专利名称：光学装置和生产方法
技术领域：
本发明涉及一种包括光导和用于照明光导的光源的光学装置。而且，本发明涉及 一种用于生产光导的方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的包括光导的光学装置，该光导是非常薄的 并且另外提供均勻的光提取。本发明的另一目的在于提供一种光导生产方法。这些和其他目的是根据本发明的一个方面实现的，本发明的该方面涉及一种包括 光导和用于照明光导的光源的光学装置，其中光导包括透明基板层和透明层，光导具有基 板层的表面上的光提取表面，透明层被布置在与光提取表面相对的基板层的表面上，或者 透明层被布置在基板层的光提取表面上，并且透明层包含用于改进光提取的部件。由于光导包括透明基板层和透明层，其中透明层包含用于改进光提取的部件，因 此可以提供具有均勻的光提取的非常薄的光导。由此使光提取最优化，使得整个光提取表 面上的光导的光提取几乎相同。该光导优选地具有小于300 μ m的厚度，特别优选地具有小于100 μ m的厚度。该光学装置可以有利地用作键盘或显示器的背光。优选地，该光学装置用作用于 蜂窝电话键盘或LCD (液晶显示器)的背光。因此，有利的是，该光学装置是非常薄的，具有 高的光学效率并且跨越光提取表面是非常均勻的。在本发明的一个优选实施例中，光源被布置在光导的侧表面上。光源的光据此从侧表面耦合到光导。于是，可以提供侧光式光导。因此，较之包括 布置在光导背后或面前的光源的光学装置，该光学装置是非常薄的。这样可以进一步减小 包括从侧表面耦合到光导的光源的光学装置的厚度。透明层包含用于改进光提取的部件。由此，用于改进光提取的部件的密度可以沿 透明层的边变化。例如，用于改进光提取的部件是棱镜阵列。通过使用用于改进光提取的部件，可以使光导的光提取的均勻性最优化。最优化 的用于改进光提取的部件可以改变密度以针对诸如例如发光二极管(LED)的点光源或者 光导的任何侧表面处的线光源进行最优化。用于改进光提取的部件优选地精确地提取光以 便于创建均勻的背光。用于改进光提取的部件是例如球形的、锥形的或三角形的孔或凸起。可替选地，用 于改进光提取的部件可以是用于漫散射的部件，其具体地是蚀刻点。透明层优选地是可固化层，其中透明层优选地可以通过UV辐射固化。优选地，透 明层是聚合物层。透明基板层优选地是塑料膜。在本发明的一个特别优选的实施例中，透明层的材 料的折射率与基板层的材料的折射率匹配。因此，可以提供优选地薄的和柔性的光导。在本发明的一个优选实施例中，多个光源被布置在光导的至少一个侧表面上。多 个光源可以优选地使光导的均勻的光提取最优化。
在本发明的一个特别优选的实施例中，光导包含用于将一个或多个光源光学连接 到光导的部件。用于将一个或多个光源光学连接到光导的部件可以是例如，光导中的切除 部。该切除部可以是例如穹顶，其中该穹顶是下陷部。一种用于生产光导的方法包括如下过程步骤-提供透明基板层，-将透明层布置在与光提取表面相对的基板层的表面上或者将透明层布置在基板 层的光提取表面上，_在透明层上产生用于改进光提取的部件，以及-将至少一个光源安装在光导的一个表面上。这样，可以生产优选地薄的光导，其另外提供均勻的光提取。该光导例如，优选地 用作背光。该光导有利地用作键盘或显示器的背光，特别优选地用作用于蜂窝电话键盘或 IXD的背光。该光导优选地具有小于300 μ m的厚度，特别优选地具有小于100 μ m的厚度。优选地通过UV辐射使用于改进光提取的部件固化。在本发明的一个优选实施 例中，借助于压花在透明层上产生用改进光提取的部件。优选地，借助于卷到卷(roll to roll)工艺在透明层上产生用于改进光提取的部件。用于改进光提取的部件的原版(master)可以被复制并且并入到卷到卷工艺中。 因此，可以使用透明基板层的大的原料卷，使得光导可用于大批生产。于是，较之注入成型 的光导等，该光导的生产是非常经济的和非常成本有效的。原版可以借助于蚀刻产生。在本发明的一个优选实施例中，例如借助于冲压或激光切割在光导中产生用于将 光源光学连接到光导的部件。因此，该光导包括用于将光源光学连接到光导的部件，其具体地是可以例如从大 卷的压花原料片上被冲压、激光切割或者以别的方式切割的切除部。光导中的切除部可以 被形成为例如穹顶。下文基于示例性实施例和关联的图1至5更详细地解释了本发明。基于并非严格 按照比例的示意图，附图出了本发明的不同的示例性实施例。在附图中相同或者相同作用 的部件由相同的附图标记表示。
