具有顶帽式光输出分布的不对称转向膜制造技术

本发明专利技术公开了一种光学系统，该光学系统包括光导和转向膜，该转向膜包括第一主表面，其中第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，该第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括第一侧面，其中第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，该第二侧面包括限定基本上平坦表面的第一表面区段和限定非平坦表面的第二表面区段。

Asymmetric steering film with top-cap optical output distribution

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有顶帽式光输出分布的不对称转向膜
技术介绍
转向膜可在显示和照明应用中使用，以更改从光学显示器发出的光的角分布。转向膜一般具有通过对光进行折射和/或反射来操作的特征部。转向膜可与光源结合使用以提供所需的输出光。
技术实现思路
所描述的不对称转向膜(ATF)可用于控制光的角分布，以提供具有光分布截光角和平顶区域的顶帽形光输出分布而无需吸收大量的光。在一些示例中，本公开描述了一种光学系统，该光学系统包括光导和转向膜，该转向膜包括第一主表面，其中第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，该第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括第一侧面，其中该第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，该第二侧面包括限定基本上平坦表面的第一表面区段和限定非平坦表面的第二表面区段。在一些示例中，本公开描述了一种光学系统，该光学系统包括光导和转向膜，该转向膜包括第一主表面，该第一主表面限定与第一主表面平行的基准平面，其中第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，该第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括第一侧面，其中第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，该第二侧面包括限定基本上平坦表面的第一表面区段，其中第一表面区段相对于基准平面的第一角度介于约40度和约70度之间，其中第一角度基于第一线性方程；和限定非平坦表面的第二表面区段，其中第二表面区段的形状基于三次方程或更高次方程，其中三次方程或更高次方程的一阶导数与第一线性方程匹配；限定基本上平坦表面的第三表面区段，其中第三表面区段相对于基准平面的第二角度介于约40度和约70度之间，其中第二角度基于第二线性方程，并且其中三次方程或更高次方程的一阶导数与第二线性方程匹配。在一些示例中，本公开描述了一种光学系统，该光学系统包括具有基本上准直的光输入分布的光导和转向膜，该转向膜包括第一主表面，该第一主表面限定与第一主表面平行的基准平面，其中第一主表面是基本上平滑的；和第二主表面，该第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括第一侧面，其中第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，该第二侧面包括限定基本上平坦表面的第一表面区段，其中第一表面区段相对于基准平面的第一角度介于约40度和约70度之间，其中第一角度基于第一线性方程；和限定非平坦表面的第二表面区段，其中第二表面区段的形状基于三次方程或更高次方程，其中三次方程或更高次方程基于光输入分布，其中三次方程或更高次方程的一阶导数与第一线性方程匹配；限定基本上平坦表面的第三表面区段，第三表面区段相对于基准平面的第二角度介于约40度和约70度之间，其中第二角度基于第二线性方程，其中三次方程或更高次方程的一阶导数与第二线性方程匹配，并且源自光导并穿过第一主表面离开的光的至少60％被包含在第一组特征视角中，其中第一主表面限定与第一主表面正交的中心视角，其中第一组特征视角相对于中心视角介于约-35度和约35度之间。在一些示例中，本公开描述了一种光学系统，该光学系统包括具有第一光输入分布的光导和转向膜，该转向膜包括第一主表面，该第一主表面限定与第一主表面平行的基准平面，其中第一主表面是基本上平滑的；和第二主表面，该第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括第一侧面和第二侧面，该第二侧面包括限定基本上平坦表面的第一表面区段，其中第一表面区段相对于基准平面的第一角度被配置成提供在第一视角附近截止的第一光分布；限定非平坦表面的第二表面区段，其中第二表面区段被配置成从第一视角到第二视角基于第一光分布提供基本上相似的相对亮度；限定基本上平坦表面的第三表面区段，其中第三表面区段的第二角度被配置成提供在第二视角附近截止的第二光分布。在一些示例中，本公开描述了一种车载显示系统，该车载显示系统包括车辆、车辆中的车载显示器，该车载显示器包括光学系统，该光学系统包括光导和转向膜，该转向膜包括第一主表面，其中第一主表面是基本上平滑的；和第二主表面，该第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括第一侧面，其中第一侧面是基本上平坦的；和第二侧面，该第二侧面包括限定基本上平坦表面的第一表面区段和限定非平坦表面的第二表面区段。附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开的其它特征、目标和优点将显而易见。