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TW201435406A - 非對稱輸入導光板 - Google Patents

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TW201435406A
TW201435406A TW103104781A TW103104781A TW201435406A TW 201435406 A TW201435406 A TW 201435406A TW 103104781 A TW103104781 A TW 103104781A TW 103104781 A TW103104781 A TW 103104781A TW 201435406 A TW201435406 A TW 201435406A
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TW
Taiwan
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light
transparent film
illumination
edge
visible light
Prior art date
Application number
TW103104781A
Other languages
English (en)
Inventor
Andrew John Ouderkirk
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
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Abstract

本發明大體而言係關於能夠將光自一幾何格式轉換成另一格式之照明轉換器。詳言之，所描述照明轉換器能夠將彼此相鄰對準之一或多個圓形源(諸如，配置成一行之(多個)LED源)轉換成一可用於一側光式波導之線性源，該側光式波導可用於一顯示器之背光中。

Description

非對稱輸入導光板
空間光調變器(特定言之，包括液晶顯示器(LCD))常常使用一背光或一正面光來為顯示器提供光。此等光之常見光源為發光二極體(LED)，其中LED在LCD正下方(所謂之直下式(direct lit))抑或照明安置於LCD下方的波導之邊緣(所謂之側光式(edge lit))，或呈兩者之組合。組合之實例為背光由照明波導之LED陣列製成，其中波導經平鋪以形成背光。
光波導可為平坦薄片抑或可逐漸變細，且可具有以反射材料(諸如，金屬帶)塗佈之邊緣。波導通常係藉由將樹脂模製或澆鑄成接近最終形狀或最終形狀而製造，或自較大薄片製造而成。
本發明大體而言係關於能夠將光自一幾何格式轉換成另一格式之照明轉換器。詳言之，所描述照明轉換器能夠將彼此相鄰對準之一或多個圓形源(諸如，配置成一行之(多個)LED源)轉換成一可用於一側光式波導之線性源，該側光式波導可用於一顯示器之背光中。在一態樣中，本發明提供一照明轉換器，該照明轉換器包括：可見光透明膜之螺旋纏繞部分；及可見光透明膜之平坦部分，其自可見光透明膜之螺旋纏繞部分切向延伸至可見光透明膜之一光輸出邊緣。可見光透明膜之螺旋纏繞部分具有：一具有一寬度之中心平面，可見光透明膜圍繞該中心平面纏繞；一垂直於該中心平面之光輸入表面，該光輸入 表面包括可見光透明膜之第一邊緣；一反射表面，其包括與可見光透明膜之第一邊緣成45度角而安置的可見光透明膜之第二邊緣；及一平行於該中心平面之光輸出區域。
在另一態樣中，本發明提供一背光，該背光包括一照明轉換器，該照明轉換器具有：可見光透明膜之螺旋纏繞部分；及可見光透明膜之平坦部分，其自可見光透明膜之螺旋纏繞部分切向延伸至可見光透明膜之一光輸出邊緣。可見光透明膜之螺旋纏繞部分具有：一具有一寬度之中心平面，可見光透明膜圍繞該中心平面纏繞；一垂直於該中心平面之光輸入表面，該光輸入表面包括可見光透明膜之第一邊緣；一反射表面，其包括與可見光透明膜之第一邊緣成45度角而安置的可見光透明膜之第二邊緣；及一平行於該中心平面之光輸出區域。背光進一步包括鄰近光輸入表面安置並能夠將光注入至光輸入表面中的複數個發光二極體(LED)。
上述概述並不意欲描述本發明之每一所揭示之實施例或每個實施。以下諸圖及詳細描述更特定地舉例說明說明性實施例。
100‧‧‧照明重導向器
102‧‧‧第一部分
104‧‧‧第二部分
110‧‧‧可見光透明膜
112‧‧‧第一主表面
114‧‧‧第二對置主表面
116‧‧‧光輸出邊緣
118‧‧‧反射邊緣
119‧‧‧第二邊緣
120‧‧‧光輸入邊緣
121‧‧‧第一邊緣
125‧‧‧光輸入尖端
