将光耦合到透明板的系统和方法

将光耦合到透明板的系统和方法
【专利摘要】将光耦合到透明板的系统和方法。该系统包括光源和光学地耦合到光源的光扩散光纤。光扩散光纤具有内芯、覆层和一定长度，内芯的至少一部分包括随机布置的孔穴，孔穴构造成提供沿着至少一部分长度从内芯发出并到所述覆层外并进入透明板的基本上连续的光发射。
【专利说明】将光耦合到透明板的系统和方法
[0001]相关申请的交互引用
[0002]本申请要求对以下专利申请的优先权益:2011年4月26日提交的美国申请序列号第13/094，221号以及2011年10月10日提交的美国申请序列号第13/269，733号，本文依赖于它们的内容，并以参见方式引入它们的全部内容。
【技术领域】
[0003]本发明总地涉及将光耦合到光学介质内，具体来说，涉及将光耦合到透明板内的系统和方法。
【背景技术】
[0004]使用平面显示器的各种电子设备日益增多。这种设备的范围可从最大的平面电视机到手机那样最小的手持设备。
[0005]在某些类型的平面显示器中，光源提供观看显示器所需的光亮。例如，在某一种液晶显示器中，可编址的液晶显示器结构是用光源背后照射的，并在该结构的各侧上使用正交偏光镜。其它类型的平面显示器是反射型显示器(例如，反射型液晶显示器)，其操作起来不用背光，或不用外部光源，而是使用环境光。
[0006]尽管使用环境光的反射型显示器对于某些应用(例如，所谓的电子书的应用)是吸引人的，但这些显示器在黑暗环境中不能发挥功能且需要有外部光源。然而，外部光源最好构造成能使显示器保持紧凑性，同时还提供足够均匀性和亮度的光以使显示器清晰可读。

【发明内容】

[0007]本发明的一实施例是将光I禹合到透明板内的系统。该系统包括发光的光源和光扩散光纤。该光扩散光纤光学地耦合到光源，并邻近透明板布置。光扩散光纤具有内芯、覆层和一长度。内芯包括随机布置的孔穴，孔穴构造成提供从内芯发出并到覆层外并进入透明板的基本上连续的光发射。
[0008]本发明的另一实施例是将光耦合到具有边缘和表面的透明板的系统。该系统包括发光的光源，并还包括至少一个光扩散光纤，该光扩散光纤光学地耦合到光源。至少一个光扩散光纤具有内芯、覆层和一长度。内芯的至少一部分包括随机布置的孔穴，孔穴构造成沿长度的至少一部分提供从内芯发出并到覆层外并进入透明板的基本上连续的光发射。该系统还包括透明板，让至少一个光纤的所述部分布置在透明板的边缘和表面中的至少一个附近，以使来自该光纤部分的光进入透明板。
[0009]本发明的另一实施例是将光耦合到具有边缘和表面的透明板的方法。该方法包括将至少一个光扩散光纤的至少一部分设置在透明板的边缘和表面中的至少一个附近。该至少一个光扩散光纤具有内芯、覆层和一长度。内芯的至少一部分包括随机布置的孔穴，孔穴构造成沿光扩散光纤长度的至少一部分提供从内芯发出并到覆层外并进入透明板的基本上连续的光发射。该方法还包括沿着至少一个光扩散光纤送出光，以使来自光扩散光纤的该部分的光进入透明板。
[0010]其它附加特征和优点将在下面的详细描述中阐述，且部分地将会使本【技术领域】内技术人员从该描述中容易地明白，或通过实践文中所述的内容得以认识，文中所述内容包括以下的详细描述、权利要求书以及附图。
[0011]应该理解到，以上的一般性描述和以下的详细描述提供了各种实施例，这些实施例旨在提供为理解权利要求书的特性和特征所需的概述或框架。纳入的附图是提供对本发明的进一步理解，将附图纳入本说明书，并构成本说明书的一部分。附图示出了各种实施例，它们连同描述部分一起用来解释原理和操作。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是根据本发明的光耦合的光学系统实例的俯视图；
[0013]图2是图1的光耦合的光学系统的立体图；
[0014]图3A是光散射光纤实例的剖视图，其包括中心内芯部分(内芯)的详细剖视图；
[0015]图3B和图3C是具有不同内芯和覆层几何形的光扩散光纤实例的横截面照片；
[0016]图3D类似于图3A，示出光扩散光纤的另一示例的实施例，其包括光散射材料的外层；
[0017]图4A是散射光强度Is(z)的曲线图，其是沿着示例光扩散光纤从耦合点到终端的距离z的函数，示出由于散射损耗造成的散射光强度的下降；