附图说明图1为包括示例性光学系统的概念性和示意性侧视截面图，该光学系统包括具有平坦和非平坦小平面的ATF。图2为具有平坦和非平坦小平面的ATF微观结构棱镜(“ATF棱镜”)的概念性和示意性侧截面图。图3为向下引导方向对高度方向的曲线图，其示出了四个示例性ATF棱镜的概念性和示意性截面图。图4为图3的示例性ATF棱镜的向下引导角度对表面斜率的示例性曲线图。图5为图3的示例性ATF棱镜的向下引导角度对曲率的示例性曲线图。图6为向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，其示出了可能入射在ATF上的光输入分布。图7为极角和方位角对相对亮度的示例性锥光图，该相对亮度可能入射到图6的向下引导横截面光输入分布的ATF上。图8为极角和方位角对相对亮度的示例性锥光图，该相对亮度可能入射到图6的向下引导横截面光输入分布的ATF上。图9为向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了示例性光学系统的光输出分布，以及来自于图6的向下引导横截面光输入分布的图3的示例性ATF棱镜。图10为向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了示例性光学系统的光输出分布，以及来自于图6的向下引导横截面光输入分布的图3的示例性ATF棱镜。图11为向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了在移除光学系统的一个或多个部件之后，具有ATF的示例性光学系统的光输出分布。图12为具有多半径面棱镜的ATF的概念性和示意性截面图。图13为向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了示例性ATF的光输出分布，包括具有立方面棱镜的ATF和具有多半径面棱镜的ATF。图14为向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了示例性ATF的光输出分布，包括具有单半径面棱镜的ATF和具有二次面棱镜的ATF。图15A-15D是向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了示例性ATF的输出分布，包括针对各种输出分布宽度和角度设计的立方面棱镜。图16A–16D是向下引导角度对相对亮度的示例性曲线图，显示了示例性ATF的输出分布，包括针对各种输出分布宽度和角度设计的立方面棱镜。具体实施方式本公开描述了不对称转向膜(ATF)和包括其的光学系统。在一些显示器应用中，可能要求光学系统在不降低背光源效率的情况下，在边缘和平顶处(即：顶帽形分布)提供具有强烈亮度滚降的输出分布。例如，在汽车显示器中，顶帽式分布可在垂直方向上的视角范围内，为具有接近均匀亮度的显示器提供锐截止，以减少在低环境光条件下从远离挡风玻璃的显示器发出的眩光。转向膜背光可用于产生准直的输出光分布，并且转向膜棱镜小平面角度和棱镜倾斜可用于控制光分布的中心。具有平坦和非平坦面的所述ATF可用于提供有用的或所需的光输出分布，包括例如顶帽式分布。例如，与没有此类ATF的光学系统相比，具有所述ATF的光学系统可用于控制来自显示器的光的垂直角分布，而不会降低效率并且没有明显的亮度滚降。在一些示例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，所述光学系统包括：光导；和转向膜，所述转向膜包括：第一主表面，其中所述第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，所述第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括：第一侧面，其中所述第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，所述第二侧面包括：限定基本上平坦表面的第一表面区段；和限定非平坦表面的第二表面区段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.04 US 62/442,3381.一种光学系统，所述光学系统包括：光导；和转向膜，所述转向膜包括：第一主表面，其中所述第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，所述第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括：第一侧面，其中所述第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，所述第二侧面包括：限定基本上平坦表面的第一表面区段；和限定非平坦表面的第二表面区段。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一表面区段从所述第一侧面和所述第二侧面的交汇处的顶点延伸至第一过渡点，其中所述第二表面区段从所述第一过渡点朝向所述相应的不对称微观结构和相邻的不对称微观结构之间的谷部延伸。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述第二表面区段为基本上凸状的。4.根据权利要求2或3中任一项所述的光学系统，其中所述顶点和所述第一过渡点之间的距离介于所述顶点与所述相应的不对称微观结构的所述谷部之间的距离的约3％至约15％之间。5.根据权利要求2-4中任一项所述的光学系统，其中所述第一过渡点和所述谷部之间的距离介于所述顶点与所述相应的不对称微观结构的所述谷部之间的距离的约85％至约97％之间。