專利名稱：超薄光學(xué)面板和用于制造所述面板的方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)是序列號(hào)為09/145,411，申請(qǐng)日為8/31/98，名稱為“Ultrathin Display Panel”的美國(guó)專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)。有關(guān)聯(lián)邦資助的研究及開發(fā)的聲明本發(fā)明是在和美國(guó)能源部簽訂的合同號(hào)DE-AC02-98CH10886下利用政府的支持作出的。在本發(fā)明中，政府享有一定的權(quán)利。
背景描述光學(xué)屏幕一般使用陰極射線管(CRT)把圖像投射到該屏幕上。標(biāo)準(zhǔn)的屏幕具有4∶3的寬高比，垂直分辨率為525條線。電子束在整個(gè)屏幕上沿水平和垂直方向掃描，從而形成大量的像素，這些像素集中起來便形成圖像。
常規(guī)的陰極射線管的制造受到尺寸的限制，并且具有相當(dāng)大的厚度，以便容納所需的電子槍。其中包括多種形式的圖像投影的較大的屏幕是可以得到的，但是，這種屏幕具有許多看得見的缺點(diǎn)，其中包括有限的視角，分辨率，亮度和對(duì)比度，并且這種屏幕一般在重量和形狀方面相當(dāng)不理想。此外，需要一種呈現(xiàn)黑色的任何尺寸的屏幕，以便改善觀看對(duì)比度。然而，對(duì)于直視的CRT，完全成為黑色是不可能的，因?yàn)樗鼈兝昧坠怏w形成圖像，而這些磷光體不是黑色的。
通過疊層許多波導(dǎo)可以制造光學(xué)面板，其中的波導(dǎo)限定一個(gè)楔形，并沿著楔形的底部具有一窄的入口面，相對(duì)于入口面傾斜地設(shè)置有垂直的出口屏。這種面板可以具有比其寬度和高度薄的厚度，并且可以把波導(dǎo)的包覆層制成黑色的，從而增加黑色的表面積，但是這種面板可能需要昂貴而復(fù)雜的投影設(shè)備用于在整個(gè)窄的入口面上分配成像光，所述設(shè)備使得面板的總的尺寸增加。
因此，需要一種光學(xué)面板，其具有相應(yīng)于疊層的波導(dǎo)面板的優(yōu)點(diǎn)，而不需要使用昂貴和復(fù)雜的投影設(shè)備，也不會(huì)由于使用這種設(shè)備而增加尺寸。
本發(fā)明的目的還在于一種用于制造超薄光學(xué)面板的方法。所述方法包括垂直地疊層多個(gè)玻璃片，所述玻璃片可以被涂敷透明的涂層物質(zhì)，也可以不被涂敷，使用環(huán)氧或紫外線黏合劑把多個(gè)疊層的涂敷玻璃片固定在一起，對(duì)所述層疊體施加均勻的壓力，固化所述層疊體，鋸所述層疊體，從而在層疊體的一側(cè)形成一入口面，在層疊體的相對(duì)側(cè)形成一出口面，把所述耦合器連接在層疊體的入口面上，并且把其上連接有耦合器的層疊體固定到一個(gè)矩形的殼體內(nèi)，所述殼體具有和出口面對(duì)準(zhǔn)的前開口，并且所述矩形殼體中具有在光學(xué)上和耦合器對(duì)準(zhǔn)的光發(fā)生器。
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，例如需要使用昂貴而復(fù)雜的投影設(shè)備，其中借助于通過一個(gè)小于出口面的表面積的表面積提供一個(gè)光入口，所述光入口足夠大，并且是對(duì)稱的，使得足以不需要使用昂貴的投影設(shè)備。本發(fā)明同時(shí)保留了相應(yīng)于疊層的波導(dǎo)面板的優(yōu)點(diǎn)，例如具有改進(jìn)的對(duì)比度和小的深度。
本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點(diǎn)從下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說明可以清楚地看出。
發(fā)明詳述應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的這些附圖和說明已被簡(jiǎn)化，以說明適于清楚地理解本發(fā)明所需的相關(guān)元件，同時(shí)為清楚起見省去了許多在典型的光學(xué)顯示面板中遇到的其它元件。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解，為了實(shí)施本發(fā)明，其它這些元件是所希望的和/或所要求的。不過，由于這種元件在本領(lǐng)域中是公知的，并且因?yàn)樗鼈儫o助于更好地理解本發(fā)明，所以在此并不提供對(duì)這些元件的討論。