[0018]图4B是从光扩散光纤发出的理想的散射光强度Is (z)的示意曲线图，示出作为距离z函数的散射光要求的恒定光强度1tst ；
[0019]图5A是透明板边缘部分和可操作地布置在透明板附近的光扩散光纤的放大的剖视图(X-Y面)；
[0020]图5B类似于图5A，并还包括反射件，其可操作地相对于光扩散光纤布置成使至少一部分否则未耦合到透明板的散射光耦合到透明板；
[0021]图5C类似于图5A，并还包括折射率匹配材料，其设置在光扩散光纤和透明板之间，以使散射光行进穿过该折射率匹配材料；
[0022]图5D类似于图5B，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料用来支承光扩散光纤和反射件；
[0023]图5E类似于图5C，并示出一示例的实施例，其中，沿着光纤的至少一部分长度从光扩散光纤除去一部分覆层，以形成覆层间隙，用折射率匹配材料填充该覆层间隙；
[0024]图5F类似于图5D，并示出一示例的实施例，其中，光扩散光纤包括用折射率匹配材料填充的覆层间隙；
[0025]图5G类似于图5A，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料呈施加到透明板边缘上的粘结带的形式；
[0026]图5H类似于图5G，并还包括反射件，反射件可操作地直接设置在覆层的一部分上;
[0027]图51和图5J类似于图5G，并示出示例的实施例，其包括支承件，支承件构造成相对于透明板支承光扩散光纤；
[0028]图5K类似于图5G，除了折射率匹配的粘结带和光扩散光纤驻留在透明板顶表面附近；
[0029]图5L类似于图5K,使折射率匹配材料支承光扩散光纤和可操作地布置的反射件；
[0030]图5M类似于图5K，并示出多个粘结到透明板顶表面的多个光扩散光纤；
[0031]图5N类似于图5L，除了没有反射件，光扩散光纤具有覆层间隙；
[0032]图50类似于图5K，并示出多个如图5M中那样构造的多个光扩散光纤，它们粘结到透明板的顶表面；
[0033]图6A类似于图1，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料具有折射率n2(l(l，该折射率随沿着光扩散光纤的距离z变化而变化；
[0034]图6B是折射率匹配材料的折射率n2TO相对于沿着光扩散光纤的距离z的示例曲线图；
[0035]图6C和图6D类似于图6A，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料的厚度随沿着光扩散光纤的距离z而变化；
[0036]图6E类似于图6A，并示出一示例的实施例，其中，光扩散光纤光学地耦合到两个光源；
[0037]图6F类似于图6A，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料(为便于观察，用剖面线显示)不是连续的，而是设置在光扩散光纤和透明板之间的分散部位处的分散的部分内；
[0038]图7A类似于图6A，并示出一示例的实施例，其中，光扩散光纤包括弯头，该弯头允许光纤位于透明板的两个边缘附近；
[0039]图7B类似于图7A，并示出一示例的实施例，其使用沿着透明板不同边缘的多个光扩散光纤；
[0040]图7C类似于图7B，并示出一示例的实施例，其中，非光扩散光纤的端部聚在一起形成光纤束；
[0041]图7D示出类似于图7C的实施例，其中，三个光扩散光纤和一个非光扩散光纤聚合形成光纤束，且其中四个光扩散光纤位于透明板的相应边缘附近；以及
[0042]图8是示例的平面器件的分解立体图，其包括本发明的光耦合系统。
【具体实施方式】
[0043]现详细参照本发明的实施例，这些实施例的示例显示在各附图中。只要可能的话，相同的附图标记用来表示相同的部件或零件。作为参照，在某些附图中显示了笛卡尔坐标。
[0044]图1是根据本发明的光耦合的光学系统(简称“系统”)10实例的俯视图。图2是图1的光耦合的光学系统的立体图。该系统10 —般地包括透明板20、可操作地邻近透明板设置的光扩散光纤50，以及光学地耦合到光扩散光纤的光源100。在实例中，光源100包括至少一个发光二极管(LED)或至少一个二极管激光器。光源100发射光102，在一个实例中，该光波长范围从350nm到lOOOnm，而在另一个实例中，该光在可见光波长范围内，例如，从 380nm (紫)到 750nm (红)。
