采用多层光学薄膜的光波导制造技术

一种光波导（４２），它具有由多层第一和第二基本不吸收的纵向镜面反射材料制成的不发光部分（４４）。每一层的折射率都不同于紧挨着的邻近层的折射率，因此所有的层综合起来具有高纵向镜面反射率。此光波导同时还具有一由棱镜光波导壁材料制成的光发射部分（４８），一基本不吸收光散射装置（５２）置于不发光部分（４４）内，与光发射部分（４８）相对着。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种光波导，它采用一高反射的多层光学薄膜，使得出射光是高效的、均匀的散射光。现有技术已经包含有许多为了能够控制向一个或多个远离光源的地区发射而控制光沿着光波导传输的光波导。美国专利4,750,798示例了一种现有技术的光波导。这种现有技术的光波导有一主要的反射内表面，因此，当光从波导的一端进入向波导的另一端前进时，光被波导的内壁反射。在许多应用中，光波导被设计成以控制的方式输出光，这样要求每单位长度从波导内发出的光的量沿整个光波导的长度或者沿每一光波导光发射部分的整个的长度是可以接受地均匀的。美国专利4,984,144(Cobb,Jr.等人)公开了一棱镜折射光学薄膜(以下称为“棱镜光波导壁材料”)。它可以从3 M公司以“光学薄膜”产品号2300或2301来取得。它已经被用于制造许多这种现有技术的光波导。这种现有技术的光波导的一般目的是把光从一点光源向一区域发射光从而有效、均匀地照射此一区域。一般来说，其目的是最大化光沿着光波导传输和光从光波导发射出来的效率，同时最小化明暗变化。由棱镜光波导壁材料制成的光波导能够以相对于光强小的明暗变化向大的面积发射均匀的光。这种光波导制造相对简单、便宜，应用广泛。在大多数这种现有技术的光波导中，棱镜光波导壁材料形成一导管。一出射装置置于导管内。从光源发出的光线进入此导管，被内壁材料反射并被引导沿着此导管前进。但是，某些碰着出射装置的光线以这样一种方式被反射使得它们能够穿过棱镜光波导壁材料。然而，这种类型的光波导在从波导中提取出散射光的效率相对较低。这是因为光线在从所期望的波导的发光部分发射出去前一般都被包在棱镜光波导壁材料外的一反射层反射了多次。用目前已有的材料制成的光波导。每一次这样的反射将导致大约5％到10％的吸收损失。目前已有的光波导大约有净25％的光被吸收损失掉，而没有从波导中发射出去。也就是说种用棱镜光波导壁材料制成的现有技术的光波导的出射效率大约只有75％。用棱镜光波导壁材料制成的光波导的出射效率可用一种从波导中提取光的替代技术来提高。特别地，不在棱镜光波导壁材料内置放一出射装置，而是在光从波导出射的部分的壁材料上提供一些小孔，或是此部分的壁材料用另外方法处理。用这种设计，光在发射出去前将经历较少的反射，因此出射效率更高。一般只有5％的光被吸收损失，因此出射效率大约为95％。这比前例的75％比起来要好得多。一个另外的好处是在某些应用中要求出射光具有好的方向性，如照射非常窄的空间时所要求的那样。采用这种替代的出射技术可很方便的获得这种方向性。尽管这种前述的替代的出射技术有这些优点，但是它并没有得到广泛的应用。这是因为两个原因第一，根据这种技术制造的光波导一般被认为没有实际的吸引力。例如，光发射表面可感觉到光强度分布不均匀，有些地方太亮了。第二，设计和制造使用这种替代出射技术的光波导要困难得多。这种设计典型地包括一种递次求近法工序，这将造成大量的昂贵的棱镜光波导壁材料的不可避免的被毁坏。制造这种方案的光波导需要复杂的技术来优化棱镜光波导壁材料表面的出射效率。本专利技术通过利用新专利技术的多层光学薄膜材料的特性可克服前述的这些问题。根据优选实施例，本专利技术提供一种光波导，它具有由多层第一和第二基本不吸收的纵向镜面反射材料制成的不发光部分。每一层的折射率都不同于紧挨着的邻近层的折射率，因此所有的层综合起来具有高纵向镜面反射率。此光波导同时还具有一由棱镜光波导壁材料制成的光发射部分，一基本不吸收的光散射装置置于不发光部分内，与光发射部分相对着。此用来制作波导的不发光部分的多层材料也可以是每一层都有应力感应的双折射特性，在所有层的取向从单轴到双轴的范围内，各层综合起来都具有双折射特性，并具有高的纵向镜面反射率。另一种方案是，这些薄膜材料可以是第一和第二基本不吸收的聚合物，这些聚合物在成分上不一样，因此各层综合起来具有高的纵向镜面反射率。