圖1是說明光學(xué)面板10的示意的軸側(cè)圖。光學(xué)面板10包括多個(gè)波導(dǎo)10a，其中每個(gè)波導(dǎo)10a的一端形成該波導(dǎo)的入口，每個(gè)波導(dǎo)10a的相對(duì)端形成該波導(dǎo)10a的出口，發(fā)光系統(tǒng)12，殼體14，其中設(shè)置有發(fā)光系統(tǒng)12和多個(gè)波導(dǎo)10a，以及耦合器16。
每個(gè)波導(dǎo)10a水平地延伸，多個(gè)疊層的波導(dǎo)10a垂直地延伸。多個(gè)入口端限定用于接收?qǐng)D像光22的入口面20。多個(gè)出口端限定用于顯示圖像光22的和入口面20基本上平行的出口面24，光22例如但不限于以視頻圖像22a的形式顯示。
殼體14的高度和寬度的尺寸大于發(fā)光系統(tǒng)12和多個(gè)波導(dǎo)10a的組合，以便能夠把發(fā)光系統(tǒng)和多個(gè)波導(dǎo)10a設(shè)置在其中。殼體14具有一個(gè)前方開口，用于觀看出口面24，并從殼體14的前方開口向背面看去具有一個(gè)閉合的深度D。
發(fā)光系統(tǒng)12提供通過波導(dǎo)10a被觀看的光。發(fā)光系統(tǒng)12包括光源30，和用于把來自光源的入射光22改變成為進(jìn)入耦合器16的光的改變光的方向的元件32，所述改變光的方向的元件32和耦合器16相結(jié)合，使得能夠減少殼體14的深度D。這發(fā)生在配置改變光的方向的元件32，用于使來自光源30的光轉(zhuǎn)向而進(jìn)入耦合器16，然后急劇地使光22轉(zhuǎn)折而進(jìn)入波導(dǎo)10a的情況下，所述光源30被設(shè)置在殼體14內(nèi)，靠近且平行于多個(gè)波導(dǎo)10a的垂直層疊體。耦合器16最好被構(gòu)成用于使圖像光以大約45°到90°的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)折，以便通過多個(gè)波導(dǎo)10a產(chǎn)生近似水平的傳輸。發(fā)光系統(tǒng)12也可以包括調(diào)制器和成像光學(xué)系統(tǒng)。發(fā)光系統(tǒng)12將參照?qǐng)D2更詳細(xì)地進(jìn)行說明。
入口面20和出口面24的平行的表面使得面板10和封閉的殼體14能夠具有超薄的深度。面板10具有標(biāo)準(zhǔn)的厚度T，其是在入口面20和出口面24之間波導(dǎo)10a的深度，并且厚度T大大小于出口面24的高度H和寬度W。面板10可以構(gòu)成例如寬高比為4∶3或16∶9的電視面板。對(duì)于高度H大約為100cm，寬度W大約為133cm的情況，本發(fā)明的面板的厚度T大約為1cm。深度D可以按照厚度T而改變，但是，在上述的實(shí)施例中，殼體14的深度D最好不大于大約12cm。
圖2是一超薄光學(xué)面板10的截面?zhèn)纫晥D。面板10包括多個(gè)疊層的波導(dǎo)10a，發(fā)光系統(tǒng)12，耦合器16和殼體14。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光系統(tǒng)12包括投影器60，其在光學(xué)上和改變光的方向的元件32對(duì)準(zhǔn)。圖像被投射到改變光的方向的元件32上，然后被改變?yōu)槌蝰詈掀?6的方向，以便通過波導(dǎo)10a進(jìn)行傳輸，在出口面24上顯示。在優(yōu)選實(shí)施例中，投影器60被設(shè)置在靠近入口面20的頂部，用于基本上和出口面平行地透射圖像光22，并和出口面離開一個(gè)足以使圖像光22從改變光的方向的元件32轉(zhuǎn)折進(jìn)入耦合器16，以便通過波導(dǎo)10a進(jìn)行傳輸。
