适用于照明显示器的光波导设备制造技术

一种光波导设备（１），包括带有第一和第二相对主表面（５，６）的限定光波导的光学腔的外罩（３），和一个把光从一端导入光学腔并且在两个主表面之间传导的光源（１１）。第一主表面（５）包括一个窗口，通过它光可以从光学腔中发射出去，并且可以用来照明图形显示。为了改进第一主表面（５）上的光分布，第二主表面（６）包括含有镜面反射表面（２４）的薄膜材料（２３），它面向光学腔内并且在那里有以预定结构布置的漫反射取光元件（２７），可以使得光通过所述窗口从光学腔发射出去。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于照明显示器的光波导设备(light guides)。
技术介绍
在通常的照明和显示器应用中(例如用于照明标记和广告，也用于照明液晶显示器)人们已经知道使用光波导设备来照明面板。在一种形式下，通常称作灯箱，该光波导设备包括中空的限定光学腔的箱形结构，而在另一种形式下，它包括固体光波导板。在这两种形式下，都可以由通常是平行于该主表面的方向进入光导体的光照明光波导设备的一个主表面，例如光可以从位于邻近光波导设备边缘的至少一个延伸的光源出射。在EP-A-0 490 279；0 377 309；和0 293 182；以及GB-A-2 310 525中描述了以中空灯箱(light box)形式出现的光波导设备。在这些灯箱中，使用棱镜光学薄膜以便得到被照明表面上更均匀的光分布。另外，由美国明尼苏达St.Paul明尼苏达矿业和制造公司发布的题名为“薄灯箱”的申请公告描述了一种灯箱的设计和结构，它使用ScotchTM光学照明薄膜与有一定形状的V-5115 ScotchTM取光薄膜结合在一起来照明图形显示器。在上述使用固体光波导板的光波导设备的情况下，众所周知，在光波导板后主表面上形成某种类型的取光元件可以使得在前表面(也就是被照明的表面)上有更均匀的光分布。在一些情况下，可采用印刷取光元件并且将其直接用于光波导板的后表面。这类配置在下述专利中有描述，例如，US-A-5 736 686；5 649 754；5600 462；5 377 084；5 363 294；5 289 351；5 262 928；5 667 289；和3 241256。US-A-5 618 096描述了不同类型的发光面板和提到了在面板一侧或两侧都提供取光变形(deformities)的可能性以控制来自面板任意区域的发光量。文中也提到该变形可以印刷到薄层或薄膜上，这些薄层或薄膜是用来把变形施加到面板元件上。WO 92/05535描述了一种包括透明面板的照明显示系统，在透明面板的两侧有点阵并且在后侧附有不透明的背向薄膜。把待照明的图象印刷在位于面板前侧的另一个薄膜上。从现有揭示中可知，在构建用于照明目的的光波导设备中要说明的主要问题包括要在被照明面板上得到均匀亮度的程度，并把产生对环境是适合的照明程度所需的能量减到减小。至于这些问题中的第一个问题，经常发生的情况是在面板上靠近光源的区域会得到更亮的照明，这减小了总的可视外观和照明效率。至于这些问题中的第二个问题，从环境和花费的观点要求用于照明目的的能量消耗尽可能低显然是大家都希望的。而且，当能量由电池提供时(当照明液晶显示器LCD和计算机显示器时的情况下)，通常也要求所使用的能量应尽量小从而使电池可以尽可能小和轻。除了那些考虑以外，还需要能够以相对地方便和在低成本的情况下生产各种不同尺寸的光波导设备，该光波导设备适宜用于不同的情形但是仍然保持高效性能是有好处的。
技术实现思路
本专利技术提供一种光波导设备，该光波导设备包括限定光波导的光学腔的外罩，它有第一和第二相对的主表面，和至少一个使光从光学腔一端进入光学腔并且在两个主表面之间传导的光源；其中第一主表面包括一个窗口，通过它光可以从光学腔发射出去，而第二主表面包括含有镜面反射表面的薄膜材料，所述镜面反射表面面向光学腔内并且在预定的结构中的有漫反射取光元件，它可以使光通过所述窗口从光学腔发射出去。在文中的术语“取光元件”表示了一种结构，它能够以一个角度反射光使得光能够通过所述窗口从光学腔中发射出去。在较适宜的形式中，取光元件是在漫反射材料上形成的印刷元件。在这里使用的术语“印刷”包括通过包含在印刷表面(其中至少一个取光元件的形状是预先确定的)和要形成的取光元件的表面之间暂时接触的常规印刷工艺沉积漫反射材料。