用于提取光的具有受控输出的光导系统技术方案

具有光学器件的光导引导离开光导的光。该装置通过从光导的有限区域中提取光来实现对经反射的光的精确控制。用于选择性提取的反射器的构造决定输出光的特性。反射器可以位于与光导的输出侧相对的一侧上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及光显示装置，且更具体地可包括用于在光离开光导时控制光的传播方向的光学系统。
技术介绍
许多产品需要光学系统来在较大区域发散光并当光离开系统时控制其方向。最近对LED性能的改进连同生产成本的同时降低使LED对于许多应用场合来说是更可行的选择。然而，许多应用场合，诸如LCD背光、具有背光的标识、顶灯和汽车照明，需要由LED产生的集束光在较大区域发散，同时还控制光的方向。这些应用场合需要改进的光学系统以提供期望的光控制。基于LCD技术的显示器已发展了几十年。现在可采用基于对基本技术的改进的许多专利文献。然而，现有技术的显示器还有多个缺点。现有技术装置的主要缺点是过度能量消耗。65"对角HDTV(高清电视)的IXD电视机通常消耗约半千瓦。这是由于技术的效率较低。改进LCD显示器的效率的一种方式是使尽可能多的可用光从光源指向最易被观看者看到的区域。对于功耗明显是重要考虑因素的手持显示装置，期望的是指向观看者的光所成角度较窄。在诸如电视机的立式应用场合中，期望具有沿垂直于显示器的表面的方向投射的光的最高强度段。向法线左侧和右侧提供大量的光也较重要。对于并未处于最佳观看位置(垂直于屏幕)的观看者来说这是需要的。在这些应用场合中还期望减少大于或小于垂直于屏幕的角度投射的光量。如果通常沿偏离法线方向照射的光重新照到较佳的角度，则沿较佳方向传输的光强将更大。三组现有技术的文献已提出了控制IXD型显示器的光。在这些现有技术的文献中，棱镜型“亮度增强膜”(BEF)是最常见的一类。BEF的一个例子是1995年11月14日公布的 Shozo Kokawa等人的美国专利 5，467，208“Liquid Crystal Display (液晶显示器)”。 该文献讨论了棱镜型膜的现有技术并公开了对于现有技术的改进。棱镜膜的一个缺点是它们仅有对光输出角度的受限制的控制。棱镜特征的改变仅使光输出作略微变化。棱镜膜还受限于两维结构。如果应用场合要求沿三个维度控制光，则必须使用至少两个BEF。2002年 7 月 16 日公布的Akira Yamaguchi 的美国专利 6，421，103“Liquid CrystalDisplay Apparatus. · ·(液晶显示器设备......)”例示第二类现有技术。Yamaguchi的文献公开了用于在光进入LED板时控制光的另一装置。该专利公开了光源、衬底(不用作光导)、孔和衬底上的反射区。光由反射面反射或穿过孔。穿过孔的光被透镜捕获以控制光的方向。Yamaguchi讲授了输出光角度的限制以将更多光直接聚集到LCD型显示器的观看者处。Yamaguchi的装置对输出光提供比BEF装置可用的更多控制。但Yamaguchi装置的缺点是它极其低的效率。光在其离开孔前必须多次在反射面反射。即使当反射面由高反射率的材料制成，强度的损失也是相当大的。因此，尽管该专利技术的光控制优于BEF装置的控制， 但效率却低得多。1995 年 3 月 7 日公布的 Karl Beeson 的美国专利 5，396，350 "BacklightingApparatus...(背光装置......)”；以及2008年3月18日公布的Neil Lubart的美国专利7，345，824 "Light Collimating Device (光准直装置)”；公开了用于LED光源装置的第三类光控制中的光学器件。Beeson和Lubart的文献公开了光导侧面上的反射结构。这些反射结构的控制范围受到限制，并且不等效于由诸如Yamaguchi的装置提供的控制。此外，反射结构定位成离LCD板非常近，这使它们输出的缺陷易于被显示器的观看者看到。
技术实现思路
