光导设备制造技术

本发明专利技术目标在于提供一种基于衍射光栅的光导设备。该设备包括：光导板（11），其包括位于光导板（11）的第一表面上或其内部的第一衍射光栅（13）；第一光源（12），其耦合到光导板（11）的第一侧；其中该第一衍射光栅（11）配置成从该光导板（11）的第一表面提取第一光源（12）产生的光。因为第一衍射光栅（13）小到不可见，用户难以注意到光导（11）的任何变化。当本发明专利技术的光导设备用作图书阅读器时，当在远离要被阅读对象的方向中提升图书阅读器时产生的暗区域小于基于微结构的现有光导设备的暗区域，这是由于当使用衍射光栅时光出射角相对较小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光导设备，尤其涉及用于图书阅读器的光导设备。
技术介绍
2008年1月16日提交的名为“照明装置”的原先飞利浦专利申请公布国际公布号 W02008/087593提出了一种基于光导35的图书阅读器，该光导35具有光学微结构51，该光学微结构51导致引导的光21相对于表面法线以大角度离开21’，如图1所示。如图2所示，从发射光的角度分布图可以看出，出射角相对于光导35的底面的法线约为80°。在图 2的第二图中，水平轴表示倾斜角度，且垂直轴表示照明强度。然而，图1中微结构具有一定大小，例如，间距是0. 1mm，这在某些情形下导致可见假象。存在对于较小的不可见光耦出结构的需要。如图2所示，光相对于表面法线以例如 80°的大角度离开光导。因此，当图书阅读器从图书页面提升几个mm时，暗带快速出现。需要通过使得光相对于表面法线以较小角度离开光导来减小这种影响。最后，光导对于指纹、 灰尘颗粒和划痕十分敏感，这是因为光在光导中以十分接近且超过全内反射(TIR)的临界角的角度传播。存在对于鲁棒的抗划痕配置的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于衍射光栅的光导设备以改善现有技术的性能。根据本专利技术的一个实施例，提供一种光导设备，包括光导板，其包括位于光导板的第一表面上或其内部的第一衍射光栅；第一光源，其耦合到光导板的第一侧；其中第一衍射光栅配置成从光导板的第一表面和与第一表面相对的第二表面提取第一光源产生的光。本专利技术的光导设备使用衍射光栅作为光提取结构。因为衍射光栅小得不可见，用户难以注意到光导的任意变化。当本专利技术的光导设备用作图书阅读器时，当在远离要被阅读对象的方向提升图书阅读器时产生的暗区域比基于微结构的现有光导小，这是因为当使用衍射光栅时光出射角相对小。根据本专利技术的一个实施例，所述第一衍射光栅的节距小于所述光的最短主波长。 在这种情形中，仅发生一级衍射，没有环境光将被衍射且也不存在要被抑制的二级衍射。根据本专利技术的一个实施例，所述第一衍射光栅的节距大于所述光的最长主波长。 在这种情形中，不仅发生一级衍射，而且发生二级衍射。衍射光栅成形为方形以抑制二级衍射。在这种情形中，实现更大的清晰观察锥体(viewing cone)。清晰观察锥体是不发射光的区域，这将在下面的附图中说明。根据本专利技术的一个实施例，光导板具有分别覆盖光导板的所述第一和第二表面的两个包覆层，且包覆层中的任意一个的折射率低于所述光导板的折射率。通过使用包覆层， 光导板是抗划痕的。可替代地，在包覆配置的情况中，光导设备还包括光源和光导板之间的锥形准直器，用于防止光直接进入包覆层。可替代地，光导设备还具有位于所述第一光源和所述光导板之间的漫射体。可替代地，光导设备还具有位于第一光源和漫射体之间的混合光导。可替代地，光导设备还包括耦合到光导板的与第一侧相对的第二侧的第二光源， 以实现非常强的衍射光强度。根据本专利技术的另一实施例，光导设备还包括第二衍射光栅，其与所述第一衍射光栅交叉或平行，且位于所述光导板的与第一表面相对的第二表面上或所述光导板内部。通过使用两个衍射光栅，光导设备提取非常强的光强度。通过使用具有不同节距的两个衍射光栅，光导设备实现更大的清晰观察锥体。