专利名称：采用多层光学薄膜的光波导的制作方法
本申请涉及一种光波导，它采用一高反射的多层光学薄膜，使得出射光是高效的、均匀的散射光。
现有技术已经包含有许多为了能够控制向一个或多个远离光源的地区发射而控制光沿着光波导传输的光波导。美国专利4,750,798示例了一种现有技术的光波导。
这种现有技术的光波导有一主要的反射内表面，因此，当光从波导的一端进入向波导的另一端前进时，光被波导的内壁反射。在许多应用中，光波导被设计成以控制的方式输出光，这样要求每单位长度从波导内发出的光的量沿整个光波导的长度或者沿每一光波导光发射部分的整个的长度是可以接受地均匀的。
美国专利4,984,144(Cobb,Jr.等人)公开了一棱镜折射光学薄膜(以下称为“棱镜光波导壁材料”)。它可以从3 M公司以“光学薄膜”产品号2300或2301来取得。它已经被用于制造许多这种现有技术的光波导。这种现有技术的光波导的一般目的是把光从一点光源向一区域发射光从而有效、均匀地照射此一区域。一般来说，其目的是最大化光沿着光波导传输和光从光波导发射出来的效率，同时最小化明暗变化。由棱镜光波导壁材料制成的光波导能够以相对于光强小的明暗变化向大的面积发射均匀的光。这种光波导制造相对简单、便宜，应用广泛。
在大多数这种现有技术的光波导中，棱镜光波导壁材料形成一导管。一出射装置置于导管内。从光源发出的光线进入此导管，被内壁材料反射并被引导沿着此导管前进。但是，某些碰着出射装置的光线以这样一种方式被反射使得它们能够穿过棱镜光波导壁材料。然而，这种类型的光波导在从波导中提取出散射光的效率相对较低。这是因为光线在从所期望的波导的发光部分发射出去前一般都被包在棱镜光波导壁材料外的一反射层反射了多次。用目前已有的材料制成的光波导。每一次这样的反射将导致大约5％到10％的吸收损失。目前已有的光波导大约有净25％的光被吸收损失掉，而没有从波导中发射出去。也就是说种用棱镜光波导壁材料制成的现有技术的光波导的出射效率大约只有75％。
用棱镜光波导壁材料制成的光波导的出射效率可用一种从波导中提取光的替代技术来提高。特别地，不在棱镜光波导壁材料内置放一出射装置，而是在光从波导出射的部分的壁材料上提供一些小孔，或是此部分的壁材料用另外方法处理。用这种设计，光在发射出去前将经历较少的反射，因此出射效率更高。一般只有5％的光被吸收损失，因此出射效率大约为95％。这比前例的75％比起来要好得多。一个另外的好处是在某些应用中要求出射光具有好的方向性，如照射非常窄的空间时所要求的那样。采用这种替代的出射技术可很方便的获得这种方向性。
尽管这种前述的替代的出射技术有这些优点，但是它并没有得到广泛的应用。这是因为两个原因第一，根据这种技术制造的光波导一般被认为没有实际的吸引力。例如，光发射表面可感觉到光强度分布不均匀，有些地方太亮了。第二，设计和制造使用这种替代出射技术的光波导要困难得多。这种设计典型地包括一种递次求近法工序，这将造成大量的昂贵的棱镜光波导壁材料的不可避免的被毁坏。制造这种方案的光波导需要复杂的技术来优化棱镜光波导壁材料表面的出射效率。
本发明通过利用新发明的多层光学薄膜材料的特性可克服前述的这些问题。
根据优选实施例，本发明提供一种光波导，它具有由多层第一和第二基本不吸收的纵向镜面反射材料制成的不发光部分。每一层的折射率都不同于紧挨着的邻近层的折射率，因此所有的层综合起来具有高纵向镜面反射率。此光波导同时还具有一由棱镜光波导壁材料制成的光发射部分，一基本不吸收的光散射装置置于不发光部分内，与光发射部分相对着。
此用来制作波导的不发光部分的多层材料也可以是每一层都有应力感应的双折射特性，在所有层的取向从单轴到双轴的范围内，各层综合起来都具有双折射特性，并具有高的纵向镜面反射率。另一种方案是，这些薄膜材料可以是第一和第二基本不吸收的聚合物，这些聚合物在成分上不一样，因此各层综合起来具有高的纵向镜面反射率。