投影器60可以包括用于產(chǎn)生光22的合適的光源30。光源30可以是例如燈泡、透射式投影器、視頻投影器，或激光器。投影器60還可以包括調(diào)制器62，用于把光22調(diào)制成為圖像22a。調(diào)制器62例如可以是常規(guī)的液晶顯示器(LCD)，數(shù)字微鏡器件(DMD)，GLV，激光光柵掃描器，PDLC,LCOS,MEMS，或CRT。投影器60還可以包括合適的成像光學(xué)系統(tǒng)64，用于在改變光的方向的元件32上水平和垂直地分配或擴(kuò)展圖像光22，以便在正確的聚焦下向耦合器16進(jìn)行傳輸。成像光學(xué)系統(tǒng)64可以包括聚焦透鏡和擴(kuò)束透鏡以及反射鏡?？梢允褂靡粋€(gè)或幾個(gè)發(fā)光系統(tǒng)12，例如使用2到4個(gè)這種系統(tǒng)，用于對(duì)耦合器16的一個(gè)或幾個(gè)部分提供光。對(duì)于成像光學(xué)系統(tǒng)64和改變光的方向的元件32，可以使用擴(kuò)束透鏡，用于沿水平和垂直方向把圖像光擴(kuò)展到耦合器16上。此外，可以使用合適的光柵系統(tǒng)作為發(fā)光系統(tǒng)12，借助于使圖像光22沿水平和垂直方向在耦合器16上形成光柵而形成圖像。
在所述的實(shí)施例中，光22最初從投影器60在殼體14內(nèi)部垂直向下地被投射到設(shè)置有改變光的方向的元件32的殼體14的底部，然后，改變光的方向的元件32把圖像光22的方向以一個(gè)小的銳角改變?yōu)榇怪毕蛏?，以便把圖像光擴(kuò)展在耦合器16的整個(gè)暴露的表面上。在優(yōu)選實(shí)施例中，投影器60可以設(shè)置在入口面20的下方而不設(shè)置在其后面。
圖像光在耦合器16上的可允許的入射角由耦合器16使光22偏轉(zhuǎn)進(jìn)入面板10的入口面20的能力確定耦合器16的偏轉(zhuǎn)能力越大，投影器60可以越靠近耦合器60安裝，以便減少殼體14的所需深度D。
圖3示意地表示一超薄光學(xué)面板10的水平截面和垂直截面。面板10包括多個(gè)垂直疊層的光波導(dǎo)10a、一發(fā)光系統(tǒng)12(見圖2)、一耦合器16和一殼體14。
多個(gè)波導(dǎo)10a中的每個(gè)波導(dǎo)10a包括一具有第一折射率的透明的中心芯80。中心芯80可以用本領(lǐng)域中已知的適合于在其中通過電磁波的任何材料制成，例如但不限于有機(jī)玻璃或聚合物。中心芯80可以由光學(xué)塑料制成，例如可以從通用電氣公司買到的Lexan，或者由玻璃制成，例如BK7型玻璃。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用單個(gè)的玻璃片來實(shí)現(xiàn)，所述玻璃片的厚度在2到40微米之間，并具有可以處理的長(zhǎng)度和寬度。中心芯80被疊層在至少兩個(gè)包覆層82之間。直接和玻璃接觸的包覆層82具有小于中心芯80的折射率的第二折射率，因而使得當(dāng)光22通過中心芯80傳輸時(shí)基本上是全內(nèi)反射。包覆層82可以是合適的塑料、玻璃、塑料、聚氨酯，低折射率聚合物，或者例如環(huán)氧，并且最好是黑色的。當(dāng)使用多個(gè)包覆層82時(shí)，最好透明的包覆層接觸玻璃，并且黑色的包覆層被設(shè)置在相鄰的透明的包覆層之間，從而改善出口面24的觀看對(duì)比度和光22通過中心芯80的內(nèi)反射。使用至少一個(gè)黑色包覆層82可以在出口面24提供附加的黑色，從而提供改善的對(duì)比度。此外，黑色包覆層82在出口面24露出的邊緣可以被觀看者直接看到。此外，通過出口面24偏離軸線進(jìn)入波導(dǎo)的外來光可以在內(nèi)部被黑色包覆層82吸收。黑色包覆層82可以用任何合適的方式制成，例如通過在環(huán)氧黏合劑內(nèi)加入黑色噴漆或碳顆粒，用所述黏合劑把一個(gè)或幾個(gè)黑色包覆層82中的相鄰的中心芯80連接在一起。形成黑色包覆層82和中心芯80的方式將在下面詳細(xì)說明。
優(yōu)選實(shí)施例的波導(dǎo)10a呈扁平帶的形式，其沿著出口面24的寬度沿水平方向連續(xù)地延伸。帶狀波導(dǎo)10a最好沿著出口面24的高度被垂直地疊層。因而面板10的垂直分辨率取決于沿著出口面24的高度疊層的波導(dǎo)10a的數(shù)量。例如，疊層525個(gè)波導(dǎo)將提供525條線的垂直分辨率。
