專利名稱：照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明設(shè)備，其包括平坦的光導(dǎo)裝置，該光導(dǎo)裝置 具有第一和第二主表面并設(shè)置為接收來自至少一個(gè)光源的光并且通過
全內(nèi)反射而將光至少部分地限制于其中，并且該光導(dǎo)裝置在第二主表 面處具有用于將光從該光導(dǎo)裝置向外耦合的向外耦合裝置。
背景技術(shù)：
WO 2004/027467 Al中公開了這種設(shè)備，該設(shè)備可用作在例如 LCD-TV中的背后照明裝置。平面光導(dǎo)的使用用以使該設(shè)備的光發(fā)射表 面的發(fā)射光的強(qiáng)度在某種程度上橫向地變平滑。即使僅使用幾個(gè)點(diǎn)狀 或線狀光源，該照明設(shè)備也可以從其整個(gè)光發(fā)射表面發(fā)射出橫向上相 對(duì)均勻的光通量。
但是，仍然需要提供一種來自照明設(shè)備的整個(gè)第二主表面的更均 勻得多的光通量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于對(duì)起始段落中提到的那種類型的照明設(shè) 備在該照明設(shè)備的光發(fā)射表面上的光流量變化方面進(jìn)行改進(jìn)。
這一目的借助于如權(quán)利要求1中所限定的照明設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。在這 種情況下，該光導(dǎo)裝置包括笫一和第二平行光導(dǎo)板以及在第一和第二 光導(dǎo)板之間的至少 一個(gè)中間層，該第 一光導(dǎo)板設(shè)置為接收來自光源的 光，該笫二光導(dǎo)板包括所述向外耦合裝置，該中間層具有比第一光導(dǎo) 板低的折射率。
這提供了來自該照明設(shè)備的光發(fā)射表面的橫向上更加均勻得多的 光流量，因?yàn)橹辽僖恍┕饩€將在第一光導(dǎo)板和中間層之間的界面處經(jīng) 歷全內(nèi)反射。因此這些光線將在從該光導(dǎo)裝置射出之前平均起來在橫 向方向上行經(jīng)更長的距離而通過該第一光導(dǎo)板。
該設(shè)備可以包括至少一個(gè)光源，其設(shè)置為提供光通過第一光導(dǎo)板 的一個(gè)邊緣。這提供了一種非常薄的設(shè)備。
可選擇的是，該設(shè)備可以包括至少一個(gè)光源，其設(shè)置為提供光通
過該第一光導(dǎo)板的主表面，該主表面構(gòu)成該光導(dǎo)裝置的第一主表面。 在這種情況下，該主表面優(yōu)選包括向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)。這允許更大量的光 進(jìn)入該第一光導(dǎo)板。優(yōu)選設(shè)置一反射器，該反射器與該光導(dǎo)裝置的第 一主表面一起圍繞著該光源。這允許(最初)不能進(jìn)入第一光導(dǎo)板的 光線在由該反射器和第一主表面界定的空間內(nèi)再循環(huán)，直到這些光線 設(shè)法進(jìn)入該第一光導(dǎo)板時(shí)。
該向外耦合結(jié)構(gòu)可以包括雙折射材料，從而使該照明裝置產(chǎn)生并 發(fā)射偏振光。
可以將第一和第二光導(dǎo)板分隔開以在其間形成至少一個(gè)間隙，該 間隙因此可以構(gòu)成所述中間層，并且可以由至少一段組成，所述至少
一段可位于相鄰的間隔元件(spacer element)之間。這些間隔元件 的高度優(yōu)選基本上與間隙的間隔相同。
所述段可以用至少部分透明的介質(zhì)所組成的組中的至少一種成分 (member)填充，所述至少部分透明的介質(zhì)包括氣體、液體和固體?？?以進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌才?，使任選為有色的所述成分能夠成為可動(dòng)的，由此 使其能夠在其原位與另一種成分交換。
可以將許多段設(shè)置在例如一個(gè)陣列中，該陣列至少部分地填充照 明裝置的第 一和第二光導(dǎo)板之間的整個(gè)間隙體積。不同的段可以至少 部分透明的介質(zhì)的上述組中的一種或多種不同成分來填充。
這種照明設(shè)備可以設(shè)置為作為背后照明裝置向透射的LCD板提供 光?？蛇x擇的是，它們可以用于一般的照明目的，例如用作可變換的 光瓦(light tiles )。
