隔的第一部分102和第二部分104?？梢?jiàn)光透明薄膜110還包括第一主表面112、第二相對(duì)主表面114以及位于它們之間的光輸出邊緣116。光輸出區(qū)域127代表穿過(guò)可見(jiàn)光透明薄膜110且垂直于光輸入邊緣120的橫截面。在一些情況下，可能期望的是光輸出邊緣116相對(duì)于光輸出區(qū)域127形成一角度，并同樣代表穿過(guò)可與第二邊緣119成角度“ Θ ”(在圖1中示出為大約90度)而設(shè)置的可見(jiàn)光透明薄膜110的橫截面。
[0022]本文所述的每個(gè)邊緣具有厚度“t”，其中“t”遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光透明薄膜110的任何其他尺寸，這樣導(dǎo)致了高縱橫比(即，寬度或長(zhǎng)度除以厚度)波導(dǎo)?？梢?jiàn)光透明薄膜110的其他尺寸諸如寬度“W”、包括光輸入邊緣120的第一長(zhǎng)度“LI”以及包括第一邊緣121和與第一邊緣121相對(duì)的第二邊緣119的第二長(zhǎng)度“L2”，各自可比可見(jiàn)光透明薄膜110的厚度“t”大最多10倍、大最多100倍或甚至大超過(guò)100倍。
[0023]可見(jiàn)光透明薄膜110的第一部分102包括與光輸入邊緣120成45度角而設(shè)置的反射邊緣118，并且從光輸入頂端125延伸至光輸出區(qū)域127。反射邊緣118可以包括能夠在可見(jiàn)光透明薄膜內(nèi)或通過(guò)設(shè)置在邊緣表面上的反射涂層進(jìn)行全內(nèi)反射(TIR)的拋光表面。在一些情況下，反射涂層可包括金屬涂層諸如銀、鋁等等，或反射涂層可包括電介質(zhì)涂層諸如包括如本領(lǐng)域已知的交替的無(wú)機(jī)或有機(jī)電介質(zhì)層的多層電介質(zhì)涂層。
[0024]輸入可見(jiàn)光線130穿過(guò)光輸入邊緣120而進(jìn)入照明轉(zhuǎn)向器100的第一部分102，從反射邊緣118反射，穿過(guò)光輸出區(qū)域127，并且穿過(guò)作為輸出可見(jiàn)光線140的照明轉(zhuǎn)向器100的第二部分104的光輸出邊緣116而離開(kāi)照明轉(zhuǎn)向器100。
[0025]每條輸入可見(jiàn)光線130可為穿過(guò)部分準(zhǔn)直的輸入錐135 (其包括準(zhǔn)直角“ α ”)而傳播的部分準(zhǔn)直的輸入光線。在一些情況下，準(zhǔn)直角“ α ”可在最多至約45度、最多至約40度、最多至約30度、最多至約20度或最多至約15度的范圍內(nèi)，這如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣取決于光源的構(gòu)造。優(yōu)選地，準(zhǔn)直角“ α ”可在約5度至約20度的范圍內(nèi)。
[0026]在準(zhǔn)直角“ α ”內(nèi)穿過(guò)照明轉(zhuǎn)向器100的每條輸入可見(jiàn)光線130的路徑可包括通過(guò)TIR等進(jìn)行的來(lái)自第一主表面112和第二主表面114的多次反射。一般來(lái)講，TIR可在照明轉(zhuǎn)向器100的材料的折射率大于接觸照明轉(zhuǎn)向器100的表面的材料的折射率時(shí)發(fā)生。同樣，在一些情況下，鄰近所需要的TIR的每個(gè)表面來(lái)提供間隙諸如氣隙。在一些情況下，可見(jiàn)光透明薄膜110可與低折射率涂層(包含碳氟化合物、硅樹脂和多孔材料諸如超低折射率涂層和相分離的聚嵌段共聚物)一起涂覆在一個(gè)或多個(gè)表面上以增強(qiáng)TIR。在一些情況下，可見(jiàn)光透明薄膜110可與反射材料(諸如金屬或別處所述的電介質(zhì)涂層)一起涂覆在一個(gè)或多個(gè)表面上?？梢?jiàn)光透明薄膜110可在一個(gè)或多個(gè)表面上具有其他涂層，包括硬涂層、平面化涂層和防靜電涂層。