多個(gè)疊層的波導(dǎo)10a可以被這樣制成首先在一個(gè)槽中放置第一玻璃片，所述槽的尺寸略大于第一玻璃片的尺寸。然后在所述槽中充滿熱固環(huán)氧。所述環(huán)氧最好是黑色的，以便在波導(dǎo)之間形成黑色層，借以提供改善的觀看對(duì)比度。此外，環(huán)氧應(yīng)當(dāng)具有合適的包覆層82的性能，例如具有比玻璃片的折射率低的折射率，以便使光22在玻璃片內(nèi)基本上是全內(nèi)反射。在所述槽被充滿之后，重復(fù)疊層玻璃片80，并在每玻璃片80之間形成環(huán)氧層。最好重復(fù)地進(jìn)行疊層，直到疊層約500到800個(gè)玻璃片為止。然后對(duì)層疊體施加均勻的壓力，借以使環(huán)氧在玻璃片80之間流動(dòng)而達(dá)到一個(gè)基本上均勻的水平。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在玻璃片80之間獲得的均勻的水平大約是.0002”。然后，層疊體在80℃下烘烤一段環(huán)氧固化所需的時(shí)間，以便進(jìn)行固化，然后使層疊體緩慢冷卻，以防止玻璃破裂。在固化之后，層疊體可以被置于鋸上，例如但不限于金剛石鋸，并被切割成所需的尺寸。面板10的切口部分然后利用金剛石拋光機(jī)拋光，從而除去任何鋸痕。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)玻璃片80可以利用其折射率小于玻璃的折射率的物質(zhì)被單獨(dú)地涂覆或浸漬，然后使用粘結(jié)劑或者熱固環(huán)氧把多個(gè)被涂覆的玻璃片固定在一起，所述熱固環(huán)氧最好是黑色的。第一個(gè)被涂覆的玻璃片10a被置于一個(gè)槽中，所述槽的尺寸略大于所述玻璃片10a的尺寸，在槽中充滿黑色熱固環(huán)氧，然后重復(fù)地疊層被涂覆的玻璃片，從而在每個(gè)涂覆的玻璃片10a之間形成環(huán)氧層。所述疊層被重復(fù)進(jìn)行，直到疊層大約500-800個(gè)玻璃片為止。然后可以對(duì)層疊體施加均勻的壓力，接著使環(huán)氧固化，并把層疊體鋸成所需的形狀。并且在鋸后可以被消光或者被拋光。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，玻璃片80最好具有范圍在0.5”和1.0”之間的寬度，并具有可處理的長(zhǎng)度，例如12”和36”。玻璃片80被疊層，其中在每個(gè)玻璃片80之間設(shè)置黑色紫外線黏合劑層。然后利用紫外線照射固化每層黏合劑，然后對(duì)層疊體進(jìn)行切割與/或拋光。
在對(duì)層疊體進(jìn)行鋸切割與/或拋光之后，所述方法的上述每個(gè)實(shí)施例還包括把耦合器16連接在層疊體的入口面20上，并把其上連接有耦合器16的的層疊體固定在長(zhǎng)方形的殼體14內(nèi)。層疊體被這樣固定，使得殼體14的前開口和出口面24對(duì)準(zhǔn)，并且在殼體14內(nèi)的光發(fā)生器和耦合器16在光學(xué)上對(duì)準(zhǔn)。
發(fā)光系統(tǒng)12提供入射到耦合器16上的光22，該系統(tǒng)基本上如參照?qǐng)D2所述。發(fā)光系統(tǒng)12的光源30可以被固定在殼體14內(nèi)的適當(dāng)位置，使得殼體14的體積和深度最小。光源30最好被固定在殼體14內(nèi)的頂部的出口面20的正后方，以便開始時(shí)垂直向下投射光22，然后，所述光22由發(fā)光系統(tǒng)12的元件32垂直向上地轉(zhuǎn)折，以便在光學(xué)上和耦合器16接合。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，各個(gè)波導(dǎo)10a不傾斜地水平延伸，因而使得圖像能夠通過波導(dǎo)10a直接地沿水平方向被傳輸，以便由觀看者直接觀看，借以使觀看者能夠接收到全部強(qiáng)度的光22，從而提供最大的亮度。因而，對(duì)于最大亮度，從發(fā)光系統(tǒng)12入射的光22必須基本上被水平地轉(zhuǎn)折?？梢允褂美忡R耦合器16使光以高達(dá)90°角進(jìn)行轉(zhuǎn)折，以便進(jìn)入入口面20。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，TRAF使光在81°角下轉(zhuǎn)折。
光耦合器16和整個(gè)入口面20鄰接，并被合適地連接在入口面上，用于把從發(fā)光系統(tǒng)12入射的光22耦合到入口面20，或者使所述光改變方向進(jìn)入入口面20，以便通過波導(dǎo)10a進(jìn)行傳輸。本發(fā)明的波導(dǎo)10a可以具有用于接收入射光22的有限的接收角，并且耦合器16被對(duì)準(zhǔn)，以便確保圖像光22被正確地轉(zhuǎn)折，在一個(gè)可允許的接收角內(nèi)進(jìn)入波導(dǎo)中心芯80。