本發(fā)明的這些和其他方面從下文描述的實(shí)施例顯而易見，并且將 參考所述實(shí)施例進(jìn)行說明。


圖1示出了依照本發(fā)明第一實(shí)施例的照明設(shè)備。
圖2示出了依照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例的照明設(shè)備。
圖3示出了向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的第一個(gè)例子。
圖4示出了向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的第二個(gè)例子。
圖5示出了向外耦合結(jié)構(gòu)的第一個(gè)例子。
圖6示出了向外耦合結(jié)構(gòu)的第二個(gè)例子。
圖7示出了利用依照本發(fā)明的照明設(shè)備的顯示系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地并以橫截面示出依照本發(fā)明實(shí)施例的照明設(shè)備。該
設(shè)備包括許多光源1、 2、 3，如熒光燈。反射器4部分地圍住這些光源， 從而將這些光源發(fā)射的光直接地或經(jīng)過從反射器4的一次或多次反射 而間接地朝平坦的光導(dǎo)裝置5引導(dǎo)。該平坦的光導(dǎo)裝置5具有面向光 源1、 2、 3的第一主表面和面向相反方向的第二主表面。
光導(dǎo)裝置5分別包括第一和第二光導(dǎo)板6、 7，該第一和第二光導(dǎo) 板以夾層結(jié)構(gòu)來設(shè)置。該光導(dǎo)裝置進(jìn)一步包括在第一和第二光導(dǎo)板之 間的平坦中間層8。
第一光導(dǎo)板6設(shè)置為直接地或經(jīng)由反射器4間接地接收來自光源 1、 2、 3的光。第一光導(dǎo)板6在其面向這些光源并構(gòu)成光導(dǎo)裝置5的第 一主表面的表面處包括向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)9，在下文將更詳細(xì)地描述該向內(nèi) 耦合結(jié)構(gòu)。簡言之，該向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)9確保進(jìn)入第一光導(dǎo)板6的光將 在有限的角范圍內(nèi)傳播通過該光導(dǎo)板，所述有限的角范圍支持 (support)至少某一角度(degree)的光通過發(fā)生全內(nèi)反射而保留在 該第一光導(dǎo)板內(nèi)。這樣，通過全內(nèi)反射至少部分地將光限制在該光導(dǎo) 裝置中。
第一光導(dǎo)板6的折射率是ih，中間層8的折射率是112，而第二光 導(dǎo)板7的折射率是n3; n,可以等于或不等于n"但是，中間層8的折 射率n2基本上小于ni，使得對(duì)于在第一光導(dǎo)板6之內(nèi)并以足夠斜角入 射在ni —n2界面上的光線來說將發(fā)生全內(nèi)反射。適合的光導(dǎo)材料包括 玻璃、PMMA (聚曱基丙烯酸曱酯)、硅樹脂和聚碳酸酯。該中間層可 以包括一種或多種至少部分透明的材料，如空氣、水、有機(jī)的油，或 固體透明材料。包含在中間層內(nèi)的材料優(yōu)選是基本上非散射的材料。
第二光導(dǎo)板7在其背對(duì)著中間層8并且也構(gòu)成光導(dǎo)裝置5的第二 主表面的表面處包括向外耦合結(jié)構(gòu)10，該向外耦合結(jié)構(gòu)用來準(zhǔn)直在該 表面射出第二光導(dǎo)板7的光，即用來引導(dǎo)出射光，使得平均起來使光
在相對(duì)于笫二光導(dǎo)板7的光出射主表面的法線的有限角范圍內(nèi)射出。 光導(dǎo)裝置5優(yōu)選在其邊緣提供有鏡面反射鏡11、 U?？蛇x擇的是，反 射鏡ll、 12可以包括漫反射材料，如白色粉末，只要這些漫反射材料 沒有與傳播通過光導(dǎo)板6、 7內(nèi)部的光發(fā)生足夠程度的光接觸。
與光導(dǎo)裝置5僅包括折射率為ih的單一固體光導(dǎo)材料的情況相