[0045]透明板20具有形成厚度TH22的本体22，本体22具有基本上平面且基本上平行的顶表面和底表面24，以及一个或多个边缘26，例如，对于矩形的透明板来说，为四个边缘26。透明板20例如可由玻璃、塑料，诸如是康宁公司(Corning)的EAGLE XG ?、EAGLE⑧和Gorilla泡和PYREX ?.玻璃的显示器玻璃，以及熔融二氧化硅，像PPMA的塑料材料或任何其它的透明材料制成。这里，术语“透明”一般地指至少在可见光波长范围内透射光线102的透明板，对于给定厚度TH22的透明板本体22来说，透射的光多于吸收的光。
[0046]在一个实例中，透明板本体22的厚度TH22为0.3mm或更厚，在另一实例中，为
0.7mm或更厚。在一实例中，透明板本体22具有波长550nm时约为1.5或更大的折射率。还有在一实例中，一个或多个顶表面和底表面24可以是具有粗糙度的粗糙表面，该粗糙度设计成能散射光线102。
[0047]系统10包括至少一个光扩散光纤50。术语“光扩散”是指光的散射沿着光扩散光纤50的长度基本上是连续的，即，没有诸如分散的(例如，点)散射相关的跳跃或中断。
[0048]在一个实例中，光扩散光纤50包括I禹合端52和终端54。f禹合端52和终端54限定光扩散光纤50的长度L。耦合端52光学地耦合到光源100，使得光源发出的光102作为导向的光102G在光扩散光纤50内穿过。光扩散光纤50邻近透明板边缘26和透明板表面24中至少一个设置。在一个实例中，终端光学构件56可操作地邻近光扩散光纤50的终端54设置。在一个实例中，终端光学构件56是吸收光102的光学吸收器，而在另一实例中，它是反射光102 (例如，导向的光102G)的光学反射器，这样，反射的导向的光线沿着相反的方向、即朝向光源100的方向穿过光纤50。在这种的实例中，可使用光学隔离器(未示出)来防止光线102返回到光源100。
[0049]图3A是光扩散光纤50实例的剖视图，光扩散光纤50具有中心内芯部分(“内芯”)60CS和外覆层66，详细地显示了内芯示例的构造。光扩散光纤50包括具有直径D60的中心(或内部)内芯区域60，以及至少部分地包围该中心内芯区域的外芯区域62。中心内芯区域60包括被环形孔穴区域60V包围的中心透明(实心)区域60C，该孔穴区域60V包括随机布置的大小也随机的孔穴64,如图3中插图所不。光扩散光纤50还包括包围内芯60CS的覆层区域66。在一个实例中，覆层区域66由低折射率的聚合物制成，而内芯60CS包括二氧化硅。
[0050]具有随机布置的大小也随机的孔穴64 (也称作“随机空气线”)的光扩散光纤的实例，在美国专利7，450，8706中有描述，本文以参见方式引入该专利。
[0051]在一个实例中，中心透明(clear)区域60C具有550nm波长时的约为1.46的名义折射率。还在另一实例中，内芯直径DCS在从约125微米至300微米的范围内。在另一实例中，光扩散光纤50的直径D50在0.2mm (200微米)至0.25mm (250微米)的范围内。
[0052]图3B和图3C是实际光纤内芯60CS的横截面照片，显示光纤中心内芯区域60和外芯区域62的两个不同构造。图3B的光纤内芯60CS具有有相对小孔穴64的、相对大的环形孔穴区域60V，且具有约为1.2dB/m的损耗。图3C的光纤内芯60CS具有包括相对大孔穴64的、相对小的环形孔穴区域60V，且具有约为0.4dB/m的损耗。对于图3B和图3C所示的内芯60CS，中心的内芯区域60和外芯区域62都是二氧化硅，而覆层66是低折射率的聚合物。
[0053]光扩散光纤50由于散射而会具有从0.2变化至2dB/m的损耗，该损耗依据中心的内芯区域60和外面的内芯区域62的具体构造而定。然而，如下文中详细所描述的，本发明的各方面包括改进光扩散光纤50以获得更大损耗，例如，高达约300dB/m。因此，在一个实例中，光扩散光纤50可具有的损耗范围从约0.2dB/m至约300dB/m，其中，在从250nm至2000nm的波长范围内，该损耗在光谱上大致为均匀，在另一实例中，在可见光波长或“白光”光谱范围(380nm至750nm)内，该损耗在光谱上大致为均匀。