在上述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，耦合器16包括菲涅爾棱鏡槽16a，所述的槽沿著入口面20的寬度是直的，并沿著入口面20的高度被垂直地分開，所述棱鏡耦合器16能夠以高達(dá)90°的角度使光發(fā)生轉(zhuǎn)折。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，棱鏡耦合器16是一種直角透射薄膜(TRAF)，其可以從3M Companyof St.Paul,Minneapolis買到，商標(biāo)名稱為TRAFⅡ?？梢跃o靠棱鏡耦合器16設(shè)置光學(xué)反射器，用于把在槽16a上的任何雜散光22向回反射進(jìn)入波導(dǎo)10a。
耦合器16也可以采取衍射元件16的形式。衍射耦合器16包括衍射光柵，其中具有大量沿水平方向延伸并和各個(gè)波導(dǎo)10a平行的小槽10a，所述槽沿入口面20的高度在垂直方向上密集分布。耦合器16可以采取其它形式，其中包括但不限于全息元件。
殼體14在基本上封閉的殼體內(nèi)支撐波導(dǎo)層疊體10a和發(fā)光系統(tǒng)12。出口面24的面朝外，因而暴露給觀看者和外來光，而入口面20和鄰接的耦合器16面朝內(nèi)，最好是朝向殼體14內(nèi)的黑色表面，借以提供附加的黑色，以便增加出口面24的對(duì)比度。所述的在出口面24提供的附加的黑色是由于波導(dǎo)10a和耦合器16的無源性質(zhì)引起的。當(dāng)這些無源器件被封閉在一個(gè)黑色區(qū)域內(nèi)時(shí)，出口面24在不被入射到入口面20上的圖像光22照射時(shí)，將呈現(xiàn)黑色。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以具有許多改變和改型。上面的說明和下面的權(quán)利要求旨在包括所有這些改變和改型。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)面板，包括多個(gè)疊層的光波導(dǎo)，所述每個(gè)光波導(dǎo)具有一第一端和一第二端，其中由多個(gè)第一端限定一個(gè)出口面，由多個(gè)第二端限定一個(gè)入口面，所述入口面基本上和所述出口面平行；以及和所述入口面相連的至少一個(gè)耦合器，其把沿著不垂直于入口面的軸線行進(jìn)的光改變?yōu)檠刂怪庇谌肟诿娴妮S線行進(jìn)的光。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，還包括至少一個(gè)發(fā)光系統(tǒng)。
3．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)面板，其中所述發(fā)光系統(tǒng)包括一光源；以及至少一個(gè)改變光的方向的元件，其把來自光源的入射光的方向改變?yōu)槌蛩鲴詈掀鳌?br>
4．如權(quán)利要求3所述的光學(xué)面板，其中所述光源鄰近所述入口面并和所述入口面平行，并且其中光源發(fā)出從入口面的頂部到入口面的底部和所述入口面平行的光。
5．如權(quán)利要求3所述的光學(xué)面板，其中所述光源從由燈泡、透射式投影器、視頻投影器和激光器構(gòu)成的組中選擇。
6．如權(quán)利要求3所述的光學(xué)面板，其中所述耦合器以大約45°到90°的范圍內(nèi)的角度使光朝向入口面轉(zhuǎn)折。
7．如權(quán)利要求3所述的光學(xué)面板，其中所述發(fā)光系統(tǒng)還包括調(diào)制器和成像光學(xué)系統(tǒng)。
8．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)面板，其中所述發(fā)光系統(tǒng)包括一改變光的方向的元件，以及一在光學(xué)上和改變光的方向的元件對(duì)準(zhǔn)的投影器。
9．如權(quán)利要求8所述的光學(xué)面板，其中所述投影器把光投影到改變光的方向的元件上，所述的光由改變光的方向的元件改變?yōu)槌蛩鲴詈掀鞯墓狻?br>
10．如權(quán)利要求9所述的光學(xué)面板，其中所述投影器被設(shè)置在入口面的下方。
11．如權(quán)利要求9所述的光學(xué)面板，其中投影器被設(shè)置在和入口面的頂部相鄰的位置，用于投射基本上和入口面平行的光，并且所述投影器和所述入口面分開，以便使得來自改變光的方向的元件的光能夠向所述耦合器轉(zhuǎn)折。
12．如權(quán)利要求9所述的光學(xué)面板，其中所述投影器包括用于產(chǎn)生光的光源，和用于把所述光調(diào)制成為圖像的調(diào)制器。