此光波导的截面可以是基本不变的，也可沿着波导变小。在这两种情况下，光散射装置的宽度都可沿着波导的长度增加而增加。
更有利的是，一低吸收透镜可置于波导的光发射部分外面。透镜的光透射特性可随波长、偏振、角度变化而变化，或是随它们的综合效果变化。
图1是说明一用棱镜光波导壁材料制作的现有技术波导的截面图，它包括一光出射装置。
图2是说明一用棱镜光波导壁材料制作的现有技术波导的截面图，它在光出射区域的内壁材料上打了一些小孔。
图3是一放大了的，说明一多层光学薄膜材料的两层结构的斜透射图。
图4是一放大了的，说明一由至少两层不同材料交变制成的多层光学薄膜材料的其中几层的斜透射图。
图5和图6是说明根据本发明用多层光学薄膜材料制成的光波导的截面图。
图1是一典型的用棱镜光波导壁材料制作的现有技术光波导10的截面图。一用来保护光波导10的内部组件的外套的上部一般是不透明部分12，下部是一透明部分14。一全反射薄膜16被置于紧挨着不透明外套部分12的内部，它用来反射沿波导传播的光，要不然光将射在不透明外套部分12上。一用棱镜光波导壁材料制作的导管18被放在薄膜16内，它用来引导从光源(未画出)发射出来的光沿波导10纵向传播。一全出射薄膜20置于导管18的内部，差不多是在它顶部，此薄膜使得反射至其上的光穿过导管18从透明外套部分14出射。
一般来说，为了使得沿着波导所输出的光是均匀的，出射薄膜的宽度沿着波导10变化，虽然事实上导管18内的光的强度实际上是沿着波导变化的。为了获得所需的均匀的输出光，本领域内的技术人员可毫不困难地为某一特定的光波导调整出射薄膜的宽度。
图1中所说明的光波导的各组件的尺寸在不同的应用中为了适应不同的设计需要，例如光波导的长度、光源的性质、或所需的光输出方式，可发生显著的变化。光波导的截面的形状也可不是圆的；各种各样的形状如椭圆和方形都经常被采用。
以下的一般说明描述了所有这种用棱镜光波导壁材料制作的光波导的特性，图1是个例子。从导管18一端进入的光沿着波导向另一端传播，在这里光将碰着一端面反射镜(未画出)，它将把光又反射向光源。当光被端面反射镜来回反射时，由于出射薄膜20的散射的结果基本上所有的光都从波导10内出来。更具体地，每一束光线都被导管18内反射，直到碰着出射薄膜20。大多数射向出射薄膜20的光线被散射向实际上透明的导管18。正如上面解释的，由于光线在从波导中散射出来之前经历过全反射薄膜16的多次的反射，这导致吸收损失，因此这种类型的光波导从波导内获取散射光的效率相对较低。
图2说明的是前述的为了提高用棱镜光波导壁材料制作的光波导的出射效率的现有技术。如同光波导10一样，光波导22具有一保护外套，它的上部是不透明部分24，下部是一透明部分26。一全反射薄膜28，一用棱镜光波导壁材料制作的导管30。在光从波导22射出部分的导管30上提供一些小孔32。光束从波导22通过孔32发射出去前一般将经历较少的反射，正如前面解释的，其出射效率一般要比波导10更高。
为了帮助那些本领域的技术人员了解运用多层光学薄膜制造光波导的有利之处，下面给出一个此薄膜的简要说明。制造此薄膜的优点、特性在国际专利WO 95/17303文献中描述过。多层光学薄膜是很有用的，例如，可做高效率的反射镜或偏光器。下面给出一相对简要的此薄膜的特性的描述，接下来是对根据本发明使用多层光学薄膜的光波导的一具体实施例的说明。
图3展示了一多层堆100的两层，并且指出了每一层的三个方向的折射率。102层的折射率是η1X、η1Y和η1Z,104层的折射率是η2X、η2Y和η2Z。在薄膜堆中每一薄膜层与其它各层的折射率的关系决定了多层堆的任意角度、任意方位入射的反射特性。在国际专利说明书WO 95/17303文献中描述的原理和设计方面的考虑能够被用来生产在各种情况和应用下具有所需的光效应的多层堆。可通过对多层堆里的层折射率的控制和调整来产生所要的光特性。
