專利名稱：具有壓印的磷光體的光波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背光裝置(back light)，其用于小鍵盤、鍵盤、顯 示器和其他電子設(shè)備(這里集體稱為"顯示器")，尤其涉及一種將磷 光體壓印到光波導(dǎo)的至少一個主表面的光波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
邊緣照明板在現(xiàn)有技術(shù)中已被知曉很久；例如，美國專利 3,027,669 (Hardesty)和3,356,839 (Mehess等人)。邊緣照明小鍵 盤也是現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的。例如，美國專利3,892,959 ( Pulles )公 開了用于接收發(fā)光二極管(LED)的外圍腔；美國專利4，177，501 (karlin)公開了一種用于接收光源的外圍腔；美國專利4,247,747 (Swatten)公開了光學(xué)地耦合到具有7密耳(0.18mm)厚度的聚酯 板的LED;以及美國專利5，975，711 (Parker等人)乂/^開了 一種耦合 到光源的導(dǎo)光板。
在現(xiàn)有技術(shù)中已被知曉很久的是，將磷光或者熒光材料添加到用 于將發(fā)射光中的一些從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長的光發(fā)射裝置；例 如，參見美國專利3，510，732 (Amans)。這個過程就是所謂的級 聯(lián)；例如，參見美國專利2,476,619 (Nicoll)。在現(xiàn)有技術(shù)中雙級聯(lián) 也被知曉；例如，參見美國專利6,023,371 (Onitsuka等人)。為了 以不同的波長產(chǎn)生光， 一些光必須被吸收，從而減小亮度。僅僅吸收 光的一種染料，雖然有用，但通常不如磷光或熒光材料一樣令人滿 意。
美國專利4,183,628 (Laesser等人)公開了一種手表，該手表是 被光源背面照明的，該光源耦合到在它的下表面具有劃痕的毛玻璃的 邊緣，從而通過顯示器使光重定向到向上的方向。美國專利5,396,406 (Ketchpel)公開了一種背光裝置，該背光裝置包括通過紫 外燈邊緣照明的光波導(dǎo)。位于丙烯酸的"分布板(distributor plate)，，內(nèi)的阱中的磷吸收紫外光并且發(fā)射紅光或綠光或藍光。美國 專利5,550,676 (Ohe等人)公開了 一種邊緣照明的光波導(dǎo)，該光波 導(dǎo)在主表面上具有分級特征，用來補償離光源的距離。美國專利 5,384,658 ( Ohtake等人)、5,477,422 ( Hooker等人)和6,386,721 (Hosseini等人)也公開了光波導(dǎo)中的分級的散光特征。美國專利 6,528,937 (Van Gorkom)公開了 (圖3,4)裝置，其用于選擇性地 從光波導(dǎo)提取紫外光并通過覆蓋該光波導(dǎo)的磷光體耦合該光。美國專 利6,717,348 (Takahashi)公開了 (圖8)用來選擇性地從光波導(dǎo)提 取光并通過覆蓋該光波導(dǎo)的磷光體耦合該光的裝置。美國專利 7，036，946 (Mosier)公開了 (圖7)用于液晶顯示器的背光裝置。該 背光裝置包括光波導(dǎo)，該光波導(dǎo)在第一主表面上具有光提取元件，并 且在第二 (相對)主表面上具有磷光體層。該光提取元件通過第一主 表面沒有被均勻分布。發(fā)射可見光的LED和發(fā)射紫外光的LED的 混合體位于光波導(dǎo)的邊緣。美國^^開的專利申請2006/0254894公開 了一種在光波導(dǎo)下面的散光特征和與該特征相鄰的反射器。