比，具有折射率n"n!的中間層8具有以下作用，即進(jìn)入該光導(dǎo)裝置的 光平均起來在該光導(dǎo)裝置內(nèi)部將會(huì)經(jīng)歷更多次內(nèi)部反射。這提供了以 下作用，即由于該光導(dǎo)裝置的改進(jìn)的強(qiáng)度平滑函數(shù)而使來自該光導(dǎo)裝 置的發(fā)射光流量(light flow)在強(qiáng)度方面在橫向上變得更加均勻。
此外，由于只有傳播通過第一光導(dǎo)板6的一部分光線將能夠穿過 第一光導(dǎo)板6和中間層8之間的界面，即只有在第一光導(dǎo)板6和中間 層8之間的界面處沒有經(jīng)歷全內(nèi)反射的那些光線能夠穿過，因此透射 的光線在比第一光導(dǎo)板6內(nèi)的相對(duì)更有限的角范圍內(nèi)傳播。因此，所 述界面對(duì)可能的傳播方向的角范圍提供有效的限制，限制的程度與差 值ih-ii2成比例。當(dāng)光線隨后從該中間層前進(jìn)進(jìn)入第二光導(dǎo)板7時(shí)，該 第二光導(dǎo)板7優(yōu)選具有折射率n3 > ii2，它們的更有限的傳播角范圍繼續(xù) 存在于第二光導(dǎo)板7內(nèi)。當(dāng)?shù)诙鈱?dǎo)板7的第二主表面提供有適合的 向外耦合結(jié)構(gòu)時(shí)，該特性便于使從所述第二主表面出射的光也具有有 限的角出射范圍。與從光導(dǎo)裝置5出射的光有關(guān)的該有限的角出射范 圍可以用于準(zhǔn)直目的。
中間層8的最簡單的形式可以是借助于優(yōu)選反射的間隔物(未示 出)通過將第一和第二光導(dǎo)板6、 7分開而形成的，從而得到在笫一和 第二板之間的間隙，其構(gòu)成中間層8。該間隙可以充滿氣體，如空氣， 或者充滿液體。如果使用液體，那么該液體可以是有色的以便使得能 夠從光導(dǎo)裝置5獲得彩色光輸出，還有當(dāng)所用的光源1、 2、 3或l4 (參 見圖2)發(fā)射白光時(shí)。
如果使用流體介質(zhì)，那么也可以提供用于將該介質(zhì)移入和移出該 間隙的裝置，如泵，以便改變?cè)撜彰餮b置的光學(xué)性質(zhì)，特別是該間隙 內(nèi)部的介質(zhì)的折射率112和/或顏色。甚至可以將第一和第二光導(dǎo)板之間 的間隙分成不同的段，即子區(qū)，每個(gè)子區(qū)都具有分離地可控制的性質(zhì)。 因此，可以改變例如從該照明設(shè)備的光出射面的特定區(qū)域輸出的光的 強(qiáng)度，以及該光的顏色和/或準(zhǔn)直特性。
另外，通過提供大的間隙并且在該大的間隙中提供第三光導(dǎo)板(未 示出)可以增大橫向光強(qiáng)度均質(zhì)化作用。那么，可以獲得具有三個(gè)光 導(dǎo)板和兩個(gè)插入的低折射率層的夾層結(jié)構(gòu)。
圖2示出了本發(fā)明的可選擇的實(shí)施例。該實(shí)施例也包括圍住中間 層的第一和第二光導(dǎo)板，該中間層具有相對(duì)較低的折射率ri2〈n"但是
在這種情況下，笫一光導(dǎo)板是邊緣照明的(edge-lit)。光源14設(shè)置 為將光通過第一光導(dǎo)板6的邊緣l3而提供到第一光導(dǎo)板6中。反射器 15設(shè)置在光源14處，以便將來自光源的光朝光導(dǎo)板6的邊緣13引導(dǎo)。
圖3示出了向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的第一個(gè)例子，該向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)可用作 圖1中第一光導(dǎo)板6上的向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)9。這種結(jié)構(gòu)本身從W0 Al 2004/027467中已知，并包括位于相鄰的直立(upstanding)光學(xué)元 件20中間的結(jié)構(gòu)反射箔25。這些光學(xué)元件20可以是面向光源1的直 立的立方體、圓柱體或肋20的形式，并與光導(dǎo)板6光接觸。