图4描绘了一本发明的多层光学薄膜的例子，它包括具有至少两种材料A和B的交替层的多层堆100。至少有一种材料，例如A，具有应力感应双折射特性，因此材料的折射率受到薄膜被拉伸方向的拉伸处理的影响。在拉伸前，两种材料的折射率可以是一样的。假如在X方向拉伸薄膜堆，将增加材料A的拉伸方向的折射率。这种单独(一个方向)的拉伸将导致两层的拉伸方向的折射率差(ΔηX)。这种层之间的折射率差会导致在由拉伸方向确定的平面(也就是X-Z平面)偏振的光被反射。如果在Y方向没有拉伸，在Y方向将没有折射率差(也就是ΔηY=0)，因此Y-Z平面的偏振光将透射过去。因此在一个方向拉伸将导致一多层反射偏振器。
如果双轴地拉伸薄膜，也就是说，在X和Y方向上都拉伸，将在两个方向都产生折射率差。因此X-Z平面和Y-Z平面的偏振光都将被反射。因此一双轴地拉伸的多层堆起到一反射镜的作用。通过从单轴到双轴的不同的拉伸多层堆，可得到一对不同偏振方向的平面偏振入射光具有不同反射率的薄膜。因此多层堆可被用来制成反射偏振器、反射镜或部分反射镜，这取决于用户应用的要求。
为了使偏离主轴的入射光和正入射光都获得高的反射，已经发现Z方向的折射率差(也就是说ΔηZ)非常重要。从理论上说，对于反射镜和偏振器，Z方向的匹配折射率(也就是说ΔηZ=0)将保证斜入射光的高反射性(对于反射镜是两个偏振方向，对于偏振器是反射偏振方向)。然而，对于那些Z方向折射率匹配不可能的偏振器，可操作Y方向的折射率差来保证斜入射光的反射率最大。在这种情况下，Y方向的折射率差的符号最好与Z方向的折射率差的符号相匹配。
本发明所用的多层光学薄膜对入射光的吸收相当低，正如前面所述，对正入射光和斜入射光具有高反射性。根据本发明制造的多层光学薄膜具有一很大的布鲁斯特角(对任何层面的入射光的反射为零的角度)或者没有布鲁斯特角。相反的是，已有的多层聚合物薄膜层面上具有相对较小的布鲁斯特角，这导致光的透射和/或所不期望的虹彩现象。根据本发明制造的多层光学薄膜使得可以制造出P偏振光的反射随着入射角的增大而缓慢地减小、与入射角无关或是随着相对于法向的入射角的增大而增大的反射镜和偏振器。结果，多层堆可在一宽的带宽和宽范围的角度中对S和P偏振光都具有高的反射性。
重新来看图4，此多层堆100可包括几十、几百或几千层，每一层都可用不同的材料来做。对于一个特定的堆材料的选择取决于所需的堆的光性能。堆可以包括与层数相同数目的材料。为简化制造过程，光学薄膜堆可包含几种材料。
优选的多层堆由低/高折射率层对组成，此低/高反射率层对合起来的光学厚度是所需反射的带宽的中心波长的1/2。此薄膜堆通常被称为四分之一波长堆。对于与可见光和近红外波长有关的多层光学薄膜，四分之一波长堆的设计导致多层堆中的每一层具有不超过0.5微米的平均厚度。
在需要反射薄膜(也就是反射镜)的那些应用中，对于每一偏振态和入射平面光的所期望的平均透射取决于打算如何使用反射薄膜。一种方法是双轴地拉伸一多层堆，它的低/高折射率层对的高折射率层是双折射材料制作的。对于高反射效率的反射薄膜，正入射时在整个可见光波段(400-700nm)每一拉伸方向的平均透射率应小于10％(反射率大于90％)，最好小于5％(反射率大于95％)，更好小于2％(反射率大于98％)，更加好小于1％(反射率小于99％)。在400-700nm范围内相对于法向的入射角度为60度的光的平均透射率应小于20％(反射率大于80％)，最好小于10％(反射率大于90％)，更好小于5％(反射率大于95％)，更加好小于2％(反射率小于98％)，更加好小于1％(反射率小于99％)。
