具有提升面的楔形光引出器制造技术

一种楔形光引出器（２０），它具有一光改向表面，该光改向表面包括许多突起（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）。这些突起（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）具有提升面（２３），这些提升面可提高刻面（２５）的引出效率，从而改善从光源射出的可利用光的有效使用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子显示器，并涉及用于对显示器进行照明的点到线、线到面或点到面转换器。
技术介绍
已经提出了许多种装置用来对电子显示器进行照明。这些装置包括背照明板、前照明板、集中器、反射器、结构表面膜以及其它的用于改向、校准、分配或以其它方式操作光的光学装置。能否有效利用光，对于用电池驱动的电子显示器来说尤为重要，诸如蜂窝式便携电话、个人数字助理和膝上型计算机中所使用的那些电子显示器。美国专利第4,751,615号(Abrams)揭示了一种楔形的透明页面照明装置。美国专利第4,811,507号(Blanchet)揭示了一种具有发光条纹的前光照明板，发光条纹的深度随与光源的距离而增大。美国专利第5,005,108号(Pristash等人)；第5,050,946号(Hathaway等人)和第5,594,830号(Winston等人)揭示了结构表面板照明器，板的厚度沿板的长度变化。美国专利第4,799,137号(Aho)；第4,874,228号(Aho等人)；第5,054,885号(Melby)和第5,190,370号(Miller等人)揭示了各种不同的照明装置，它们具有倾斜或弯曲的、棱形的结构表面膜。美国专利第5,359,691号和第5,608,837号(均授予Tai等人)；美国专利第5,485,354号(Ciupke等人)以及美国专利第5,608,550号和第5,894,539号(均授予Epstain等人)揭示了结构表面背照明或前照明装置，它们具有三角形的微棱镜或微槽，这些微棱镜或微槽由平坦的突起间表面区域或突起间表面分隔开。欧洲专利申请EP0802446A1(Seiko Epson)揭示了一种结构表面背照明装置，它具有由突起间表面分隔的许多矩形突起。美国专利第5,671,994(Tai等人)揭示了一种结构表面前照明装置，它具有由突起间表面分隔的许多梯形突起。美国专利第5,396,350(Beeson等人)；美国专利第5,428,468号和第5,555,109号(均授予Zimmerman等人)和美国专利第5,555,329号(Kuper等人)揭示了各种不同的结构表面背照明装置，它们具有一系列带倾斜侧壁的微棱镜。美国专利第5,506,929、5,668,913和5,835,661号(均授予Tai等人)和美国专利第5,613,751号(Parker等人)揭示了用于将点光源转换成直线光束或平面光束的光扩展系统。专利技术概要虽然已经提出了许多背光和前光导向装置，但仍需要更有效的设计和降低能耗。许多现有的设计没有利用光源所提供的所有光。如果能够将这些未被利用的光引导至显示器，则能耗可得以进一步降低，并能提高显示器亮度。上述的若干设计具有大致恒定的厚度，并具有大致平坦的结构表面。这些设计可能无法将行进到装置端部而没有射到结构表面上(因而从其反射或被其引出)的光引出。楔形设计可降低未经反射或引出而沿装置长度行进的光的量(从而降低损失)。然而，有些现有的楔形设计难于制造。例如，如果装置在其末端变细成为一薄边，则该边可能难以模制，并可能在使用中折断或破裂。如果在该末端采用一镜面，则会因该镜面处的低效反射而损失一些光，其它的光也会因朝装置输入端返回的反射光的引出效率降低而受损。增加一面镜子还会增加制造成本或降低制造产量。楔形背光或前光导向装置的光引出效率和均匀度通常部分地由楔形件的总体尺寸和形状决定，并由装置上的任何结构表面特征的细微特征(通常为显微级)尺寸和形状决定。例如，上述Hathaway等人的专利中所示的设计具有一倾斜的结构表面，该面呈一系列下降的台阶的形式。每个台阶具有一平坦的突起间表面区域和一倾斜的刻面。光通常在该刻面处由这种装置引出。