專利名稱：準(zhǔn)直波導(dǎo)設(shè)備及方法
直波束。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射電磁能的重定向波束124以實(shí)質(zhì)上法向于輸出表面104的角度從輸出表面104發(fā)出。在所說明的實(shí)施例中，第二準(zhǔn)直表面108也是反射性表面。輻射電磁能的重定向波束124向外耦合到狹窄的準(zhǔn)直且均勻的角視場(chǎng)。應(yīng)了解，重定向波束124的出射角并不限于法向角，且可預(yù)先確定為比相對(duì)于會(huì)造成TIR發(fā)生的輸出表面104的法線的臨界角小的任何適宜出射角。因此，重定向波束124將會(huì)實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直且將會(huì)以大于相對(duì)于輸出表面104的法線的臨界TIR角的角度離開輸出表面104。如圖2中展示，準(zhǔn)直波導(dǎo)100具有界定角度Θ I的楔形體。在一個(gè)實(shí)施例中，楔形角Θ3^7°。然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切的說，可利用介于約6°到約8°范圍內(nèi)的楔形角91來實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案，且在一個(gè)實(shí)施例中，Q1可為介于約5°到約9°的范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100的輸入表面102包括微結(jié)構(gòu)。所述微結(jié)構(gòu)包括由特定頂角及半徑界定的微棱鏡特征以耦合來自點(diǎn)源(舉例來說，例如LED)的輻射電磁能。在一個(gè)實(shí)施例中，所述微棱鏡特征包括多個(gè)線性棱鏡105，每一線性棱鏡105界定頂角、頂部尖端半徑及底部尖端半徑。在說明的實(shí)施例中，所述頂部尖端半徑大于所述底部尖端半徑。在其它實(shí)施例中，所述頂部尖端半徑可大于所述底部尖端半徑。圖1到7中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)100的輸入表面102實(shí)質(zhì)上類似于圖8到14中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)200的輸入表面202?，F(xiàn)在參考圖7及13，在一個(gè)實(shí)施例中，輸入表面202包括間隔開距離S1的多個(gè)線性棱鏡205。線性棱鏡105(205)中的每一者可由頂角Θ 2、第一頂部尖端半徑r3及第二底部尖端半徑r4界定。在圖7及13中說明的實(shí)施例中，線性棱鏡105(205)的間隔約0.1毫米(約100微米),頂角Θ 2約80° ,頂部尖端半徑r3約50微米,且底部尖端半徑r4約10微米。然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切地說，可利用介于約0.09毫米到約0.11毫米(約90微米到約110微米)范圍內(nèi)的間隔距離、介于約70°到約90°范圍內(nèi)的頂角Θ 2、介于約40微米到約80微米范圍內(nèi)的頂部尖端半徑r3及介于約I微米到約20微米范圍內(nèi)的底部尖端半徑r4來實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案?，F(xiàn)在參考圖7，在一個(gè)實(shí)施例中，輸入表面102的光學(xué)作用輸入?yún)^(qū)域可從約1.4毫米(h)乘約3毫米(W)的范圍內(nèi)選擇，其中h是高度且w是寬度。然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切地說，可在輸入表面102具有介于約I毫米到約2毫米范圍內(nèi)的高度h及介于約2毫米到約4毫米范圍內(nèi)的寬度w的情況下實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案。返回到圖1到7，在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100的輸出表面104實(shí)質(zhì)上光學(xué)平坦以使表面粗糙度最小化。在圖1到7中說明的實(shí)施例中，輸出表面104是光滑未涂布光學(xué)TIR表面。因此，輻射電磁能的輸入波束120可通過輸出表面104的TIR重定向在準(zhǔn)直波導(dǎo)100內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出表面104具有約4:3的縱橫比。在圖3中說明的實(shí)施例中，輸出表面104具有光學(xué)作用區(qū)域，所述區(qū)域具有約20毫米的長(zhǎng)度Itl、約15毫米的寬度Wtl及沿對(duì)角線測(cè)量的約2.54厘米( 1.0")的孔徑。然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切地說，可在所述光學(xué)作用區(qū)域具有介于約I毫米到約100毫米范圍內(nèi)的長(zhǎng)度Itl及介于約0.75毫米到約75毫米范圍內(nèi)的寬度Wtl的情況下實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案。在不限制所揭示實(shí)施例的范圍情況下，其它適宜縱橫比包含例如大屏幕筆記型計(jì)算機(jī)及大屏幕IXD TV中當(dāng)前流行的16:9的X:Y縱橫比。應(yīng)了解，可根據(jù)輸出表面104的期望縱橫比及期望光學(xué)作用區(qū)域按比例調(diào)整上文參考輸入表面102所論述的尺寸。仍參考圖1到7，在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100的第一反射/準(zhǔn)直表面106包括彎曲表面。所述彎曲表面可由第一半徑F1 (如圖2中展示)及第二半徑r2 (如圖3中展示)界定。在說明的實(shí)施例中，所述彎曲表面是球面且因Mr1=A，且曲率半徑可由單一半徑I^r2界定。在一個(gè)實(shí)施例中,所述球面可具有約55毫米的曲率半徑;T1=JV第一反射/準(zhǔn)直表面106的表面可為光滑的，且可具有約18毫米的寬度Wtl及約4.1毫米的高度tv然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切地說，可在曲率半徑在約45毫米到約65毫米的范圍內(nèi)、所述寬度Wtl在約16毫米到約20毫米的范圍內(nèi)且所述高度Iitl在約I毫米到約6毫米的范圍內(nèi)的情況下實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案。在一個(gè)實(shí)施例中,第一反射/準(zhǔn)直表面106的表面可為反射性的。所述反射性表面可由金屬材料(例如保護(hù)性鋁)或具有特定反射率的其它反射性金屬或非金屬材料制成。圖2A是圖2中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的準(zhǔn)直表面的細(xì)節(jié)圖。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100的第二反射/準(zhǔn)直表面108包括在所述第二反射/準(zhǔn)直表面108的內(nèi)部部分上形成的微結(jié)構(gòu)。