专利名称：透明发光窗口的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光窗口，特别地，涉及具有透明模式的发光窗口。
背景技术：
已经发现平板显示器(例如液晶显示器和等离子体显示面板)侵入到许多家庭的客厅。当显示器关断时，希望的是能够隐藏显示器，因为在关断状态下，显示器仅仅显示了一个大的暗区。因此，存在使显示器不那么碍眼的愿望。已经做出了通过将可切换散射窗口设置在显示器之前来隐藏显示器的尝试。当显示器不用于观看图像时，将散射层设置成散射光的散射模式以便使得显示器或多或少不可见。当显示器用于观看图像时，将散射层设置成透明模式以便允许来自显示器的光不受散射地通过散射层传播。然而，散射层不能够像希望的那样多地隐藏显示器是一个问题。因此，希望的是提供一种提供改进的隐藏能力的解决方案。
发明内容
因此，本发明优选地寻求减轻或消除使用散射窗口以便隐藏电视显示器以及可能地其他物体的问题。特别地，可以看作本发明目的的是提供一种解决上述具有有限隐藏能力的现有技术问题的窗口。在本发明的第一方面中，这个目的和若干其他目的通过提供一种发光窗口设备而获得，该发光窗口设备包括
-光导，其形成为具有第一面和第二面并且在这些面的至少一个上设有至少一个非散射光提取特征的板，
-光源，其被设置用于将光耦合到光导中，
-散射层，其被设置成邻近光导的所述面之一并且可在透明状态与散射状态之间切换。本发明特别地但非排他性地有利于获得能够隐藏电视显示器以及可能地诸如商业标牌之类的其他物体的窗口。这个优点可以通过具有非散射特征的光导和散射层的组合来实现。当散射层处于散射状态时，光提取特征提取的光被散射层散射，使得发光窗口可以用作能够隐藏例如平板显示器的大面积光源。此外，该宽面积光源不仅隐藏物体，而且也可以提供气氛照明。通过将散射层切换到非散射状态并且关断光源，发光窗口可以用作基本上不可见的透明窗口，因为光提取特征为基本上不修改通过光导传播的光线的非散射光提取特征。因此，可以看作优点的是，发光窗口根据散射层的散射状态而提供了双操作模式。在一个实施例中，光导可以被配置成将来自所述光源或者多个光源的光分布在这样的体积中，该体积形成于所述第一面和第二面之间并且其中所述至少一个非散射光提取特征被提供以便通过第一面和第二面中的至少一个的至少一部分输出分布的光的至少一定份额。光导可以形成为由所述第一和第二大面积的面以及由这些面之间的边缘限定的板状主体。这些面和边缘限定了其中散布光以获得均勻分布的光的体积。这些面的至少一个上提供的所述一个或多个光提取特征提取光并且在光散射层的邻近面的方向上输出光。在一个实施例中，非散射光提取特征可以被配置成通过折射或衍射光线而提取光线。可能有利的是使用折射或衍射光提取特征提取光，因为这样的特征不散射光并且因此保持透明。在一个实施例中，非散射光提取特征可以是至少局部地有角度的，以便与未设有光提取特征的光导面相比减小入射角。通过提供至少局部地减小的角度，在光提取特征形式的光导面之一处，有可能提取在其他情况下将内反射的光线。因此，有角度的光提取特征允许实现改进的光提取能力。可以在所述面之一处的有界区域上局部地提供减小的角度， 或者该减小的角度可以扩展到表面的整个区域。在一个实施例中，多个光提取特征可以通过非恒定的斜面定形，以便增大来自光源的光在光导内的散布。因此，通过改变光提取特征的角度，可以改进提取且输出的光的均勻性。在一个实施例中，至少一些非恒定的斜面可以是至少局部地有角度的，以便与未设有光提取特征的光导面相比减小入射角。因此，通过减小多个光提取特征的入射角，可以在改进光导体积内的光散布的同时改进光提取。在一个实施例中，非散射光提取特征可以是衍射光栅，其被配置成通过仅仅衍射具有相对于该衍射光栅的大于由该衍射光栅的间距确定的角度阈值的入射角的光线而衍射来自光源的光线。可能有利的是使用基于衍射的光提取特征，因为这样的特征在衍射光栅仅仅衍射以低入射角撞击光栅的光线而以大入射角撞击的光线不受衍射地透射时保持透明。在一个实施例中，光栅的间距可以处于200-400纳米的范围内以便提高光栅的透明度。可能特别有利的是应用间距在M0-275纳米的范围内的光栅以便改进来自光源的光的所有颜色的提取。在一个实施例中，所述第一面和第二面可以设有第一和第二光提取特征，其中第一光提取特征被配置成提取在第一方向上传播的光线并且其中第二光提取特征被配置成提取在与第一方向不同的第二方向上传播的光线。通过提供在两个面上且取向成提取来自在不同方向(例如垂直方向)上传播的光线的光的光提取特征，可以进一步改进输出的光的均勻性。在一个实施例中，所述第一和第二光提取特征可以是第一和第二衍射光栅。可能有利的是，在两个面上提供衍射光栅以便改进输出的光的均勻性。在一个实施例中，可以向光导提供内耦合构件，该内耦合构件被定形为增大来自光源的光在光导内的散布。内耦合构件可以在光导的边缘上提供。例如，该边缘可以形成为弯曲表面以便形成用于改进光在光导内的散布的柱面透镜。本发明的第二方面涉及一种显示装置，该显示装置包括 -依照第一方面的发光窗口，以及