同时，在某些应用中可能需要非对称的反射薄膜。在这种情下，在整个可见光波段(400-700nm)或是在可见光波段和近红外波段(也就是400-850nm)的范围内，沿某一拉伸方向的平均透射率可以小于例如50％，而沿另一个拉伸方向的平均透射率可以小于20％。
多层光学薄膜也可被用来设计反射偏振器。一种得到多层反射偏振器的方法是单轴地拉伸一多层堆。所得到的反射偏振器在一宽范围的入射角度内，对于偏振面与一主轴(拉伸方向)平行的光具有高的反射率，而同时对偏振面与一另主轴(非拉伸方向)平行的光具有低的反射率和高的透射率。通过控制每一薄膜的三个方向的折射率ηX、ηY和ηZ的大小，可获得所需的偏振器特性。
在许多应用中，理想的反射偏振器在所有的入射角度内沿一主轴(也称为消光轴)具有高反射率，沿另一主轴(也称为透射轴)是零反射。对于偏振器的透射轴，一般要求在所感兴趣的带宽和所的感兴趣入射角度范围内，最大化偏振轴方向的偏振光的透射。
对于一偏振器的正入射，在可见光波段(400-700nm、带宽300nm)范围，传输轴方向的平均透射要求至少达到50％，好一些的大于70％，更好一些的大于85％，更加好的大于90％。对于一偏振器的偏离法线方向60度的入射(沿传输轴对P偏振光的测量)，在400-700nm范围，传输轴方向的平均透射要求至少达到50％，好一些的大于70％，更好一些的大于80％，更加好的大于90％。
对于一多层反射偏振器在法线方向的入射，在可见光波段(400-700nm、带宽300nm)范围，消光轴方向的平均透射要求小于50％，好一些的要求小于30％，更好的小于15％，更加好的小于5％。对于偏离法线方向60度(沿传输轴对P偏振光的测量)的入射，在400-700nm范围，消光轴方向的平均透射要求小于50％，好一些的小于30％，更好一些的小于15％，更加好的小于5％。
对于某些应用，对于偏振面平行于传输轴的P偏振光在非法向角度具有高反射性是更加优选的。在偏离法线至少20度的角度上，对于沿传输轴偏振的光的平均反射率应当大于20％。
另外，尽管在这里分别讨论了反射偏振薄膜和非对称反射薄膜，应当明白，反射基本上所有的入射光的两种或更多的这种薄膜可被提供(只要它们根据各自的情况正确定位)。当根据本发明的多层光学薄膜在反光系统中被用来作为反射镜时，这种结构是非常典型的。
如果沿传输轴存在一些反射的话，偏振器在偏离法线的角度的效率将降低。如果沿传输轴的反射对不同的波长不一样的话，颜色将被引入透射光。一种计算颜色的方法是计算在某一选定的角度的透射率均方根值或是在所感兴趣的波长范围内的各角度的透射率的均方根值。颜色均方根的百分比CRMs由以下公式决定，CRMS=∫λ1λ2((T-T-)2)1/2dλT-]]>在这里范围λ1到λ2是波长范围，或是感兴趣的带宽，T是沿传输轴的透射率，T是在感兴趣的带宽沿传输轴的平均透射率。对于要求低颜色的偏振器应用，颜色均方根值在至少偏离法线方向30度的角度上，更好的应至少角度偏离法线方向45度上，更好的应至少偏离法线方向60度上小于10％，好一些的小于8％，更好一些的小于3.5％，更加好的小于2％。
更好的是，把一反射偏振器在整个感兴趣的波段的所需的沿传输轴方向的颜色均方根值和所需的沿消光轴的反射率的大小结合起来。对于具有可见光波段(400-700nm，或带宽300nm)的偏振器，沿消光轴正入射光的平均透射率较合意的为小于40％，更合意的为小于25％，较好为小于15％，更好为小于5％和进一步更好为小于2％。
根据上面提及的国际申请WO 95/17303文献中描述的设计考虑，普通技术人员可以理解，可使用大量的材料来生产根据本发明的多层反射薄膜或是偏振器，这些材料需在为获得所需要的折射率关系所选择的条件下进行处理。所需的折射率之间的关系可通过各种方法来得到，包括薄膜形成的过程中和形成后的拉伸(例如，在有机聚合物情况下)、挤压(例如，在液态晶体材料情况下)。另外，如果这两种材料具有相似的流变的特性(例如，粘度)将更有利的，这使得它们可以被一起挤出。对材料的选择和处理条件的描述在上面提及的国际申请WO 95/17303中可以被找到。