也就是說，所述微結(jié)構(gòu)定位在準(zhǔn)直波導(dǎo)100的本體部分內(nèi)，以重定向輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122。所述微結(jié)構(gòu)朝向輸出表面104重定向準(zhǔn)直波束122。重定向波束124向外耦合到輸出表面 104作為實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直均勻波束。在一個(gè)實(shí)施例中，所述微結(jié)構(gòu)包括棱鏡特征，例如(舉例來說)多個(gè)線性棱鏡109，每一線性棱鏡109界定具有預(yù)定間隔的多個(gè)棱鏡(例如，階梯狀)特征。多個(gè)線性棱鏡109朝向輸出表面104射出輻射電磁能的入射準(zhǔn)直波束122?？蛇x擇所述棱鏡特征(例如，線性棱鏡109)的間隔距離s2，以使重定向到輸出表面104的經(jīng)射出輻射電磁能波束124的均勻度最優(yōu)化。如圖2A中展示，線性棱鏡109的每一棱鏡特征包括第一琢面110及第二琢面112。第二琢面112是相對(duì)于軸線A形成角度的射出琢面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一琢面110相對(duì)于實(shí)質(zhì)上平行于輸出表面104的軸線A形成第一角度Θ 3,且第二琢面112 (例如，射出表面)相對(duì)于軸線A形成第二角度θ4。在所說明的實(shí)施例中，第一角度θ3小于第二角度θ4。所述棱鏡特征的間隔由距離S2界定。在所說明的實(shí)施例中，間隔S2約0.1毫米，第一角度03約10°且第二角度94約37.5°。然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切地說，可在間隔S2在約
0.09毫米到約0.11毫米(約90微米到約110微米)的范圍內(nèi)、第一角度θ3在約9°到約11°的范圍內(nèi)且第二角度θ4在約33.75°到約41.25°的范圍內(nèi)的情況下實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100的第二反射/準(zhǔn)直表面108包括反射性表面。所述反射性表面可由金屬材料(例如保護(hù)性鋁)或具有特定反射率的其它反射性金屬或非金屬材料制成。在圖1到7中所說明的實(shí)施例中，可使用注塑成型或類似制造技術(shù)將準(zhǔn)直波導(dǎo)100制造為單一光學(xué)組件。舉例來說，可使用壓縮成型、組合注塑及壓縮成型、鑄造、紫外線(UV)鑄造固化卷軸式工藝及/或使用金剛石研磨切割工藝(舉例來說)的機(jī)械加工來制造準(zhǔn)直波導(dǎo)100。換句話說，包含輸入表面102、第一反射/準(zhǔn)直表面106及第二反射/準(zhǔn)直表面108的準(zhǔn)直波導(dǎo)100的本體可整體形成為單一光學(xué)組件。包括所述微結(jié)構(gòu)(例如，所述線性棱鏡)的輸入表面102及第二反射/準(zhǔn)直表面108可經(jīng)成型且可使兩者平移上對(duì)稱以促進(jìn)常用母版制作(mastering)技術(shù)，像飛切鉆石車削。此外，輸入表面102及第二反射/準(zhǔn)直表面108的所述微棱鏡特征可經(jīng)制造而具有相對(duì)淺輪廓以使在組件冷卻階段期間的收縮效應(yīng)最小化。在第一實(shí)施例中，第一(例如，彎曲)準(zhǔn)直表面106可制造為具有55毫米曲率半徑的球面，且對(duì)表面翹曲或自標(biāo)稱曲率半徑的輕微變化實(shí)質(zhì)上不敏感。然而，所述實(shí)施例并不限于此背景。在其它實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)的本體部分可與所述微結(jié)構(gòu)特征分開制造。舉例來說，可使用注塑成型、壓縮成型、注塑及壓縮成型的組合、鑄造、UV鑄造固化卷軸式工藝及/或機(jī)械加工將所述準(zhǔn)直波導(dǎo)的所述本體部分制造為單一組件。接著，可在分開的工藝中制造包括所述微結(jié)構(gòu)特征的組件。舉例來說，可使用常規(guī)薄膜制作技術(shù)將包括所述微棱鏡特征的組件(例如所述輸入表面及所述第二準(zhǔn)直表面)分開制造為包括所述棱鏡微結(jié)構(gòu)的薄膜。包括所述棱鏡微結(jié)構(gòu)的所述薄膜接著可施加到或?qū)訅旱剿鰷?zhǔn)直波導(dǎo)的所述本體上。圖8到14說明準(zhǔn)直波導(dǎo)200的一個(gè)實(shí)施例。在所說明的實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)200包括:輸入表面202，其用以接收來自點(diǎn)源203 (例如，LED)的輻射電磁能(例如，光)；及輸出表面204，其用以發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束。第一準(zhǔn)直表面206接收從輸入表面202進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的輻射電磁能的波束220，且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束222。第二準(zhǔn)直表面208接收輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束222，且朝向輸出表面204重定向或向外耦合所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射電磁能的重定向波束224以實(shí)質(zhì)上法向于輸出表面204的角度從輸出表面204發(fā)出。輻射電磁能的重定向波束224向外耦合到狹窄的準(zhǔn)直且均勻的角視場(chǎng)。在各種其它實(shí)施例中，重定向波束224可重定向?yàn)橐员认鄬?duì)于輸出表面204的法線的臨界TIR角大的角度離開輸出表面204的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。在操作中，圖8到14中說明的準(zhǔn)直波導(dǎo)200實(shí)質(zhì)上類似于圖1到7中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)100的操作。然而，可通過首先制造光滑本體211且接著將包括輸入表面202微棱鏡結(jié)構(gòu)的第一薄膜及包括第二準(zhǔn)直表面208微棱鏡微結(jié)構(gòu)的第二薄膜施加(例如，層壓)到光滑本體211上來制造準(zhǔn)直波導(dǎo)200。最終，準(zhǔn)直波導(dǎo)200以類似于先前論述的關(guān)于圖1到7中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)100的方 式表現(xiàn)為單一光學(xué)組件。如圖11、圖14中展示，第二準(zhǔn)直表面208薄膜施加(例如，層壓)到準(zhǔn)直波導(dǎo)200的光滑本體211部分上。第二準(zhǔn)直表面208的微棱鏡特征實(shí)質(zhì)上類似于參考圖1到7描述的準(zhǔn)直波導(dǎo)100的第二反射/準(zhǔn)直表面108的微棱鏡特征。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)200的第二準(zhǔn)直表面208包括在施加到本體211的薄膜上形成的微結(jié)構(gòu)。