127‧‧‧光輸出區域
130‧‧‧輸入可見光線
130a‧‧‧光線
130b‧‧‧光線
130c‧‧‧光線
130d‧‧‧光線
130e‧‧‧光線
130f‧‧‧光線
130g‧‧‧光線
135‧‧‧部分準直輸入錐
140‧‧‧輸出可見光線
200‧‧‧照明轉換器
202‧‧‧第一部分/螺旋纏繞部分
204‧‧‧第二部分/平坦部分
210‧‧‧可見光透明膜
212‧‧‧第一主表面
214‧‧‧第二對置主表面
216‧‧‧光輸出邊緣
218‧‧‧45度反射邊緣/光反射邊緣
220‧‧‧光輸入邊緣
221‧‧‧第一邊緣
222‧‧‧光輸入表面
225‧‧‧光輸入尖端
227‧‧‧光輸出區域
250‧‧‧中心平面
255‧‧‧纏繞方向
300‧‧‧照明轉換器系統
360a‧‧‧第一積光圓柱體
360b‧‧‧第二積光圓柱體
360c‧‧‧第三積光圓柱體
365a‧‧‧第一準直光學裝置
365b‧‧‧第二準直光學裝置
365c‧‧‧第三準直光學裝置
370a‧‧‧第一LED
370b‧‧‧第二LED
370c‧‧‧第三LED
380‧‧‧背光
382‧‧‧背光輸入邊緣
384‧‧‧間隙
386‧‧‧前表面
388‧‧‧光提取特徵
L1‧‧‧第一長度
L2‧‧‧第二長度
W‧‧‧寬度
W1‧‧‧中心寬度
W2‧‧‧外輸入寬度
t‧‧‧厚度
T‧‧‧外輸入厚度
α‧‧‧準直角
θ1‧‧‧第一角
θ2‧‧‧輸出角
在本說明書全篇中參考隨附圖式，其中相似參考數字指定相似元件，且其中：圖1展示照明重導向器之透視示意圖；圖2A至圖2C展示照明轉換器之透視示意圖；且圖3展示照明轉換器系統。
諸圖不一定按比例繪製。在圖中使用之類似數字係指類似組件。然而應理解，使用數字參考給定圖中之組件並非意欲限制另一圖中之以同一數字標記的組件。
本發明描述一用於一可用於空間光調變器顯示器中之背光或正 面光的光分佈器件。光分佈器件可大體上經描述為一接受來自一或多個源(諸如一或多個點源或其他小橫截面積源)之輸入光，並將該光轉換成一可(例如)用於照明波導之邊緣的線源的照明轉換器。
在以下描述中，參考隨附圖式，該等隨附圖式形成本發明之一部分且其中藉由說明來展示。應理解在不脫離本發明之範疇或精神的情況下，預期且可進行其他實施例。因此，以下詳細描述不應視為具限制性意義。
除非另有指示，否則說明書及申請專利範圍中所使用之表達特徵大小、量及實體性質的所有數字均應理解為在所有情形下由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及所附申請專利範圍中所陳述之數值參數為可視由熟習此項技術者利用本文中所揭示之教示來設法獲得之所要性質而變化的近似值。
除非本文內容另有明確規定，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，單數形式「一」及「該」涵蓋具有複數個指示物之實施例。除非本文內容另有明確規定，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，術語「或」一般以其包括「及/或」之含義來使用。
為了便於描述，使用包括(但不限於)「下部」、「上部」、「之下」、「下方」、「上方」及「頂部」(若本文中使用)之空間相關術語來描述一個(或多個)元件與另一元件之空間關係。此等空間相關術語涵蓋除圖中所描繪及本文所述之特定定向外在使用或操作時器件之不同定向。舉例而言，若圖中描繪之物件被倒轉或翻轉，則先前描述為在其他元件下方或之下之部分將在彼等其他元件上方。
如本文中所使用，當元件、組件或層(例如)被描述為與另一元件、組件或層形成「重合界面」，或「位於另一元件、組件或層上」，「連接至」另一元件、組件或層，或「與另一元件、組件或層耦接」，或「與另一元件、組件或層接觸」時，其可直接位於特定元 件、組件或層上，直接連接至特定元件、組件或層，直接與特定元件、組件或層耦接，直接與特定元件、組件或層接觸，或例如介入元件、組件或層可位於特定元件、組件或層上，連接至特定元件、組件或層，與特定元件、組件或層耦接，與特定元件、組件或層接觸。當元件、組件或層(例如)被稱為「直接位於另一元件上」、「直接連接至」另一元件、「直接與另一元件耦接」或「直接與另一元件接觸」時，不存在(例如)介入元件、組件或層。
在一特定實施例中，照明轉換器可包括至少一LED、用於由LED發射之光的收集光學裝置(collection optics)；及一經切割而具有輸入邊緣、輸出邊緣及反射邊緣之透明膜。在一特定實施例中，輸入及輸出邊緣形成一直角，且反射邊緣相對於輸入及輸出邊緣成一45度角。該膜可捲成圓柱形狀，其中輸入邊緣距在圓柱體之中心的輸出邊緣最遠，圓柱體之軸線平行於輸出邊緣，且其中收集光學裝置之輸出照明圓柱之形成有輸入邊緣之末端。