[0054]图3D类似于图3A，并示出光扩散光纤50的一示例的实施例。图3D的光扩散光纤50包括具有透明部分60C和孔穴部分60V的中心内芯区域60，以及外芯区域62。覆层66包围外芯区域62。内芯60CS包括二氧化娃,而覆层66由低折射率的聚合物组成。
[0055]光扩散光纤50还包括涂层70，诸如丙烯酸酯聚合物材料，其用作包围覆层66的第二涂层，光散射层72包围该涂层。光散射层72包括光散射材料，诸如磷、TiO2颗粒、或诸如白丙烯酸酯墨的掺杂聚合物，以在环形空间内有效地散射(即，均匀角度散射)。
[0056]再参照图1和图2,还参照图图5A的剖视图,光扩散光纤50可操作地邻近透明板20边缘26设置，并可与边缘接触，或可与边缘间距开以限定间隙36。在一个实例中，该间隙36可具有范围在Omm (即，光扩散光纤50与边缘26接触)至5mm的宽度W36。
[0057]系统10在一般的操作中，光源100产生光102，光102在耦合端52处耦合到光扩散光纤50,由此,形成导向的光102G,导向的光102G朝向其终端54穿过该光扩散光纤。然而，当导向的光102G穿过光扩散光纤50时，光纤的光扩散特性产生扩散或散射的光102S，该光离开内芯60，并(在一个实施例中)退出覆层66，由此，提供沿着光纤长度的至少一部分基本上连续的散射光102S的光发射。
[0058]图4A是通过内芯60的导向的光102G的光强度Ic (Z)相对于沿着光纤的距离z的曲线图。光强度Ic (z)从光扩散光纤50的耦合端52处的最大值Imax单调减小到终端端54处的最小值IMIN。当光散射在光扩散光纤50的长度上是均匀的时，散射光102S的光强度Is (z)具有类似的形状。图4A曲线的形状由特定光扩散光纤50的损耗特性所决定。
[0059]图4B是散射光102S的理想光强度Is (Z)的曲线图，显示为散射光要求的常量光强度Itonst，其为距离z、即沿着光扩散光纤50的长度的函数。在一个实例中，1tst可随允差范围变化，允差范围即光强度的狭窄范围，其上限为Iu，下限为L图4B的曲线也可以是耦合到透明板20的散射光102S的量，这样，即使是光扩散光纤50的非均匀散射光强度曲线，该技术也可在散射光进入透明板20之前用来调节散射光。下面描述至少部分地补偿散射光的强度Is和导向的光102G的强度I。随着沿光扩散光纤50的距离减小的方法的实例。
[0060]在一个实例中，光的散射是各向同性的，于是，一部分散射光102S朝向透明板边缘26，并在板边缘处耦合到透明板本体22，同时，其余部分未碰到透明板边缘并因此不耦合到透明板本体。为图示方便起见，在图中仅示出散射光102S耦合到透明板本体22的那部分。散射光102S耦合到透明板本体22的那部分可作各种应用的照明光，各种应用包括平面显示器，这将在下文中详细描述。
[0061]图5B类似于图5A，并还包括具有反射表面142的反射件140。反射件140与透明板20相对设置在光扩散光纤50附近。反射件140构造成(例如，通过反射表面142的形状)接收和反射碰不到透明板20的散射光102S，并引导该散射光的至少一部分作为散射和反射的光102SR朝向透明板的边缘26。因此，由于光扩散光纤50内散射过程的各向同性的特性，反射件140用来通过添加上否则会损失的至少某些散射(和反射)的光102SR，而增加耦合到透明板20的散射光102S量。
[0062]图5C类似于图5A，并还包括折射率匹配材料200，该材料设置在光扩散光纤50和透明板20之间，以使散射光102S穿过该折射率匹配材料(即，折射率匹配材料设置在光学路径中)。在一个实例中，折射率匹配材料200具有折射率n2(l(l,其介于光扩散光纤50的内芯60的折射率(n6Q)和透明板20的折射率(n2Q)之间，即，(0.99) n60〈n200〈n20。
[0063]在一个实例中，折射率匹配材料200还用来相对于透明板20支承光扩散光纤50。在一个实例中，折射率匹配材料200具有粘性。在波长550nm时折射率n6(l的示例值为1.46，在波长550nm时折射率n2(l(l的示例值范围为从1.45至1.55。示例的折射率匹配材料包括基于聚合物的胶，光固化的聚合物，以及环氧胶。
[0064]图类似于图5B，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料200用来支承光扩散光纤50和反射件140。