這些元件20的上表面22優(yōu)選基本上平行于該光導(dǎo)板主表面，并 由高反射涂層覆蓋，該高反射涂層也可以具有光漫射性質(zhì)。因此，入 射在表面22上的光線23將被反射。但是，側(cè)面21是透射的，以使得 入射在表面21上的所有光線24a透射。至少一部分透射光線24a可以 因全內(nèi)反射而隨后傳播通過光導(dǎo)板6,并最終通過光學(xué)元件20的透射 面21從光導(dǎo)板6向后射出，以便以可能的不同角度再進(jìn)入光導(dǎo)板6之 前在由第一光導(dǎo)板6和反射器4所界定的空間內(nèi)再循環(huán)。透射到光導(dǎo) 板6中的另一部分光線或者在經(jīng)歷了一次或多次菲涅耳反射之后或者 沒有經(jīng)歷所述菲涅耳反射而經(jīng)中間層8從該第一光導(dǎo)板射出，所述菲 涅耳反射也用來平滑該橫向光強(qiáng)度。在圖3中，在光學(xué)元件20之間提 供有反射箔元件25，將光線26反射到側(cè)面21上。這些箔元件25不需 要與該光導(dǎo)板光接觸，而是用來禁止光經(jīng)由除了光學(xué)元件20的直立透 射面21的表面而直接進(jìn)入第一光導(dǎo)板6中。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于在相 鄰的光學(xué)元件20中間的所述其他表面不需要提供有單獨(dú)的反射涂層。 光線24b可以經(jīng)箔元件25的高反射表面而直接反射到光學(xué)元件20的 透射側(cè)面21上，所述光線可以從該透射側(cè)面進(jìn)入光導(dǎo)板6。
圖4示出了向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的第二個(gè)例子。在這種情況下，提供有 光學(xué)元件26，如楔形肋，其可能具有平頂，或者例如錐體，其可能是 截頂?shù)摹９鈱W(xué)元件26具有直立的透射側(cè)面29。如果使用肋，那么主要 沿著該光導(dǎo)板在一個(gè)方向上提供直立的透射面29，而如果使用例如錐 體，那么可以在兩個(gè)維度上提供透射面29。光學(xué)元件26具有高反射的 上表面27，其將入射在其上的光線28反射并可能使其漫射。光學(xué)元件 26的側(cè)面29是透射的并且可以稍微傾斜，從而連同該光學(xué)元件26的 上表面和這些光學(xué)元件中間的空間一起形成梯形的橫截面。這些側(cè)面
允許光線30以如參考圖3所描述的類似的方式而進(jìn)入該光導(dǎo)板。在光 學(xué)元件26之間提供有某一間隔，與相鄰光學(xué)元件26之間的間隔相關(guān) 聯(lián)的插入表面31提供有反射涂層，該反射涂層將入射在其上的光線32 反射。
在參考圖4的一個(gè)實(shí)施例中，該向內(nèi)耦合裝置包括具有透明表面 29的直立肋，這些透明表面以相對(duì)于該光導(dǎo)板的第一主表面的法線成 角pin=18°取向。肋高度hin=4mm，并且反射頂部區(qū)域的寬度din=0mm (即沒有頂部區(qū)域27)。相鄰肋之間的間隔Sin可以根據(jù)所希望的光入 射能力而改變，但是Si >10mm是合宜的值。當(dāng)聚碳酸酯用作構(gòu)成向內(nèi) 耦合元件26和光導(dǎo)板6的材料時(shí)，折射率n嚴(yán)1.59。
應(yīng)該注意，參考圖3和4所描述的向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)也可以不依賴于 具有第一和第二光導(dǎo)板以及插入的低折射率層的光導(dǎo)裝置來使用。因
此這些向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)也可以與例如僅由單一固體材料構(gòu)成的光導(dǎo)板裝 置一起使用。
一般來說，參考圖4公開的概念因此包括具有光導(dǎo)板6和位于所 述光導(dǎo)板的第一主表面上的向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的一種光導(dǎo)裝置，該向內(nèi)耦 合結(jié)構(gòu)用于使光入射到所述光導(dǎo)板中，所入射的光通過全內(nèi)反射而至 少部分地限制于該光導(dǎo)板中，其中該向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)包括光學(xué)元件26， 該光學(xué)元件從所述第一主表面直立并具有透明的側(cè)面29，所述光學(xué)元 件在所述側(cè)面中間的寬度沿背對(duì)所述第 一主表面的方向減小。這些光 學(xué)元件因此在背對(duì)該主表面的方向上逐漸變細(xì)。這種向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)通 常不如參考圖3所描述的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。優(yōu)選向這些光學(xué)元件之間的任何
