變形光學(xué)封裝體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及光學(xué)封裝體，并且更具體地講，涉及基于LED的光學(xué)封裝體，其具 有變形光導(dǎo)、轉(zhuǎn)向器和聚光器以提供薄型高效模塊化的光學(xué)封裝體。
【背景技術(shù)】
[0002] 光導(dǎo)與光源諸如發(fā)光二極管（LED) -起使用以用于多種照明應(yīng)用。在一個(gè)具體應(yīng) 用中，光導(dǎo)通常用于為IXD顯示器提供照明。光源通常將光發(fā)射到光導(dǎo)內(nèi)，特別是在需要很 薄型背光源內(nèi)的情況下，如在膝上型計(jì)算機(jī)顯示器中。光導(dǎo)為透光的、固態(tài)的、并且相對(duì)薄 的板，其長(zhǎng)度和寬度尺寸為大約背光源輸出區(qū)域。光導(dǎo)使用全內(nèi)反射（TIR)以使從安裝在 邊緣的燈發(fā)出的光穿過整個(gè)光導(dǎo)的長(zhǎng)度或?qū)挾葌魉突驅(qū)蛑帘彻庠吹南鄬?duì)邊緣，并且在光 導(dǎo)的表面上提供有局部提取結(jié)構(gòu)的不均勻的圖案，以將此經(jīng)導(dǎo)向的光中的其中一些朝背光 源的輸出區(qū)域從光導(dǎo)中重新導(dǎo)出。此類背光源通常還包括光管理膜，諸如設(shè)置在光導(dǎo)后面 和下面的反射材料以及設(shè)置在光導(dǎo)前面或上面的反射偏振膜和棱柱增亮膜（BEF)，以增加 同軸亮度。
[0003] 由于最常用的光源諸如LED具有相對(duì)大的高度和LED產(chǎn)生的寬發(fā)射角范圍，所以 光導(dǎo)通常相應(yīng)地厚以有效地耦合來自LED的光。用于液晶顯示器的常規(guī)照明裝置在美國(guó)專 利公布2009/0316431中有所描述。常規(guī)照明裝置將來自光源的光耦合到平面光導(dǎo)。光導(dǎo) 通常與光源具有大致相同的高度，因?yàn)榻档凸鈱?dǎo)的高度將降低從光源到光導(dǎo)的耦合效率。
[0004] 然而，典型的膜式光導(dǎo)或板式光導(dǎo)的顯著缺點(diǎn)為L(zhǎng)ED的小縱橫比與光導(dǎo)的極大縱 橫比之間的失配。LED具有約1:1至約4:1的典型縱橫比，而邊緣光導(dǎo)可具有約20:1至多 達(dá)100:1或更大的縱橫比。這種失配通常導(dǎo)致光導(dǎo)中的光與從LED發(fā)射的光相比具有較高 的展度（也稱為通過量）。這個(gè)高展度又最終導(dǎo)致光導(dǎo)需要增亮膜。使光導(dǎo)的厚度匹配于 LED還導(dǎo)致光導(dǎo)內(nèi)的光具有寬角度范圍。針對(duì)寬角度范圍形成TIR需要光導(dǎo)的兩個(gè)主表面 由空氣界定。因此，光導(dǎo)可厚于液晶顯示器模塊，并且空氣界面可限制某些應(yīng)用，諸如觸摸 和觸覺應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性方面，一種光學(xué)封裝體包括生成具有第一縱橫比的光的光 源、用于接收來自光源的光的變形光導(dǎo)、用于接收并且轉(zhuǎn)向來自變形光導(dǎo)的光的轉(zhuǎn)向器陣 列，以及用于收集從轉(zhuǎn)向器陣列接收的光的聚光器，其中聚光器輸出具有第二縱橫比的光， 第二縱橫比大于第一縱橫比，其中輸出光束的有效高度低于光源的有效高度。
[0006] 本發(fā)明的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非意圖描述本發(fā)明的每個(gè)所說明的實(shí)施例或每種實(shí)施 方式。附圖以及隨后的【具體實(shí)施方式】更具體地舉例說明了這些實(shí)施例。
【附圖說明】
[0007] 結(jié)合以下附圖可更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中的元件未必相對(duì)于彼此按比 例繪制。
[0008] 圖IA是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0009] 圖IB是圖IA的光學(xué)封裝體的分解圖。
[0010] 圖IC至圖ID是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光學(xué)封裝體的變形光導(dǎo)元件的不同近視 圖。
[0011] 圖IE至圖IF是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的光學(xué)封裝體的轉(zhuǎn)向器元件和聚光器元件的 不同近視圖。
[0012] 圖IG是圖IA的光學(xué)封裝體的前視圖。
[0013] 圖2A至圖2D是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的各種等軸視圖。
[0014] 圖3是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0015] 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0016] 圖5是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0017] 圖6是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0018] 圖7是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0019] 圖8是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0020] 圖9是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0021] 圖10是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0022] 圖11是根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學(xué)封裝體的等軸視圖。
