变形光学封装体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明整体涉及光学封装体，并且更具体地讲，涉及基于LED的光学封装体，其具 有变形光导、转向器和聚光器以提供薄型高效模块化的光学封装体。
【背景技术】
[0002] 光导与光源诸如发光二极管（LED) -起使用以用于多种照明应用。在一个具体应 用中，光导通常用于为IXD显示器提供照明。光源通常将光发射到光导内，特别是在需要很 薄型背光源内的情况下，如在膝上型计算机显示器中。光导为透光的、固态的、并且相对薄 的板，其长度和宽度尺寸为大约背光源输出区域。光导使用全内反射（TIR)以使从安装在 边缘的灯发出的光穿过整个光导的长度或宽度传送或导向至背光源的相对边缘，并且在光 导的表面上提供有局部提取结构的不均匀的图案，以将此经导向的光中的其中一些朝背光 源的输出区域从光导中重新导出。此类背光源通常还包括光管理膜，诸如设置在光导后面 和下面的反射材料以及设置在光导前面或上面的反射偏振膜和棱柱增亮膜（BEF)，以增加 同轴亮度。
[0003] 由于最常用的光源诸如LED具有相对大的高度和LED产生的宽发射角范围，所以 光导通常相应地厚以有效地耦合来自LED的光。用于液晶显示器的常规照明装置在美国专 利公布2009/0316431中有所描述。常规照明装置将来自光源的光耦合到平面光导。光导 通常与光源具有大致相同的高度，因为降低光导的高度将降低从光源到光导的耦合效率。
[0004] 然而，典型的膜式光导或板式光导的显著缺点为LED的小纵横比与光导的极大纵 横比之间的失配。LED具有约1:1至约4:1的典型纵横比，而边缘光导可具有约20:1至多 达100:1或更大的纵横比。这种失配通常导致光导中的光与从LED发射的光相比具有较高 的展度（也称为通过量）。这个高展度又最终导致光导需要增亮膜。使光导的厚度匹配于 LED还导致光导内的光具有宽角度范围。针对宽角度范围形成TIR需要光导的两个主表面 由空气界定。因此，光导可厚于液晶显示器模块，并且空气界面可限制某些应用，诸如触摸 和触觉应用。
【发明内容】
[0005] 在本发明的一个示例性方面，一种光学封装体包括生成具有第一纵横比的光的光 源、用于接收来自光源的光的变形光导、用于接收并且转向来自变形光导的光的转向器阵 列，以及用于收集从转向器阵列接收的光的聚光器，其中聚光器输出具有第二纵横比的光， 第二纵横比大于第一纵横比，其中输出光束的有效高度低于光源的有效高度。
[0006] 本发明的上述
【发明内容】
并非意图描述本发明的每个所说明的实施例或每种实施 方式。附图以及随后的【具体实施方式】更具体地举例说明了这些实施例。
【附图说明】
[0007] 结合以下附图可更好地理解本发明的实施例。附图中的元件未必相对于彼此按比 例绘制。
[0008] 图IA是根据本发明一个方面的光学封装体的等轴视图。
[0009] 图IB是图IA的光学封装体的分解图。
[0010] 图IC至图ID是根据本发明一个方面的光学封装体的变形光导元件的不同近视 图。
[0011] 图IE至图IF是根据本发明一个方面的光学封装体的转向器元件和聚光器元件的 不同近视图。
[0012] 图IG是图IA的光学封装体的前视图。
[0013] 图2A至图2D是根据本发明另一方面的光学封装体的各种等轴视图。
[0014] 图3是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0015] 图4是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0016] 图5是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0017] 图6是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0018] 图7是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0019] 图8是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0020] 图9是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0021] 图10是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0022] 图11是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
