专利名称：光导系统以及用于控制光的向外耦合的反射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光导领域，特别地，涉及用于允许光的均勻向外耦合的光导系统。
背景技术：
用于在观看诸如TV之类的显示设备上显示的视频时通过使用投影环境光的光源增强观看体验的显示系统在本领域中是已知的。一个特别有趣的应用是向观看者投影环境光。投影环境光的益处通常包括更深入的且更逼真的观看体验，用于最佳图片质量的改进的颜色、对比度和细节，以及用于更放松的观看的降低的眼睛疲劳。背光的不同优点要求背光系统的不同设置。降低的眼睛疲劳可能要求缓慢变化的颜色以及或多或少固定的亮度，而更逼真的观看体验可能要求屏幕内容的扩展，即具有与屏幕内容相同的速度的相同亮度变化。典型地，显示设备是平坦的TV。显示设备可以设有诸如发光二极管(LED)之类的可控光源，其邻近使用的显示图像或视频内容的显示区域或屏幕而定位。在使用中，光源可以向显示设备之前的用户发射环境光。然而，使用LED显示环境光的一个缺陷在于，每个LED可以被看作点源。为了为用户允许从源自多个LED的光实现均勻的漫射式发射光表面，要求光路均勻地散布光。在环境光显示系统中创建要求的光路的一种已知的方法是使用光导。该方法工作如下。来自光源的光耦合到光学透明材料中并且传输一定距离，使得它可以像要求的那样散布并且与其他光源混合。典型的应用是电子装备上的LED背光系统、各种不同的指示灯和/或表面。因此，几乎所有的光都在光导的末端耦合出去。为了将光从光导的表面，即垂直于光的方向耦合出去，存在各种不同的方法。一种方式是对需要辐射光的光导表面结构化，例如在一侧使用箔、喷砂、微型棱镜或纹理。该方法具有几个缺点。首先，这些结构甚至在机械地漫射时也不一定导致具有垂直于光导表面的主导方向的理想漫射光源。相反地，大多数光将在光导内保持光的主导方向，意味着在与光导成角度地观察、朝光源观看时其是最明显的。此外，漫射表面在所有的方向(360度)上发射光，然而具有如上面所描述的要求的垂直方向，意味着一些光发射到光导的错误的侧面并且被损耗，除非使用了镜。这些效应降低了环境光显示系统的光学效率。最后，如果应用了恒定的结构，那么在希望的方向上从光导耦合出去的光将不是均勻的。在这种情况下， 大多数光在结构的开始处耦合出去。对于小的表面，这可能几乎不可见。一种用于在使用光导时创建均勻的光表面的已知方法是使用非均勻的向外耦合结构。基本上，这意味着一些光在结构的开始处耦合出去，因此较少的光在下一个向外耦合点处可用。这通过沿着光导的延伸逐渐地增加结构密度来补偿以便维持环境光的恒定的发射或向外耦合。通过这种方式，每平方mm发射的光可以保持恒定。所述非均勻的向外耦合结构可以例如是点图案，较小的点处于光表面的开始处并且较大的点朝着光表面的末端。原则上，可以使用喷砂点，但是这些喷砂点与前面参照光的方向描述的相同缺点关联，即在希望的侧面和错误的侧面都发射。实际的实验表明，利用白色漫射涂料实现了最佳的结果。由于涂料是不透明的，因而所有的光在希望的方向上行进。 此外，主导光方向更加垂直于光导的表面。例如，白色涂料更加像该位置处的光源所做的那样向外耦合光，这意味着向外耦合的光方向基本上垂直于光导。通过利用喷砂点，光以一定角度(即不垂直地)向外耦合，仿佛使用了相对于向外耦合结构的表面以所述角度发射环境光的光源。图Ia-Ic示出了依照现有技术的光导系统。图Ia为顶视图，图Ib示出了侧视图并且图Ic为光导系统的示意图的底视图。图Ia-Ic示出了被配置成接收来自至少一个光源16的光的光导11。漫射器14位于离光导的一定距离处，其被提供用于漫射耦合出光导的光。而且，形成如上面所讨论的点图案的点23设置到光导11的底侧。图Ia-Ic的光导系统具有一些缺点。第一个缺陷在于，需要将点图案施加到光导的表面上。如前面所提到的，这可以通过使用印刷技术或箔来实现。这要求光导的附加处理，其可能不是简单的，因为根据应用，光导可能具有复杂的形状。第二个缺陷在于，点图案仍然允许光传递到错误的侧面。这归因于以下事实点图案并不创建完全均勻的表面光源，因为基本上所有的点变成点光源。为了解决这个问题，可以在光导的向外耦合侧应用附加的漫射器，这两个部件之间具有空气间隙，其中该空气间隙防止光的向外耦合。漫射器也将光反射回光导中，并且该光的一部分在这些点之间传递， 在错误的侧面损耗。第三个缺陷在于，光导基本上不可触摸，因为每一次接触导致变形，由此光被耦合出去并且损耗掉。这使得将光导集成到总的机械结构中成为复杂的挑战。因此，一种允许光的均勻向外耦合、改进的视觉外观、增加的柔性或者成本有效的改进的光导系统将是有利的。