涂層。 ； 'p '、'
向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的一般思想是使大量的光能夠按照下面這種方式進(jìn) 入光導(dǎo)板6，所述方式為借助于全內(nèi)反射并且更小程度地借助于菲涅耳 反射使所進(jìn)入的光至少部分地限制在光導(dǎo)內(nèi)部。當(dāng)然，與圖3和4中 所示結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)也可以提供這種效果。
僅僅通過光學(xué)元件20、 26的所述透明側(cè)面而發(fā)生的選擇性光輸入 的功能不必是完美的。在一些應(yīng)用中，可以允許一些光通過除了直立 透明表面21、 29的表面而漏到該光導(dǎo)板中。另外，由例如反射器4 可以將開始由反射面元件22、 28或31反射的光隨后反射回來。由于
該反射器可以具有漫射性質(zhì)，所以反射回來的光按照下面這種方式再
循環(huán)，所述方式是使得所述光隨后仍可以成功進(jìn)入光導(dǎo)板6并因此可 以防止其損失掉。
圖5示出了在光導(dǎo)板7的第二主表面上的可能的向外耦合結(jié)構(gòu)的 第一個(gè)例子。該結(jié)構(gòu)可以以如上面參考圖3所描述的向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的 類似方式來提供。圖5中的向外耦合結(jié)構(gòu)的特征在于直立的光學(xué)元件 33以及位于相鄰光學(xué)元件33中間的傾斜鏡面反射箔元件34，所述光 學(xué)元件33具有直立的透明側(cè)面35a并與光導(dǎo)7光接觸。光學(xué)元件33 的上表面35和由箔元件34覆蓋的光導(dǎo)板7的表面區(qū)域可以保持是透 射的，因此不需要向該照明設(shè)備的光導(dǎo)板7的第二主表面或者與光學(xué) 元件33相關(guān)聯(lián)的任何表面涂敷反射涂層。該向外耦合結(jié)構(gòu)具有以下作 用，即其將光從導(dǎo)板7通過光學(xué)元件33的透明側(cè)面35a而引入到空氣 中，之后引出的光在以相對(duì)于光導(dǎo)板7的出射面法線的有限的方向角 范圍內(nèi)沿背對(duì)照明設(shè)備的方向上射出之前可能會(huì)經(jīng)歷從結(jié)構(gòu)箔元件34 的一次或多次鏡面反射。
圖6示出了向外耦合結(jié)構(gòu)的第二個(gè)例子，其與圖4中的向內(nèi)耦合 結(jié)構(gòu)類似。該結(jié)構(gòu)現(xiàn)在包括具有側(cè)壁37的直立的光學(xué)元件36(楔形肋 或例如錐體)，該側(cè)壁37具有相對(duì)于光導(dǎo)板7的第二主表面的法線所 成的角P。u,0。。上表面27可以保持是透射的。同樣的情況適用于相 鄰元件36中間的表面。但是在光導(dǎo)板7內(nèi)的光不具有支持從相鄰元件 36中間的表面發(fā)生全內(nèi)反射的角傳播特性的情況下，其可以成為優(yōu)選 的部分以向這些表面提供鏡面反射涂層以便防止光從中逃逸。
在另一個(gè)實(shí)施例中，圖6中的向外耦合裝置包括具有與該光導(dǎo)板 法線成角度P 。ut=21°的透明側(cè)面37的直立肋。這些肋的高度 h。ut=2mm，它們上表面的寬度d。ut=0mm。相鄰的肋之間的距離s。ut=0mm， 使得得到鋸齒形狀，因此向外耦合的肋36并排地設(shè)置在光導(dǎo)板7的第 二主表面上。
在光導(dǎo)板7內(nèi)的傳播光不具有支持從相鄰直立肋中間的光導(dǎo)板7 中的表面區(qū)域發(fā)生全內(nèi)反射的角傳播特性的一些應(yīng)用中，可以優(yōu)選向 這些表面區(qū)域提供鏡面反射涂層以防止光從中逃逸。另外，肋的高度 h。ut應(yīng)該足夠高以防止光導(dǎo)板7內(nèi)的傳播光線到達(dá)光學(xué)元件36的上表 面(如果提供的話)。后者的措施確保光將僅僅通過透明側(cè)面37從光 導(dǎo)板7射出并且將在那里變成被折射從而背對(duì)光導(dǎo)板7在有限的方向 角范圍內(nèi)射出。