[0065]图5E类似于图5C，并示出一示例的实施例，其中，沿着光扩散光纤50长度的至少一部分从光扩散光纤50除去一部分覆层66，使得内芯60CS暴露，或覆层的厚度显著减小。该覆层66的除去部分形成间隙68，其显示为用折射率匹配材料200所填充。在一暴露出内芯60CS的实例中，将硅烷施加到内芯的暴露部分，以保护内芯表面。
[0066]图5E所示的构造增加了从光扩散光纤50的内芯60CS发出的散射光102S量，将该增加的散射光量基本上径向向外地从内芯引导到间隙68内。该构造允许光扩散光纤50内的散射损耗相当高，例如，高达上述的300dB/m。
[0067]图5F类似于图5D,并不出一不例的实施例,其中，光扩散光纤50包括用折射率匹配材料200填充的间隙68。应注意到，即使光散射不再是各向同性的，却仍然有这样的益处:让反射件140将至少一部分的散射光反射回到透明板20。
[0068]图5G类似于图5A，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料200呈粘结带的形式，其可施加到透明板20的边缘26。折射率匹配材料200用来相对于边缘26支承光扩散光纤50，还用作上述的折射率匹配的功能，该功能增强散射光102S与透明板本体22的耦
入
口 o
[0069]图5H类似于图5G，并还包括反射件140，其可操作地直接设置在与透明板20相对的一部分覆层66上。在一个实例中，反射件140包括沉积在覆层部分上的反射带或反射膜。
[0070]图51类似于图5G，并示出一示例的实施例，其包括支承件150，该支承件构造成相对于透明板20支承光扩散光纤50。支承件150具有前端152和在前端152处开口的内部腔体154。在一个实例中，腔体154包括反射的后表面142，如图所示，该后表面可以是弯曲形的，或可以是平面的。在一个实例中，支承件150通过模制形成为一体的结构。在一个实例中，支承件150包括支承座或杆156，光扩散光纤50便可安装在支承座或杆156上。还在一个实例中，支承件150可构造成支承多个光扩散光纤50。
[0071]在一个实例中，支承件150的前端152限定孔158，孔158的尺寸适合于透明板20的厚度TH20，这样，通过夹持顶部和底部表面24，使支承件150可滑动地和贴合地配合透明板的边缘部分26。在一个实例中，前端152是顺从性的，便于夹持住透明板20的顶部和底部表面24。图5J类似于图51，并示出一示例的支承件150，例如，使用反射带来形成支承件150。
[0072]图5K类似于图5G，除了折射率匹配材料200和光扩散光纤50位于透明板20顶表面24附近。图5L类似于图5K，除了折射率匹配材料200用来支承光扩散光纤50和反射件140。
[0073]图5M类似于图5K，并示出多个光扩散光纤50，它们通过相应的折射率匹配的粘结带200粘结到透明板顶表面24。在另一替代的实例中，可采用单个折射率匹配粘结带200。该构造为散射光102S通过顶表面24耦合到透明板本体22提供了多个部位。
[0074]图5N类似于图5L，除了没有反射件140，且一部分覆层66已经除去以形成如上所讨论的覆层间隙68。该构造允许散射光102S在覆层间隙68处退出光扩散光纤50，并从上表面24进入透明板本体22。
[0075]图50类似于图5K和图2M，并示出多个光扩散光纤50，它们通过相应的折射率匹配材料部分200粘结到透明板顶表面24。在另一替代的实例中，可采用单个折射率匹配层200。该构造为散射光102S通过顶表面24耦合到透明板本体22提供多个部位提供了另一种方法。
[0076]图6A类似于图1，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料200具有随距离z (即，沿着光扩散光纤50的距离)变化的折射率n2TO，其至少部分地补偿从光扩散光纤50发出的散射光102S强度13的减小。图6B是折射率Ii2tltl相对于距离z的示例曲线图。折射率匹配材料200的厚度TH200约为10微米。如曲线图中水平实线所示，内芯60 (有效的)折射率为1.46。透明板20由折射率n2(l = 1.5的玻璃制成。折射率匹配材料200的变化的折射率曲线在光扩散光纤50的耦合端52处或邻近该耦合端处具有刚好在内芯折射率之下的值，并朝向终端端54增加到值1.49。随着折射率匹配材料200的折射率增加，增加从内芯60散射出去的光量。这用来至少部分地抵消光扩散光纤50内固有的随距离而减小的散射光量。