目前已有的棱镜光波导壁材料对于落入材料的可接受的角度范围的入射光的反射率大约是98％，并且对于落入所述角度范围之外的入射光是高透射的。相比之下，可做出具有比目前已有最好的棱镜光波导壁材料更高反射率的多层光学薄膜，并且对于所有入射角度的光都保持高反射率。因此，如果没有必要从导管发射光的话，多层光学薄膜更适合于作为棱镜光波导壁材料的代替品来制做引导光从一端到另一端的传播的导管。
多层光学薄膜也可被用来制造光可以有效出射的光波导。首先考虑图5，它描绘了根据本发明的用多层光学薄膜制造的一光波导34。光波导34与图2的光波导22相似，除了那个棱镜光波导壁材料的导管30被用多层光学薄膜制造的导管36所代替。全反射薄膜28在波段34中并不需要，因为实际上几乎没有光穿过高反射的多层光学薄膜36射向不透明外套38。多层光学薄膜36中的光出射孔40处于光将被射出的透明外套41的区域上。
尽管波导34提供更好的出射效率，它还是受制于影响波导22的一些问题。出射孔40减损了波导34的外表；并且，设计和制造具有要求的尺寸和方式的出射孔(它必须以对每一特殊的设计都是唯一的方式来沿着波导34的长度变化)是困难的。以前的关于图2的光波导实例的设计经验表明图5的设计是不很成功的。
现在考虑图6，它描述了根据本发明的另一个用多层光学薄膜制造的实例(优选的)的光波导42。光波导42与图1的光波导10相似，除了那个棱镜光波导壁材料的导管18被混合的导管44所代替，它相邻于不透明外套部分46的部分是用多层光学薄膜制造的，并且它相邻于透明外套部分50的部分是用棱镜光波导壁材料制造的。一块全反射薄膜52置于导管44中，基本上是处在导管的顶部，它用来以材料48反射入射光回波导42内的角度范围以外的角度向棱镜光波导壁材料48方向散射光束。这些散射光从棱镜光波导壁材料48中穿过并且从透明外套部分50透射出去。全反射表面在波导34中并不需要，因为实际上几乎没有光穿过高反射的多层光学薄膜44射向不透明外套46。
光波导42保留了光波导10的所有优点，同时很大程度上减小了出射效率损失的问题，这是因为多层光学薄膜44以非常低的吸收损失沿波导42反射光。一个另外的优点是，此多层光学薄膜44可被固定在不透明外套46上。例如，多层光学薄膜44可以被固定在一张可做成所需的光波导的形状的金属基底上，此金属基底构成不透明部分46。
使用此多层光学薄膜44的另一个优点是，波导42的最大纵横比将多少有些增大，这是由于多层光学薄膜44的高反射率的原因。另外，光源的准直质量可不要求那么严格，因为多层光学薄膜44具有一宽的可接受角度范围。
在实施本发明的光波导中使用的多层光学薄膜的一个重要的特性是此薄膜是纵向镜面光反射器。这里所用的词“纵向镜面光反射器”是指这样的一种材料，其对于入射光和反射光的单位方向矢量的Z分量部分基本上相等，在这里Z方向是平行于材料表面的方向，同时也是光波导的尺寸最长的方向。那些本领域的技术人员能够理解，纵向镜面材料实际上并不是必须是镜面的，但是，所有的镜面的材料必须是纵向镜面的。这种区分是很重要的，因为在某些情况中使用并不是镜面的纵向镜面材料可能会更加有利，这样的话它们将引起横向散射或者是一些其它的对光束的横向运动的修正。镜面材料反射光束时只改变入射光矢量方向垂直于反射材料表面的部分，光束的其它矢量的部分保持不变。纵向镜面的反射材料反射光束时只有入射光矢量方向平行于反射材料表面的部分不发生变化，光束的其它的矢量方向部分可能被散射。
用来制造出射薄膜20、52的现有技术材料吸收大约5％到10％的入射光。特别地，吸收损失存在于当光首次被出射器散射时，如果散射光没有立即从光波导中射出而是被内反射的话，它接下来将再次被出射器散射，从而再次引起吸收损失。当光源离波导的距离增加时，后一种效应变得非常显著，因为在这些距离时出射器的宽度将必须相当大。
