用于光导和灯具的透明漫射器制造技术

一种传输光的结构，其具有含多个区域的基材，其中所述多个区域中的至少两个具有不同折射率,且其中从环境通过所述多个区域传输的光的光学路径长度是基本上恒定的,并且其中从第二光源传输进入基材的光被所述多个区域中的至少一个散射，所述第二光源位于所述基材的侧面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉参考本申请根据35U.S.C.§119要求2013年12月12日提交的美国临时申请系列第61/915327号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。背景在许多设备、应用和情况中，用户可观察透过透明介质观察物体。例如,手机、计算机显示器、电视和电器可使用具有透明介质的显示器，通过所述透明介质可观察到显示的信息或图片。以相似的方式，窗户、挡风玻璃、用于覆盖照片和其它艺术品的玻璃、玻璃缸等还可涉及通过透明介质观察物体。通过透明介质观看物体时可出现的常见问题包含眩光和光学畸变。眩光通常是来自透明介质的一个或多个表面的周围光在透明介质的观察者侧的镜面反射。眩光传播从周围光的光源延伸到透明介质表面且随后传播到观察者的光学路径，且入射角基本上与反射角相同。另一方面，来自物体的光从物体透过透明介质传播到观察者。当在透明介质和观察者之间的区域中眩光和物体的光学路径基本上重叠时，眩光使得难以透过透明介质观察物体。将常规防眩光表面施加到观察者侧的透明介质表面，以避免或减少眩光。这种表面用于在某些角度上对反射的光进行散射。已尝试常规方法来形成透明的光源，例如用于透明液晶显示器的背光，或其它应用。但是，这些方法不能充分地解决使用一种或多种光源例如环境和背光或其它输入信号的透过透明介质的散射和其它光学效应。因此,工业中需要提供用于透明光源例如透明漫射器的方法和装置。概述本专利技术的一些实施方式总体涉及透明漫射器，其可构造成具有第一光源,例如,第一边缘光源或第一正面光源,从而来自第一光源的光从透明漫射器结构漫射，以形成分布或漫射光源。然而,第一光源还对外部周围传输的光(独立于第一光源的第二光源)是高度透明的，所述外部周围传输的光包括例如透过窗户的景像或来自外部环境的景像。示例性第一光源可包括但不限于发光二极管(LED)、LED阵列或用于将信号或来源输入进入透明介质的其它光源。示例性实施方式可散射(即导致偏离镜面射线角度大于约1度或大于约10度)大于1％,大于5％,大于10％,或大于20％的光，所述光以掠射角从结构反射或注入结构的波导模式(如在边缘照明的波导中)。示例性透明漫射器结构可得到具有下述的一种或多种性质的外部周围传输的射线：高光学透射率、透射时的高光学清晰度、低光学透射雾度、或低百分比的散射的传输的光(例如,小于50％,小于20％,小于10％,小于5％,或小于1％的传输的光散射至大于约1度或约0.1度的角度)。相对于光散射的常规方法，这种示例性光学透射度量得到显著改善。其它实施方式可提供透明背光或灯具，其用作分布的光源，并可提供这种改善的光学透射度量(metric)。取决于特殊的应用需求，示例性透明介质的表面可为粗糙或光滑的，且各装置或制品可根据需要发射朝向特定主要方向或照明区域的光。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本专利技术的实施方式，用来提供理解要求保护的本专利技术主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。附图简要说明为说明之目的，在附图中示出优选形式，但应理解，本专利技术所批露和所述的实施方式不限于所示的精确配置和手段。图1A的图表显示示例性透明结构。图1B的图表显示另一示例性透明结构。图2A的图表显示示例性透明介质，其具有正弦形和未涂覆的常规AG表面。图2B的图表显示透明介质，其具有图2A所示的正弦形第一表面和限定第二表面的光学畸变减少层。图3A的图表显示穿过图2A所示透明介质的波前的时域有限差分法(FDTD)模拟结果。图3B的图表显示用于图2B所示透明介质的时域有限差分法(FDTD)模拟。图4显示根据一些实施方式的示例性透明漫射器，其具有折射率n和厚度t。图5显示根据一些实施方式的另一示例性透明漫射器，其具有折射率n和埋藏的散射结构。图6和7显示根据一些实施方式的示例性透明漫射器的其它实施方式。图8A和8B显示具有外部粗糙表面的结构。图9A-9C显示其它实施方式。图10A和10B是具有粗糙表面轮廓的示例性透明漫射器的模型。图11A和11B是时域有限差分法(FDTD)模拟，用于解释图10A和10B所示实施方式中的光学效应。图12A到12D是使用非润湿材料作为掩模层和使用高折射率材料作为光学畸变减少层，来制造示例性结构的实施方式的简化示意图。图13A到13C是使用喷墨打印机头来选择性地沉积高折射率材料作为光学畸变减少层，来制造结构的其它实施方式的简化示意图。图14A到14D是制造结构的其它实施方式的简化示意图。图15A到15D是制造结构的其它实施方式的简化示意图。图16A到16H是使用离子交换过程制造结构的方法的一些实施方式的简化示意图。图17A到17D是制造结构的实施方式的简化示意图，其中在蚀刻的凹陷中沉积高折射率材料。图18A是示例性透明介质的横截面视图，其显示通过下述来制造结构的另一实施方式：使用借助脉冲激光的局部加热在透明介质表面上形成玻璃凸起。