发明内容
因此，本发明优选地寻求单独地或者以任意组合地缓解、减轻或消除现有技术的上述缺陷和缺点的一个或多个并且通过提供一种依照所附专利权利要求的光导系统和反射器解决至少上述问题。依照一些实施例的思想是提供一种反射器，其配置有代替现有技术的光导的点图案的突起。在本发明的一个方面中，提供了一种用于控制光从光导向外耦合的光导系统。该光导系统包括光导，该光导被配置成接收来自至少一个光源的光并且从其上的表面发射散布的光。光导系统进一步包括反射器，该反射器设有若干突起，其中使用时该反射器的至少一个突起与光导光学接触。在本发明的另一个方面中，提供了一种反射器。该反射器包括沿着其延伸的至少一部分形成具有增加的变形的图案的若干突起，其中该反射器的至少一个突起在与光导光学接触时被配置成将在光导内行进的光耦合出去。依照一些实施例的光导系统的一个优点在于，向外耦合的光随着光导的延伸将是均勻的，从而沿着光导形成均勻的光辐射表面。而且，依照一些实施例的光导系统和反射器允许连接到或安装于例如显示设备， 在连接或安装期间不触摸光导。这大大地降低了当操作光导时形成的有损害的变形，并且从而改进了光从光导的受控的向外耦合。此外，依照一些实施例的反射器被配置成将在光导的错误的侧面向外耦合的光向后反射通过光导。因此，依照一些实施例的反射器改进了光效率，因为没有光由于光在光导的错误的侧面的向外耦合而不必要地损耗掉。
本发明能够具有的这些和其他方面、特征和优点根据参照附图对于本发明实施例的以下描述将是清楚明白的并且加以阐述，在附图中
图Ia为依照现有技术的环境光显示系统的示意图的顶视图； 图Ib为依照现有技术的环境光显示系统的示意图的侧视图； 图Ic为依照现有技术的环境光显示系统的示意图的底视图；以及图加为依照一个实施例的光导系统的顶视图； 图2b为依照一个实施例的光导系统的侧视图；以及图2c为依照一个实施例的光导系统的底视图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的若干实施例以便本领域技术人员能够实现本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应当被视为限于本文阐述的实施例。相反地，这些实施例被提供，使得本公开内容将是彻底而完整的，并且将完全将本发明的范围传递给本领域技术人员。所述实施例并没有限制本发明，而是本发明仅由所附专利权利要求限制。此外，附图中示出的特定实施例的详细描述中使用的术语并非意在限制本发明。下面的描述着眼于可应用到光导系统的本发明实施例。在一个实施例中，依照图2，提供了一种用于提供环境光的光导系统20。该光导系统包括光导21，该光导被配置成接收来自至少一个光源沈的环境光并且从其上的表面发射散布的环境光。该光导系统进一步包括反射器22，在其至少一部分中设有当与光导光学接触时允许将环境光耦合出去的若干突起23或对象。在使用中，反射器22和光导21例如使用公知的方法附接在一起。例如，反射器可以例如通过使用粘合剂、胶粘物或者将反射器和光导熔化在一起而附接到光导。为了提供光的向外耦合，反射器或者其至少一个突起与光导必须光学接触。在一个实施例中，所述若干突起在反射器的表面上形成图案。该反射器的图案用来在使用时将环境光耦合出光导。当反射器附接到光导时，图案的构造，即突起的相对定位以及每个突起在设计、尺寸等方面的配置将对光学特性具有影响。因此，取决于光从光导的希望的向外耦合，可以改变突起图案的配置以便获得希望的效果。对于光从光导的几乎每一种希望的向外耦合，可以计算突起图案。例如，有可能借助于随着反射器的延伸突起尺寸逐渐增大而提供具有逐渐增大的变形的图案。换言之，这意味着突起的尺寸(例如宽度)随着离光源的距离的增加而增大。图2中示出了这点。在另一个实施例中，每面积单位的突起数量随着反射器的延伸而增加。此外，可以利用突起逐渐增大的尺寸和逐渐增加的数量的组合以便获得光沿着光导的希望的向外耦