應(yīng)該注意，參考圖6描述的向外耦合結(jié)構(gòu)可以不依賴于具有第一 和第二光導(dǎo)板以及插入的低折射率層的光導(dǎo)裝置來使用。該向外耦合 結(jié)構(gòu)因此也可以與例如單塊單板光導(dǎo)裝置一起使用。
一般來說，參考圖6公開的概念因此包括具有光導(dǎo)板7和位于光 導(dǎo)板主表面上的向外耦合結(jié)構(gòu)的照明裝置，向外耦合結(jié)構(gòu)用于從該照 明裝置輸出光并將該出射光的方向限制在相對(duì)于光導(dǎo)板主表面法線的 優(yōu)選角范圍內(nèi)，其中，該向外耦合結(jié)構(gòu)包括光學(xué)元件36，該光學(xué)元件 從所述主表面直立并具有透明側(cè)面37，所述光學(xué)元件在所述側(cè)面中間 的寬度沿背對(duì)所述主表面的方向減小。這些光學(xué)元件因此在背對(duì)該主 表面的方向上逐漸變細(xì)。這種向外耦合結(jié)構(gòu)一般不如參考圖5所描述 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
圖5和6中的向外耦合結(jié)構(gòu)的一般思想是提供光從第二光導(dǎo)板7 射出的有限的方向角范圍。在實(shí)際所關(guān)心的許多情況下，所射出的光 的角分布優(yōu)選是錐形的，即，其應(yīng)該提供在相對(duì)于光導(dǎo)的光發(fā)射主表 面的法線的有限角范圍內(nèi)的光發(fā)射。圍繞該主表面法線的光的錐形的 角分布與通常準(zhǔn)直的光輸出的角分布相對(duì)應(yīng)。
現(xiàn)在將舉例說明兩種情況。在第一種情況下，從一個(gè)或多個(gè)光源 射出的各向同性的光通過存在的光導(dǎo)裝置5而在一定程度上將其強(qiáng)度 橫向地均質(zhì)化并將其準(zhǔn)直。
當(dāng)如在圖4所標(biāo)出的那樣進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可將下面的參數(shù)用于向內(nèi) 耦合結(jié)構(gòu)Pin=18° 、 din=0 (在該向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件26上沒有 平頂)，hin=4mm。原則上可以4壬意地選擇sin，但是優(yōu)選sin>10mm， 以防止來自相鄰的向內(nèi)耦合光學(xué)元件的干涉。
第一光導(dǎo)板6具有折射率n，1.59 (聚碳酸酯)，并且中間層8具 有折射率n尸l. 0 (在中間的低折射率n層中的空氣)，而第二光導(dǎo)板 7具有折射率n3=l. 59 (聚碳酸酯)。
在向外耦合結(jié)構(gòu)中，其可以與圖6中所標(biāo)出的類似，選擇P。u^21 ° 、 s。ut=0mm (在相鄰的向外耦合元件之間不存在空間)、d。ut=0mm, 以及hout=2mm。
上面的參數(shù)產(chǎn)生準(zhǔn)直角為6 。=16°的發(fā)射的準(zhǔn)直光束。因此光從光
導(dǎo)裝置5在光導(dǎo)裝置5的發(fā)射的第二主表面的法線周圍的16°角錐內(nèi) 射出。
在第二種情況下，通過將間隙所構(gòu)成的中間層8中的油(n尸l. 50) 換成水(n2=l. 33)和/或空氣(n2=l. 0)來實(shí)現(xiàn)可調(diào)的準(zhǔn)直和/或可調(diào) 的光強(qiáng)度輸出，例如通過將不同的流體和/或空氣用泵推進(jìn)或抽出如上 所述的間隙來完成所述交換。
在向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)中，可以選擇U 、 din=5mm，以及hi,5mm。 原則上可以^壬意地選擇sin，但是優(yōu)選超過10mm。
第一和第二光導(dǎo)板6、 7的折射率選擇為ni=n3=l. 50 (例如聚甲基 丙烯酸甲酯，PMMA)。當(dāng)中間層8包含水時(shí)，其具有112=1.33。
在向夕卜耦合結(jié)構(gòu)中，可以選擇p。u,00 、 s。ut=4mm、 hout=2mm和 dovU=l. 5咖。
上面的參數(shù)以及水作為中間層8導(dǎo)致產(chǎn)生準(zhǔn)直角為6e=46°的發(fā) 射的準(zhǔn)直光束，使得光在與光導(dǎo)裝置5的發(fā)射的第二主表面的法線成 46°的角內(nèi)發(fā)射。