美國專利6，428，756 (Barnes)公開了嵌入到光波導(dǎo)邊緣的磷光 體。外部的紫外光源使磷光體發(fā)射可見光到光波導(dǎo)中。Merriam-Webster，s Collegiate字典定義"embed (嵌入)，，為"to enclose closely in or as if in a matrix<fossils embedded in stone;>fe to surround closely<a sweet pulp embeds the plum seed〉(緊緊地包圍或者好象在 一個基質(zhì)當(dāng)中 <嵌入石頭中的化石 >被緊緊圍繞<甜漿嵌入在杏仁中 >。"American Heritage字典定義"embed (嵌入)"為"l. a. To fix firmly in a surrounding mass; b. To enclose in a matrix; 2. To enclose snugly or firmly; 3. To make an integral part of(l.a.在一個包圍的物 質(zhì)中被緊緊地固定；b.被包圍在一個基質(zhì)當(dāng)中；2.緊貼地或牢固地 被包圍；3.使作為不可缺少的一個部分)"。
正如這里所使用的，"印制，，是指壓制在板的表面上。具體地說，磷光體被"印制，，在透明板上但沒有被該板包圍。換句話說，磷光體沒 有被嵌入到板中。請注意，磷光體被印制在表面上，而不是含有磷光 體的墨或者介質(zhì)被印制在表面上。
正如這里所使用的，"透明"不是指光傳輸?shù)囊粋€特定水平。除了 其它因素以外，光傳輸?shù)暮线m的量依賴于光波導(dǎo)的大小(最大尺 寸)。
光波導(dǎo)是對直接放置在被背面照明的顯示器的后面的LED的重 要改進。光波導(dǎo)提供更加均勻的照明，減小厚度和降低成本。即使如 此，還有具有"熱點"(眩光)的問題例如，在光從光源被耦合到光 波導(dǎo)的地方。
在光波導(dǎo)的邊緣處， 一些光不會以全內(nèi)反射所需的角度進入光波 導(dǎo)，從而產(chǎn)生不滿意的雜散光。雜散光能夠在光波導(dǎo)邊緣處被掩模、 狹縫或者準(zhǔn)直器吸收，但這增加了成本。
典型的，使用一個光波導(dǎo)來背面照明整個顯示器，這意味著整個 顯示器具有相同的顏色。顯示器的不同的顏色部分可通過使用染料、 濾波器或者其它裝置來獲得，這些都增加了背光裝置的成本和復(fù)雜 性。
改變現(xiàn)有技術(shù)中的包括光提取特征的光波導(dǎo)以適應(yīng)設(shè)計的變化是 困難的、昂貴的。期望一種制作用于背光照明顯示器的光波導(dǎo)的更簡 單、更便宜的方法。
綜上所述，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種光波導(dǎo)，其中，磷 光體既作為光提取特征又作為光轉(zhuǎn)換特征。
本發(fā)明的另 一個目的是提供一種用于在光波導(dǎo)的表面上設(shè)置磷光 體的方法。
本發(fā)明的更進一步的目的是提供一個具有明顯降低的雜散光或眩 光的邊緣照明的光波導(dǎo)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個比現(xiàn)有技術(shù)的光波導(dǎo)具有更簡單 的結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)。
本發(fā)明的更進一步的目的是提供一個比現(xiàn)有技術(shù)的光波導(dǎo)的生產(chǎn)成本更低的光波導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
前面所述的目的通過本發(fā)明被實現(xiàn)，其中， 一種光波導(dǎo)包括透明 板和印制在透明板上的磷光體，該透明板在至少一個方向上顯示全內(nèi) 反射。當(dāng)該板被邊緣照明時，磷光體從透明板中提取光，并將該光從 一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長。磷光體被壓制到板的表面上。


本發(fā)明更加完整的理解可通過結(jié)合附圖考慮下面詳細的說明來獲
得，在附圖中
圖1-4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的用于制作光波導(dǎo)的 步驟；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例構(gòu)造的光波導(dǎo)的截面圖； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的光波導(dǎo)的操作。 圖7是具有根據(jù)本發(fā)明的可選實施例構(gòu)造的光波導(dǎo)的顯示器的截 面圖；和