图1示出了根据本发明的第一示例性实施例的光学装置的示意性剖面图，图2示出了根据本发明的第二示例性实施例的光学装置的示意性剖面图，图3示出了根据本发明的第三示例性实施例的光学装置的示意性顶视图，图4示出了根据本发明的第四示例性实施例的光学装置的示意性顶视图，图5A、5B、5C示出了用于改进光提取的部件的示意性透视图，以及图6示出了根据本发明的第五示例性实施例的光学装置的示意性剖面图。
具体实施例方式图1示出了包括光导la、Ib和用于照明光导la、lb的光源2的光学装置的剖面图。光源2被布置在光导la、Ib的侧表面上。优选地，光源2是发光二极管(LED)。
较之其他照明灯，将LED用作光源具有光学装置(光导与光源组合)的小尺寸的 优点。该光学装置的一个有利特征在于，可以使其非常薄。这允许在非常薄的背光系统中， 例如在蜂窝电话键盘或LCD中，使用该光学装置。光源2优选地发射具有例如蓝色、黄色、绿色或红色光谱范围中的波长的光。在 CIE色彩空间中，优选的发射光大致具有例如，具有如下色彩坐标(color locus)的色点 约χ = 0. 18和y = 0. 12 ( “晶蓝色”)或者约χ = 0. 16和y = 0. 20 ( “幽蓝色”)或者约χ =0. 16和y = 0. 34 ( “幽绿色”)或者约χ = 0. 40和y = 0. 44 ( “晶黄色”)或者约χ = 0.29和7 = 0.17( “绛红色”)或者约χ = 0.38和y = 0.24 ( “晶粉色”)。因此，在广泛 的色谱中六个颜色种类可用于提供专用的不饱和色彩的集合。光源2的发射光优选地从侧表面耦合到光导la、lb。在该情况中，该光导是侧光式 光导。因此，较之包括布置在光导背后或面前的光源的光学装置，该光学装置是非常薄的。 这样可以进一步减小包括侧光式光导的光学装置的厚度。光导la、Ib包括透镜基板层Ia和透明层lb。此外，光导具有基板层Ia上的表面 上的光提取表面5。透明层Ib被布置在与光提取表面5相对的基板层Ia的表面上。此外， 透明层Ib包含用于改进光提取的部件3。由于光导la、lb包括透明基板层Ia以及包括用于改进光提取的部件3的透明层 lb,因此可以提供光导的均勻的光提取。由此使光提取最优化，使得整个光提取表面5上的 光导la、lb的光提取几乎相同。光导la、Ib具有小于300 μ m的厚度D，优选地具有小于IOOym的厚度D。该薄的 光导la、lb可以有利地被用作键盘或显示器的背光。优选地，光导la、lb被用作用于蜂窝 电话键盘或LCD的背光。因此，非常重要的是，光导la、Ib—方面是非常薄的，具有高的光 学效率，另一方面跨越光提取表面5是非常均勻的。透明层Ib包含用于改进光提取的部件3。用于改进光提取的部件3优选地将光反 射或衍射到光提取表面5。通过使用用于改进光提取的部件3，使光导la、lb的光提取的均 勻性最优化。这样增加了光导的光提取的效率。优选地，用于改进光提取的部件3的密度沿透明层Ib的边变化。用于改进光提取 的部件3可以有利地改变密度以针对诸如例如发光二极管(LED)的点光源或者光导la、lb 的任何侧表面处的线光源进行最优化。优选地，用于改进光提取的部件3的密度在离开光 源2的距离内增加。因此，用于改进光提取的部件3优选地均勻地提取光以便于创建均勻 的背光。例如，用于改进光提取的部件3是棱镜阵列。具体地，用于改进光提取的部件3是 例如球形、锥形或三角形的孔或凸起。可替选地，用于改进光提取的部件3可以是用于漫散 射的部件，具体地是蚀刻点。在光导la、lb的该示例性实施例中，用于改进光提取的部件3 是布置在与基板层Ia相对的透明层Ib的表面上的球形孔。优选地借助于压花在透明层Ib上产生用于改进光提取的部件3。优选地，借助于 卷到卷工艺在透明层Ib上产生用于改进光提取的部件3。用于改进光提取的部件3的原版可以被复制并且并入到卷到卷工艺中。因此，可 以使用透明基板层Ia的大的原料卷，使得光导la、lb可用于大批生产。于是，较之注入成 型的光导等，光导la、lb的生产是非常经济的和非常成本有效的。