所述棱鏡微結(jié)構(gòu)重定向準(zhǔn)直波束222，且重定向波束224向外耦合到輸出表面204作為實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直均勻波束。在一個(gè)實(shí)施例中，所述棱鏡微結(jié)構(gòu)包括棱鏡特征，例如(舉例來說)多個(gè)線性棱鏡209，每一線性棱鏡209界定具有預(yù)定間隔的多個(gè)棱鏡(例如，階梯狀)特征用于射出輻射電磁能的入射準(zhǔn)直波束222?？蛇x擇所述棱鏡特征(例如，線性棱鏡209)的間隔尺寸，以使重定向到輸出表面204的經(jīng)射出輻射電磁能波束224的均勻度最優(yōu)化。如圖14中展示，線性棱鏡209的每一棱鏡特征包括第一琢面210及第二琢面212。第二琢面212是相對(duì)于軸線A形成角度的射出琢面。在一個(gè)實(shí)施例中，第一琢面210相對(duì)于實(shí)質(zhì)上平行于輸出表面204的軸線A形成第一角度θ3，且第二琢面212(例如，射出表面)相對(duì)于軸線A形成第二角度θ4(例如，射出琢面角度)。在所說明的實(shí)施例中，第一角度θ3小于第二角度θ4。所述棱鏡特征的間隔由距離S2界定。在所說明的實(shí)施例中，間隔S2約0.1毫米，第一角度03約10°且第二角度94約37.5°。然而，所述實(shí)施例并不限于這些特定尺寸。確切地說，可在間隔S2在約0.09毫米到約0.11毫米(約90微米到約110微米)的范圍內(nèi)、第一角度Θ 3在約9°到約11°的范圍內(nèi)且第二角度θ4在約33.75°到約41.25°的范圍內(nèi)的情況下實(shí)現(xiàn)所揭示實(shí)施例的適宜實(shí)施方案。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)200的第一準(zhǔn)直表面206及第二準(zhǔn)直表面208包括反射性表面。所述反射性表面可由金屬材料(例如保護(hù)性鋁)或具有特定反射率的其它反射性金屬或非金屬材料制成。準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的實(shí)施例可由多種光學(xué)材料制造。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200可由透明且低散射的光學(xué)聚合物制造。此些光學(xué)聚合物的實(shí)例包含(但不限于)丙烯酸、聚碳酸酯及氧化硅。在一個(gè)實(shí)施例中，舉例來說，準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200可由光學(xué)等級(jí)丙烯酸制造，其中η=1.49。在各種實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200提供具有預(yù)定亮度、均勻度及角光譜的相應(yīng)準(zhǔn)直輸出波束124、224。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出波束124、224在具有2流明的輸出的20毫安LED驅(qū)動(dòng)電流(每LEDlO毫安)下可具有約3，500f I (footlambert (尺朗伯))(約12，000尼特(Nit))的亮度。在另一實(shí)施例中，輸出波束124、224在具有4流明的輸出的40毫安LED驅(qū)動(dòng)電流(每LED20毫安)下可具有約6，OOOfl (約41，000尼特)的亮度。輸出波束124,224可具有小于10%的均勻度及±10° FWHM(半高全寬)的角光譜。在各種實(shí)施例中，點(diǎn)源203可包括任何適宜輻射電磁能源，舉例來說，包含白熾燈泡、一個(gè)或一個(gè)以上LED、電致發(fā)光面板(ELP)、一個(gè)或一個(gè)以上冷陰極熒光燈(CCFL)或熱陰極熒光燈(HCFL)。點(diǎn)源203可產(chǎn)生彩色光，但在各種實(shí)施例中也涵蓋白光LED背光。在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)源203可包括一個(gè)或一個(gè)以上紅色-綠色-藍(lán)色(RGB)LED點(diǎn)源。在各種實(shí)施例中，點(diǎn)源203可為具有包含紫外線到紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光的可見光光譜及/或不可見光光譜中的波長(zhǎng)的光源。在各種其它實(shí)施例中，輻射電磁能點(diǎn)源203可為X射線、微波·及無線電波的源。在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)源203可經(jīng)配置以輻射單一單色波長(zhǎng)的光。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，點(diǎn)源203可包括一個(gè)或一個(gè)以上發(fā)光元件，當(dāng)所述發(fā)光元件由電源供能時(shí)，其可經(jīng)配置以輻射可見光光譜以及不可見光光譜中的電磁能。所述可見光光譜(有時(shí)稱為光學(xué)光譜或發(fā)光光譜)是人眼可見(例如，可檢測(cè)到)的電磁光譜的部分，且可稱為可見光或簡(jiǎn)稱為光。典型人眼將響應(yīng)于從約380納米到約750納米的空氣中的波長(zhǎng)。所述可見光光譜是連續(xù)的，且在一種顏色與下一種顏色之間不具有明顯邊界。以下范圍可用作為彩色波長(zhǎng)的近似值:紫色:約380納米到約450納米；藍(lán)色:約450納米到約495納米；綠色:約495納米到約570納米；黃色:約570納米到約590納米；橙色:約590納米到約620納米；及紅色:約620納米到約750納米。不可見光光譜(即，非發(fā)光光譜)是位于所述可見光光譜之下及之上(例如，約380納米之下及約750納米之上)的電磁光譜的部分。所述不可見光光譜不可由人眼檢測(cè)至IJ。大于約750納米的波長(zhǎng)長(zhǎng)于紅色可見光光譜，且其變成不可見紅外線、微波及無線電電磁輻射。小于約380納米的波長(zhǎng)短于紫色光譜，且其變成不可見紫外線、X射線及Y射線電磁輻射。在一個(gè)實(shí)施例中，可以預(yù)定陣列或布置處置經(jīng)配置以輻射可見光光譜中的光的多個(gè)光源203。當(dāng)光源203由電源系統(tǒng)供能時(shí)，光源203適宜用于背光設(shè)備的特定均勻預(yù)定光譜輸出。圖15到16說明可光學(xué)耦合到準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的典型LED光源的相應(yīng)角輸出及光譜分布。圖15說明點(diǎn)源的發(fā)光二極管(LED)源模型的角輸出曲線300。角輸出曲線300假設(shè)根據(jù)LED模型Toyoda Gosel E1566-YW1K7-09描述的LED點(diǎn)源203用于具有1.2毫米乘2.8毫米的輸出大小的側(cè)面發(fā)光矩形LED。LED角輸出是36° FWHM高斯分布。角輸出曲線300圖形描繪相對(duì)于所述LED的法向平面由所述LED點(diǎn)源輸出的波束302的擴(kuò)展。如所展示，波束302從法線(即，90° )擴(kuò)展±22.5°。圖16說明圖15的所述發(fā)光二極管(LED)源模型的光譜分布曲線320。光譜分布曲線320圖形描繪所述LED點(diǎn)源沿X軸的波長(zhǎng)對(duì)沿y軸的權(quán)重。如所展示，所述LED是在約450納米的波長(zhǎng)處具有最大輸出及約550納米的較低輸出的白色(磷光體)。