圖8-11示出了根椐本發(fā)明的可選實施例的用于制作光波導(dǎo)的步驟。
具體實施例方式
圖1中，光波導(dǎo)10包括透明板11,如玻璃或者聚合物，如聚偏 氟乙烯(PVDF)，聚脂，或者乙烯；優(yōu)選是聚碳酸酯。透明板的厚 度取決于應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造光波導(dǎo)使用具有5、 7和10密耳 (0.13mm、 0.18mm和0.25mm )厚度的板。其它的厚度也能夠使 用。所需要的特性不是聚碳酸酯和厚度，而是在至少一個方向上的全 內(nèi)反射。為了方便起見，使用術(shù)語"板"。光波導(dǎo)可以是棒、圓錐、圓 柱或者其它形狀。本文中提及的幾何形狀在物理意義上被理解，而不 是在數(shù)學(xué)意義上被理解，例如，圓柱是沒有厚度的表面。正如現(xiàn)有技術(shù)中，全內(nèi)反射需要光波導(dǎo)的折射率高于周圍材料的 折射率。現(xiàn)有技術(shù)中已知，通過用具有比光波導(dǎo)的折射率明顯低的折 射率的材料包覆光波導(dǎo)來提高全內(nèi)反射?？蛇x的，對光波導(dǎo)施加反射 涂層以在光波導(dǎo)內(nèi)反射光是公知的。雖然工藝上不是全內(nèi)反射，但結(jié) 果類似，并在本發(fā)明按全內(nèi)反射處理。
當(dāng)獲得全內(nèi)反射時，光線不會從光波導(dǎo)的主表面發(fā)出。光提取 "特征"必須被加入以破壞反射并導(dǎo)致折射。在現(xiàn)有技術(shù)中，類似特征 包括粗化光波導(dǎo)表面或在光波導(dǎo)表面上形成溝槽或其它不連續(xù)部分。 按照本發(fā)明的一方面，磷光體被用作提取特征。
按照本發(fā)明的另一方面，磷光體是至少部分紫外激活的。即，磷 光體吸收紫外光并將該光轉(zhuǎn)換為可見光鐠中的長波長。在本領(lǐng)域中公 知有許多這樣的磷光體，例如熒光燈中使用的磷光體。磷光體能被混 入以獲得那些似乎是虛擬的任何期望的顏色。(磷光體以離散的線發(fā) 射，并非象白熾燈那樣發(fā)出的連續(xù)光譜。因而，可以通過將兩種或多 種不同的顏色混合以形成第三種顏色來獲得給定的顏色，例如，混合
紅光和綠光以形成黃光。)在本發(fā)明的一個實施例中，使用YAG:Ce 磷光體(摻有鈰的釔鋁石榴石(Y3A15012))。
通過級聯(lián)磷光體也能獲得期望的顏色。為此，例如， 一種磷光體 吸收紫外光并發(fā)出藍光。例如，第二種磷光體吸收藍光并發(fā)出紅光。 這并非足夠有效地直接進行轉(zhuǎn)換，但也是有用的。
粘合劑層通過區(qū)域12和14來表示，優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷被沉積在 板11上。 一種合適的粘合劑是"ThreeBond"可紫外固化的粘合劑， 型號30N-066。使用的很少。在本發(fā)明的一個實施例中，粘合劑層被 沉積到厚度近似1密耳(0.025mm)。粘合劑的目的是將磷光體保持 在合適的位置上直到通過使選定區(qū)域具有粘性來印刷?？梢允褂谜澈?劑來改變厚度。最小的有效厚度是優(yōu)選的。
如圖2所示，磷光體被沉積在板11的表面上。表面的一些部分 被粘合劑涂敷并且其它部分并未涂敷。額外的磷光體被去除；例如通 過傾斜或顛倒板11。磷光體具有大于2微米的顆粒尺寸并且不是所有的磷光體都是相同尺寸的。圖3示出去除額外磷光體后的光波導(dǎo) 10。
圖4示出印刷步驟，其中加熱滾筒(heated platen) 41加熱至少 透明板11的上表面到板的軟化溫度。對于聚碳酸酯板，在120°C-140。C范圍內(nèi)的溫度可以成功采用。當(dāng)上表面接近軟化溫度時，滾筒 41將磷光體顆粒壓入板11的上表面。在滾筒上的力依賴于被印刷的 磷光體的面積。
這些磷光體顆粒并未嵌入透明板中。因為這些顆粒穿透透明板 11的表面或使透明板11的表面變形，使全內(nèi)反射所需的條件不存 在，如圖6所示。但是，對于磷光體，光線經(jīng)過板11內(nèi)部并入射到 磷光體位置的凹凸不平表面將會被折射?？商鎿Q地，光入射到磷光體 上被吸收并重新發(fā)射出不同于入射光波長的波長的光。