I=I O在一个实施例中，反射器图案包括在反射器表面中形成突起的至少一个峰。然而，应当理解的是，可以利用不同于峰的其他突起形状，例如具有使用时允许与光导光学接触的高度的细长形状。这样的细长形状的宽度和长度可以基于光从光导的希望的向外耦合而确定。在一个实施例中，反射器图案的突起的尺寸随着光导的长度而增大。换言之，这意味着突起的尺寸(例如宽度)随着到光源的距离的增大而增大。图2中示出了这点。该实施例的一个优点在于，向外耦合的光随着光导的延伸将是均勻的，从而沿着光导形成均勻的光辐射表面。在一个实施例中，至少一个突起具有峰的形式或者为圆锥形状。反射器图案因而包括在反射器表面中形成突起的至少一个峰。在一个实施例中，反射器的图2中所示的位于突起之间的区域25或空气间隙用来将错误定向的环境光传递到反射器22，从而防止环境光在错误的侧面离开光导。由于反射器不在每个区域25的位置处与光导光学接触，因而没有光在这些位置处耦合出去，因为在光导中行进的环境光将不会遇到变形。然而，由于光导中的内反射或者光从漫射器M反射、通过光导行进并且然后遇到反射器区域25，一些光可能仍然入射到反射器区域25上。 入射到每个反射器区域25上的该环境光于是向后反射再次通过光导。因此，空气间隙区域 25的功能至少是双重的，禁止引导的光的向外耦合，以及反射在光导的错误侧面逸出的、入射到反射器区域25上的光。该反射的环境光然后在光导的与反射器侧面相对的侧面耦合出光导。因此，从反射器区域25反射的光不再可以通过光导引导，而是只能再次穿过光导。在一个实施例中，反射器区域25充当漫反射器，这意味着它将在所有方向上反射入射光，从而只有一部分入射光在反射之后具有相同的角度。因此，突起之间的区域25通过反射环境光而增加了光导系统的效率，该环境光在像现有技术中那样不附接反射器的情况下，将在光导的错误的侧面离开系统。因此，依照一些实施例的反射器防止了环境光在光导的错误侧面耦合出去。使用附接到光导的反射器22，所述光导系统可以连接到诸如TV屏幕之类的显示设备，而不必触摸光导，这对于不向光导表面添加有损害的变形是极其重要的。因此，由于图案是反射器的一部分，因而反射器可以用来将依照一些实施例的光导系统固定到例如显示设备。该实施例大大地降低了由于在将设有点图案的现有技术光导连接到例如显示设备时操作这样的光导而引起的添加有损害的变形的风险。在一个实施例中，所述光导系统进一步包括漫射层M或者漫射器。该漫射器在离光导的与附接反射器所在的侧面相对的侧面一定距离处提供。该距离使得在光导内部行进的光能够不由于与漫射器形成接触而耦合出去。相反地，入射到漫射器上的光起源于经由反射器的突起23而耦合出去的光或者来自反射器区域25的反射的光。在一个实施例中，反射器设有白色涂料，其允许入射光使用区域25而被反射和/ 或使用突起23而耦合出去。白色涂料允许入射光的漫反射。在一个实施例中，反射器由塑料材料制成，该塑料材料例如任意塑料材料。在一个实施例中，使用注射成型产生包括反射器图案的反射器。
依照一些实施例的反射器也可以设有箔，只要使用时突起图案与光导光学接触并且突起之间的区域25不与光导光学接触。在一个实施例中，反射器设有白色漫射的箔，并且在箔上的仅仅反射器的突起的位置处提供粘合剂以便将突起图案附接到光导。通过这种方式，使用时只有突起与光导光学接触，并且从而大大地降低了通过也将区域25连接到光导而潜在地损害变形的过量使用胶粘物的风险。在一个实施例中，反射器的塑料材料充当用于小的峰之间的小区域25中的光溢出(spill)的漫反射器。在一个实施例中，塑料材料是白色塑料材料。反射器突起的表面越漫射，那么变形就越类似于小的光源，仿佛它直接位于漫射器之后的突起位置处。因此，更加漫射的反射器表面将允许光的更均勻的向外耦合。