圖17到20分別圖形說明從相應(yīng)準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的相應(yīng)輸出表面102、204發(fā)出的準(zhǔn)直輸出波束124、224的照度(光學(xué)功率)、照度(亮度)、發(fā)光強(qiáng)度及角輸出。到來自LED點(diǎn)源203的準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200中的輸入功率是2.0流明(3.2伏、7毫安及30%LED效率)。準(zhǔn)直輸出波束124、224的輸出功率是0.44流明。光學(xué)效率(其為所述輸出功率(0.44流明)對(duì)所述輸入功率(2.0流明)的比率)是(0.44/2.0) *100=22%。圖17是圖形描繪從相應(yīng)準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的輸出表面102、204發(fā)出的光的照度332或光學(xué)功率的曲線330。輸出表面104、204具有光學(xué)作用區(qū)域，所述光學(xué)作用區(qū)域具有約20毫米的長(zhǎng)度Itl、約15毫米的寬度W0及沿對(duì)角線測(cè)量的約2.54厘米( 1.0")的光學(xué)孔徑。以“勒克斯(Lux) ”為單位的照度標(biāo)尺334展示在照度曲線332的右邊。如圖17中展示，平均照度是在約7.2%的 對(duì)比率下具有約1450勒克斯。圖18是圖形描繪從相應(yīng)準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的輸出表面102、204發(fā)出的光的照度342或光學(xué)亮度的曲線340。輸出表面104、204具有光學(xué)作用區(qū)域，所述光學(xué)作用區(qū)域具有約20毫米的長(zhǎng)度Itl、約15毫米的寬度W0及沿對(duì)角線測(cè)量的約2.54厘米( 1.0")的光學(xué)孔徑。以“尼特”為單位的照度標(biāo)尺344展示在照度曲線342的右邊。如圖18中展示，平均照度在約8.5%的對(duì)比率下為約15，200尼特。圖19是圖形描繪從相應(yīng)準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的輸出表面102、204發(fā)出的光的發(fā)光強(qiáng)度352的曲線350。輸出表面104、204具有光學(xué)作用區(qū)域，所述光學(xué)作用區(qū)域具有約20毫米的長(zhǎng)度Ιο、約15毫米的寬度W0及沿對(duì)角線測(cè)量的約2.54厘米( 1.0")的光學(xué)孔徑。以“坎德拉(Candela) ”為單位的發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)尺354展示在發(fā)光強(qiáng)度曲線352的右邊。如圖19中展示，峰值發(fā)光強(qiáng)度在約±4.2°的角范圍下為約15坎德拉。圖20是從相應(yīng)準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的輸出表面102、204發(fā)出的光的角輸出強(qiáng)度的曲線360。如圖20中展示，峰值發(fā)光強(qiáng)度在約±4.2°的角范圍下為約15坎德拉。圖21說明準(zhǔn)直光學(xué)背光400的一個(gè)實(shí)施例。在圖21中說明的實(shí)施例中，準(zhǔn)直光學(xué)背光400包括反射性腔402及定位在所述反射性腔402內(nèi)的準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200 (如本文所揭示及描述)。在一個(gè)實(shí)施例中，反射性腔402包括高效率白色漫反射性材料，其中所述材料的反射率可為99%?，F(xiàn)在參考圖1到14描述的準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的實(shí)施例，準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200包括:輸入表面102、202，其接收來自點(diǎn)源203的輻射電磁能；輸出表面104、204，其發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束124、224 ;第一反射/準(zhǔn)直表面106、206，其接收從輸入表面102、202進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的輻射電磁能的波束120、220且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122、222 ;及第二反射/準(zhǔn)直表面108、208，其接收輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122且朝向輸出表面104、204重定向?qū)嵸|(zhì)上準(zhǔn)直波束124、224。上文論述準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的實(shí)施例及其操作，且出于簡(jiǎn)明及清楚此處將不重復(fù)。現(xiàn)在參考圖1到14及21，準(zhǔn)直光學(xué)背光400進(jìn)一步包括耦合到準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的所述輸入表面的輻射電磁能的源。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射電磁能的所述源可為L(zhǎng)ED。在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直光學(xué)背光400包括定位在準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200的輸出表面104、204上方的漫射器404。將了解，可使用各種類型的漫射器404，且在一個(gè)實(shí)施例中，漫射器404包括在其上形成的全像圖案。漫射器404將來自準(zhǔn)直波導(dǎo)100的輸出表面104、204的輻射電磁能重定向到狹窄的準(zhǔn)直且均勻的角視場(chǎng)。在圖21中說明的實(shí)施例中，漫射器404是10°角漫射器，其提供約10°的角視場(chǎng)。全像漫射器的實(shí)例在SPIE2003 年 11 月第 5186 卷中 David G.Pelka、Kavita Patel 的 “An Overview of LEDApplications for General Illumination，，( ((Conference Proceedings Paper)))及2003 年 10 月《0E Magazine))第 3 卷第 10 號(hào)第 19 頁中 David G.Pelka 的“Keen Forms ofKinoforms-Kinoform-based Diffu·sers Help Lighting Designers Leverage Unique LEDAdvantages”中予以描述，其兩者以引用方式并入本文中。圖22是使用參考圖1到21描述的準(zhǔn)直波導(dǎo)100、200及/或所述準(zhǔn)直光學(xué)背光的實(shí)施例產(chǎn)生輻射電磁能的準(zhǔn)直波束的方法的圖500。