尽管这种问题总是存在，以前并没许多动力去解决它，因为考虑到制造光波导所用的棱镜光波导壁材料的吸收损失，它对整个的光波导的效率并没有很大的影响。但是，随着高反射的多层光学薄膜技术的引入，这个问题变得更加显著起来。
使用目前最好的材料(大约5％的吸收)来做出射器52，光波导42的出射效率大约是85％。如果出射器52的反射率为99.5％，出射效率将增到95％。因此，结合使用一非常高效的出射器和多层光学薄膜技术将使得外表质量感觉美观的光波导10(图1)和光波导22(图2)的高效率能够结合在一起。
出射器52本身并不需要是高反射的，因为它可以被放置在高反射的多层光学薄膜44内表面上。出射器52仅需要能够散射入射光，它可通过用一单一结构化的空气-聚合物分界面(single textured air-polymerinterface)来实现。所需要的是聚合物和安装粘合剂应是非吸收性的。同时还要求用来制造出射器的材料可容易地被通过手工和电动切割设备处理和切割。
典型地光波导42的横截面沿波导基本不变。因为可用的光沿着波导纵向长度增加而减少，出射器52被做成逐渐变宽状，在远离光源的方向上，随着波导长度的增加而增加它的宽度。另一方法是，或同时，波导的横截面本身被做成随着波导的长度逐渐变细状。
本发明的一个关键特征是此光波导42构成一高纯反射的光学腔。特别是，与以前的光波导设计相比，如果光束射向此波导的光发射部分，很大一部分那些光束将被重新发射。为了以更好的方式控制发射光，可在光发射外套部分50外面放置一特制的薄膜透镜54，这使得这个特征更加有效。透镜54最好具有一低的光吸收特性；并且具有一随波长、偏振、角度或是它们的综合情况变化的光透射特性。用这种方法使得反射被重新被光波导42循环利用，而不是同现有技术波导一样被吸收损失掉。
很明显，根据前述的公开，对于那些本领域的技术人员，在本发明的实际应用中，在不离开此发明的精髓和范围的情况下，进行许多修正和改变是可能的。因此，本发明的范围应根据以下权利要求定义的条款所限定。
权利要求
1．一种光波导(42)，在横截面上包括一不发光部分(44)，一发光部分(48)和一基本不吸收光散射装置(52)，其特征在于(a)上述的不发光部分(44)由多层组成(ⅰ)一第一基本不吸收的、纵向镜面的光反射器；(ⅱ)一第二基本不吸收的、纵向镜面的光反射器；每一上述的层具有选定的折射率，不同于紧挨着的上述的每一上述层的折射率，因此上述的多层综合起来具有高纵向镜面反射率；(b)上述的发光部分(48)包括棱镜光波导壁材料；(c)上述的基本不吸收光散射装置(52)放置于不发光部分(44)内，与上述的发光部分(48)相对着。
2．如权利要求1所述的光波导，其中(a)上述的光波导的横截面沿波导的纵向是基本不变的；(b)上述的光散射装置(52)的宽度随上述的波导的纵向长度的增加而增加。
3．如权利要求1所述的光波导，其中(a)上述的光波导的横截面是随着上述波导的纵向长度的增加而减小的；(b)上述的光散射装置(52)的宽度随上述的波导的纵向长度增加而增加。
4．如权利要求1所述的光波导，还包括一置于上述发光部分外面的透镜(54)，所述透镜特征在于(a)低光吸收；(b)光透射率随着以下一个或多个条件变化(ⅰ)波长；(ⅱ)偏振；和(ⅲ)角度。
5．如权利要求1所述的光波导，还包括一不透明外套(46)包着并固定于上述的不发光部分(44)。
6．如权利要求1所述的光波导，其中上述的光散射装置(52)包括一不吸收、单一结构化的空气-聚合物分界面，用一不吸收粘合剂固定在不发光部分(44)上。
7．如权利要求1所述的光波导，其中上述的每一层具有不超过0.5微米的厚度。