根据本专利技术的另一实施例，提供一种光导装置，其包括如上所述的两个光导设备 第一光导设备和第二光导设备，其中第一设备的第一衍射光栅具有比第二设备的第一衍射光栅更小的节距，射入到第一设备的第一衍射光栅的光具有比射入到第二设备的第一衍射光栅的光更短的波长，且第一设备的光导板不与第二设备的光导板接触。附图说明本专利技术的上述和其他目的和特征将根据结合附图考虑的下面的详细描述而变得更加显而易见，在附图中图1是具有光学微结构51的光导35的示意图； 图2是来自图1中的光导35的发射光的角度分布图； 图3(a)是根据本专利技术的一个实施例的光导设备的示意图； 图3(b)是根据本专利技术的一个实施例的另一光导设备的示意图； 图4是根据本专利技术的一个实施例具有两个光源的光导设备的示意图； 图5是衍射光栅的光学路径的示意图6是根据本专利技术的一个实施例，基于具有比第一光源12发射光的最短主波长更小节距的衍射光栅的光导设备的光学路径的示意图； 图7是图6中的衍射光的角度分布的示意图8是根据本专利技术的另一实施例，具有两个光源12的光导设备的光学路径的示意图； 图9是图8中的衍射光的角度分布的示意图； 图10是用作图书阅读器的光导设备的光学路径的示意图11是根据本专利技术的一个实施例，基于具有比第一光源12发射光的最长主波长更大节距的衍射光栅13的光导设备的光学路径的示意图12是图11中的一级和二级衍射光的角度分布的示意图； 图13(a)和13(b)分别示出具有700nm的大节距的正弦和方形光栅的衍射效率； 图14是基于从两侧照射的方形光栅13的光导设备的光学路径的示意图； 图15是涂有两个低折射率聚合物包覆层17和17’的光导设备的示意图； 图16是涂有两个低折射率聚合物包覆层的光导设备的示意图，所述光导设备具有位于光源12和光导板11之间的锥形准直器18以用于防止光进入包覆层；图17(a)、(b)和(c)示出具有700nm的大节距的方形光栅13的衍射效率； 图18是具有位于第一光源12和光导板11之间的漫射体19的光导设备的示意图；图19是具有位于第一光源12和光导板11之间的混合光导110和漫射体19的光导设备的示意图20是具有锥形准直器18和漫射体19的光导设备的示意图； 图21是具有两个平行衍射光栅13和111的光导设备的示意图； 图22是分别位于光导板的两个表面104和105上的两个交叉衍射光栅13和111的示意贯穿附图，相同的参考标号用于表示相似的部件。 具体实施例方式参考图3，图3示出根据本专利技术的一个实施例的光导设备。图3中的光导设备包括光导板11和第一光源12。光导板11具有位于其第一表面上的第一衍射光栅13。第一光源12耦合到光导板11的第一侧。第一光源12包括单个LED、OLED、CCFL或EL或多个这些元件。光导板11可以由聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯(PS)或环烯烃共聚物(COC)等制成。在图3的变型实施例中，第一衍射光栅13还可以位于光导板11内，如图4所示。可替代地，光导设备还包括耦合到光导板11的与第一侧相对的第二侧的第二光源12，如图5所示。在图5中，光从两侧射入到光导板11中。第一衍射光栅13从光导板11的顶表面和底表面即第一表面和第二表面提取光。考虑光在折射率为Iii的光导中行进。光以倾角θ i和方位角(^照射衍射光栅表面。衍射束的方向可以使用下面的方程式求解(1)其中m是衍射级('"-2,-1,0,+1,+2，···)，λ是光的波长，A是光栅的节距，且nd是光导外的介质的折射率。不失一般性，假设方位角Φ^Φ^Ο;则方程式(1)变成方程式(2):(2)从方程式(2)可以看出，第一衍射光栅13的节距的值依赖于很多参数，诸如第一或第二光源12发射的光的波长以及光的入射角。不失一般性，在下面的实施例中，为简化起见，入射光和衍射光的方位角假设为零。在一个实施例中，第一衍射光栅13的节距小于第一光源12发射的光的最短主波长。例如，第一光源12包括3个LED，第一个LED发射具有62本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：HJ科尼利森，DKG德博尔，魏功明，
申请(专利权)人：HJ科尼利森，DKG德博尔，魏功明，
类型：发明
国别省市：