如果利用上面的參數(shù)，用油(n=l. 50)來代替水(n=l. 33)，那 么所發(fā)射的光變成Lamebertian漫射(但是在強(qiáng)度方面被橫向地均質(zhì) 化)且因此在如從該光導(dǎo)裝置的發(fā)射的第二主表面的法線所測量的90 °角內(nèi)(可選擇的準(zhǔn)直)射出。
如果利用上面的參數(shù)，用空氣(n=l. 0)來代替油或水，那么從該
光導(dǎo)裝置不發(fā)射光(可選擇的發(fā)射強(qiáng)度)。
如在上文中提到的，在光導(dǎo)裝置5的整個(gè)表面或其分段的部分中 可以替換中間層中的介質(zhì)。介質(zhì)可以具有顏色，從而使穿過這些介質(zhì) 的(白色)光也變成有色的。
該向外耦合結(jié)構(gòu)也可以包括雙折射材料，其至少在某種程度上允 許所發(fā)射的光流量的偏振，即一種偏振的光比另一種偏振的光更容易 從光導(dǎo)板射出。這在LCD應(yīng)用中可能是有用的。"錯(cuò)誤的"偏振光， 其不從光導(dǎo)發(fā)射，可以隨后被允許從漫反射器反射，導(dǎo)致產(chǎn)生不同的 偏振。這種向外耦合層本身在WO 2003/027568和WO 2003/078892中公開。
圖7示出了利用根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的顯示系統(tǒng)。該照明設(shè)備 38用作透射的LCD板39的背后照明裝置。這可以應(yīng)用在例如計(jì)算機(jī)監(jiān)
視器或LCD-TV中。當(dāng)然，其他應(yīng)用也是可能的，如一般的室內(nèi)照明。 總之，本發(fā)明涉及具有光導(dǎo)裝置的照明設(shè)備，其中來自至少一個(gè) 光源的入射光傳播通過光導(dǎo)裝置并借助于全內(nèi)反射而至少部分地限制 于該光導(dǎo)裝置中。該光導(dǎo)裝置包括第一和第二光導(dǎo)板以及中間層，該 中間層的折射率低于所述第一光導(dǎo)板的折射率，所述第一光導(dǎo)板設(shè)置 為接收來自所述至少一個(gè)光源的光。該光導(dǎo)裝置提供了改進(jìn)的橫向光 強(qiáng)度平均化效果，從而使得光從該照明設(shè)備的輸出面更均勻地發(fā)射， 即使所述至少一個(gè)光源是點(diǎn)狀或線狀的。
本發(fā)明不限于上文中描述的實(shí)施例。其能夠在隨附的權(quán)利要求的 范圍內(nèi)以不同的方式而改變。
權(quán)利要求
1.一種照明設(shè)備，其包括平坦的光導(dǎo)裝置(5)，其具有第一和第二主表面并設(shè)置為接收來自至少一個(gè)光源的光并且通過全內(nèi)反射而將光至少部分地限制于其中，以及在第二主表面處的用于將光從該光導(dǎo)裝置(5)向外耦合的向外耦合結(jié)構(gòu)(10)，其中所述光導(dǎo)裝置包括第一(6)和第二(7)平行光導(dǎo)板，該第一光導(dǎo)板(6)設(shè)置為接收來自光源的光，該第二光導(dǎo)板(7)包括所述向外耦合結(jié)構(gòu)(10)，以及在第一和第二光導(dǎo)板之間的至少一個(gè)中間層(8)，所述中間層具有比第一光導(dǎo)板低的折射率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，包括至少一個(gè)光源(14), 其設(shè)置為提供光通過第一光導(dǎo)板(6)的一個(gè)邊緣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，包括至少一個(gè)光源(1，2，3)， 其設(shè)置為提供光通過第一光導(dǎo)板(6)的主表面，其中所述主表面包括 向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)(9)并構(gòu)成所述平坦的光導(dǎo)裝置的所述第一主表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明設(shè)備，包括反射器(4)，其中所 述第一主表面和所述反射器(4 )基本上圍繞所述至少一個(gè)光源 (1,2， 3)。
5. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照明設(shè)備，其中該向外耦合 結(jié)構(gòu)(10)包括雙折射材料。
6. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照明設(shè)備，其中將第一和第 二光導(dǎo)板(6，7)間隔開以在其間形成至少一個(gè)間隙，所述間隙構(gòu)成所 述中間層并且由至少一段組成，所述段位于相鄰的間隔元件之間，這 些間隔元件具有與所述間隙的間隔基本上相同的高度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明設(shè)備，其中所述段用至少部分透明 的介質(zhì)所組成的組中的至少一種成分填充，所述至少部分透明的介質(zhì) 包括氣體、液體和固體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明設(shè)備，其中所迷成分是可動(dòng)的并且 能夠與另一種成分交換。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的照明設(shè)備，其中所述成分是有色的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7、 8或9所述的照明設(shè)備，包括許多段，其中
11.根據(jù)前』任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照明設(shè)備:5其中該照明設(shè)備設(shè)置為作為背后照明裝置向透射的LCD板(39)提供光。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其中該照 明設(shè)備設(shè)置為作為光瓦而提供用于一般照明目的的光。
13. —種照明裝置，其包括光導(dǎo)板(6)和位于所述光導(dǎo)板的第一 主表面上的向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)，該向內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)用于使光入射到所述光導(dǎo) 板，入射光通過全內(nèi)反射而至少部分地限制于該光導(dǎo)板中，其中該向 內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)包括光學(xué)元件(26)，該光學(xué)元件從所述第一主表面直立 并具有透明側(cè)面(29)，所述光學(xué)元件在所述側(cè)面中間的寬度沿背對(duì) 所述笫一主表面的方向減小。
14. 一種照明裝置，其包括光導(dǎo)板(7)和位于光導(dǎo)板主表面上的 向外耦合結(jié)構(gòu)，該向外耦合結(jié)構(gòu)用于從所述光導(dǎo)板輸出并準(zhǔn)直光，其 中，該向外耦合結(jié)構(gòu)包括光學(xué)元件(36)，該光學(xué)元件從所述主表面 直立并具有透明側(cè)面(37)，所述光學(xué)元件在所述側(cè)面中間的寬度沿 背對(duì)所述主表面的方向減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明設(shè)備，其包括光導(dǎo)裝置，其中使至少一個(gè)光源的入射光被傳播通過并且通過全內(nèi)反射而將光至少部分地限制于該光導(dǎo)裝置中。該光導(dǎo)裝置包括第一(6)和第二(7)光導(dǎo)板以及中間層(8)，所述中間層具有比所述第一光導(dǎo)板(6)低的折射率，所述第一光導(dǎo)板(6)設(shè)置為接收來自所述至少一個(gè)光源的光。第二(7)光導(dǎo)板包括向外耦合結(jié)構(gòu)(10)以從該照明設(shè)備輸出光并將其準(zhǔn)直。該光導(dǎo)裝置提供改進(jìn)的橫向光強(qiáng)度的平均化效果，從而使光更均勻地從該照明設(shè)備的輸出面射出，即使所述至少一個(gè)光源是點(diǎn)狀或線狀的。
文檔編號(hào)G02B6/00GK101185015SQ200680018635
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者D·K·G·德博爾, J·馬拉 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司