[发明专利]光波导装置

说明书

本发明涉及用于照亮、照明和显示目的的光波导装置，并且特别地，涉及展示具有预定的并且优选地均匀的角亮度分布的输出光的光波导装置。

很多光波导装置对于本领域中的技术人员是已知的。这些装置用于一系列功能，包括照明、背光、标识和显示目的。例如，使用光纤照明技术来产生平坦的、可弯曲的照明面板用于LCD背光在本领域中是已知的。在这种装置中，用于引导光的塑料或者玻璃光纤被交织到平坦的、可弯曲的照明面板中，例如参见美国专利号6,874,925。然而这种装置具有展示低的角均匀性的光输出，尤其是在照明面板是弯曲或者屈曲的时候。

可选地，使用平坦的或者楔形形状的透明面板用于背光照明、背光、标识和显示目的是已知的。这种装置的实例由发明人在PCT公布号WO2005/101070中提供并且示意性地呈现在图1中，如一般由参考数字1表示的。在这里，光源2边缘耦合到平面光波导3中。然后，由于全内反射的效应，由光源2生成的光4传播到平面光波导3内。然后，平面光波导3的表面上的提取特征5例如隆起部、凹痕、凹槽、墨点或者线条使光4能够避免全内反射条件。

存在由提取特征5使用来干扰全内反射的两种主要物理原理，即，反射和折射。反射涉及与光波导3的表面上的反射材料相互作用的光4，光4被吸收以及然后重新发射并因此破坏全内反射的效应。白色材料例如白墨水通常被用作反射介质。白墨水在任意方向上发射光（通常被称作散射），并作为结果，散射光的一部分以低于全内反射条件所应用的临界角的角度入射在相对的表面上，并且因此然后光可以从该表面射出光波导3。

可选的解决方案是使用折射效应，其中出射表面的形状在小规模上被局部地修改，使得引导的光的有效入射角被改变成低于临界角，并且因此光可以按照斯涅耳定律射出。光波导3的表面的机械加工或者激光加工被采纳来实现该效应。可选地，在光波导3上的注塑模具、微模具或者微凸透明半球状微透镜特征或者如发明人在PCT公布号WO2009/141663中描述的不均匀显露的提取特征是已知的。折射技术一般比使用反射提取特征的技术给出对引导的光4的更有效和可控制的干涉。

所有上面描述的提取特征5的共同特征是它们展示低的角亮度均匀性，其转移到从装置1输出的光上。为了提供具有均匀的角亮度的外观的观测器6，将扩散器7定位在平面光波导3和观测器6之间在本领域中是已知的。被定位在平面光波导3的与观测器6相对的侧面上的反射器8常常用于提高到达观测器6的光水平。虽然扩散器7和反射器8的合并可以将来自平面装置的输出的角均匀度提高到例如大于90%，但是扩散器7和反射器8的合并不仅增加了装置1的制造成本，而且还增加了其总体厚度。

此外，发现当平面光波导3屈曲或者弯曲时扩散器7的有效性显著地降低，如对于某些应用所期望的。图2展示了图1的光波导装置1被形成为曲线形状的情况的示意性表示。作为由提取特征5控制的光的低的角均匀性的结果，看装置1的点A和点B的观测器6将看到不同的亮度级。因此，本领域中已知的非平面光波导装置1的输出光水平被发现随着视角显著地变化，导致如观测器6所看到的明亮区和黑暗区。

在PCT公布号WO2009/141663中，发明人描述了一种技术，其中在光波导3上以阵列形成的提取特征5的使用提供用于提高输出光的空间亮度，即，如沿着光波导3的输出表面的不同区域的法线观测的亮度的均匀性的设备。然而，所描述的装置仍然需要合并扩散器7，以便补偿在输出光的角亮度上的变化。

除上述内容之外，还存在关于对发光体要求的光分布的角度的控制的工业标准，例如欧洲标准EN 12464-1：“The Lighting of Workplaces”。存在这些标准存在的多种原因，例如，照明可能引起干扰在现代计算机屏幕上的反射。由于此原因，该标准规定用于控制平均亮度的要求。对于正常的工作站，限制适用于1000cd/m²或者200cd/m²，取决于计算机屏幕。该限制适用于从65°开始的所有角度。对于关键的计算机屏幕活动，这从55°起的所有角度开始。

因此，本发明的一个方面的目的是消除或者至少减轻本领域中已知的光波导装置的上述缺陷。

本发明的一个方面的另一个目的是提供一种允许输出光的预定角亮度分布的光波导装置，例如展示实质上均匀的角亮度的光输出的光波导装置。

本发明的一个方面的又一个目的是提供一种展示实质上均匀的角亮度的光输出的非平面光波导装置。

发明概述