此光波导的截面可以是基本不变的，也可沿着波导变小。在这两种情况下，光散射装置的宽度都可沿着波导的长度增加而增加。更有利的是，一低吸收透镜可置于波导的光发射部分外面。透镜的光透射特性可随波长、偏振、角度变化而变化，或是随它们的综合效果变化。附图说明图1是说明一用棱镜光波导壁材料制作的现有技术波导的截面图，它包括一光出射装置。图2是说明一用棱镜光波导壁材料制作的现有技术波导的截面图，它在光出射区域的内壁材料上打了一些小孔。图3是一放大了的，说明一多层光学薄膜材料的两层结构的斜透射图。图4是一放大了的，说明一由至少两层不同材料交变制成的多层光学薄膜材料的其中几层的斜透射图。图5和图6是说明根据本专利技术用多层光学薄膜材料制成的光波导的截面图。图1是一典型的用棱镜光波导壁材料制作的现有技术光波导10的截面图。一用来保护光波导10的内部组件的外套的上部一般是不透明部分12，下部是一透明部分14。一全反射薄膜16被置于紧挨着不透明外套部分12的内部，它用来反射沿波导传播的光，要不然光将射在不透明外套部分12上。一用棱镜光波导壁材料制作的导管18被放在薄膜16内，它用来引导从光源(未画出)发射出来的光沿波导10纵向传播。一全出射薄膜20置于导管18的内部，差不多是在它顶部，此薄膜使得反射至其上的光穿过导管18从透明外套部分14出射。一般来说，为了使得沿着波导所输出的光是均匀的，出射薄膜的宽度沿着波导10变化，虽然事实上导管18内的光的强度实际上是沿着波导变化的。为了获得所需的均匀的输出光，本领域内的技术人员可毫不困难地为某一特定的光波导调整出射薄膜的宽度。图1中所说明的光波导的各组件的尺寸在不同的应用中为了适应不同的设计需要，例如光波导的长度、光源的性质、或所需的光输出方式，可发生显著的变化。光波导的截面的形状也可不是圆的；各种各样的形状如椭圆和方形都经常被采用。以下的一般说明描述了所有这种用棱镜光波导壁材料制作的光波导的特性，图1是个例子。从导管18一端进入的光沿着波导向另一端传播，在这里光将碰着一端面反射镜(未画出)，它将把光又反射向光源。当光被端面反射镜来回反射时，由于出射薄膜20的散射的结果基本上所有的光都从波导10内出来。更具体地，每一束光线都被导管18内反射，直到碰着出射薄膜20。大多数射向出射薄膜20的光线被散射向实际上透明的导管18。正如上面解释的，由于光线在从波导中散射出来之前经历过全反射薄膜16的多次的反射，这导致吸收损失，因此这种类型的光波导从波导内获取散射光的效率相对较低。图2说明的是前述的为了提高用棱镜光波导壁材料制作的光波导的出射效率的现有技术。如同光波导10一样，光波导22具有一保护外套，它的上部是不透明部分24，下部是一透明部分26。一全反射薄膜28，一用棱镜光波导壁材料制作的导管30。在光从波导22射出部分的导管30上提供一些小孔32。光束从波导22通过孔32发射出去前一般将经历较少的反射，正如前面解释的，其出射效率一般要比波导10更高。为了帮助那些本领域的技术人员了解运用多层光学薄膜制造光波导的有利之处，下面给出一个此薄膜的简要说明。制造此薄膜的优点、特性在国际专利WO 95/17303文献中描述过。多层光学薄膜是很有用的，例如，可做高效率的反射镜或偏光器。下面给出一相对简要的此薄膜的特性的描述，接下来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导（４２），在横截面上包括一不发光部分（４４），一发光部分（４８）和一基本不吸收光散射装置（５２），其特征在于： （ａ）上述的不发光部分（４４）由多层组成： （ｉ）一第一基本不吸收的、纵向镜面的光反射器； （ｉｉ）一第二基本不吸收的、纵向镜面的光反射器； 每一上述的层具有选定的折射率，不同于紧挨着的上述的每一上述层的折射率，因此上述的多层综合起来具有高纵向镜面反射率； （ｂ）上述的发光部分（４８）包括棱镜光波导壁材料； （ｃ）上述的基本不吸收光散射装置（５２）放置于不发光部分（４４）内，与上述的发光部分（４８）相对着。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洛恩A怀特黑德，
申请(专利权)人：不列颠哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]