[0023] 雖然本發(fā)明接受各種修改形式和替代形式，但其具體方式已在附圖中以舉例的方 式示出，并且將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解其目的并非在于將本發(fā)明局限于所描述 的具體實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修 改形式、等同形式和替代形式。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 在以下【具體實(shí)施方式】中，將引用構(gòu)成本文一部分的附圖，在這些附圖中以舉例說 明其中可能實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例的方式示出本發(fā)明。就這一點(diǎn)而言，諸如"頂部"、"底 部"、"前"、"后"、"前部"、"向前"和"尾部"等方向性術(shù)語應(yīng)結(jié)合所描述的圖示取向使用。因 為本發(fā)明的實(shí)施例的部件可以定位為多個(gè)不同取向，所以方向性術(shù)語用于說明的目的，而 不具有任何限制性。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以利用其他實(shí)施例，并且 可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或邏輯性的修改。因此，并不局限于采用以下【具體實(shí)施方式】，且本發(fā)明的涵 蓋范圍由隨附權(quán)利要求書限定。
[0025] 本發(fā)明涉及緊湊型高效模塊化的光學(xué)封裝體，此光學(xué)封裝體提供具有高縱橫比和 小有效高度的輸出光。光學(xué)封裝體的通用元件可被構(gòu)造和布置為提供能夠以許多不同方式 實(shí)現(xiàn)的大量替代性設(shè)計(jì)。因此，光學(xué)封裝體可用作如下多種裝置和應(yīng)用的部分，諸如透射式 LCD、半透反射式LCD和反射式LCD(膝上型電腦、平板電腦、移動(dòng)電話、電子閱讀器等）、膽甾 型裝置、MEMS裝置和液體紙裝置、標(biāo)記和可適形圖、以及指示器諸如車載顯示器。
[0026] 圖IA示出了可用于照亮諸如IXD之類的顯示器（未示出）的示例性光學(xué)封裝體 100的等軸視圖。圖IB示出了光學(xué)封裝體100的分解圖。光學(xué)封裝體100包括光源單元 110、轉(zhuǎn)換器單元105和外殼190。光源單元110為光學(xué)封裝體100提供光的來源。轉(zhuǎn)換器 單元105在本文中更詳細(xì)地示出，其包括變形光導(dǎo)120,該光導(dǎo)將來自光源單元110的光引 導(dǎo)到轉(zhuǎn)向器/聚光器元件160中。轉(zhuǎn)向器/聚光器元件160包括轉(zhuǎn)向器部分，該部分接收 由變形光導(dǎo)120引導(dǎo)的光的片段并且將其轉(zhuǎn)向到耦合部分170中。光被進(jìn)一步導(dǎo)向穿過耦 合部分170進(jìn)入轉(zhuǎn)向器/聚光器元件160的聚光器部分180中。系統(tǒng)100有效地耦合來自 光源的光并且提供具有較大縱橫比的輸出光，該輸出光可任選地沿至少一個(gè)軸線部分地準(zhǔn) 直。另外，輸出光的有效高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于從光源發(fā)射的光的有效高度。
[0027] 現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述這些部件中的每一個(gè)。
[0028] 可通過任何數(shù)量的光源類型來提供源光，但更優(yōu)選的源是基于LED的光源110。光 源單元110可包括單個(gè)LED、兩個(gè)LED或更多個(gè)LED，這取決于被照亮的顯示器的類型。LED 110的輸出可以多種方式耦合到轉(zhuǎn)換器單元105。在一個(gè)例子中，來自光源110的輸出光作 為實(shí)質(zhì)上非準(zhǔn)直光被直接傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器105的變形光導(dǎo)120中。作為另外一種選擇，取決 于例如空間要求，可利用一個(gè)或多個(gè)復(fù)合拋物面聚光器（CPC)、透鏡（未示出）或其組合來 在光進(jìn)入轉(zhuǎn)換器單元105之前提供至少一些部分光束準(zhǔn)直。如果使用CPC，則CPC的內(nèi)部可 為中空的或由透明材料制成，并且以與常規(guī)CPC相同的方式構(gòu)造。當(dāng)然，在可供選擇的實(shí)施 例中，可利用透鏡或多個(gè)透鏡系統(tǒng)來收集或準(zhǔn)直光源110的輸出。
[0029] 在本發(fā)明的不同方面，光源110可定位在光學(xué)系統(tǒng)中的不同位置處。例如，如圖IA 至圖IF所示，光源110定位在轉(zhuǎn)換器單元105的一端處。作為另外一種選擇，如圖3所示， 光源定位在沿著光學(xué)系統(tǒng)的中心位置處。
[0030] 就這一點(diǎn)而言，"發(fā)光二極管"或"LED"是指發(fā)光的二極管，不管發(fā)出的是可見光、 紫外光還是紅外光，其中發(fā)出的光將具有位于約430至700nm范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)。術(shù)語 LED包括非相干光源（作為"LED"（不論是常規(guī)型還是超輻射型）銷售的封閉或封裝體的 半導(dǎo)體器件）、以及相干半導(dǎo)體器件（諸如激光二極管，包括但不限于垂直腔面發(fā)射激光 器（VCSEL))。"LED晶粒"為L(zhǎng)ED最基本的形態(tài)，即經(jīng)半導(dǎo)體加工方法制成的單個(gè)元件或芯 片。例如，LED晶?？捎梢环N或多種III族元素的組合和一種或多種V族元素的組合形成 ( m-v半導(dǎo)體）。合適的m-v半導(dǎo)體材料的實(shí)例包括氮化物如氮化鎵和磷化物如磷化銦 鎵。還可使用其他類型的III-V族材料以及元素周期表中其他族的材料。部件或芯片可以 包括適合施加能量以向裝置提供能量的電觸點(diǎn)。該電觸點(diǎn)的例子包括引線結(jié)合、卷帶式自 動(dòng)接合（TAB)或倒裝芯片結(jié)合技術(shù)。該元件或芯片的各個(gè)層和其它功能元件通常以晶片級(jí) 形成，并且隨后可將加工好的晶片切成單個(gè)元件，以生產(chǎn)多個(gè)LED晶粒。LED晶?？杀粯?gòu)造 成用于表面安裝、芯片直接貼裝或其他已知的安裝構(gòu)型。一些封裝體的LED通過在LED晶 粒和相關(guān)反射杯上方形成聚合物封殼而制成。LED可在若干基板之一上生長(zhǎng)。例如，可