[0027]在一些情況下，角度“ Θ ”可小于90度，諸如大約45度(未示出)，并且光輸出邊緣116可被制成以類似于反射邊緣118的方式來(lái)反射光，并穿過(guò)第二邊緣119 (即，與圖1中所不出的輸入可見(jiàn)光線130的方向大致相同的方向)來(lái)發(fā)射光。在一些情況下，角度“ Θ ”可大于90度，諸如大約135度(未示出)，并且光輸出邊緣116可被制成以類似于反射邊緣118的方式來(lái)反射光，并穿過(guò)第一邊緣121 ( S卩，與圖1中所示的輸入可見(jiàn)光線130的方向大致相對(duì)的方向)來(lái)發(fā)射光。應(yīng)當(dāng)理解，可按需要調(diào)整角度“ Θ ”以將輸出可見(jiàn)光線140引導(dǎo)穿過(guò)所選的輸出邊緣并最終進(jìn)入波導(dǎo)，或如別處所述那樣平鋪進(jìn)入波導(dǎo)。
[0028]圖2A-2C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的照明轉(zhuǎn)換器200的透視示意圖。圖2A-2C中的編號(hào)元件200-227中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖1中所示的類似編號(hào)元件100-127，并且每個(gè)元件的描述和功能均為相應(yīng)地類似的。例如，圖2A-2C中的可見(jiàn)光透明薄膜210對(duì)應(yīng)于圖1中的可見(jiàn)光透明薄膜110。
[0029]可見(jiàn)光透明薄膜210的第一部分202 (下文稱為螺旋纏繞部分202)包括光輸入邊緣220和45度反射邊緣218，其可以卷成螺旋形使得光輸入邊緣220形成可為圓形表面的光輸入表面222。從圖2A至圖2B進(jìn)展到圖2C，可見(jiàn)光透明薄膜210沿纏繞方向255被圍繞中心軸線250以螺旋方式纏繞，該纏繞始于光輸入頂端225，并至少持續(xù)到光輸出區(qū)域227被螺旋纏繞為止。這樣，光輸入邊緣220成為螺旋纏繞部分202中的多個(gè)螺旋纏繞，從而形成光能夠注入的光輸入表面222，并從而將圓形光源轉(zhuǎn)換為線光源?？梢?jiàn)光透明薄膜210的第二部分204 (下文稱為平面部分204)從螺旋纏繞部分202切向延伸。
[0030]螺旋可松散地組裝以提供間隙，諸如具有鄰近用于促進(jìn)TIR的可見(jiàn)光透明薄膜的空氣界面的氣隙，或者螺旋的每一層可用與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料進(jìn)行粘合。例如，可見(jiàn)光透明薄膜可由具有相對(duì)高折射率的聚合物諸如聚碳酸酯制成，并且該薄膜可用薄粘合劑層諸如光學(xué)透明粘合劑(例如，得自3M公司(3M Company)的“0CA”)或可固化的低折射率樹脂諸如可在將薄膜卷成螺旋之后被固化的丙烯酸類單體進(jìn)行粘合。低折射率涂層還可由包括有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料或其混合物的真空涂層材料進(jìn)行施力口。合適的低折射率涂層包括例如二氧化硅和氟化鎂。
[0031]所述螺旋可通過(guò)使用符合螺旋的內(nèi)部形狀的軸柄、將螺旋的起始部分用控粘粘合劑(諸如熱熔性粘合劑、真空或機(jī)械夾持)附接到軸柄而形成。在使用可固化粘合系統(tǒng)來(lái)將螺旋保持在一起的情況下，卷起的薄膜可通過(guò)使用光化輻射諸如紫外光或電子束或熱固化系統(tǒng)而粘合。
[0032]在一些情況下，可將薄膜加熱至其可能變形但不會(huì)由于例如破裂而受損的溫度。通常，合適的溫度介于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)之間。隨后可將薄膜趁熱卷成螺旋形，然后將其冷卻以制得穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)。所述薄膜涂覆有在成形溫度下軟化且以螺旋形式粘合至相鄰表面的材料。