[0077]图6C和图6D类似于图6A，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料200的厚度TH200随沿着距离(z)而变化，即，TH200 = TH200 (z)。较大的厚度TH200对应于散射光102S较大的衰减量。因此，在光扩散光纤50的耦合端52或耦合端52的附近，TH200(z)最厚，并在终端端54处或其附近单调地减小到最小厚度。图6C示出线性变化的厚度曲线TH200 (z)，而图6D示出曲线的厚度曲线TH200 (z)。由光扩散光纤50的损耗特征来确定具体的厚度曲线TH200 (z)0
[0078]在一示例的实施例中，厚度曲线TH200 (Z)构造成基本上补偿散射光102S随沿着光扩散光纤50的距离而变化的强度Is，使得散射光强度沿着光扩散光纤长度基本上均匀。
[0079]在另一示例的实施例中，光扩散光纤50构造成使得散射光强度Is基本上为常量，其为沿着光扩散光纤的距离的函数。例如，这可通过在光纤拉制过程中改变温度来实现，温度改变用来改变内芯孔穴区域60V内的孔穴64的大小。孔穴64越小，光纤50内的损耗就越大。因此，在一不例的实施例中，光扩散光纤50构造成在其至少一部分长度上以基本上常量的强度Is发射散射光102S。形成这种光扩散光纤50的示例方法披露在美国专利申请序列号第12/950，045号中，本文以参见方式引入该专利申请。形成具有随机布置孔穴的光纤的示例方法披露在美国专利序列号第N0.7，450，806号中，本文以参见方式引入该专利。
[0080]图6E类似于图6A,并不出一不例的实施例，其中，光扩散光纤50在相应的端部52和54处光学地耦合到两个光源100。可在各个光源100附近，可供选择地使用光学隔离器58，以阻止光进入光源100。该两个光源构造的对称性导致散射光102S大致均匀的强度Is。
[0081]图6F类似于图6A，并示出一示例的实施例，其中，折射率匹配材料200 (为便于观察，用剖面线显示)不是连续的，在多个分散的部位DL处，使用折射率匹配材料200的多个部分200P，让光扩散光纤50光学地耦合到(在一个实例中，附连到)透明板20 (例如，如图所示，在边缘26处)。在一个实例中，其中折射率匹配材料部分200P所在的分散部位DL的密度，从输入端52起沿着光扩散光纤50长度变化，耦合端52处的密度相对低，而在终端54处的密度相对高。在一个实施例中，为便于图示，折射率匹配材料200在每个分散部分DL处的部分200P显示为基本上相同。然而，在不同的分散部分DL也可使用折射率匹配材料200的不同尺寸的部分200P。在一个实例中，折射率匹配材料部分200P的具体构造和分散的部位DL选择成以提供沿着光扩散光纤50长度进入透明板本体22的基本上均匀的散射光102S量。
[0082]图7A类似于图6A，并示出系统10的实施例，其中，光扩散光纤50包括弯头51，如图所示，该弯头允许光纤位于两个边缘26附近。这允许散射光102S进入不同侧，由此，将更多光f禹合到透明板20。
[0083]图7B类似于图7A，并示出系统10的一示例的实施例，其使用沿着透明板20不同边缘26的多个光扩散光纤50。图7B的系统10使用三段非光扩散光纤250的。第一段光纤250将光源100光学地连接到1x2耦合器280。第二和第三段光纤250将光学耦合器280光学地连接到透明板20相对边缘26上的第一和第二光扩散光纤50。在一个实例中，第二和第三段光纤250通过拼接构件59光学地连接到相应的光扩散光纤50，所述拼接构件59可以是机械连接件。
[0084]在图7C所示的另一替代实施例中，不是使用单个光纤和圆，而是将两个光纤250在光源100处放在一起形成光纤束FB，将光102直接耦合到两个光纤端252。同样地，可使用多个光源100，每个光源用于光纤束FB中的每个光纤250。
[0085]一般地说，光纤束FB可包括非光扩散光纤250、光扩散光纤50，或它们的组合，使两个或更多个光扩散光纤250邻近于透明板20的对应边缘26和/或表面24布置。图7D示出类似于图7C的实施例，其中，三个光扩散光纤50和一个非光扩散光纤250聚合形成光纤束FB，以及其中，四个光扩散光纤位于透明板20相应的边缘26附近。
