光波导的制作方法
【专利说明】光波导
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年1月30日提交的题为"光波导（OpticalWaveguide) "的美 国临时专利申请序列号61/758, 660的权益，并且是于2013年3月15日提交的题为"光波 导（OpticalWaveguides)"的美国专利申请序列号13/842,521的部分继续，这两个申请均 由本申请的受让人拥有，并且其公开内容通过引用结合于此。
[0003] 关于联邦政府资助的研究或开发的引用
[0004] 不适用。
[0005] 顺序列表
[0006] 不适用。
[0007] 本发明的技术领域
[0008] 本发明的主题涉及光波导，更具体地涉及用于通用照明的光波导。
[0009] 本发明的【背景技术】
[0010] 光波导混合并导向由一个或多个光源（例如，一个或多个发光二极管（LED))发射 的光。典型的光波导包括三个主要元件：一个或多个耦合部件、一个或多个分布部件以及一 个或多个提取部件（extractionelements，取出部件）。親合元件将光导向到分布部件内， 并对光进行调节以与后续元件相互作用。一个或多个分布部件控制光是如何穿过波导的， 并取决于波导几何结构和材料。提取部件通过控制光离开波导的位置和方向来确定如何去 除光。
[0011] 在设计耦合光学部件时，首先考虑的是：使光从光源传输到波导中的效率最大； 控制射入波导中的光的位置；并且控制光在耦合光学部件中的角度分布。控制射入的光的 空间和角度传播的一种方法是使每个光源配备专用透镜。这些透镜可设置有在透镜与耦合 光学部件之间的气隙（airgap，间隙），或者可由限定波导的分布部件的相同材料块制成。 离散的耦合光学部件允许具有多个优点，例如更高效的耦合、光源的光通量的受控的叠加、 以及如何对射入的光与波导的剩余部件相互作用进行角度控制。离散的耦合光学部件使用 折射、全内反射以及表面散射或体积散射来控制射入波导中的光的分布。
[0012] 在光耦合到波导内之后，必须将光引导并调节到提取的位置。最简单的实例是光 纤线缆，光线线缆设计为将光从线缆的一端输送到另一端，同时在两端之间具有最小的损 失。为了实现这个目标，光纤线缆仅是逐渐弯曲的，并在波导内避免尖锐的弯曲。根据众所 周知的全内反射的原理，如果入射光相对于表面不超过临界角，那么穿过波导的光从波导 的外表面被反射回波导内。
[0013] 为了使提取部件从波导去除光，光必须首先与包括提取部件的零件（feature)接 触。通过使波导表面适当地成形，人们可控制光穿过提取零件的传播。具体而言，提取零件 的间距、形状和其他特性的选择影响了波导的外观、波导导致的分布以及效率。
[0014] 赫尔斯（Hulse)的美国专利第5, 812, 714号公开了一种波导弯曲部件，该波导弯 曲部件构造成将光的传播方向从第一方向改变成第二方向。波导弯曲部件包括收集器部 件，收集器部件收集从光源中发射的光并且将光导向到波导弯曲部件的输入面内。沿着外 表面在内部反射进入弯曲部件内的光，并且光在输出面处离开该部件。外表面包括斜角表 面或弯曲表面，该斜角表面或弯曲表面定向为在内部反射进入弯曲部件的大部分光，直到 光到达输出面。
[0015] 帕克（Parker)等人的美国专利第5, 613, 751号公开了一种发光面板组件，该组件 包括具有光输入表面、光转换区以及一个或多个光源的透明发光面板。光源优选地嵌入或 粘合在光转换区内以消除任何气隙，从而减少光损耗并且尽可能增大发射的光。光转换区 可包括在每个光源周围和后面的反射表面和/或折射表面，以使光通过光转换区更有效地 反射和/或折射并且聚焦到发光面板的光输入表面中。可在面板构件的一侧或两侧上提供 光提取畸变的类型或面板表面的形状或几何结构的任何改变和/或致使部分光发射的涂 层。畸形可变的类型可使光线散射以使得一部分光线的内反射角足够大从而使光线射出面 板或者通过面板反射回并从另一侧射出。
[0016] 位于伊利诺斯州奈尔斯市的A.L.P.LightingComponents(A.L.P?照明部件）公 司制造了一种具有楔形形状的波导，该波导具有厚端、窄端以及位于其间的两个主面。在这 两个主面上形成金字塔形提取零件。楔形波导用作出口标志，以使得该标志的厚端与天花 板相邻并使得窄端向下延伸。光在厚端处进入波导中，并且通过金字塔形提取零件使光向 下导向并远离波导。
[0017] 本发明的概要
[0018] 根据本发明的一个方面，光波导本体包括：弯曲的第一表面，其在输入表面与端部 表面之间延伸；以及第二表面，其与所述第一表面相对。所述输入表面具有设置在所述第一 表面与第二表面之间的第一厚度，并且所述端部表面具有设置在所述第一表面与第二表面 之间的第二厚度，第二厚度小于所述第一厚度。
[0019] 根据本发明的另一方面，波导本体包括光透射材料的本体，该光透射材料的本体 具有输入表面以用于光沿着光路进入所述光透射材料的本体内。所述光透射材料的本体是 弯曲的并具有横向于所述光路延伸的曲折区域。