光通常是通过射在突起间表面上的光的全内反射或称“TIR”、或通过射在装置一相对表面上的光的全内反射而在这种装置内进行重新分配的。反射的光朝装置的较薄端或末端行进，并可通过在一刻面处的引出而最终射出装置。然而，在装置的末端处，会损失掉一些反射光而无法用于显示器照明。上述的其它恒定厚度或楔形背光或光导向装置中的一些也可认为具有刻面和突起间表面，只是可能用了其它的术语来描述这些装置的诸部件。通常，背光或光导的总体形状以及结构表面的几何形状也会影响这些装置的引出光与反射光的比率。我们已经发现，通过使用这样一种楔形设计，可以获得在照明均匀度、光引出可控性、效率等这些要素中的一个以上甚至所有方面的改善，该楔形设计具有一结构表面，该结构表面包括许多提升面，它们能够增大可用于光引出的刻面部分的面积。本专利技术的一个方面提供一种光引出装置，它具有a)一光输入端；b)一基本为平面的、可将光传输到一显示器的光输出表面；以及c)一大体与光输出表面相对的光改向结构表面；其中，光输出表面和光改向表面限定一基本呈楔形的截面，其厚度从光输入端朝装置的中心减小；光改向结构表面使光朝光输出表面、并由此朝显示器反射；并且，光改向表面包括许多突起，每个突起包括一提升面部分、高台面部分和刻面(facet)部分，突起两侧与突起间表面部分相接。如果没有提升面，引出光的量将由刻面和突起间表面的取向和尺寸决定。当在设计中增加提升面后，实际上增加了每个刻面的尺寸(因而增加了可用于引出的刻面面积)。总体呈楔形的引出器轮廓允许所有的总刻面面积或其相当一部分都参与引出作用。因此，增加一提升面和使用总体的楔形形状可改变引出器设计，提高对显示器的光引出。这可以实现装置的总体尺寸和效率方面的改进，并能更好地使用可以利用的光。本专利技术还提供包括上述楔形光引出装置的点到线转换器、背光和前光导向器，并提供包括这种引出装置的显示器。附图简述附图说明图1a是前光导向器的示意图。图1b是背光导向器的示意图。图2是本专利技术光引出装置的放大的侧视剖面图。图3是本专利技术光引出装置的放大的侧视剖面图，它表示出说明用的角β。图4是本专利技术光引出装置的放大的侧视剖面图，它表示出说明用的角ρ、θ、φ和γ以及说明用的高度rh和fh。图5是本专利技术另一光引出装置的立体图。图6是本专利技术又一光引出装置的立体图。图7是本专利技术还有一个光引出装置的立体图。图8是图7装置的放大视图，表示两条光线所走的路径。图9是本专利技术另外一个光引出装置的剖面图。详细描述本专利技术的楔形光引出装置提供点到线、线到面或点到面的光转换，它对来自一光源的光进行校准或改向。该光引出装置(为简便起见，有时称作光引出器)可用于对显示器进行照明。如果光源是点光源，则该光源的横截面积与显示器的横截面积(例如约小于显示器面积的1/100)相比通常相对较小。如果光源是细长的(例如线)光源，则该光源通常具有一矩形的横截面积，其较长的尺寸约为其较短尺寸的十倍以上，并且可接近显示器表面的较短或较长尺寸。光引出器的一些构件及它们之间的相互关系参照一基准面来描述较为方便。通常，光引出器的光输出表面是平面的或接近平面的。为了说明本专利技术，该基准面将取光引出器的输出表面所形成(或与其紧密相邻)的平面。下面参见图1a，图中示意性地示出一前光导向器和显示器，它们总的由标号10a表示。前光导向器11a位于显示器12a上方。光线16a通过光输入表面13a进入光导向器11a。光线16a射在光改向表面14a的一光反射刻面部分(未图示)上，其反射光线17本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光引出装置，它具有： ａ）一光输入端； ｂ）一基本为平面的、可将光传输到一显示器的光输出表面；以及 ｃ）一大体与光输出表面相对的光改向结构表面； 其中，光输出表面和光改向结构表面限定一基本呈楔形的截面，其厚度从光输入端朝装置的中心减小；光改向结构表面使光朝光输出表面、并由此朝显示器反射；并且，光改向结构表面包括许多突起，每个突起包括一提升面部分、高台面部分和刻面部分，突起的两侧与突起间表面部分相接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GT博伊德，RA米勒，LR惠特尼，
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]