基板层Ia和透明层Ib的材料对于光源2的反射光是光学透射的。透明层Ib有利地是可固化层。透明层Ib优选地可以通过UV辐射固化。优选地， 透明层是聚合物层。透明基板层Ia优选地是塑料膜。具体地，透明层Ib的材料的折射率与基板层Ia 的材料的折射率匹配或者具有相似的折射率。因此，可以提供具有良好的光导的优选地薄 的和柔性的光导la、lb。在图1和2中借助于箭头示出了光导la、lb中的光传播。 优选地，该光学装置包括反射层4，其被布置为与光导la、Ib的光提取表面5相对。 因此，改进了光导la、lb的光学效率。图2示意性地示出了包括光导la、lb和用于照明光导la、lb的光源2的光学装置 的另外的剖面图。与图1的实施例相反，光导被安装在例如引线框、花线(flex)或印刷电路板的载 体6上。因此，光导la、lb和光源2可以被布置在其中另外提供光源2的电气连接的载体 6上。反射层4被布置在光导la、lb和载体6之间。因此，所提取的光被反射层4反射 并且在光提取表面5上耦合输出。这样可以优选地增加光导la、lb的效率。与图1的实施例相反，两个光源2被布置在光导la、lb的侧表面上。具体地，这两 个光源2被布置为彼此相对。该布置提供了优选的均勻的光提取。光导la、lb的光提取在 整个光提取表面5上没有明显的变化。为了使光导la、lb的提取均勻性最优化，用于改进光提取的部件3被布置在与基 板层Ia相对的透明层Ib的表面上。图2的实施例的用于改进光提取的部件3是锥形孔， 其密度根据离开光源2的距离而变化。图3示出了包括光导la、lb和用于照明光导la、lb的光源2的另一光学装置的示 意性顶视图。在该实施例中，光导la、Ib包含用于将光源2光学连接到光导la、Ib的部件7。可 以借助于冲压或激光切割在光导la、lb中产生用于光学连接的部件7。用于光学连接的部件7可以是例如光导中的切除部。该切除部可以是穹顶，其中 该穹顶是下陷部。优选地，光源2被部分地布置在穹顶中，从而使发射光在没有明显的光学 损失的情况下耦合到光导la、lb中。此外，光提取结构9优选地被布置在光导la、lb的光提取表面5上。这些光提取 结构9是例如三维结构。光提取结构9增加了光导la、lb耦合输出的光提取的均勻性和效 率。而且，光提取表面5可以具有粗糙度，用以进一步增加光提取的均勻性和效率。除了上文提及的差异以外，图3的光学装置的实施例包括图1和2的光学装置的 实施例的基本特征。图4示出了包括光导la、lb和用于照明光导la、lb的光源2的光学装置的示意性 顶视图。光学装置la、Ib的该实施例包括布置在光导la、lb的侧表面上的多个光源2。具 体地，两个光源2，其具体地是LED，被布置在光导la、lb的一个侧表面上。与该侧表面相对， 两个另外的LED 2被布置在相对的侧表面上。因此，在每个情况中两个LED 2彼此相对地布置。多个光源2可以使光导la、lb的均勻光提取最优化。优选地，多个LED 2被布置 在光导的两个侧表面上。具体地，至少两个LED 2可以被例如，彼此相对地布置在光导的每 个侧表面上。这样，可以提供光学均勻的光提取。由此在整个光提取表面5上光导la、Ib 的光提取几乎相同。除了上文提及的差异以外，图4的光学装置的实施例包括图1、2和3的光学装置 的实施例的基本特征。在图5A、5B、5C中优选地示出了用于改进光提取的部件3的示意性透视图。在图5A中示出了球形孔。该球形孔具有例如约15 μ m的高度h。该球形孔的剖面 尺寸是例如约50 μ m。图5B的用于改进光提取的部件3是三维四方棱柱孔。该四方棱柱孔的基面的每 条边的长度是例如约71 μ m。如图5A的示例的高度，该四方棱柱的高度h是约15 μ m。该 四方棱柱的基面和两个相对的侧表面之间的夹角α是约45°。在图5C中示出了锥形孔。与图5Β的示例相同，基面长度是约71 μ m并且高度h 是约15μπι。在每个情况中基面和每个侧表面之间的夹角α是约45°。通过使用基于图5Α至5C的示例的用于改进光提取的部件3，可以使光导的光提取 的均勻性最优化。这种用于改进光提取的部件3优选地均勻地提取光以便于创建均勻的背光。优选地借助于压花在透明层上产生用于改进光提取的部件3。优选地，借助于卷到 卷工艺在透明层上产生用于改进光提取的部件3。图6示意性地示出了包括光导la、Ib和用于照明光导la、lb的光源2的另一光学 装置的剖面图。与图1的实施例相反，透明层Ib被布置在透明基板Ia的光提取表面5上。在光导la、lb的该示例性实施例中，用于改进光提取的部件3是布置在与基板层 Ia相对的透明层Ib的表面上的球形凸起。本专利申请要求美国临时专利申请61/066，719的优先权，其公开内容通过引用