[0033]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的照明轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300。圖3中編號(hào)元件200-227中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖2中呈現(xiàn)但的類似編號(hào)元件200-227，并且每個(gè)元件的描述和功能均對(duì)應(yīng)地相似。照明轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300包括具有螺旋纏繞部分202和從螺旋纏繞部分202切向延伸的平面部分204的照明轉(zhuǎn)換器200。螺旋纏繞部分202具有中心軸線250并且包括光輸入表面222、光反射邊緣218以及將螺旋纏繞部分202與平面部分204分開(kāi)的光輸出區(qū)域227。光輸出區(qū)域227與中心軸線250平行。
[0034]照明轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300還包括能夠?qū)⒐庾⑷牍廨斎氡砻?22的LED370。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的可選準(zhǔn)直光學(xué)器件365和可選光整合柱體360也可設(shè)置在LED 370和光輸入表面222之間以至少部分地準(zhǔn)直和均質(zhì)化進(jìn)入照明轉(zhuǎn)換器200的光。
[0035]在一個(gè)具體實(shí)施例中，螺旋纏繞部分202可由形成螺旋纏繞部分202和平面部分204 二者的連續(xù)的薄膜形成。在一些情況下，平面部分204可延伸以形成顯示器波導(dǎo)(顯示器背光源可以更一般地稱為波導(dǎo))，如別處所述。在一些情況下，平面部分204可耦接到單獨(dú)的背光源380 (或波導(dǎo))，該背光源(或波導(dǎo))可由與可見(jiàn)光透明薄膜210相同或不同的材料制成。優(yōu)選地，照明轉(zhuǎn)換器200的光輸出邊緣216和背光源380的背光源輸入邊緣382之間存在間隙384，其中間隙384為背光源380的厚度的約二分之一、背光源380的厚度的四分之一或甚至更少，并且可填充有空氣或具有小于可見(jiàn)光透明薄膜210的折射率的折射率的材料。間隙384可導(dǎo)致系統(tǒng)效率和照明均勻度的改善。在一個(gè)具體實(shí)施例中，可選的光提取特征結(jié)構(gòu)388可包括在背光源380中以在前表面386上提供均勻的光提取，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知。
[0036]波導(dǎo)可平鋪以照亮較大的顯示器。例如，波導(dǎo)可以2X1、2X2、3X2或更大的陣列進(jìn)行排列。波導(dǎo)也可在相對(duì)的邊緣上具有照明轉(zhuǎn)換器，或者在通用波導(dǎo)上可使用多個(gè)轉(zhuǎn)換器。LED也可設(shè)置在顯示器面板下方，此處薄波導(dǎo)可平鋪以形成陣列。該構(gòu)造尤其可用于使用區(qū)域照明以用于改善對(duì)比度和功率效率的顯示器。
[0037]可見(jiàn)光透明薄膜(110，210)可使用用于制備波導(dǎo)片材的技術(shù)制成。該技術(shù)可用于制備聚合物薄膜和薄片波導(dǎo)，所述薄片波導(dǎo)具有平滑的且具有受控的角度和/或曲率或兩者的一個(gè)或多個(gè)邊緣。該技術(shù)將兩個(gè)或更多個(gè)柔性薄膜或片材堆疊在兩個(gè)夾模板之間，從而形成夾模板和薄膜或片材的組件。然后將該組件在至少一個(gè)邊緣上研磨和拋光。研磨的或拋光的邊緣的至少一個(gè)邊緣可涂覆有材料諸如金屬、電介質(zhì)和微結(jié)構(gòu)化的材料。
[0038]制造薄膜或薄片波導(dǎo)可能是困難的，因?yàn)檫吘売绊懼到y(tǒng)的總體性能。通常，邊緣起到三種功能中的一種或多種。第一，發(fā)射來(lái)自光源諸如LED的光；第二，通過(guò)TIR沿波導(dǎo)來(lái)反射光；第三，在背光源的末端處以接近法向角度的角度反射光，從而增加系統(tǒng)效率和均勻度。在所有三種情況下，重要的是光導(dǎo)的邊緣不增加通過(guò)散射和非正交表面反射的光的集光率。薄膜或片材中的光學(xué)上光滑和正交的表面很難使用常規(guī)工藝制造。