“印刷”也可以包括通过在要形成的取光元件表面上的预定位置喷射的方法沉积漫反射材料。根据本专利技术的光波导设备可以使用相对低成本的材料和相对高生产量的方式以不同尺寸生产，并且能够使用合适的光源对显示器面板进行有效均匀的照明。附图说明参考下述的附图将描述本专利技术的实施例，其中图1是根据本专利技术的光波导设备的透视图；图2是与图1示出的光波导设备相似的光波导设备的透视示意图，其中光波导设备分解示出；图3是以图2中线III-III截出的光波导设备的横截面图；图4示出了图1到3所示类型的光波导设备的后表面；图5是描述图1到3所示类型的光波导设备的后表面特性图；图6和图7是和图3和图4相似的另一个光波导设备和那个光波导设备的后表面；图8是和图5相似的用于描述图7所示后表面特性的图；以及图9示出对图2和3中光波导设备的修改。具体实施例方式如图1所示的光波导设备1包括限定光学腔的盒式外罩3。外罩3有相对的主表面5，6和相对的狭窄侧面7，8和9，10。邻近一个狭窄侧面7布置伸长的光源11并以通常平行于主表面5，6的方向把光引入光学腔。在其中一个主表面(表面5)形成一个窗口，光学腔中的光可以通过这个窗口发射出去并且用于照明。图3示出在外罩3中的光学腔13。邻近光源11的狭窄侧面7包括形成窗口的光学薄层材料15，来自光源11的光通过这个窗口可以进入光波导设备1。薄层材料15在远离光源的一侧有结构化表面以再引导来自光源11的光并且保证通过这个窗口的光通常以平行于表面5，6的方向优先地进入光学腔13。例如，光学薄层材料15可以有这样的结构化表面，它包括一系列由许多平行三角形棱镜形成的凸起和凹槽。在EP-A-0 293 182中描述了薄层材料的类似使用。在光波导设备1中，最好为材料15确定方向，使得棱镜延伸平行于伸长的光源。在市场上可以买到的由美国明尼苏达州的明尼苏达St.paul矿业和制造公司提供的商品名称为“ScotchTMOptical Lighting Film”的薄膜材料。光波导设备1中相对窗口15的狭窄侧面8在面对光学腔13的一侧有反射表面17。这个反射表面较适宜是高效率镜面反射表面，它可以由任意适宜的材料来提供但是较适宜是由US-A-5 882 774和WO97/01774描述的一类多层光学薄膜。合适的可替换材料是银反射薄膜，例如在市场上可以买到的由美国明尼苏达的明尼苏达St.paul矿业和制造公司提供的商品名称为“Silverlux”的薄膜。光波导设备的其它两个相对的狭窄侧面9，10也有面向腔内的反射表面。在这个例子中，反射表面较适宜是在市场上可以买到的由美国明尼苏达州的明尼苏达St.paul矿业和制造公司提供的商品名称为“Light Erhancement Film”的薄膜材料。但是，也可以使用任意其它合适的反射材料人们发现通常当这些狭窄侧面的长宽比小于10时较适宜使用漫反射材料，当长宽比大于10时较适宜使用镜面反射材料。可以理解这个比率符合光波导设备1的长度/厚度比率(另称作“纵横比”)。光波导设备的前表面或窗口5包括光学薄层材料19，薄层材料较适宜地沿着光学腔13在表面5，6之间引导来自光源11的波导并且只有当光从特定角度入射到材料19上时才允许光离开光学腔。更具体地说，薄层材料19有面向光学腔的光滑表面，并且在朝着光学腔外的一侧有一个结构化表面，所述结构化表面包括一系列由多个平行三角棱镜组成的凸起和凹槽，利用它把光入射到材料19上，当光沿着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导设备，其特征在于，包括限定光波导设备光学腔的有第一和第二相对主表面的外罩，和至少一个把光从一端导入光学腔并且在两个主表面之间传导的光源；其中第一主表面包括一个窗口，通过它光可以从光学腔中发射出去，第二主表面包括有镜面反射表面的薄片材料，它面向光学腔内并且在那里有以预定结构布置的漫反射取光元件，可以使得光通过所述窗口从光学腔发射出去。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JC赖特，AM希克斯，B米勒，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]