-面向发光窗口的显示器。可能有利的是将诸如平板电视显示器之类的显示器与发光窗口相结合，因为该窗口能够在电视显示器不用于显示图像时隐藏该电视显示器。本发明的第三方面涉及镜设备，该镜设备包括-依照第一方面的发光窗口， -面向发光窗口的镜表面。可能有利的是将诸如浴室镜之类的镜与发光窗口相结合，因为该发光窗口能够例如在镜不打算用作镜时将镜改变为大面积光源。依照第二方面的显示装置的实施例可以进一步包括介于发光窗口与显示器之间的偏振层，该偏振层用于透射由显示器辐射的偏振光并且用于反射朝显示器传播的非偏振光的至少一部分。可能有利的是将偏振层设置在窗口与显示器之间以便允许实现显示器的半透明镜外观。偏振层可以是能够透射一个偏振方向同时反射其他偏振方向的反射偏振
ο本发明的第四方面涉及一种用于产生宽面积光场的方法，该方法包括
-提供光导，该光导形成为具有第一面和第二面并且在这些面的至少一个上设有至少一个非散射光提取特征的板，
-将来自光源的光耦合到光导中，以及
-提供散射层，该散射层被设置成邻近光导的所述面之一并且可在透明状态与散射状态之间切换。本发明的第一、第二、第三和第四方面中的每一个都可以与任何其他方面相结合。 本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的并且将参照这些实施例进行阐述。
现在将仅通过实例参照附图解释本发明，在附图中图IA示出了发光窗口在其发光状态下的侧视图，
图IB示出了发光窗口在其透明状态下的侧视图， 图2A-E示出了形成为光导的所述面之一的突起的不同光提取特征， 图3示出了衍射光栅形式的光提取特征， 图4示出了光导两个面上的光提取特征的使用，以及
图5A-C示出了应用发光窗口以形成图5A中的图像显示器、图5B中的镜设备以及图5C 中的具有半透明镜的图像显示器。
具体实施例方式图IA示出了发光窗口 100的侧视图，该发光窗口包括光导101、被设置成将光耦合到光导101中的光源102以及可切换散射层103。示出具有面向观看者的光导的发光窗口 100的顶视图的图IA的右侧图解说明了光导101大体上被定形为具有第一面111和第二面112的板。散射层103尺寸被确定为部分地或完全地覆盖光导的面111、112之一。散射层 103可以是这样的板，其光学地连接到光导，即使用光学透明粘合剂或者以其他方式连接到光导，使得如图IA中所示在光导和散射层的邻近面之间存在空气间隙。光源102可以是单个光源，例如发光二极管(LED)，或者由多个LED组成的沿着光导边缘之一 104延伸的阵列源102，如图IA的顶视图中所示。优选地，来自光源的光经由边缘之一 104耦合到光导102中。然而，光也可以经由光导的拐角105耦合到光导中。光导101在面111、112之一上或者在这两个面上设有至少一个非散射光提取特征 (未示出)。非散射光提取特征用来将在光导中传播的光提取为输出光线131。形成对照的是，散射光提取特征通过面111、112之一上提供的散射特征提取光。相比之下，散射特征使得光导101不透明，而非散射特征使得光导101透明。光导101和非散射光提取特征可以由相同的材料(例如玻璃或透明聚合物)制成。散射层103可在透明状态与散射状态之间切换。这些状态之间的切换可以通过由开关190切换施加到散射层的电压Vc而实现。在散射状态下，散射层103散射传播到散射层中的光，而在透明状态下，传播到散射层中的光透射通过该层。例如，当散射层为散射状态时，从光导传输到散射层中的光线131将散射成散射光132。图IB图解说明了当散射层处于透明模式时，例如显示器或监视器(未示出)产生的光线133透射通过散射层，基本上不被散射或者以其他方式受散射层影响。散射层103可以是聚合物散布的液晶，其包含散布在固态透明材料中的液晶分子。