如圖22中展示，在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括:將來自點(diǎn)源的輻射電磁能光學(xué)耦合到輸入表面中(502);通過反射及全內(nèi)反射(TIR)在第一方向上將來自輸入表面102、202的所述福射電磁能傳輸?shù)降谝环瓷?準(zhǔn)直表面106、206(504);通過第一反射/準(zhǔn)直表面106、206將所述福射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122、222(506);通過第二反射/準(zhǔn)直表面108、208將輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122、222重定向?yàn)槌驕?zhǔn)直波導(dǎo)100,200的輸出表面104、204的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束124、224(508);及從輸出表面104、204發(fā)出輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束124、224(510)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)耦合(502)包括通過微結(jié)構(gòu)光學(xué)耦合所述輻射電磁能，其中所述微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)線性棱鏡202 (圖13)，每一線性棱鏡202界定頂角Θ 2、頂部尖端半徑r4及底部尖端半徑r3，其中頂部尖端半徑r4大于底部尖端半徑r3。在一個(gè)實(shí)施例中，反射(504)包括通過輸出表面104、204的內(nèi)表面使所述光學(xué)耦合的輻射電磁能以TIR來反射。在一個(gè)實(shí)施例中，重定向(508)包括通過各自界定具有預(yù)定間隔S2的多個(gè)棱鏡特征的多個(gè)線性棱鏡109、209反射輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122、222，以使重定向到輸出表面104、204的輻射電磁能的均勻度最優(yōu)化，其中每一棱鏡特征包括第一琢面110、210及第二琢面110、210。
在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)出(210)包括以相對(duì)于輸出表面104、204的實(shí)質(zhì)上法向角從輸出表面104、204發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束124、224。本文中揭示的尺寸及值不應(yīng)理解為嚴(yán)格限于所引述的精確數(shù)值。而是，除非另外指定，每一此尺寸希望意指引述值與此值周圍的功能等效范圍兩者。舉例來說，揭示為“20毫米”的尺寸希望意指“約40毫米”。雖然低輪廓背光設(shè)備在本文中說明且描述為體現(xiàn)在一個(gè)或一個(gè)以上特定實(shí)例中，但其并不希望限于所展示的細(xì)節(jié)。在不背離所述低輪廓背光設(shè)備的范圍的情況下可做出各種修改及結(jié)構(gòu)變化。任何修改及結(jié)構(gòu)變化均在權(quán)利要求書的等效物的范圍內(nèi)。因此，寬泛地且以與以下權(quán)利要求書中闡述的所述低輪廓背光設(shè)備的范圍一致的方式解釋隨附權(quán)利要求書是 適當(dāng)?shù)摹?br> 權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)直波導(dǎo)，其包括 輸入表面，其用以接收來自點(diǎn)源的輻射電磁能； 輸出表面，其用以發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束； 第一準(zhǔn)直表面，其用以接收從所述輸入表面進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的所述輻射電磁能的波束且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向波束上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束；及 第二準(zhǔn)直表面，其用以接收輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束且朝向所述輸出表面重定向所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸入表面包括微結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸入表面的所述微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)線性棱鏡，每一線性棱鏡界定頂角、頂部尖端半徑及底部尖端半徑，其中所述頂部尖端半徑大于所述底部尖端半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述頂角為約80°，所述頂部尖端半徑為約50微米，且所述底部尖端半徑為約10微米，且其中所述多個(gè)線性棱鏡間隔開約0.1毫米的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸入表面的所述微結(jié)構(gòu)包括約1.4毫米乘約3毫米的光學(xué)作用輸入?yún)^(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸出表面實(shí)質(zhì)上光學(xué)平坦以使表面粗糙度最小化。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸出表面是光滑全內(nèi)反射TIR表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸出表面具有約4:3的縱橫比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸出表面具有約15毫米乘約20毫米的光學(xué)作用區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述輸出表面具有約16:9的縱橫比。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述第一準(zhǔn)直表面包括彎曲表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述彎曲表面是球面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述球面包括約55毫米的曲率半徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述第二準(zhǔn)直表面包括微結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)線性棱鏡，每一線性棱鏡界定具有預(yù)定間隔的多個(gè)棱鏡特征，以使重定向到所述輸出表面的所述輻射電磁能的均勻度最優(yōu)化，其中每一棱鏡特征包括第一琢面及第二琢面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述第一琢面相對(duì)于實(shí)質(zhì)上平行于所述輸出表面的軸線形成第一角度，且所述第二琢面相對(duì)于所述軸線形成第二角度，且其中所述第一角度小于所述第二角度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述棱鏡特征的所述間隔為約0.1毫米，所述第一角度為約10°，且所述第二角度為約37. 