13．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)面板，其中所述調(diào)制器從由液晶顯示器、數(shù)字微鏡器件、GLV、激光光柵掃描器、PDLC、LCOS、MEMS和CRT構(gòu)成的組中選擇。
14．如權(quán)利要求12所述的光學(xué)面板，其中所述投影器包括成像光學(xué)系統(tǒng)，用于沿水平和垂直方向在改變光的方向的元件上分配所述的光。
15．如權(quán)利要求14所述的光學(xué)面板，其中成像光學(xué)系統(tǒng)包括聚焦透鏡和反射鏡。
16．如權(quán)利要求15所述的光學(xué)面板，其中所述成像光學(xué)系統(tǒng)和改變光的方向的元件包括擴(kuò)束透鏡。
17．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)面板，其中具有2到4個(gè)發(fā)光系統(tǒng)向所述耦合器提供光。
18．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)面板，其中所述發(fā)光系統(tǒng)包括使所述光在所述耦合器上沿水平和垂直方向形成光柵(raster)的光柵系統(tǒng)。
19．如權(quán)利要求2所述的光學(xué)面板，還包括具有前面，后面，兩個(gè)側(cè)面、頂面和底面的殼體。
20．如權(quán)利要求19所述的光學(xué)面板，其中所述殼體容納所述發(fā)光系統(tǒng)和所述多個(gè)波導(dǎo)。
21．如權(quán)利要求19所述的光學(xué)面板，其中所述殼體的前面是敞開的，并且其中所述殼體具有從敞開的前面向殼體的后面看是封閉的深度。
22．如權(quán)利要求21所述的光學(xué)面板，其中所述封閉的深度大約是12cm。
23．如權(quán)利要求21所述的光學(xué)面板，其中所述頂面、底面、兩個(gè)側(cè)面和后面都具有和入口面相鄰的內(nèi)部和外部，并且其中所述的內(nèi)部是黑色的。
24．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中每個(gè)波導(dǎo)沿水平方向延伸，并且多個(gè)疊層的波導(dǎo)沿著出口面垂直地延伸。
25．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述光作為視頻圖像在出口面上被顯示。
26．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述多個(gè)波導(dǎo)具有沿著從入口面到出口面的垂直軸線的厚度，所述厚度小于出口面的高度和寬度。
27．如權(quán)利要求26所述的光學(xué)面板，其中所述寬度和高度的比是4∶3。
28．如權(quán)利要求27所述的光學(xué)面板，其中出口面的高度大約是100cm，出口面的寬度大約是133cm，并且其中的厚度大約是1cm。
29．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述多個(gè)波導(dǎo)中的每個(gè)波導(dǎo)包括具有第一折射率的透明的中心芯，所述中心芯被設(shè)置在至少兩個(gè)包覆層之間。
30．如權(quán)利要求29所述的光學(xué)面板，其中所述中心芯從由聚合物，塑料疊層和玻璃構(gòu)成的組中選擇。
31．如權(quán)利要求30所述的光學(xué)面板，其中所述玻璃是BK7型玻璃。
32．如權(quán)利要求30所述的光學(xué)面板，其中所述玻璃被制成玻璃片，其厚度范圍大約在2到40微米之間。
33．如權(quán)利要求30所述的光學(xué)面板，其中中心芯被疊層在至少兩個(gè)包覆層之間。
34．如權(quán)利要求30所述的光學(xué)面板，其中直接和中心芯接觸的包覆層具有第二折射率，所述第二折射率小于所述第一折射率。
35．如權(quán)利要求20所述的光學(xué)面板，其中所述包覆層從由有機(jī)玻璃、玻璃、塑料、聚氨酯、低折射率聚合物、和環(huán)氧構(gòu)成的組中選擇。
36．如權(quán)利要求30所述的光學(xué)面板，其中所述一個(gè)包覆層被設(shè)置在相鄰的中心芯之間，并且是黑色的。
37．如權(quán)利要求30所述的光學(xué)面板，其中所述至少兩個(gè)包覆層被設(shè)置在相鄰的中心芯之間，并且其中一個(gè)包覆層是黑色的。