通过使用电场Vc改变液晶分子的取向，可以将液晶分子切换到其中这些分子散射光的第一状态以及切换到其中它们不影响光的传播的第二状态。由于可切换散射层103与非散射光提取特征的结合，发光窗口用于两个功能1) 当散射层处于散射状态时，该窗口用作发光窗口或者宽面积光源，其中来自光源102的光分布于光导101中，由光提取特征朝散射层103输出并且最终从散射层散射出去。2)当散射层处于透明状态时，该发光窗口用作透明窗口，其中来自该窗口任一侧的光无失真或散射地透射通过该窗口。因此，在透明状态下置于窗口任一侧的物体或图像通过窗口清晰可见，而在散射状态下该物体或图像通过窗口不可见或者至少仅仅部分地可见。图2A-E示出了光导101，其具有非散射光提取特征201的不同配置，用于通过折射提取光。图2A示出了具有楔状光导形式的单个光提取特征201的光导101。图2B-D示出了具有通过非恒定斜面定形的多个光提取特征的光导101。在图2B 中，楔状光提取突起201的斜率沿着光源102的主传播方向逐渐变化，例如增大。在图2C 中，突起201的斜率在正斜率和负斜率之间交替。在图2D中，光提取突起201由诸如正弦图案之类的波状图案形成，使得光提取特征的斜率连续地变化。光提取突起201的非恒定的或变化的斜率有助于来自光源102的光在光导101的体积内的散布，即在光导内获得均勻的光强度，使得通过第一面111折射的光确保第一面111的区域上的均勻光强度。图2E示出了具有诸如矩形状突起之类的微脊形式的多个光提取特征的光导101。当光导如图2C-E中所示设有对称图案的光提取突起时，可以通过从设置在相对的边缘104处的光源102将光耦合到光导中而提高光导内和光导外的光分布的均勻性。因此，从相对地设置的光源102耦合进光导的相对侧的反向传播的光线通过所述光提取特征图案。光分布的均勻性也可以在光提取特征如图2A中所示由单个楔形物形成时通过将光注入相对的侧面104而提高，或者通过如图2B中所示的非对称图案而提高，可能地通过适应性调节光的内耦合，即通过控制来自光源的光的散布，例如通过对光导的边缘进行透镜定形以便在光导内适当地散布光而提高。图2A-2E中的光提取特征201是有角度的，以便减小表面法线291与来自光源的撞击的光线202之间的入射角Ai(分别参见图2B、图2D的突起在图2F、图2G中的放大视图)。即，与相对于未设有光提取特征201的光导(或者换言之，具有未成角度的第一面111的光导)的入射角Xi相比，入射角Ai减小了。因此，有角度的光提取特征201允许撞击的光线202被提取且输出为折射的光线203，而未成角度的第一面111将使得相同的撞击的光线202承受全内反射。图2B-E中的突起201的纵向尺寸w可以处于50-750微米的范围内，例如介于150 微米与250微米之间。突起201的深度d可以处于1-10微米的范围内，例如介于2微米与 4微米之间。因此，突起的斜率范围在0.001弧度与0.2弧度之间。通常，几何突起的尺寸应当大于可见光的波长以便避免衍射效应。由于光提取特征201的低斜率，光导具有基本上与正常窗口相同的透明度。因此，当发光窗口处于透明状态时，与具有散射点提取特征的光导相比，通过发光窗口 101观看的图像的图像失真被最小化。图3示出了一种光导101，其具有衍射光栅301形式的非散射光提取特征201以便通过衍射提取光。衍射光栅在光导的第一面111上提供。为了保持设有衍射光栅301的光导的透明度，选择衍射光栅的间距P，以便仅仅衍射来自光源102的具有大于给定阈值的、 相对于带有衍射光栅301的面111的入射角Ai的光线。入射角的阈值由衍射光栅301的间距P确定。200-400纳米的范围内的间距适合于保持光导的透明度。240-275纳米的范围内的间距被证明适合于同时提取来自光导的发射的光的所有颜色并且保持透明度。由于只有具有大的入射角Ai的光线被衍射，因而具有小于阈值的入射角Ai ’的光线331无衍射地透射通过光导，这意味着透明度对于具有大于阈值角度的入射角的光线而言是最佳的。由于衍射光栅是对称的，因而光导内和光导外的光分布的均勻性可以通过从设置在相对的边缘104处的光源102将光耦合到光导中而提高。光从光导101衍射成具有不同衍射角D1-D3和对应的不同波长L1-L3的光线131。 显然，如果光导用作没有散射层103的发光窗口，那么该发光窗口或宽面积源将在不同方向上衍射不同颜色的光。