5°。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述第一準(zhǔn)直表面及所述第二準(zhǔn)直表面是光學(xué)反射性表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述光學(xué)反射性表面是由金屬材料制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中所述金屬材料包括鋁。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的準(zhǔn)直波導(dǎo)，其中從所述輸出表面發(fā)出的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的所述輸出波束實(shí)質(zhì)上法向于所述輸出表面。
22.—種準(zhǔn)直光學(xué)背光，其包括 反射性腔；及 準(zhǔn)直波導(dǎo)，其定位在所述反射性腔內(nèi)，其中所述準(zhǔn)直波導(dǎo)包括 輸入表面，其用以接收來自點(diǎn)源的輻射電磁能； 輸出表面，其用以發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束； 第一準(zhǔn)直表面，其用以接收從所述輸入表面進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的所述輻射電磁能的波束，且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束 '及 第二準(zhǔn)直表面，其用以接收輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束且朝向所述輸出表面重定向所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其進(jìn)一步包括耦合到所述準(zhǔn)直波導(dǎo)的所述輸入表面的福射電磁能的源。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其中輻射電磁能的所述源是發(fā)光二極管LED。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其包括定位在所述準(zhǔn)直波導(dǎo)的所述輸出表面上方的漫射器。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其中所述漫射器包括全像圖案。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其中所述漫射器包括薄膜微透鏡陣列。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其中所述漫射器將來自所述準(zhǔn)直波導(dǎo)的所述輸出表面的所述輻射電磁能重定向到狹窄的準(zhǔn)直且均勻的角視場(chǎng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其中所述角視場(chǎng)約10°。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的準(zhǔn)直光學(xué)背光，其中所述反射性腔包括高效率白色漫反射性材料。
31.一種產(chǎn)生輻射電磁能的準(zhǔn)直波束的方法，所述方法包括 將來自點(diǎn)源的福射電磁能光學(xué)稱合到輸入表面中； 通過反射及全內(nèi)反射TIR在第一方向上將來自所述輸入表面的所述輻射電磁能傳輸?shù)降谝粶?zhǔn)直表面； 通過所述第一準(zhǔn)直表面將所述福射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束； 通過第二準(zhǔn)直表面將輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束重定向?yàn)槌蜉敵霰砻娴膶?shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束；及 從所述輸出表面發(fā)出電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其包括通過微結(jié)構(gòu)光學(xué)耦合所述輻射電磁能，其中所述微結(jié)構(gòu)包括多個(gè)線性棱鏡，每一線性棱鏡界定頂角、頂部尖端半徑及底部尖端半徑，其中所述頂部尖端半徑大于所述底部尖端半徑。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其包括通過所述輸出表面的內(nèi)表面借助全內(nèi)反射TIR來反射所述光學(xué)耦合的輻射電磁能。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中通過所述第二準(zhǔn)直表面重定向輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束包括通過各自界定具有預(yù)定間隔的多個(gè)棱鏡特征的多個(gè)線性棱鏡反射輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束以使重定向到所述輸出表面的所述輻射電磁能的均勻度最優(yōu)化，其中每一棱鏡特征包括第一琢面及第二琢面。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中從所述輸出表面發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸
出波束包括以相對(duì)于所述輸出表面的實(shí)質(zhì)上法向角從所述輸出表面發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直福射電磁能的輸出波束。準(zhǔn)直波導(dǎo)設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)
普通液晶顯示器(IXD)架構(gòu)利用使用定位在IXD像素后面的背光單元來提供照亮圖像。所述背光單元從背面照亮IXD且通過改進(jìn)IXD顯示器的亮度及對(duì)比度而允許在低照明或甚至明亮陽光條件下在小型及大型顯示器中觀看所述圖像。LCD背光可為全色或單色。彩色LCD顯示器(例如用于LCD電視機(jī)或LCD計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的那些顯示器)一般使用白色背光來覆蓋大多數(shù)的彩色光譜。先前，這些背光利用微型熒光管作為其光源，最近，這些背光單元利用發(fā)光二極管(LED)作為其優(yōu)選光源。
所有扭轉(zhuǎn)向列(TN)及超扭轉(zhuǎn)向列(STN)LCD由于TN及STN液晶材料的光學(xué)特性而遭受在寬觀看角度下的不良性能。色彩偏移及降低對(duì)比度的熟知現(xiàn)象是由于穿過在高角度處觀看的光線的液晶(LC)材料對(duì)在約法向角處觀看的光線的液晶材料的光學(xué)路徑長(zhǎng)度的差異。LCD設(shè)計(jì)者已嘗試通過仔細(xì)選擇LC材料且通過使用各種LCD修改來克服此問題。