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一表面区段从所述相应的不对称微观结构和相邻的不对称微观结构之间的谷部延伸至第一过渡点，其中所述第二表面区段从所述第一过渡点朝向所述第一侧面和所述第二侧面的交汇处的顶点延伸。7.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述第二表面区段为基本上凹状的。8.根据权利要求6或7中任一项所述的光学系统，其中所述谷部和所述第一过渡点之间的距离介于所述顶点与所述相应的不对称微观结构的所述谷部之间的距离的约3％至约50％之间。9.根据权利要求6-8中任一项所述的光学系统，其中所述第一过渡点和所述顶点之间的距离介于所述顶点与所述相应的不对称微观结构的所述谷部之间的距离的约50％至约90％之间。10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述多个不对称微观结构中的每个不对称微观结构具有基本上相同的横向截面形状。11.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一主表面限定与所述第一主表面基本上平行的基准平面，其中所述第一表面区段相对于所述基准平面的第一角度介于约40度和约70度之间。12.根据权利要求1-11中任一项所述的光学系统，其中所述第二表面区段的形状基于三次方程。13.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述第一表面区段的形状基于第一线性方程，其中所述第二表面区段的形状基于三次方程，其中所述三次方程的一阶导数与所述第一线性方程匹配。14.根据权利要求11所述的光学系统，其中所述第一角度基于第一线性方程，其中所述第二表面区段的形状基于四次或更高次方程，其中所述四次或更高次方程的一阶导数与所述第一线性方程匹配。15.根据权利要求1-14中任一项所述的光学系统，其中源自所述光导并穿过所述第一主表面离开的光的至少约60％被包含在第一组特征视角中，其中所述第一主表面限定与所述第一主表面正交的中心视角。16.根据权利要求15所述的光学系统，其中所述第一组特征视角相对于所述中心视角介于约-35度和约35度之间。17.根据权利要求1-14中任一项所述的光学系统，其中源自所述光导并穿过所述第一主表面离开的光的至少60％被包含在第一组特征视角中，其中所述第一主表面限定与所述第一主表面正交的中心视角，其中所述第一组特征视角相对于所述中心视角介于约-20度和约20度之间。18.根据权利要求1-17中任一项所述的光学系统，所述第二侧面还包括限定基本上平坦表面的第三表面区段。19.根据权利要求18所述的光学系统，其中所述第三表面区段相对于所述基准平面的第二角度介于约40度和约70度之间。20.根据权利要求19所述的光学系统，其中所述光导以一光输入分布将光输入到所述转向膜中，其中所述第一角度、所述三次方程和所述第二角度基于所述光输入分布。21.根据权利要求18-20中任一项所述的光学系统，其中源自所述光导并穿过所述第一主表面离开的光的至少60％被包含在第一组特征视角中，其中所述第一主表面限定与所述第一主表面正交的中心视角。22.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述第一组特征视角相对于所述中心视角介于约-35度和约35度之间。23.根据权利要求18-20中任一项所述的光学系统，其中源自所述光导并穿过所述第一主表面离开的光的至少60％被包含在第一组特征视角中，其中所述第一主表面限定与所述第一主表面正交的中心视角，其中所述第一组特征视角相对于所述中心视角介于约-20度和约20度之间。24.一种光学系统，所述光学系统包括：光导；和转向膜，所述转向膜包括：第一主表面，所述第一主表面限定与所述第一主表面平行的基准平面，其中所述第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，所述第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括：第一侧面，其中所述第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，所述第二侧面包括：限定基本上平坦表面的第一表面区段，其中相对于所述基准平面，所述第一表面区段相对于所述基准平面的第一角度介于约40度和约70度之间，其中所述第一角度基于第一线性方程；和限定非平坦表面的第二表面区段，其中所述第二表面区段的形状基于三次方程或更高次方程，其中所述三次方程或更高次方程的一阶导数与所述第一线性方程匹配；限定基本上平坦表面的第三表面区段，其中所述第三表面区段相对于所述基准平面的第二角度介于约40度和约70度之间，其中所述第二角度基于第二线性方程，其中所述三次方程或更高次方程的一阶导数与所述第二线性方程匹配。25.一种光学系统，所述光学系统包括：光导，所述光导具有第一基本上准直的光输入分布；和转向膜，所述转向膜包括：第一主表面，所述第一主表面限定与所述第一主表面平行的基准平面，其中所述第一主表面为基本上平滑的；和第二主表面，所述第二主表面包括多个不对称微观结构，每个相应的不对称微观结构包括：第一侧面，其中所述第一侧面为基本上平坦的；和第二侧面，所述第二侧面包括：限定基本上平坦表面的第一表面区段，其中相对于所述基准平面，所述第一表面区段相对于所述基准平面的第一角度介于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·M·埃蒙斯，肯尼斯·A·爱泼斯坦，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US