然而，由于散射层103的原因，衍射光的不同颜色将在散射层中混合，使得从散射层输出的光将具有相同的颜色，而不管人的观看角度如何。图4顶部示出了光导的侧视图，在该光导中，第一面111和第二面112设有对应的第一光提取特征401和第二光提取特征402。第一光提取特征401和第二光提取特征402 都可以是如图2A-E中所示的几何光提取特征或者如图3中所示的基于衍射的光提取特征。 可替换地，第一面和第二面之一可以设有几何光提取特征并且另一面可以设有基于衍射的光提取特征。图4底部示出了具有第一光提取特征401和第二光提取特征402的相同光导的顶视图。第一光提取特征401可以被设置成提取来自第一光源421或者第一几个光源421的光，所述光源产生在第一方向411上传播的光。类似地，第二光提取特征402可以被设置成提取来自第二光源422或者第二组光源422的光，所述光源产生在第二方向412上传播的光。通过使用产生在不同方向上传播的光的光源，可以进一步提高光导101内的分布的光的均勻性。此外，使用设置在超过两个边缘104，例如正方形光导101的所有四个边缘处的光源允许产生更高的光强度。如图4中底部所示，第一光提取特征401 (例如突起201或衍射线301)在垂直于第一光方向411的方向上延伸。类似地，第二光提取特征402在垂直于第一提取特征401 且垂直于第二光方向412的方向上延伸。应当理解的是，第一和第二光提取特征的延伸不一定需要彼此垂直，而是可以具有其他相对角度。为了改进光导内光的散布以便实现提取的光的更加均勻的光强度，光导的边缘可以是有形状的，而不是平面，以便增加光的散布。光导的边缘可以例如被定形为凹或凸透镜表面。图5A-C示出了发光窗口的不同应用。图5A示出了包括发光窗口 100和IXD监视器502或者诸如广告标牌之类的其他电子图像显示设备的显示装置501，所述发光窗口由光导101、光源102和可切换散射层103 组成。在左边的图上，当光源102接通并且散射层103处于散射层时，显示装置501用作大面积光源。因此，在该状态下，显示装置提供了一种气氛提供光源，该气氛提供光源此外还隐藏黑暗且令人不愉快的监视器502。当显示装置要用来观看监视器502上呈现的图像时， 光源102关断并且散射层切换到其非散射状态，如右边的图中所示。来自监视器的光线504 不受影响地透射通过光导101和散射层103。图5B示出了包括发光窗口 100和诸如浴室镜之类的镜512的镜设备511，所述发光窗口由光导101、光源102和可切换散射层103组成。在左边的图上，当光源102接通并且散射层103处于散射层时，镜设备511用作大面积光源。在右边的图上，镜设备511用作正常的镜，其中光线514由镜511反射，而不受光导101和散射层103变形。图5C示出了包括发光窗口 100以及偏振层522和IXD监视器502的可替换显示装置531，所述发光窗口由光导101、光源102和可切换散射层103组成。偏振层522反射非偏振光并且透射在偏振层522的偏振方向上偏振的光。因此，当显示装置531处于显示状态时，其中散射层切换到其非散射状态并且光源102关断，来自监视器502的偏振光504 透射通过偏振层522和发光窗口 100，而外部非偏振光线514被偏振层反射。因此，在该状态下，显示装置提供了一种半镜模式。当显示装置531处于发光状态时，其中散射层切换到其散射状态并且光源102接通，偏振层522用来增大照明器亮度，因为来自散射层的散射光线541被偏振层反射并且再一次被散射层散射。在显示装置501、镜设备511和可替换显示装置531的任何一个中，散射层103和光导101的顺序可以反转，使得散射层面向监视器502、镜512或偏振层522。总的说来，本发明涉及一种可以用作宽面积光源以及用作透明窗口的发光窗口。 宽面积光源通过例如经由光导边缘将光耦合到板状光导中并且使用几何突起或衍射光栅将来自光导的光提取到输出宽面积光的散射层中而实现。透明窗口通过将散射层切换到非散射状态并且可能地关断光源，使得光可以自由地通过光导和散射层传播而实现。尽管已经结合详细说明的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，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。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，尽管单独的特征可能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。因此， 对于“一”、“一个”、“第一”、“第二”等等的引用并没有排除复数。此外，权利要求中的附图标记不应当被视为对范围的限制。