图18B是示例性透明介质的透视图，其通过激光束处理来形成图18A所示的具有不同尺寸的玻璃凸起。图19A到19F是制造结构的实施方式的简化示意图，其使用沉积在透明介质上的亲合性和疏离性材料来形成相结构。图20A到20C是制造结构的其它实施方式的简化示意图，其使用共形(conformal)层或半共形层的优先抛光。图21是头盔式显示器的一部分的常规实施方式。图22显示示例性多波导构造。图23显示布拉格(Bragg)类结构，其中材料本体呈现一些折射率调整。图24A和24B是根据一些实施方式的示例性透明漫射结构。具体描述在下面的描述中，在图中所示的多个视图中，类似的附图标记表示类似或对于的部分。还应理解，除非另外指出，术语如“顶部”，“底部”，“向外”，“向内”等是常用词语，不构成对术语的限制。此外，应理解，描述一个基团为包含元素的基团和它们的组合中的至少一个时，该基团可包含许多所列元素，或单独的或相互的组合，或者由它们组成，或者主要由它们组成。类似的，每当将一个组描述为由一组要素中的至少一个要素或它们的组合组成时，应将其理解为所述组可以单个要素或相互组合的形式由任何数量的这些所列要素组成。除非另外说明，否则，列举的数值范围同时包括所述范围的上限和下限。除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”和“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。提供以下对本专利技术的描述，作为按其最佳的目前已知的实施方式来揭示本专利技术的内容。相关领域的技术人员将会认识到，可以对所描述的实施方式做出许多改变，而还能获得本专利技术的有益的结果。还显而易见的是，本专利技术所需的有益结果中的一部分可以通过选择本专利技术的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域普通技术人员会认识到，对本专利技术的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是理想的，并且是本专利技术的一部分。因此，提供以下描述作为对本专利技术原理的说明，不构成对本专利技术的限制。本领域普通技术人员将理解，在不偏离本专利技术的精神和范围的情况下，可对本文所述的示例性实施方式进行许多修改。因此，该说明书无意于也不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传输光的结构，其包含:具有多个区域的基材；其中所述多个区域中的至少两个具有不同折射率，和其中从第一光源通过所述多个区域传输的光的光学路径长度是基本上恒定的,和其中从第二光源传输进入基材的光被所述多个区域中的至少一个散射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 US 61/915,3271.一种传输光的结构，其包含:具有多个区域的基材；其中所述多个区域中的至少两个具有不同折射率，和其中从第一光源通过所述多个区域传输的光的光学路径长度是基本上恒定的,和其中从第二光源传输进入基材的光被所述多个区域中的至少一个散射。2.如权利要求1所述的传输光的结构，其特征在于，所述多个区域包含第一区域、第二区域和第三区域,第二区域在第一区域和第三区域之间。3.如权利要求1或2所述的传输光的结构，其特征在于，所述多个区域中的一个区域在基材的限定与周围环境的界面的表面上。4.如权利要求2或3所述的传输光的结构，其特征在于，第二区域具有散射光的表面，其具有高折射率和低折射率。5.如权利要求2或3所述的传输光的结构，其特征在于，第二区域包含具有低折射率的颗粒和具有不同折射率的填料或粘合剂。6.如权利要求5所述的传输光的结构，其特征在于，所述颗粒是中空或实心的。7.如权利要求2或3所述的传输光的结构，其特征在于，第二区域包含结构化元件。8.如权利要求7所述的传输光的结构，其特征在于，所述结构化元件是周期性元件,几何图形的元件,随机元件,半随机元件,非周期性元件,棱柱或非棱柱元件。9.如权利要求7或8所述的传输光的结构，其特征在于，所述结构化元件在光学路径长度上的厚度是小于约0.05微米,约0.05微米-约10微米,约0.05微米-约50微米,或50微米-100微米。10.如权利要求1-9中任一项所述的传输光的结构，其特征在于，所述多个区域中每一个的折射率是1.0-2.5,1.0-1.3,1.0-2.0,或1.3-2.0。11.如权利要求2所述的传输光的结构，其特征在于，来自第二光源的光被第二区域散射。12.如权利要求1-11中任一项所述的传输光的结构，其特征在于，第二光源选自下组：发光二极管(LED)、LED阵列和激光器。13.如权利要求1-12中任一项所述的传输光的结构，其特征在于，第二光源提供到结构边缘的输入或提供到结构正面的输入。14.如权利要求1-13中任一项所述的传输光的结构，其特征在于，所述结构是透...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·高里尔，S·D·哈特，K·W·科齐三世，E·M·考斯克威廉姆斯，J·A·韦斯特，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US