按照本發(fā)明的另一方面，光源61優(yōu)選為邊緣發(fā)射的發(fā)光二極管 (LED)。通過邊緣發(fā)射LED發(fā)出的光發(fā)散小于表面發(fā)射LED發(fā) 出的光。光源61發(fā)出紫外光并且磷光體將入射光轉(zhuǎn)化為可見光。以 波長365、 395、 405或460納米發(fā)光的邊緣發(fā)射LED是可以購買 的，并適于在本發(fā)明中采用。雜散光是非可見光并且低強度。可任選 的保護層62和63具有低于板64的折射率。適宜的材料為偏二氟乙 烯樹脂，如以名稱Kynar Flex 2500-20 "Superflex"所銷售的。
圖7示出具有背光裝置的顯示器，該背光裝置在兩個表面上壓印 有磷光體。顯示器70包括透明板71，該透明板71在其上表面上壓 印有磷光體區(qū)域76和77,在其下表面上壓印有磷光體區(qū)域75。近似 對準(zhǔn)的磷光體區(qū)域72為圖示76。近似對準(zhǔn)的磷光體區(qū)域73為圖示 77。圖示76和77可以被形成在分離的層上或壓印在保護層74上。 反射區(qū)域78，例如鋁箔薄層，被沉積在保護層79上，如通過熱壓 印。
在操作時，來自光源83的紫外光直接經(jīng)過或通過全內(nèi)反射經(jīng)過 透明板71的主表面之間，直到其被磷光體顆粒截獲。磷光體將紫外 光轉(zhuǎn)換為可見光，并且可見光從板71的主表面被發(fā)射出?？梢圆捎梅瓷鋵觼硎构鈨?yōu)選從一個主表面如板71的上表面被發(fā)射出。光進入 顯示器81，從而背面照明顯示器。
圖8為板84的截面圖，該圖表示按照本發(fā)明的一個可選實施例 來壓印鱗光體。如圖9所示，磷光體顆粒被沉積在板84的表面上。 與圖2的實施例中一樣，磷光體具有大于2微米的顆粒尺寸并且不是 所有的磷光體都是相同尺寸的。通過使用刀片或輥子或通過從稍微類 似用于散播草種的散布機的槽中進行散布，使磷光體顆粒分布在板 84的表面上，并且隨后振動板。
圖9示出壓印步驟，其中加熱滾筒87加熱至少透明板84的上表 面到板的軟化溫度。加熱滾筒87被壓花有期望的磷光體區(qū)域的圖 案。具體地說，加熱滾筒87包括在其下部的凸起區(qū)域88和89，對 應(yīng)于印制區(qū)域。當(dāng)上表面接近軟化溫度時，滾筒87將磷光體顆粒壓 入板84的上表面中。
凸起區(qū)域接近板84將使那些區(qū)域的溫度提升到略高于板表面的 其它區(qū)域的溫度，即使是整個板表面在被加熱。磷光體將只被壓印到 由凸起區(qū)域88和89限定的區(qū)域。磷光體顆粒并未嵌入到透明板中。 未壓印到板84上的磷光體顆粒可以通過傾斜或通過真空來很容易地 被去除。圖11示出具有用作光提取和光轉(zhuǎn)換特征的磷光體區(qū)域91和 92的最終的光波導(dǎo)。
因而，本發(fā)明提供一種光波導(dǎo)，其中，磷光體既作為光提取特征 也作為光轉(zhuǎn)換特征。該光波導(dǎo)顯著地減少雜散光或眩光。提供了一種 新穎的方法來將磷光體設(shè)置在光波導(dǎo)的表面上，并且該光波導(dǎo)比現(xiàn)有 技術(shù)中的光波導(dǎo)具有更簡單的結(jié)構(gòu)和更低的成本。光波導(dǎo)的表面僅僅 被壓印磷光體而變形，因而減小來自磷光體區(qū)域的雜散光。
以上描述了本發(fā)明，在本發(fā)明的范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很 容易地做出各種變型。例如，磷光體能被粘附到壓印磷光體的滾筒 上。除了粘合劑以外，可以使用靜電電荷將磷光體顆粒保持在表面直 到這些顆粒被壓印到透明板上。磷光體和粘合劑能組合為墨并以期望 的圖案被一起絲網(wǎng)印刷。加熱可以是局部的，并非光波導(dǎo)的整個表面。例如，局域激光加熱能被用作軟化光波導(dǎo)，因而使選定區(qū)域具有