[0039]在一些情況下，一個(gè)或多個(gè)邊緣通常涂覆有光學(xué)材料，諸如銀或鋁的薄層，或可具有施加到邊緣的微結(jié)構(gòu)，如別處所述。在此類系統(tǒng)中，可能重要的是存在表面的完整的涂層，但涂層幾乎不延伸超出邊緣。在一些情況下，例如，金屬過(guò)噴到薄膜或片材平坦表面上可能導(dǎo)致通過(guò)散射和/或吸收或兩者而導(dǎo)致的損失，并產(chǎn)生不均勻的背光源。在一些情況下，還可能期望在薄膜的一個(gè)或多個(gè)邊緣上設(shè)置受控的彎曲?？蓮膹澢倪吘壥芤娴膽?yīng)用包括例如將來(lái)自一個(gè)波導(dǎo)的光有效耦合到另一個(gè)波導(dǎo)。
[0040]描述了用于制備薄而有效的波導(dǎo)的技術(shù)，其中薄波導(dǎo)技術(shù)允許使用制備尤其是透明波導(dǎo)(具體地是溶劑和電子束固化的樹脂)的工藝。該技術(shù)使用具有足夠厚度以具備剛性且由易蝕或不易蝕材料制成的兩個(gè)夾固塊。如果它們由易蝕材料制成，則將進(jìn)行研磨和拋光的表面的塊的尺寸應(yīng)等于或大于成品所需的最終尺寸。如果夾固塊由硬的非易蝕材料制成，則該尺寸應(yīng)等于或小于最終尺寸。夾固塊可由提供剛度的硬材料和能夠被侵蝕而基本上不磨損研磨和拋光介質(zhì)的軟材料的組合構(gòu)造而成。
[0041]薄膜疊堆可用垂直于薄膜平面的邊緣厚度軸進(jìn)行研磨和拋光，或可研磨該疊堆使得邊緣厚度軸與薄膜平面成一角度。該角度可在O度至45度或更大的范圍內(nèi)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)薄膜或片材可互換使用，并且還包括平坦或錐形的薄膜或片材。通常，薄膜的厚度小于1mm,更優(yōu)選地小于Imm,并且最優(yōu)選地小于約200微米。
[0042]研磨和拋光疊堆使得其在一個(gè)或更多個(gè)平面中形成簡(jiǎn)單或復(fù)雜的彎曲也是可能的。具有大約平行于薄膜或片材的法向軸的表面的彎曲可通過(guò)將邊緣研磨和拋光成所需的形狀來(lái)形成。曲面平行于薄膜平面的彎曲可通過(guò)使光學(xué)薄膜與比光學(xué)薄膜更易侵蝕的薄膜交錯(cuò)以產(chǎn)生凸形表面或與比其受侵蝕速度慢的薄膜交錯(cuò)以產(chǎn)生凹形表面而制成。合適的高度易蝕薄膜包括聚烯烴、玻璃化轉(zhuǎn)變低于25°C的聚合物、多孔聚合物和碳氟化合物薄膜。易蝕材料還可以是薄膜上的蠟或易碎涂層。具有低侵蝕率的合適的薄膜包含結(jié)晶聚合物諸如聚酯(包括聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)、和無(wú)定形聚合物(包括聚甲基丙烯酸甲酯)、環(huán)氧樹脂，以及填充有硬顆粒(包括陶瓷或金屬)的聚合物或涂層。
[0043]適形的拋光介質(zhì)可用于產(chǎn)生正交于薄膜平面的曲面。還可能期望的是具有也是適形的研磨介質(zhì)，尤其是預(yù)拋光研磨介質(zhì)。合適的研磨和拋光介質(zhì)包括毛氈、聚合物薄膜和彈性介質(zhì)諸如橡膠表面。加工條件可能影響彎曲度，其中薄膜表面和介質(zhì)之間的壓力越高，通常會(huì)產(chǎn)生更高的曲率。
[0044]可將薄膜或片材切得比最終所需尺寸更大，然后將其組裝成疊堆并利用夾固塊和用于施加適當(dāng)?shù)牧σ员３织B堆完整性的裝置將其壓成組件。然后，可使用常規(guī)裝置，尤其是使用研磨板和拋光介質(zhì)來(lái)研磨和拋光一個(gè)或多個(gè)邊緣。然后疊堆邊緣可被清潔并被涂覆硬涂層、金屬涂層(諸如鋁或銀)、助粘劑層中的一種或多種以對(duì)表面涂底漆以用于后續(xù)涂層、電介質(zhì)涂層(包括抗反射涂層、寬帶涂層)以及光譜或偏振選擇涂層與防靜電涂層。