[0023] 虽然本发明接受各种修改形式和替代形式，但其具体方式已在附图中以举例的方 式示出，并且将对其进行详细描述。然而，应当理解其目的并非在于将本发明局限于所描述 的具体实施例。相反，其目的在于涵盖在由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修 改形式、等同形式和替代形式。
【具体实施方式】
[0024] 在以下【具体实施方式】中，将引用构成本文一部分的附图，在这些附图中以举例说 明其中可能实践本发明的具体实施例的方式示出本发明。就这一点而言，诸如"顶部"、"底 部"、"前"、"后"、"前部"、"向前"和"尾部"等方向性术语应结合所描述的图示取向使用。因 为本发明的实施例的部件可以定位为多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，而 不具有任何限制性。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施例，并且 可以进行结构性或逻辑性的修改。因此，并不局限于采用以下【具体实施方式】，且本发明的涵 盖范围由随附权利要求书限定。
[0025] 本发明涉及紧凑型高效模块化的光学封装体，此光学封装体提供具有高纵横比和 小有效高度的输出光。光学封装体的通用元件可被构造和布置为提供能够以许多不同方式 实现的大量替代性设计。因此，光学封装体可用作如下多种装置和应用的部分，诸如透射式 LCD、半透反射式LCD和反射式LCD(膝上型电脑、平板电脑、移动电话、电子阅读器等）、胆甾 型装置、MEMS装置和液体纸装置、标记和可适形图、以及指示器诸如车载显示器。
[0026] 图IA示出了可用于照亮诸如IXD之类的显示器（未示出）的示例性光学封装体 100的等轴视图。图IB示出了光学封装体100的分解图。光学封装体100包括光源单元 110、转换器单元105和外壳190。光源单元110为光学封装体100提供光的来源。转换器 单元105在本文中更详细地示出，其包括变形光导120,该光导将来自光源单元110的光引 导到转向器/聚光器元件160中。转向器/聚光器元件160包括转向器部分，该部分接收 由变形光导120引导的光的片段并且将其转向到耦合部分170中。光被进一步导向穿过耦 合部分170进入转向器/聚光器元件160的聚光器部分180中。系统100有效地耦合来自 光源的光并且提供具有较大纵横比的输出光，该输出光可任选地沿至少一个轴线部分地准 直。另外，输出光的有效高度远远低于从光源发射的光的有效高度。
[0027] 现在将更详细地描述这些部件中的每一个。
[0028] 可通过任何数量的光源类型来提供源光，但更优选的源是基于LED的光源110。光 源单元110可包括单个LED、两个LED或更多个LED，这取决于被照亮的显示器的类型。LED 110的输出可以多种方式耦合到转换器单元105。在一个例子中，来自光源110的输出光作 为实质上非准直光被直接传输到转换器105的变形光导120中。作为另外一种选择，取决 于例如空间要求，可利用一个或多个复合抛物面聚光器（CPC)、透镜（未示出）或其组合来 在光进入转换器单元105之前提供至少一些部分光束准直。如果使用CPC，则CPC的内部可 为中空的或由透明材料制成，并且以与常规CPC相同的方式构造。当然，在可供选择的实施 例中，可利用透镜或多个透镜系统来收集或准直光源110的输出。
[0029] 在本发明的不同方面，光源110可定位在光学系统中的不同位置处。例如，如图IA 至图IF所示，光源110定位在转换器单元105的一端处。作为另外一种选择，如图3所示， 光源定位在沿着光学系统的中心位置处。
[0030] 就这一点而言，"发光二极管"或"LED"是指发光的二极管，不管发出的是可见光、 紫外光还是红外光，其中发出的光将具有位于约430至700nm范围内的峰值波长。术语 LED包括非相干光源（作为"LED"（不论是常规型还是超辐射型）销售的封闭或封装体的 半导体器件）、以及相干半导体器件（诸如激光二极管，包括但不限于垂直腔面发射激光 器（VCSEL))。"LED晶粒"为LED最基本的形态，即经半导体加工方法制成的单个元件或芯 片。例如，LED晶粒可由一种或多种III族元素的组合和一种或多种V族元素的组合形成 ( m-v半导体）。合适的m-v半导体材料的实例包括氮化物如氮化镓和磷化物如磷化铟 镓。还可使用其他类型的III-V族材料以及元素周期表中其他族的材料。部件或芯片可以 包括适合施加能量以向装置提供能量的电触点。该电触点的例子包括引线结合、卷带式自 动接合（TAB)或倒装芯片结合技术。该元件或芯片的各个层和其它功能元件通常以晶片级 形成，并且随后可将加工好的晶片切成单个元件，以生产多个LED晶粒。LED晶粒可被构造 成用于表面安装、芯片直接贴装或其他已知的安装构型。一些封装体的LED通过在LED晶 粒和相关反射杯上方形成聚合物封壳而制成。LED可在若干基板之一上生长。例如，可