[0086]图8是示例的平面屏设备300的分解立体图，其包括本发明的系统10。平面屏设备300包括具有顶表面312和底表面314的光调制显示器组件310。光调制显示器组件310电气地连接到光调制电子器件315。透明板20位于在光调制显示器组件310的顶表面312上或其附近。在一个实例中，光调制显示器组件310包括多个像素316，光调制电子器件315通过透明的电气连接318可对这些像素寻址。透明的电气连接318通常具有栅格样的构造(例如，电源和门总线的构造)，为了便于图示，仅示出了选定的电气连接。一个示例的光调制显示组件便是液晶显示器组件，其包括液晶阵列，该阵列形成被正交偏光镜夹在中间的液晶单元(像素)阵列。一个示例的反射型液晶显示器组件披露在美国专利6，404，471中，本文以参见方式引入该专利。
[0087]平面屏器件300还包括反射件330，其包括反射表面332。反射件330位于在光调制组件底表面314的附近。
[0088]在反射件330的操作中，散射光102S耦合到透明板20，S卩，以上述的方式耦合在边缘26处。然后，散射光102S被透明板20例如用粗糙表面24来散射而被改向，从而穿过光调制显示器组件310。该散射光102S被反射件330的反射表面332反射，从而返回穿过光调制显示器组件310，那里，散射光102S退出透明板20并被观察者400看到。因此，散射光102S通过两次穿过光调制显示器组件310，便可调制散射光102S，该调制由光调制电子器件315的操作而确定。结果是，观察者400可看到的显示图像。
[0089]尽管这里参照优选的实施例及其具体的实例图示和描述了本发明，但本【技术领域】内技术人员将会容易地明白到，其它的实施例和实例也可执行类似的功能，和/或达到同样的结果。所有这种等价的实施例和实例都落入本发明的精神和范围内，并被附后权利要求书所涵盖。本【技术领域】内技术人员还将明白到，对本发明还可作出各种修改和变化，而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明意欲涵盖对本发明的各种修改和改变，只要它们落入附后权利要求书和其等价物的范围之内。
【权利要求】
1.一种将光耦合到具有边缘和表面的透明板的系统，该系统包括: 光源，所述光源发光；以及 光扩散光纤，所述光扩散光纤光学地耦合到所述光源，并邻近于所述透明板布置，所述光扩散光纤具有内芯、覆层和一长度，所述内芯包括随机布置的孔穴，所述孔穴构造成提供从所述内芯发出并到所述覆层外并进入所述透明板的基本上连续的光发射。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述光扩散光纤与所述透明板之间的折射率匹配材料，使得光通过所述折射率匹配材料的至少一部分进入所述透明板。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述折射率匹配材料包括以下中的至少一个: a)折射率的空间变化； b)沿着所述光扩散光纤设置在分散部位处的分散部分；以及 c)厚度的变化，所述厚度变化为沿着所述光扩散光纤长度的函数。
4.一种将光耦合到具有边缘和表面的透明板的系统，该系统包括: 光源，所述光源发光； 至少一个光扩散光纤，所述至少一个光扩散光纤光学地耦合到所述光源，所述至少一个光扩散光纤具有内芯、覆层和一长度，所述内芯的至少一部分包括随机布置的孔穴，所述孔穴构造成沿着所述长度的至`少一部分提供从所述内芯发出并到所述覆层外并进入所述透明板的基本上连续的光发射；以及 所述透明板，使至少一个光扩散光纤的一部分布置在所述边缘和所述表面中的至少一个附近，以使从所述光纤部分发出的光进入所述透明板。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括多个光扩散光纤，所述多个光扩散光纤通过以下方式光学地耦合到所述光源:a)光学耦合器，b)由所述光扩散光纤形成的光纤束,或c)由非光扩散光纤形成的光纤束。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括反射件，所述反射件操作地布置在所述至少一个光扩散光纤附近，并构造成将光从所述光扩散光纤引导到所述透明板。