[0045]在一個(gè)具體實(shí)施例中，邊緣也可涂覆有微結(jié)構(gòu)化材料。用于在每個(gè)薄膜或片材的邊緣處產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的合適工藝將可固化樹脂和微結(jié)構(gòu)化工具的組合施加到組件的經(jīng)研磨和拋光表面。優(yōu)選地，微結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為允許在薄膜或片材疊堆被分離時(shí)微結(jié)構(gòu)的相對(duì)較小的部分受損。這可通過(guò)對(duì)樹脂特性尤其是強(qiáng)度、硬度、韌性和斷裂力學(xué)的選擇的組合，通過(guò)選擇微結(jié)構(gòu)諸如在微結(jié)構(gòu)中具有天然斷裂位置，以及通過(guò)微結(jié)構(gòu)和樹脂的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，增亮薄膜(BEF)結(jié)構(gòu)可通過(guò)如下步驟被加入到疊堆的邊緣:獲取紫外線透明工具諸如在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上的澆鑄和固化BEF圖案，用可紫外線固化的樹脂來(lái)涂覆薄膜的結(jié)構(gòu)化側(cè)面，將經(jīng)涂覆的工具沿著一個(gè)邊緣施加到拋光的組件，用紫外線固化樹脂，移除工具，以及剝離薄膜。
[0046]在一些情況下，可能有利的是防止材料諸如樹脂和涂層滲入薄膜層之間。材料可在堆疊前施加到薄膜，或在拋光和清潔后施加到疊堆的邊緣。合適的材料包括蠟、碳氟化合物流體(諸如得自3M公司(3M Company)的Fluorinert?流體)、油、聚合物，以及或者可被移除、或者可密封邊緣但將保持為薄膜層的一部分的其他材料。
[0047]SM
[0048]使用C02激光切割器將由N-BK7玻璃制成的若干50微米厚薄膜切割成65mmX65mm的直角三角形。使用夾固面將一堆50個(gè)所述三角形壓縮在一起以形成約25mm厚的延伸的直角三角形疊堆。所述夾固面由6mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板(63mmX 63mm的直角三角形)制成，并且在堆疊的三角形玻璃面的外部表面上居中。夾鉗提供足夠的力以使玻璃三角形在后續(xù)的研磨和拋光操作期間保持就位，但所提供的力不大到迫使玻璃表面損壞的程度。夾鉗包括支架，該支架能夠移動(dòng)以使得所述三角形的側(cè)面和斜邊能夠被研磨和拋光介質(zhì)觸及。將玻璃三角形疊堆的側(cè)面和斜邊研磨和拋光為具有取向成使得研磨力和拋光力與玻璃三角形的邊緣平行的搭接。然后，使用物理氣相沉積用約10nm的銀金屬涂覆被夾固的玻璃三角形的斜邊，并用抗反射涂層諸如氟化鎂來(lái)涂覆該三角形的側(cè)面。隨后分離并清潔該玻璃三角形的疊堆，并且玻璃三角形中的每一個(gè)玻璃三角形可被成形為玻璃螺旋照明轉(zhuǎn)換器。
[0049]將玻璃三角形中的一個(gè)玻璃三角形被加熱至超過(guò)557°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的介于約50°C和170°C之間的溫度，并且用軸柄將該三角形的銳角頂點(diǎn)之一提升以形成具有100微米直徑的柱體。軸柄繼續(xù)使柱體轉(zhuǎn)動(dòng)以采用與圖2A-2B中所示類似的方式來(lái)形成由三角形邊緣的螺旋制得的圓形表面。然后，將玻璃和軸柄冷卻至低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，移除軸柄，并使玻璃螺旋退火。
[0050]使用LightTools軟件(得自加利福尼亞州帕薩迪納的新思科技公司(SynopsisCorp.，Pasadena, CA))來(lái)模擬經(jīng)退火的玻璃螺旋的性能。對(duì)于該模擬而言，玻璃螺旋被螺旋中的玻璃層之間的10微米的空氣空間纏繞，從而制得長(zhǎng)為63mm且直徑為2mm的螺旋。將測(cè)得為0.3mm厚度的0.5mmX 0.5mm的LED浸入空氣并耦接到包括直徑為1.54mm且厚度為