粘性。并非每一個磷光體區(qū)域都具有同樣的砩光體或磷光體混合物； 也就是，每個區(qū)域能產(chǎn)生獨特的顏色。用作光波導(dǎo)的材料由透明度和 相對于磷光體能夠容忍的最高溫度的軟化溫度來決定。掩膜、狹縫或 準(zhǔn)直器能被包括到按照本發(fā)明構(gòu)造的光波導(dǎo)中。保護層可以是透明 的、半透明的、帶色彩的或包括圖形或級聯(lián)磷光體的，或它們的組 合。盡管在描述中用了術(shù)語"背光裝置"，但這只是為了方便描述并不 作為本發(fā)明的限制。按照本發(fā)明構(gòu)造的光波導(dǎo)能被用作前燈。盡管在 滾筒87上的壓花區(qū)域以矩形截面來圖示，但這只是示意性的。例 如，其角部可以具有半徑并且截面可以是梯形的或楔形。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)，包括透明板，其在至少一個方向上顯示全內(nèi)反射；印制在所述透明板上的磷光體，當(dāng)該板被邊緣照明時，所述磷光體從所述透明板中提取光，并將該光從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長。
2. 如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述透明板是聚碳酸
3. 如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)進一步包括發(fā)射紫 外光的光源。
4. 如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)，其中，所述磷光體是磷光體混 合物。
5. —種背面照明的顯示器，包括 顯示器；光波導(dǎo)，其具有面對所述顯示器的主表面和邊緣；光源，其光學(xué)耦合到所述光波導(dǎo)的邊緣；以及壓印到所述主表面上的磷光體，當(dāng)透明板被所述光源邊緣照明 時，所述磷光體從該板中提取光，并將該光從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個 波長。
6. 如權(quán)利要求5所述的背面照明的顯示器，其中，所述光波導(dǎo) 走豕硬吸0日。
7. 如權(quán)利要求5所述的背面照明的顯示器，其中，所述光源發(fā) 射紫外光。
8. 如權(quán)利要求5所述的背面照明的顯示器，其中，所述磷光體 是磷光體混合物。
9. 如權(quán)利要求5所述的背面照明的顯示器，其中，所述磷光體 位于所述主表面的至少兩個區(qū)域上。
10. 如權(quán)利要求9所述的背面照明的顯示器，其中，在第一區(qū)域 中的磷光體不同于在第二區(qū)域中的磷光體。
11. 一種用來制作光波導(dǎo)的方法，該光波導(dǎo)選擇性地從主表面發(fā)射光，所述方法包括以下步驟 將磷光體施加到所述表面上；在選定的區(qū)域處將所述磷光體壓制到所述主表面中，以破壞該區(qū) 域的反射。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述的施加的步驟通過 以下步驟執(zhí)行將粘合劑施加到所述主表面的至少一部分以限定所述選定的區(qū)域。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述的施加粘合劑的步 驟包括以下步驟將粘合劑施加到所述主表面的幾個部分。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述的施加的步驟包括 施加一種以上的磷光體的步驟。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述的壓制的步驟通過 以下步驟執(zhí)行至少在所述選定的區(qū)域處加熱所述表面。
全文摘要
一種光波導(dǎo)包括透明板，其在至少一個方向上顯示全內(nèi)反射和壓印在透明板上的磷光體。當(dāng)該板是邊發(fā)光時磷光體從透明板上提取光，并將該光從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長。在加熱板到它的軟化的溫度后，磷光體被壓印到板的表面。
文檔編號G02F1/13GK101551486SQ20081021387
公開日2009年10月7日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者O·O·桑切斯 申請人:世界產(chǎn)權(quán)公司