在一个实施例中，反射器通过热密封，即通过在选择的点处部分地将反射器和光导熔化在一起而附接到光导。在另一个实施例中，利用突起上提供的胶粘物层并且将反射器和光导胶粘在一起而附接反射器和光导。应当注意，胶粘物并不将突起之间的区域或空间连接到光导，因为否则的话形成光学连接。如果这些区域与光导胶粘在一起，那么该连接将形成影响光的向外耦合的变形。在一个实施例中，当附接在一起时，光导和反射器相对彼此固定，使得反射器的突起干扰通过光导行进的光的光路。通过这种方式，每个突起充当环境光向外耦合元件。换言之，当遇到突起和/或凹陷时，通过光导行进的光的光路方向发生变化。依照一个实施例，光导系统的每个部件可以使用行业中已知的标准方法来生产。在一个实施例中，光导具有平坦的形状，例如具有特定高度的矩形形状。因此，反射器也可以以矩形形状配置，取决于沿着它的突起而具有变化的高度。反射器的区域25可以形成基本上平坦的表面，其在使用时将基本上平行于光导的平坦表面。包括区域25的平坦表面与突起之间的高度差可以非常小。该高度差的一个要求是，其只需保证这两个表面，即区域25和光导的平坦表面在突起之间不光学连接，因为否则的话反射器的整个表面将充当均质的光向外耦合结构。这将是不利的，因为突起形成的点将变得更大并且最终甚至连接，使得整个反射器表面将与光导光学接触。这样的均质变形将导致光的非均质且非均勻的向外耦合。在一个实施例中，反射器的末端可以包括对齐突起观，该对齐突起具有比反射器的其他突起更大的高度。该对齐突起观可以用于将光导水平对齐，并且阻止光导进一步相对于反射器移动。由图2可以观察到，对齐突起也形成漫射器的隔离物。反射器的也称为水平对齐突起的对齐突起观可以代替依照图1的现有技术系统的镜18。这将导致与镜相比更多的环境光在光导的末端耦合出去，所述镜理想地仅仅将光反射回光导中。在一个实施例中，在反射器的第一部分，即不是反射器的包括突起图案的部分处提供至少一个隔离物突起四，该突起用来将光导与反射器隔离。依照图2b和图2c，隔离物突起四可以位于反射器的邻近诸如LED之类的光源的相同侧。LED在光导中大致以90°圆锥发射光。隔离物突起四可以如图2c中所示在LED之间提供，从而不允许LED发射的光耦合出去，因为该光不会到达隔离物突起。隔离物突起四允许在最靠近光源的一侧机械地支撑光导。
在一个实施例中，反射器的另一侧，即最远离光源的一侧也可以设有至少一个隔离物突起四，其与对齐突起28 一起允许光导与反射器对齐。在一个实施例中，对齐突起观或隔离物突起四以阶梯形状提供，该阶梯形状包括光导使用时可以搁置于其上的支座(未示出)。而且，该阶梯形状包括侧壁，该侧壁在一定方向上从其余部分延伸，以便防止光导在与支座光学接触时以侧向方式从其位置移动。因此， 阶梯形状的突起的侧壁可以用来将光导与反射器对齐，例如定位或居中。在一个实施例中，水平对齐突起进一步用作隔离物，漫射器可以附接到该隔离物上，从而在使用时在漫射器与光导之间形成间隙。由于反射器由具有相同视觉外观的一种材料制成，因而当没有光通过使用所述光源而发射时并且当观看漫射器时，反射器反射的光将是视觉上均勻的。这与现有技术解决方案形成对照，在现有技术解决方案中，通过漫射器看见喷砂点。因此，当光源不发射光时， 依照一些实施例的光导系统在从漫射器侧观察时提供了一种没有现有技术的可识别喷砂点的视觉上均勻的结构。为了避免例如由于反射器与光导之间的不同的热行为而引起的摩擦，反射器可以由与光导相同的材料构造。然而，光导和反射器的不同材料同样是可能的。本发明可以应用于其中希望均勻的光表面的任何应用中。例如，一种这样的应用可以是具有环境光能力的显示设备。而且，这样的应用可以受益于依照一些实施例的光导系统，因为它允许实现更紧凑的系统。依照一些实施例的光导并不仅仅限于平坦的光导，而是也可以应用于具有不同形状的光导。例如，圆弧形光导同样是可能的。在这种情况下，反射器设有用于允许被附接到光导的相应形状。尽管上面参照特定实施例描述了本发明，但是本发明并不预期限于本文阐述的特定形式。相反地，本发明仅由所附权利要求限制，并且不同于上面的特定实施例的其他实施例同样可能处于这些所附权利要求的范围内。