1.04mm的主透鏡的光準(zhǔn)直光學(xué)器件。主透鏡的第一表面是平坦的且定位在距離LED 200微米處，并且第二表面具有1.0486的曲率。將測(cè)得為具有1.8mm直徑和1.1mm厚度的第二透鏡沿著來(lái)自耦接的主透鏡的光軸定位。第二透鏡包括具有0.239的曲率且定位在距離主透鏡的第二表面100微米處的第一表面，以及定位在距離螺旋的圓形表面100微米處的第二表面，該螺旋具有:具有0.795的曲率、-0.894的二次曲線常數(shù)、-0.0026229的四階非球面系數(shù)且-0.034828的六階非球面系數(shù)的多項(xiàng)式非球面。螺旋光導(dǎo)將由透鏡生成的圓形LED照明面積有效地轉(zhuǎn)換為離開(kāi)螺旋邊緣的光線。
[0051]以下為本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例的列表。
[0052]項(xiàng)I為照明轉(zhuǎn)換器，其包括:可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分，所述螺旋纏繞部分具有:中心軸線，可見(jiàn)光透明薄膜被圍繞中心軸線纏繞；垂直于中心軸線的光輸入表面，所述光輸入表面包括可見(jiàn)光透明薄膜的第一邊緣；反射表面，所述反射表面包括與所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述第一邊緣成45度角而設(shè)置的所述可見(jiàn)光透明薄膜的第二邊緣；平行于中心軸線的光輸出區(qū)域；以及可見(jiàn)光透明薄膜的平面部分，該平面部分從可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分切向延伸至可見(jiàn)光透明薄膜的光輸出邊緣，其中可見(jiàn)光透明薄膜為玻璃薄膜。
[0053]項(xiàng)2為項(xiàng)I的照明轉(zhuǎn)換器，其中可見(jiàn)光透明薄膜的光輸出邊緣平行于中心軸線。
[0054]項(xiàng)3是項(xiàng)I或項(xiàng)2的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述螺旋纏繞部分還包括位于所述螺旋纏繞部分的相鄰層之間的間隙，使得能夠在所述可見(jiàn)光透明薄膜內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)。
[0055]項(xiàng)4是項(xiàng)I至項(xiàng)3的照明轉(zhuǎn)換器，其中間隙包括空氣或與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料。
[0056]項(xiàng)5是項(xiàng)I至項(xiàng)4的照明轉(zhuǎn)換器，其中反射表面包括能夠支持TIR的拋光表面。
[0057]項(xiàng)6是項(xiàng)I至項(xiàng)5的照明轉(zhuǎn)換器，其中反射表面包括金屬化表面反射器、電介質(zhì)多層反射器或它們的組合。
[0058]項(xiàng)7是項(xiàng)I至項(xiàng)6的照明轉(zhuǎn)換器，還包括鄰近光輸入表面設(shè)置并且能夠?qū)⒐庾⑷牍廨斎氡砻娴陌l(fā)光二極管(LED)。
[0059]項(xiàng)8是項(xiàng)7的照明轉(zhuǎn)換器，還包括設(shè)置于LED和光輸入表面之間的集光光學(xué)器件。
[0060]項(xiàng)9是項(xiàng)7至項(xiàng)8的照明轉(zhuǎn)換器，還包括設(shè)置于LED和光輸入表面之間的光整合柱體。
[0061]項(xiàng)10是項(xiàng)8的照明轉(zhuǎn)換器，還包括位于集光光學(xué)器件和光輸入表面之間的光整合柱體。
[0062]項(xiàng)11是項(xiàng)I至項(xiàng)10的照明轉(zhuǎn)換器，還包括被設(shè)置為從光輸出邊緣接收光的薄膜波導(dǎo)。
[0063]項(xiàng)12是項(xiàng)11的照明轉(zhuǎn)換器，還包括位于薄膜波導(dǎo)和光輸出邊緣之間的間隙。
[0064]項(xiàng)13是項(xiàng)12的照明轉(zhuǎn)換器，其中間隙包括空氣或與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料。