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权利要求
1.一种发光窗口设备(100)，包括-光导(101)，其形成为具有第一面和第二面(111，112)并且在这些面的至少一个上设有至少一个非散射光提取特征(201，301)的板，-光源(102)，其被设置用于将光耦合到光导(101)中，-散射层(103)，其被设置成邻近光导的所述面(111，112)之一并且可在透明状态与散射状态之间切换。
2.依照权利要求1的设备，其中光导(101)被配置成将来自所述光源(102)或者多个光源的光分布在这样的体积中，该体积形成于所述第一面和第二面(111，112)之间并且其中所述至少一个非散射光提取特征(201，301)被提供以便通过第一面和第二面中的至少一个的至少一部分输出分布的光的至少一定份额。
3.依照权利要求1的设备，其中非散射光提取特征(201，301)被配置成通过折射或衍射光线而提取光线。
4.依照权利要求1的设备，其中非散射光提取特征(201)是至少局部地有角度的，以便与未设有光提取特征的光导面(111)相比减小入射角(Ai )。
5.依照权利要求1的设备，其中多个光提取特征(201)通过非恒定的斜面定形，以便增大来自光源(102)的光在光导(101)内的散布。
6.依照权利要求5的设备，其中至少一些非恒定的斜面是至少局部地有角度的，以便与未设有光提取特征的光导面(111)相比减小入射角(Ai )。
7.依照权利要求1的设备，其中非散射光提取特征(301)是衍射光栅，其被配置成通过仅仅衍射具有相对于该衍射光栅的大于由该衍射光栅的间距(P)确定的角度阈值的入射角 (Ai)的光线而衍射来自光源(102)的光线。
8.依照权利要求7的设备，其中光栅的间距(ρ)处于200-400纳米的范围内。
9.依照权利要求1的设备，其中所述第一面和第二面(111，112)设有第一和第二光提取特征(401，402)，其中第一光提取特征(401)被配置成提取在第一方向(411)上传播的光线并且其中第二光提取特征(402)被配置成提取在与第一方向不同的第二方向(412)上传播的光线。
10.依照权利要求9的设备，其中所述第一和第二光提取特征(401，402)是第一和第二衍射光栅。
11.依照权利要求1的设备，其中向光导提供内耦合构件，该内耦合构件被定形为增大来自光源的光在光导内的散布。
12.—种显示装置(501)，包括-依照权利要求1的发光窗口(100)，-面向发光窗口的显示器(502)。
13.一种镜设备(511)，包括-依照权利要求1的发光窗口(100)，-面向发光窗口的镜表面(512)。
14.依照权利要求12的显示装置，进一步包括介于发光窗口(100)与显示器(502)之间的偏振层(522)，该偏振层用于透射由显示器辐射的偏振光(504)并且用于反射朝显示器传播的非偏振光(514)的至少一部分。
15. 一种用于产生宽面积光场的方法，包括-提供光导(101)，该光导形成为具有第一面和第二面(111，112)并且在这些面的至少一个上设有至少一个非散射光提取特征(201，301)的板，-将来自光源(102)的光耦合到光导(101)中，以及-提供散射层(103 )，该散射层被设置成邻近光导的所述面(111，112 )之一并且可在透明状态与散射状态之间切换。
全文摘要
本发明涉及一种可以用作宽面积光源以及用作透明窗口的发光窗口。宽面积光源通过例如经由光导边缘将光耦合到板状光导中并且使用几何突起或衍射光栅将来自光导的光提取到输出宽面积光的散射层中而实现。透明窗口通过将散射层切换到非散射状态并且可能地关断光源，使得光可以自由地通过光导和散射层传播而实现。
文档编号G02B6/00GK102449678SQ201080023320
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月28日
发明者奥弗斯吕曾 G., J. 科内利森 H., F. 斯特雷诶尔 J. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司