[0020] 根据本发明的又一方面，波导本体包括光透射材料的本体，该光透射材料的本体 具有输入表面以用于光沿着光路进入所述光透射材料的本体内，其中，所述光透射材料的 本体是弯曲的并具有多个曲折区域。
[0021] 根据本发明的又一方面，波导包括光透射材料的本体。多个LED围绕所述光透射 材料的本体间隔，以使得由多个LED形成的光被导向通过所述光透射材料的本体的输入边 缘表面。由光透射材料的本体承载的提取零件设置成将由多个LED形成的光导向出所述光 透射材料的本体。
[0022] 根据本发明的又一方面，耦合光学部件包括耦合光学部件本体，该耦合光学部件 本体包括多个输入腔，每个输入腔由壁限定，其中，突出部设置在每个输入腔内。此外，凹部 设置在每个突出部内，并且每个突出部的凹部适于接收相关联的LED。
[0023] 根据以下详细的描述和附图，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。
[0024] 附图的简要说明
[0025] 图1是波导的第一实施方式的等距视图；
[0026] 图2是波导的第一实施方式的侧视图；
[0027] 图3A是图1的波导的平面图；
[0028] 图3B是图1的波导的前视图；
[0029] 图4是图1的波导本体的前视图，波导本体显示为平面以示出提取零件；
[0030] 图5是图3的区域5-5的放大片段图；
[0031] 图6是图3的区域6-6的放大片段图；
[0032] 图7是具有提取零件的规则阵列的波导本体的第二实施方式的侧等距视图；
[0033] 图8是总体上沿着图7的线8-8截取的截面图；
[0034] 图9是沿着图8中的线9-9截取的放大的截面的片段以及等距的视图；
[0035] 图10是总体上沿着图8的线10-10截取的放大的截面的片段以及等距的视图；
[0036] 图11是图8的提取零件的部分的放大的片段平面图；
[0037] 图12是具有阶梯轮廓的波导本体的第三实施方式的片段的等距视图；
[0038] 图13是图12的波导本体的平面图；
[0039] 图14是总体上沿着图13的线14-14截取的截面图；
[0040] 图15是更详细地示出图12至图14的波导本体的片段的放大截面图；
[0041] 图15A是与图15相似的示图，示出了可替代的波导本体；
[0042] 图16是具有开槽的提取零件的波导本体的截面图；
[0043] 图16A是与图16相似的示图，示出了分段式开槽的提取零件；
[0044] 图17A至图17C分别是未涂覆的提取零件、涂覆的提取零件以及覆盖的提取零件 的截面图；
[0045] 图18是波导本体的另一实施方式的等距视图；
[0046] 图19是图18的波导本体的平面图；
[0047] 图20是图18的波导本体的侧视图；
[0048] 图21是另一波导本体的侧视图；
[0049] 图22是图21的波导本体的平面图；
[0050] 图23是又一波导本体的侧视图；
[0051] 图24至图27分别是又一波导本体的上部等距视图、下部等距视图、侧视图以及后 视图；
[0052] 图28至图30是另一波导本体的等距视图、侧视图以及前视图；
[0053] 图31至图46是更进一步的波导的等距视图；
[0054] 图44A是图44的波导本体的截面图；
[0055] 图45A是空心波导本体的等距视图；
[0056] 图47和图48分别是另一波导本体的平面图和侧视图；
[0057] 图49是由线49-49示出的图48的波导本体的一部分的放大片段图；
[0058] 图50和图51是又一波导本体的平面图和片段截面图；
[0059] 图52是在二维中弯曲的另一波导本体的等距视图；
[0060] 图53至图55是另一波导本体的前视图、底视图以及侧视图；
[0061] 图56是可替代的提取零件的等距视图；
[0062] 图57是使用图56的至少部分提取零件的波导本体的等距视图；
[0063] 图58是耦合光学部件的片段等距视图；
[0064] 图59是图58的耦合光学部件的片段放大等距视图；
[0065] 图60是另一波导本体的示意性平面图；
[0066] 图61是总体上沿着图60的线61-61截取的截面图；
[0067]图62是又一波导本体的示意性平面图；
[0068] 图63是总体上沿着图62的线63-63截取的截面图；
[0069] 图64是又一波导本体的等距视图；
[0070] 图65是图64的波导本体的截面图；
[0071] 图66是又一波导本体的截面图；
[0072] 图67是又一波导本体的等距视图，该波导本体沿着穿过该波导本体的光路具有 拐点；
[0073] 图68是总体上沿着图67的线68-68截取的截面图；以及
[0074] 图69是总体上沿着图67的线69-68截取的侧视图。
[0075] 优选实施方式的详细说明
[0076] 通常，波导本体的曲率和/或其他形状和/或提取零件的形状、尺寸和/或间距确 定特定的光提取分布。所有这些选择影响了从波导的一端到另一端的视觉均匀性。例如， 具有光滑表面的波导本体可在其弯曲部分处发射光。弯曲越尖锐，提取的光就越多。沿着 弯曲提取光还取决于波导本体的厚度。光没有达到临界角就可以穿过薄波导本体的急转弯 曲，然而，穿过厚波导本体的光更可能以