38．如權(quán)利要求37所述的光學(xué)面板，其中透明的包覆層接觸中心芯，并且黑色的包覆層被設(shè)置在相鄰的透明包覆層之間。
39．如權(quán)利要求36或37或38所述的光學(xué)面板，其中黑色包覆層從由黑色噴漆和碳顆粒構(gòu)成的組中選擇的材料加入用于把相鄰的中心芯連接在一起的環(huán)氧黏合劑內(nèi)構(gòu)成。
40．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中多個(gè)波導(dǎo)中的每個(gè)波導(dǎo)以沿著出口面沿水平方向連續(xù)延伸的扁平帶的形式被構(gòu)成。
41．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述多個(gè)疊層的波導(dǎo)構(gòu)成大約在500到800波導(dǎo)之間的層疊體。
42．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中多個(gè)疊層的波導(dǎo)中的每個(gè)波導(dǎo)被不傾斜地疊層。
43．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述耦合器是棱鏡耦合器。
44．如權(quán)利要求43所述的光學(xué)面板，其中所述棱鏡耦合器包括菲涅爾棱鏡槽，所述的槽沿著入口面的水平方向是直的，并且沿著入口面的垂直方向被分開。
45．如權(quán)利要求44所述的光學(xué)面板，其中所述棱鏡耦合器以高達(dá)90°的角度使光轉(zhuǎn)折。
46．如權(quán)利要求45所述的光學(xué)面板，其中所述棱鏡耦合器是直角透射薄膜。
47．如權(quán)利要求45所述的光學(xué)面板，其中一反射器被設(shè)置在直接和所述棱鏡耦合器相鄰的位置，用于把所述光反射入多個(gè)疊層的波導(dǎo)。
48．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述耦合器是一衍射元件。
49．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)面板，其中所述耦合器是一全息元件。
50．一種用于制造超薄光學(xué)面板的方法，包括在一個(gè)槽內(nèi)放置第一玻璃片，所述槽的尺寸略大于第一玻璃片；利用熱固化環(huán)氧填滿所述的槽；在第一玻璃片的頂上疊層附加的玻璃片，從而在每個(gè)玻璃片之間形成環(huán)氧層；對(duì)由所述疊層形成的層疊體施加均勻的壓力，借以使環(huán)氧在兩個(gè)相鄰的玻璃片之間流動(dòng)而達(dá)到基本均勻的水平；烘烤所述層疊體，從而使其固化；使所述層疊體冷卻；對(duì)所述層疊體進(jìn)行鋸切割，從而在層疊體的一側(cè)形成一入口面，在層疊體的相對(duì)側(cè)形成一出口面；把一個(gè)耦合器連接在層疊體的入口面上；以及把連接有耦合器的層疊體固定在一個(gè)矩形殼體內(nèi)，所述殼體具有一個(gè)和出口面對(duì)準(zhǔn)的前開口，并且在所述矩形殼體中具有在光學(xué)上和所述耦合器對(duì)準(zhǔn)的發(fā)光器。
51．如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述環(huán)氧是黑色的。
52．如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述環(huán)氧具有比玻璃片的折射率低的折射率。
53．如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述疊層被重復(fù)地進(jìn)行，直到疊層有大約500到800個(gè)玻璃片為止。
54．如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述在玻璃片之間的環(huán)氧的基本均勻的水平大約為.0002”。
55．如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述烘烤在大約80℃的溫度下進(jìn)行。
56．如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述鋸切割使用金剛石鋸進(jìn)行。
57．如權(quán)利要求50所述的方法，還包括在所述鋸切割之后利用金剛石拋光機(jī)拋光所述層疊體。