大型背光系統(tǒng)用在各種顯示系統(tǒng)中，包含膝上型或筆記型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大屏幕LCDTV屏幕、陽光可讀航空/汽車顯示器、飛機(jī)控制顯示器及醫(yī)學(xué)顯示系統(tǒng)(列舉一些)。包含全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)(例如商務(wù)飛機(jī)駕駛倉顯示器及汽車顯示器)需要最明亮背光LCD顯示器及對(duì)于飛行員及副飛行員LCD顯示器引導(dǎo)輸出光到不對(duì)稱視場(chǎng)中且對(duì)于汽車GPS顯示器引導(dǎo)到較小范圍的能力。
大多數(shù)常規(guī)背光單元并有亮度增強(qiáng)薄膜(BEF)。所述BEF另外稱為棱鏡片，且通過在光學(xué)襯底薄膜上形成棱鏡圖案而制成所述BEF。當(dāng)所述BEF被并入在背光的前表面上時(shí)，所述BEF用于使光集中朝向背光的輸出側(cè)。本質(zhì)上，所述棱鏡片是用于增加亮度水平同時(shí)使所消耗功率保持恒定的薄膜 。所述BEF薄膜使未接受到棱鏡薄膜輸出中的來自波導(dǎo)/漫射器系統(tǒng)的朗伯(Lambertian)光再循環(huán)，所述棱鏡薄膜輸出準(zhǔn)直所述光到約±23°的角視場(chǎng)中。此類型光學(xué)系統(tǒng)限制準(zhǔn)直視場(chǎng)及在LCD顯示器的輸出側(cè)上使用微透鏡薄膜陣列或全像漫射器薄膜的能力，因?yàn)楣庖驯粶?zhǔn)直為約+/-10°以使用出射孔徑上的這些視場(chǎng)調(diào)節(jié)薄膜。此外，并有再循環(huán)薄膜(例如BEF)的常規(guī)背光單元產(chǎn)生65°到70°的視場(chǎng)中的次級(jí)光輸出發(fā)出。此可造成不需要光進(jìn)入許多光學(xué)系統(tǒng)，從而造成總體光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的額外復(fù)雜性。發(fā)明內(nèi)容
各種實(shí)施例提供一種準(zhǔn)直波導(dǎo)、一種光學(xué)背光設(shè)備及一種產(chǎn)生福射電磁能的準(zhǔn)直波束的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種準(zhǔn)直波導(dǎo)包括用以接收來自點(diǎn)源的輻射電磁能的輸入表面及用以發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直福射電磁能的輸出波束的輸出表面。所述波導(dǎo)的第一準(zhǔn)直表面接收從所述輸入表面進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的所述輻射電磁能的波束，且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。所述波導(dǎo)的第二準(zhǔn)直表面接收輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束，且朝向所述輸出表面重定向所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。


圖I是準(zhǔn)直波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖2是圖I中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖2A是圖2中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的準(zhǔn)直表面的細(xì)節(jié)圖。
圖3是圖I中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的俯視圖。
圖4是圖I中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的仰視圖。
圖5是圖I中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的另一透視圖。
圖6是圖I中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的另一透視圖。
圖7是圖I中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的前視圖。
圖8是光學(xué)耦合到點(diǎn)源的準(zhǔn)直波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖9是圖8中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的另一透視圖。
圖10是圖8中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的另一透視圖。
圖11是圖8中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖12是圖8中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的俯視圖。
圖13是圖I及圖8中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的輸入表面的細(xì)節(jié)圖。
圖14是圖I及圖8中展示的準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例的準(zhǔn)直表面的細(xì)節(jié)圖。
圖15說明點(diǎn)源的發(fā)光二極管(LED)源模型的角輸出曲線。
圖16說明圖15的發(fā)光二極管(LED)源模型的光譜分布曲線。
圖17是圖形描繪從準(zhǔn)直波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的輸出表面發(fā)出的光的照度或光學(xué)功率的曲線。
圖18是圖形描繪從準(zhǔn)直波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的輸出表面發(fā)出的光的照度或光學(xué)亮度的曲線。
圖19是圖形描繪從準(zhǔn)直波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的輸出表面發(fā)出的光的發(fā)光強(qiáng)度的曲線。
圖20是從準(zhǔn)直波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的輸出表面發(fā)出的光的角輸出強(qiáng)度的曲線。
圖21說明準(zhǔn)直光學(xué)背光的一個(gè)實(shí)施例。
圖22是使用準(zhǔn)直波導(dǎo) 及/或準(zhǔn)直光學(xué)背光產(chǎn)生輻射電磁能的準(zhǔn)直波束的方法的圖。
具體實(shí)施方式
在詳細(xì)論述各實(shí)施例之前，應(yīng)注意，所述實(shí)施例并不將其應(yīng)用或使用限于隨附圖式及描述中說明的構(gòu)造細(xì)節(jié)及元件布置。說明性實(shí)施例可實(shí)施或并入在其它實(shí)施例、變體及修改中且可以各種技術(shù)實(shí)踐或?qū)嵭?。關(guān)于一個(gè)實(shí)施例所描述的特征或元件可并入其它實(shí)施例中。本文揭示的準(zhǔn)直波導(dǎo)及準(zhǔn)直背光設(shè)備的實(shí)施例及配置僅是說明性的，且并不意味著限制本發(fā)明的范圍或應(yīng)用。此外，除非另有指示，否則本文使用的術(shù)語及表達(dá)已為便于讀者出于描述說明性實(shí)施例而選擇且并不限制本發(fā)明的范圍。