各种方面包括用于引导光的光导。一些实施例包括用于光导的光学系统，该光学系统在光离开系统时控制其角度。它可用于从LCD到顶灯的许多应用场合中。LCD显示器是用于蜂窝电话、膝上型计算机、计算机显示器、电视机和商用显示器中的类型。光导可在离散的各点和/或整个区域传输来自光导的光。结合反射器使用提取元件，装置的输出光可控制成平行的、发散的或会聚的。反射器可以是两维的或三维的。本专利技术的光学系统的一优点在于它精确地控制输出光的角度。本专利技术的光学系统的另一优点在于它比起现有技术来说关于能耗更有效率地传输光。本专利技术的光学系统的又一优点在于它构造简单，且因此对于制造来说简单和经济。鉴于如在文中所述和在附图中所示对实施本专利技术的最佳目前已知模式的说明，本专利技术的这些和其它目标和优点将对于本领域的技术人员来说变得显而易见。附图说明图1是具有本专利技术的光学器件的光导的立体图。图2是图1中所示的具有光学器件的光导的局部放大侧视图。图3示出三维型反射器。图4示出两维型反射器。图5是光导、IXD和端部反射器的截断侧视图。图6是光学系统的不同构造的局部放大侧视图。图7是光学系统的另一构造的放大侧视图。图8示出使用发散型反射器的光学系统。图9示出光学系统的另一构造的放大侧视图。图10示出一个实施例。图11示出一个实施例。具体实施例方式6首先参见图1，本专利技术的光导组件1包括带有平坦表面和多个LED3的光导2。LED3 可沿表面，诸如光导2的下边缘定位。LED3的颜色数和LED3所在的光导2的侧面数可与光导2的尺寸、形状和用途有关。LED3可位于光导2的多于一个侧面上。LED3可能需要电子装置来以适当电平驱动它们。了解LED驱动电子的技术人员可设计多种不同的电路来完成该任务。图1中所示的实施例总地包括27个LED3，沿光导2的底边基本上等间距地示出这些LED3。应当认识到，诸如激光、白炽光、荧光或甚至自然光的其它类型的光源可足以取代 LED3。在图2中以放大侧视图示出光导2。图2示出从LED3发出的光线17的取样。上光线10被示为碰撞光导2的上表面11。当光线10相对于光导2的表面的接触角或入射角较浅时，光从光导2的表面反射。这种反射可用以下方程来决定A = arcsine(Ns/NIg)其中，NIg是光导的折射率，而Ns是在光导外的介质的折射率。角度“A”是离开光导表面的法线的角度并由Ns和NIg定义。入射角可定义成90° -A。对于空气或另一种低折射率的材料，Ns可以是1. 35或更小。对于塑料或玻璃光导2，NIg可以是1.5。对于这些值的角度A可以大约为64°。光可被全内反射的最大入射角可大约为26°。如果光以大于A的角度(或小于90度-A)碰撞光导2的表面，则光将以全内反射 (TIR)从该表面反射。如果入射角大于90度-A，则光的至少一部分可穿过该表面(例如， 光导上表面11)并可被折射。在所示实施例中，经反射的光13沿着光遇到窗的向下方向继续传输到设置在接触拱顶14上的反射器。较佳地，接触拱顶14与光导2的折射率相等或比其大。如果光导2和接触拱顶14的折射率相同，则光13从光导的本体以基本上所有入射角传播到接触拱顶中。如果折射率略微不同，则光13可被折射。如果折射率大为不同， 且接触拱顶14具有更小的折射率，则光可从“窗”区反射。对于大多数应用情况，不期望的是在接触拱顶14与光导2接触的窗中有任何光的TIR。选择具有等于或大于光导2的折射率的接触拱顶14可有助于使光从光导2穿到接触拱顶14。选择具有与光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光导１０１０，所述光导包括：构造成接收来自光源的光１０００的第一表面１０２０；第二表面１０３０；以及具有与反射器１０７０光学连通的窗１０６０的第三表面１０４０，所述反射器１０７０具有构造成反射至少一部分光１０００的形状，所述至少一部分光从光导１０１０内以致使至少一部分经反射的光１０００穿过所述第二表面１０３０传输的角度入射到所述反射器１０７０上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·爱德华·理查德森，
申请(专利权)人：拉姆伯国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US