[0065]項(xiàng)14是項(xiàng)I至項(xiàng)13的照明轉(zhuǎn)換器，其中可見(jiàn)光透明薄膜還包括折射率低于可見(jiàn)光透明薄膜的外表面涂層。
[0066]項(xiàng)15為背光源，其包括:根據(jù)項(xiàng)I至項(xiàng)14的照明轉(zhuǎn)換器；和鄰近光輸入表面設(shè)置并且能夠?qū)⒐庾⑷牍廨斎氡砻娴陌l(fā)光二極管(LED)。
[0067]項(xiàng)16是項(xiàng)15的背光源，其中可見(jiàn)光透明薄膜的平面區(qū)域還包括光提取特征結(jié)構(gòu)。
[0068]項(xiàng)17是項(xiàng)15或項(xiàng)16的背光源，還包括被設(shè)置為從光輸出邊緣接收注入光的薄膜波導(dǎo)。
[0069]項(xiàng)18是項(xiàng)17的背光源，其中薄膜波導(dǎo)還包括光提取特征結(jié)構(gòu)。
[0070]項(xiàng)19是項(xiàng)17或項(xiàng)18的背光源，還包括位于薄膜波導(dǎo)和光輸出邊緣之間的間隙。
[0071]項(xiàng)20是項(xiàng)19的照明轉(zhuǎn)換器，其中間隙包括空氣或與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料。
[0072]除非另外指明，否則在說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的表示結(jié)構(gòu)尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)被理解為由術(shù)語(yǔ)“約”來(lái)修飾。因此，除非有相反的說(shuō)明，否則在上述說(shuō)明書和所附權(quán)利要求中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，所述近似值可根據(jù)通過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用本文所公開(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容尋求所獲得的所需特性而變化。
[0073]本文中引用的所有參考文獻(xiàn)和出版物均明確地全文以引用方式將本文并入本公開(kāi)中，但其可能與本公開(kāi)直接沖突的部分除外。盡管在本文中已舉例說(shuō)明和描述了具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，許多替代的和/或等同的具體實(shí)施可替代所示出和所描述的具體實(shí)施例。本專利申請(qǐng)旨在覆蓋本文論述的具體實(shí)施例的任何改動(dòng)和變化。因此，預(yù)期本公開(kāi)應(yīng)僅由權(quán)利要求書和其等同形式限制。
【權(quán)利要求】
1.一種照明轉(zhuǎn)換器，包括: 可見(jiàn)光透明薄膜的螺旋纏繞部分，所述螺旋纏繞部分具有: 中心軸線，所述可見(jiàn)光透明薄膜被圍繞所述中心軸線纏繞； 垂直于所述中心軸線的光輸入表面，所述光輸入表面包括所述可見(jiàn)光透明薄膜的第一邊緣； 反射表面，所述反射表面包括與所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述第一邊緣成45度角設(shè)置的所述可見(jiàn)光透明薄膜的第二邊緣； 平行于所述中心軸線的光輸出區(qū)域；和 所述可見(jiàn)光透明薄膜的平面部分，所述平面部分從所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述螺旋纏繞部分切向延伸至所述可見(jiàn)光透明薄膜的光輸出邊緣， 