合并于此。使用示例性实施例的本发明的以上描述不应被理解为意味着对本发明的限制。相 反地，权利要求1和11中陈述的本发明的概念可以应用于大量的极为不同的设计。具体地， 本发明还涵盖示例性实施例和剩余描述部分中阐述的特征的所有组合，即使这些组合并非 是专利权利要求的主题内容。
权利要求
一种光学装置，包括光导和用于照明所述光导的光源，其中 所述光导包括透明基板层和透明层， 所述光导具有所述基板层的表面上的光提取表面， 所述透明层被布置在与所述光提取表面相对的所述基板层的表面上，或者所述透明层被布置在所述基板层的所述光提取表面上，以及 所述透明层包含用于改进光提取的部件。
2.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光导的厚度小于300μ m。
3.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光源或多个光源被布置在所述光导的至 少一个侧表面上。
4.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述用于改进光提取的部件的密度沿所述透 明层的边变化。
5.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述用于改进光提取的部件是棱镜阵列。
6.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述透明层是可固化层或者聚合物层。
7.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述基板层是塑料膜。
8.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述透明层的材料的折射率与所述基板层的 材料的折射率匹配。
9.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光源是光发射二极管LED。
10.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光导包含用于将所述光源光学连接到所 述光导的部件。
11.一种用于生产光导的方法，包括 -提供透明基板层，-将透明层布置在与光提取表面相对的所述基板层的表面上或者将透明层布置在所述 基板层的所述光提取表面上，-在所述透明层上产生用于改进光提取的部件，以及 -将光源安装在所述光导的表面上。
12.如权利要求11所述的方法，其中，借助于压花在所述透明层上产生所述用于改进光提取的部件。
13.如权利要求11所述的方法，其中，借助于卷到卷工艺在所述透明层上产生所述用于改进光提取的部件。
14.如权利要求11所述的方法，其中， 通过UV辐射使所述透明层固化。
15.如权利要求11所述的方法，其中，借助于冲压或激光切割在所述光导中产生用于将所述光源光学连接到所述光导的部
全文摘要
一种光学装置包括光导和用于照明光导的光源。光导包括透明基板层和透明层。光导具有基板层的表面上的光提取表面。透明层被布置在与光提取表面相对的基板层的表面上，或者透明层被布置在基板层的光提取表面上。透明层包含用于改进光提取的部件。此外，提供了一种用于生产光导的方法。
文档编号G02B6/00GK101946120SQ200980105700
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年2月22日
发明者金伯利·派勒 申请人:欧司朗光电半导体有限公司