在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他元件或步骤的存在。此外， 尽管单独地列出，但是多个装置、元件或方法步骤可以由例如单个单元或处理器实现。此外，尽管单独的特征可以包含于不同的权利要求中，但是这些特征可能地可以有利地加以组合，并且包含于不同的权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或不是有利的。此外，单数引用并没有排除复数。措词“一”、“一个”、“第一”、“第二”等等并没有排除复数。权利要求中的附图标记仅仅作为澄清性实例而提供，不应当以任何方式被视为对权利要求的范围的限制。
权利要求
1.一种用于控制光从光导向外耦合的光导系统(20)，包括光导(21)，其被配置成接收来自至少一个光源(26)的光并且从其上的表面发射散布的光，反射器(22)，其设有若干突起(23)，其中使用时该反射器(22)的至少一个突起与光导 (21)光学接触。
2.依照权利要求1的光导系统(20)，其中所述至少一个突起利用诸如胶粘物之类的粘合剂附接到光导(21)。
3.依照权利要求1的光导系统(20)，其中所述若干突起(23)借助于随着反射器(22) 的延伸突起尺寸逐渐增大而形成具有逐渐增大的变形的图案。
4.依照权利要求1的光导系统(20)，其中所述若干突起(23)借助于随着反射器(22) 的延伸突起数量逐渐增加而形成具有逐渐增大的变形的图案。
5.依照权利要求1的光导系统(20)，其中所述若干突起中的至少一个突起具有峰的形状或者为圆锥形状。
6.依照权利要求1的光导系统(20)，其中所述若干突起中的至少一个突起具有细长的形状。
7.依照权利要求1的光导系统(20)，进一步包括在光导(21)的与反射器(22)侧面相对的一侧离光导(21)—定距离处提供的漫射器(24)。
8.依照权利要求1的光导系统(20)，其中反射器(22)设有至少一个区域(25)，所述区域位于所述若干突起之间，其使用时不与光导(21)光学接触。
9.依照权利要求1的光导系统(20)，其中反射器(22)设有白色涂料并且充当漫反射器。
10.依照权利要求1的光导系统(20)，其中反射器(22)由塑料材料制成。
11.依照权利要求1的光导系统(20)，其中使用时反射器(22)在面向光导(21)的一侧设有箔。
12.依照权利要求1的光导系统(20)，其中使用注射成型产生反射器(22)。
13.依照权利要求1的光导系统(20)，其中所述至少一个突起利用热密封附接到光导 (21)。
14.依照权利要求1的光导系统(20)，其中反射器(22)具有与光导(21)的矩形形状相应的矩形形状。
15.依照权利要求1的光导系统(20)，其中反射器(22)进一步包括用于将光导(21)与反射器(22)对齐的对齐突起(28)或隔离物突起(29)。
16.依照权利要求7的光导系统(20)，连接到显示设备，该显示设备用于基于要在该显示设备上显示的视频信号的图像内容显示均勻的环境光。
17.一种反射器(22)，设有沿着其延伸的至少一部分形成具有增加的变形的图案的若干突起(23)，其中该反射器(22)的至少一个突起在与光导(21)光学接触时被配置成将在光导内行进的光耦合出去。
全文摘要
提供了一种用于控制光的向外耦合的光导系统(20)。该光导系统包括光导(21)，该光导被配置成接收来自至少一个光源(26)的环境光并且从其上的表面发射散布的环境光。该光导系统进一步包括设有若干突起(23)的反射器(22)。在使用中，反射器(22)与光导(21)附接在一起。该实施例的一个优点在于，允许实现使用光导的均匀光辐射表面。
文档编号G02B6/00GK102265196SQ200980152247
公开日2011年11月30日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月23日
发明者W. 奎斯特豪特 C., G. J. M. 纽詹斯 P., F. E. M. 奥维雷斯 T. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司