其中所述可見(jiàn)光透明薄膜為玻璃薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述光輸出邊緣平行于所述中心軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述螺旋纏繞部分還包括位于所述螺旋纏繞部分的相鄰層之間的間隙，使得能夠在所述可見(jiàn)光透明薄膜內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射(TIR)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述間隙包括空氣或與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述反射表面包括能夠支持TIR的拋光表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述反射表面包括金屬化表面反射器、電介質(zhì)多層反射器、或它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，還包括鄰近所述光輸入表面設(shè)置并且能夠?qū)⒐庾⑷胨龉廨斎氡砻嬷械陌l(fā)光二極管(LED)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明轉(zhuǎn)換器，還包括設(shè)置于所述LED和所述光輸入表面之間的集光光學(xué)器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明轉(zhuǎn)換器，還包括設(shè)置于所述LED和所述光輸入表面之間的光整合柱體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明轉(zhuǎn)換器，還包括位于所述集光光學(xué)器件和所述光輸入表面之間的光整合柱體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，還包括被設(shè)置為從所述光輸出邊緣接收光的薄膜波導(dǎo)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明轉(zhuǎn)換器，還包括位于所述薄膜波導(dǎo)和所述光輸出邊緣之間的間隙。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述間隙包括空氣或與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器，其中所述可見(jiàn)光透明薄膜還包括折射率低于所述可見(jiàn)光透明薄膜的外表面涂層。
15.—種背光源,包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明轉(zhuǎn)換器；和 鄰近所述光輸入表面設(shè)置并且能夠?qū)⒐庾⑷胨龉廨斎氡砻嬷械陌l(fā)光二極管(LED)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，其中所述可見(jiàn)光透明薄膜的所述平面區(qū)域還包括光提取特征結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背光源，還包括被設(shè)置為從所述光輸出邊緣接收注入光的薄膜波導(dǎo)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的背光源，其中所述薄膜波導(dǎo)還包括光提取特征結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的背光源，還包括位于所述薄膜波導(dǎo)和所述光輸出邊緣之間的間隙。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的背光源，其中所述間隙包括空氣或與所述可見(jiàn)光透明薄膜相比具有更低折射率的材料。
【文檔編號(hào)】G02B6/00GK104395795SQ201380024852
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】安德魯·J·歐德科克 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司