如本文使用，術(shù)語輻射電磁能指可見光光譜及不可見光光譜中的波長(zhǎng)的光，包含介于紫外線波長(zhǎng)到紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光。術(shù)語光學(xué)及/或光學(xué)的一般指從紫外線波長(zhǎng)到紅外線波長(zhǎng)的可見光光譜及不可見光光譜中的光的行為。因?yàn)楣馐请姶挪ǎ噪姶泡椛涞钠渌问?例如X射線、微波及無線電波)顯示類似性質(zhì)。因此，術(shù)語輻射電磁能并不必須限于光，且意欲涵蓋電磁輻射的其它形式(例如X射線、微波及無線電波)。
在一個(gè)普遍方面中，所揭示實(shí)施例提供解決LCD裝置外部而不是所述LCD內(nèi)部的問題的用于LCD的新操作原理。在一個(gè)方面中，將充分準(zhǔn)直光(小于約+/-10° )提供到TN或STN，LCD將引起高對(duì)比度且無色彩偏移。因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用要求較寬觀看角度，所以提供漫射屏幕以在準(zhǔn)直波束通過LC單元之后擴(kuò)展所述準(zhǔn)直波束。此觀看屏幕應(yīng)具有高效率及周圍光的低后向散射以便維持高對(duì)比度。在各種實(shí)施例中，薄膜微透鏡陣列及全像漫射器是用以滿足這些要求的特別好的選擇。此外，高度準(zhǔn)直光提供在充分薄背光單元中以便保持總體封裝薄度，其為這些顯示器的最具吸引力特征中的一者。以薄且有效格式制造這兩個(gè)元件提供對(duì)色彩偏移及對(duì)比度的解決方案與所述LCD單元外部的觀看角度。此將引起用于許多應(yīng)用(例如LCD TV、筆記型計(jì)算機(jī)、汽車導(dǎo)航及航空顯示器)中的明顯改進(jìn)且簡(jiǎn)化的 LCD。
在一個(gè)普遍方面中，所揭示實(shí)施例是關(guān)于準(zhǔn)直波導(dǎo)、準(zhǔn)直光學(xué)背光及使用本文揭示的所述準(zhǔn)直波導(dǎo)及準(zhǔn)直光學(xué)背光的各種實(shí)施例產(chǎn)生輻射電磁能的準(zhǔn)直波束的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，所述準(zhǔn)直波導(dǎo)并有使用具有最小厚度及重量的單一光學(xué)組件的光學(xué)雙通設(shè)計(jì)。輻射電磁能由輸入表面接收且在第一方向上行進(jìn)。當(dāng)所述輻射電磁能在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)時(shí)，由準(zhǔn)直福射電磁能射線的第二表面反射所述福射電磁能。在所述相反方向上行進(jìn)的所述準(zhǔn)直輻射電磁能由第三表面重定向，所述第三表面準(zhǔn)直所述輻射電磁能，且以對(duì)輸出表面的實(shí)質(zhì)上法向角將所述輻射電磁能耦合出到所述輸出表面。在一個(gè)實(shí)施例中，所述輻射電磁能在所述準(zhǔn)直波導(dǎo)內(nèi)通過全內(nèi)反射(TIR)重定向。第.5，404，869及5，655，832號(hào)美國專利中揭示TIR透鏡元件的實(shí)例，所述案以引用方式并入本文中。
在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直光學(xué)背光接收來自單一點(diǎn)源的輻射電磁能。所述輻射電磁能光學(xué)被耦合到所述準(zhǔn)直波導(dǎo)中且重定向到狹窄(±5° )的準(zhǔn)直且均勻的角視場(chǎng)。準(zhǔn)直波導(dǎo)定位在(例如，嵌套)高效率(85%到99%)白色漫反射性材料內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，全像漫射器或薄膜微透鏡陣列放置在所述準(zhǔn)直波導(dǎo)的輸出表面上以產(chǎn)生預(yù)定視場(chǎng)用于從所述LCD單元的輸出孔徑發(fā)出的準(zhǔn)直光。
并入有光學(xué)雙通設(shè)計(jì)的單一光學(xué)組件準(zhǔn)直波導(dǎo)的實(shí)施例減小了精確光學(xué)元件的總數(shù)目，且因此減小了成本。此外，在母版(master)工具中界定準(zhǔn)直及耦合元件的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，因此使制造誤差最小化且使生產(chǎn)良率最大化。
圖I到7說明準(zhǔn)直波導(dǎo)100的一個(gè)實(shí)施例。在說明的實(shí)施例中，準(zhǔn)直波導(dǎo)100包括輸入表面102，其用以接收來自點(diǎn)源(舉例來說，例如發(fā)光二極管(LED))的輻射電磁能(例如，光)；及輸出表面104，其用 以發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束。第一準(zhǔn)直表面106接收從輸入表面102進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的輻射電磁能的波束120，且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122。在所說明的實(shí)施例中，第一準(zhǔn)直表面106也是反射性表面。第二準(zhǔn)直表面108接收輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束122，且朝向輸出表面104重定向或向外耦合所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)
全文摘要
本發(fā)明揭示一種準(zhǔn)直波導(dǎo)、一種光學(xué)背光設(shè)備及一種產(chǎn)生輻射電磁能的準(zhǔn)直波束的方法。一種準(zhǔn)直波導(dǎo)包括用以接收來自點(diǎn)源的輻射電磁能的輸入表面及用以發(fā)出實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直輻射電磁能的輸出波束的輸出表面。所述波導(dǎo)的第一準(zhǔn)直表面接收從所述輸入表面進(jìn)入、在第一方向上行進(jìn)的所述輻射電磁能的波束，且將所述輻射電磁能反射成在與所述第一方向相反的第二方向上行進(jìn)的輻射電磁能的實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。所述波導(dǎo)的第二準(zhǔn)直表面接收輻射電磁能的所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束，且朝向所述輸出表面重定向所述實(shí)質(zhì)上準(zhǔn)直波束。一種光學(xué)背光設(shè)備包括用以接收準(zhǔn)直波導(dǎo)的反射性腔及定位在所述準(zhǔn)直波導(dǎo)的輸出表面上的漫射器。
文檔編號(hào)G02B6/00GK103238090SQ201180052075
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2011年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者喬治·W·帕納戈塔科斯, 戴維·G·佩爾卡, 布萊爾·昂格爾 申請(qǐng)人:泰利尼科技公司