58．如權(quán)利要求50所述的方法，還包括在所述鋸切割之后對(duì)出口面進(jìn)行消光。
59．一種用于生產(chǎn)超薄光學(xué)面板的方法，包括利用折射率小于玻璃的折射率的透明的涂層材料分別涂敷多個(gè)玻璃片；垂直地疊層涂敷的多個(gè)玻璃片；利用環(huán)氧把涂敷的多個(gè)玻璃片固定在一起；對(duì)所述層疊體施加均勻的壓力；烘烤所述層疊體，從而使其固化；對(duì)所述層疊體進(jìn)行鋸切割，從而在層疊體的一側(cè)形成一入口面，在層疊體的相對(duì)側(cè)形成一出口面；把一個(gè)耦合器連接在層疊體的入口面上；以及把連接有耦合器的層疊體固定在一個(gè)矩形殼體內(nèi)，所述殼體具有一個(gè)和出口面對(duì)準(zhǔn)的前開口，并且在所述矩形殼體中具有在光學(xué)上和所述耦合器對(duì)準(zhǔn)的發(fā)光器。
60．如權(quán)利要求59所述的方法，其中所述環(huán)氧是黑色的。
61．如權(quán)利要求59所述的方法，其中所述垂直疊層在一個(gè)槽中進(jìn)行，所述槽的尺寸略大于一個(gè)涂敷分玻璃片的表面積。
62．如權(quán)利要求61所述的方法，其中所述固定步驟包括在疊層之前利用熱固化黑色環(huán)氧充滿所述的槽。
63．如權(quán)利要求59所述的方法，其中所述垂直疊層被重復(fù)地進(jìn)行，直到疊層有大約500到800個(gè)玻璃片為止。
64．如權(quán)利要求59所述的方法，還包括在所述鋸切割之后對(duì)入口面和出口面進(jìn)行消光。
65．如權(quán)利要求59所述的方法，還包括在所述鋸切割之后利用金剛石拋光機(jī)拋光入口面和出口面。
66．一種用于生產(chǎn)超薄光學(xué)面板的方法，包括疊層多個(gè)玻璃片，每個(gè)玻璃片具有在大約0.5”到1.0”的范圍內(nèi)的寬度和在大約12”到36”范圍內(nèi)的長(zhǎng)度；在層疊體中的每個(gè)玻璃片之間設(shè)置黑色的紫外線黏合劑層；利用紫外線照射固化所述每個(gè)紫外線黏合劑層；對(duì)所述層疊體進(jìn)行鋸切割，從而在層疊體的一側(cè)形成一入口面，在層疊體的相對(duì)側(cè)形成一出口面；把一個(gè)耦合器連接在層疊體的入口面上；以及把連接有耦合器的層疊體固定在一個(gè)矩形殼體內(nèi)，所述殼體具有一個(gè)和出口面對(duì)準(zhǔn)的前開口，并且在所述矩形殼體中具有在光學(xué)上和所述耦合器對(duì)準(zhǔn)的發(fā)光器。
67．如權(quán)利要求66所述的方法，其中所述疊層被重復(fù)地進(jìn)行，直到疊層有大約500到800個(gè)玻璃片為止。
68．如權(quán)利要求66所述的方法，還包括在所述鋸切割之后對(duì)入口面和出口面進(jìn)行消光。
69．如權(quán)利要求66所述的方法，還包括在所述鋸切割之后利用金剛石拋光機(jī)拋光所述入口面和出口面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超薄光學(xué)面板(10)以及用于制造所述面板的方法,包括疊層多個(gè)玻璃片(10a),所述玻璃片可以用透明的包覆層物質(zhì)涂敷或不涂敷,使用環(huán)氧或紫外線黏合劑把多個(gè)疊層的涂敷的玻璃片(10a)固定在一起,對(duì)層疊體施加均勻的壓力,固化所述層疊體,對(duì)層疊體進(jìn)行鋸切割,從而在層疊體的一側(cè)形成入口面(20),在層疊體的相對(duì)側(cè)形成出口面(24),把一個(gè)耦合器(16)連接在層疊體的入口面上,把連接有耦合器的層疊體固定在一個(gè)矩形殼體內(nèi),所述矩形殼體具有和出口面(24)對(duì)準(zhǔn)的前開口,在所述矩形殼體中還具有發(fā)光器(12),其在光學(xué)上和耦合器(16)對(duì)準(zhǔn)。發(fā)光器(12)最好被設(shè)置在入口面(20)附近,并和入口面(20)平行,從而使得能夠減少殼體(14)的深度。
文檔編號(hào)G03B21/00GK1323401SQ99809838
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期1999年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月31日
發(fā)明者克魯斯·比斯卡蒂, 卡爾文·布魯斯特, 萊昂納德·德桑托, 詹姆斯·T·沃利丹 申請(qǐng)人:布羅克哈文科學(xué)協(xié)會(huì)