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括折射率匹配材料，所述折射率匹配材料沿着所述至少一个光扩散光纤的所述长度的至少一部分并在所述光扩散光纤与所述透明板之间设置，所述折射率匹配材料具有折射率n200，所述透明板具有折射率n20，所述光纤的内芯具有折射率n60，且其中，(0.99 ) n60<n200<n20。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括所述折射率匹配材料构造成具有以下特征中的至少一个: a)所述折射率根据所述至少一个光扩散光纤的长度而变化； b)根据所述至少一个光扩散光纤的长度而变化的厚度； c)沿着所述至少一个光扩散光纤的长度处于分散部位处的多个分散部分。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括所述至少一个光扩散光纤去除所述覆层的一部分，使得所述光纤内芯的一部分通过所述折射率匹配材料与所述透明板光学连通。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述折射率匹配材料用作为粘结剂。
11.如权利要求7或10所述的系统，其特征在于，所述基本上连续的光发射，在波长范围250nm至2000nm上基本上与波长无关。
12.—种光学显不器,其包括: 如权利要求4所述的系统；以及 具有顶表面和底表面的光调制显示器组件； 邻近所述底表面布置的反射件；以及 邻近所述顶表面布置的所述透明板，以使光耦合到所述透明板，所述透明板构造成将散射光引导到所述光调制显示器组件。
13.一种将光耦合到具有边缘和表面的透明板的方法，该方法包括: 将至少一个光扩散光纤的至少一部分设置在所述透明板的所述边缘和所述表面中的至少一个附近，所述至少一个光扩散光纤具有内芯、覆层和一长度，所述内芯的至少一部分包括随机布置的孔穴，所述孔穴构造成沿着所述光扩散光纤的所述长度的至少一部分提供从所述内芯发出并到所述覆层外并进入所述透明板的基本上连续的光发射；以及 沿着所述至少一个光扩散光纤送出光，以使来自所述光纤部分的光进入所述透明板。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括用附连到所述透明板的支承件来支承所述至少光扩散光纤。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括可操作地相对于所述至少一个光扩散光纤设置反射件，以将光从所述至少一个光扩散光纤引导到所述透明板内。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将折射率匹配的材料布置在所述光纤部分和所述透明板之间，以使从所述至少一个光扩散光纤进入到所述透明板的光穿过所述折射率匹配材料。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将所述折射率匹配材料构造成具有以下特征中的至少一个: a)所述折射率根据所述至少一个光扩散光纤的长度而变化； b)根据所述至少一个光扩散光纤的长度而变化的厚度； c)沿着所述至少一个光扩散光纤的长度处于分散部位处的多个分散部分。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括去除所述覆层的一部分，使得所述内芯通过所述折射率匹配材料与所述透明板光学连通。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括通过所述折射率匹配材料将所述至少一个光扩散光纤粘结到所述透明板。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基本上连续的光发射，在波长范围250nm至2000nm上基本上与波长无关。
【文档编号】F21V7/04GK103492793SQ201280020522
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月11日 优先权日:2011年4月26日
【发明者】S·L·洛谷诺夫 申请人:康宁股份有限公司