8．一种光波导(42)，在横截面上包括一不发光部分(44)，一发光部分(48)和一基本不吸收的光散射装置(52)，其特征在于(a)上述的不发光部分(44)包括第一和第二基本不吸收的聚合物层，上述的第一和第二基本不吸收的聚合物具有不同的成分，使得上述的各层综合起来具有高纵向镜面反射率；(b)上述的发光部分(48)包括棱镜光波导壁材料；(c)上述的基本不吸收的光散射装置(52)放置于不发光部分(44)内，与上述的发光部分(48)相对着。
9．如权利要求8所述的光波导，其中(a)上述的光波导的横截面沿波导的纵向是基本不变的；(b)上述的光散射装置(52)的宽度随上述的波导的纵向长度增加而增加。
10．如权利要求8所述的光波导，其中(a)上述的光波导的横截面是随着上述波导的纵向长度的增加而减小的；(b)上述的光散射装置(52)的宽度随上述的波导的纵向长度增加而增加。
11．如权利要求8所述的光波导，另外还包括一置于上述发光部分外面的透镜(54)，所述透镜的特征在于(a)低光吸收；(b)光透射率随着以下一个或多个条件变化(ⅰ)波长；(ⅱ)偏振；和(ⅲ)角度。
12．如权利要求8所述的光波导，另外还包括一不透明外套(46)包着并固定于上述的不发光部分(44)。
13．如权利要求8所述的光波导，其中上述的光散射装置(52)包括一不吸收、单一结构化的空气-聚合物分界面，用不吸收的粘合剂固定在不发光部分上。
14．如权利要求8所述的光波导，其中上述的每一层具有不超过0.5微米的厚度。
15．一种光波导(42)，在横截面上包括一不发光部分(44)，一发光部分(48)和一基本不吸收光的散射装置(52)，其特征在于(a)上述的不发光部分(44)由多层组成(ⅰ)一第一基本不吸收的纵向镜面反射器；(ⅱ)一第二基本不吸收的纵向镜面反射器；上述的每一层都具有应力感应的双折射特性，这样上述的多层在所述层从单轴到双轴定向的范围内都有双折射特性，并且上述的多层综合起来具有高纵向镜面反射率；(b)上述的发光部分(48)包括棱镜光波导壁材料；(c)上述的基本不吸收光的散射装置(52)放置于不发光部分(44)内，与上述的发光部分(48)相对着。
16．如权利要求15所述的光波导，其中(a)上述的光波导的横截面沿波导的纵向是基本不变的；(b)上述的光散射装置(52)的宽度随上述的波导的纵向长度增加而增加。
17．如权利要求15所述的光波导，其中(a)上述的光波导的横截面是随着上述波导的纵向长度的增加而减小的；(b)上述的光散射装置(52)的宽度随上述的波导的纵向长度增加而增加。
18．如权利要求15所述的光波导，另外还包括一置于上述发光部分外面的透镜(54)，所述透镜的特征在于(a)低光吸收；(b)光透射率随着以下一个或多个条件变化(ⅰ)波长；(ⅱ)偏振；和(ⅲ)角度。
19．如权利要求15所述的光波导，另外还包括一不透明外套(46)包着并固定于上述的不发光部分(44)。
20．如权利要求15所述的光波导，其中上述的光散射装置(52)包括一不吸收、单一结构化的空气-聚合物分界面，用一不吸收粘合剂固定在不发光部分(44)上。
21．如权利要求15所述的光波导，其中上述的每一层具有不超过0.5微米的厚度。
全文摘要
一种光波导(42),它具有由多层第一和第二基本不吸收的纵向镜面反射材料制成的不发光部分(44)。每一层的折射率都不同于紧挨着的邻近层的折射率,因此所有的层综合起来具有高纵向镜面反射率。此光波导同时还具有一由棱镜光波导壁材料制成的光发射部分(48),一基本不吸收光散射装置(52)置于不发光部分(44)内,与光发射部分(48)相对着。
文档编号G02B5/28GK1218556SQ97193258
公开日1999年6月2日 申请日期1997年2月26日 优先权日1996年3月22日
发明者洛恩·A·怀特黑德 申请人:不列颠哥伦比亚大学