在一特定實施例中，可需要形成照明轉換器，使得多個光源可沿輸入邊緣定位。在一些狀況下，多個光源可發射相同色彩光，使得輸入至照明轉換器之光的強度為個別光源中之每一者的強度之總和。在一些狀況下，以此方式對準LED可能對於光源之效率、壽命、色彩平衡及/或熱管理係有利的。在一些狀況下，多個光源可發射不同色彩之光，使得可藉由摻合不同色彩、不同強度來控制輸入至照明轉換器之光及/或可執行彩色光輸入之時間定序(諸如)以與顯示器之不同輸出色彩一致。在一特定實施例中，膜可捲成橢圓形狀，或捲成圓柱形狀且接著變形成橢圓形狀，以增加可在其中針對輸入邊緣對準多個光源之區域。所得的捲成之膜(本文中被稱作橢圓導光板)包括距在所捲成的導光板之中心的輸出邊緣最遠地定位的輸入邊緣，所捲成的導光板之軸線平行於輸出邊緣，且其中光源之輸出照明所捲成的導光板之 形成有輸入邊緣之末端。多個光源中之每一者可與可用來聚焦或準直用於輸入至輸入表面中之光的收集光學裝置相關聯。
歸因於波導較薄而同時達成獲得均勻照明之顯示器，邊緣照射可比直接照射有優勢。然而，邊緣照明具有若干難題。波導之邊緣的縱橫比(例如，寬度比厚度)通常非常高，常常超過10：1或甚至超過100：1，而典型LED具有接近一之縱橫比。此可在嘗試將LED耦接至波導之邊緣以充分地照明顯示器時產生若干問題。在一些狀況下，通常僅少量LED被用以照明波導之一或多個邊緣，且此可在波導之表面上產生LCD照明之不均勻性。在一些狀況下，光學系統之光展量可隨波導所需厚度之所得增加而增加。此可導致使用不同增益膜之背光的再循環系統效率的潛在減小。
在一些狀況下，LED側光式顯示器使用若干方法中之一者來產生白光。一種此類方法為添加磷光體至紫外線(UV)或藍色LED以藉由降頻轉換所發射輻射來產生白光。磷光體通常增加小LED之光展量至一比使用大LED時大的範圍。產生白光之另一方法為組合紅光、綠光及藍光發射LED。習知側光式波導可使得非常難以使用此色彩組合光學系統來減小光展量。
本發明藉由使用一照明轉換器提供在光源與背光波導之間的一光展量匹配。所描述照明轉換器使用再循環膜來增加背光之光學效率，減小背光厚度，並減小材料成本及消耗。
在一特定實施例中，照明轉換器可經描述為「橢圓至直線」照明轉換器，亦即，輸入光之幾何格式已自橢圓改變成線性。在此實施例中，照明轉換器變換自複數個LED收集的通常低縱橫比光輸出，且將其轉換成一可適用於側光式顯示器的線性光源。
圖1展示根據本發明之一態樣的照明重導向器100之透視示意圖。在一特定實施例中，照明重導向器100展示可用以形成照明轉換 器的可見光透明膜110之屬性，如別處所描述。可見光透明膜110可為一高度透明聚合物或玻璃膜，對於具有在450nm與650nm之間的波長之光較佳具有小於6dB/m損失。損失可由效應(諸如，體積或表面散射及吸收)引起。合適之聚合物包括丙烯酸酯，尤其為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚矽氧、聚酯、聚烯烴、聚碳酸酯及其類似者。聚合物膜可由擠壓、澆鑄及固化或溶劑塗佈製成。
合適玻璃膜包括基於無機氧化物(特定言之，非晶系無機氧化物)之彼等玻璃膜。較佳為基於二氧化矽之玻璃，尤其為基於二氧化矽與以下各者中之一或多者之混合物的玻璃：鋁、鎂、鈣、鋰、鈉、鉀、鐵、鉻、錳、鈷、鈦、硫、鋇、鍶、鉛、鋯、鉛及包括氟及硒之元素的氧化物。尤其較佳的係硼矽酸玻璃，諸如由Schott glass製造之N-BK7。玻璃係較佳地使用此項技術中已知的合適拉製製程(諸如，用於製造用於液晶顯示器(LCD)工業之玻璃膜的彼等製程)而製造為一具有非常平滑表面的薄膜。在本文中術語「膜」或「薄片」可互換地用於描述聚合物及玻璃形態，且包括具有在約10微米與約2000微米之間的厚度之材料。
可見光透明膜110包括由一光輸出區域127分開之一第一部分102及一第二部分104。可見光透明膜110進一步包括一第一主表面112、一第二對置主表面114，及一在其之間的光輸出邊緣116。光輸出區域127表示穿過可見光透明膜110之垂直於光輸入邊緣120的橫截面。在一些狀況下，可需要在光輸出邊緣116上形成一關於光輸出區域127之角，且因而表示一穿過可見光透明膜110之可安置為與第二邊緣119成輸出角「θ2」(圖1中經展示為大致90度)的橫截面。
本文中描述之邊緣中的每一者具有一厚度「t」，其中「t」比可見光透明膜110中之任一其他維度小的多，此導致一高縱橫比(亦即，寬度或長度除以厚度)波導。可見光透明膜110中之其他維度(諸如， 寬度「W」、包括光輸入邊緣120之第一長度「L1」，及包括第一邊緣121及與第一邊緣121對置之第二邊緣119的第二長度「L2」)各自可比可見光透明膜110之厚度「t」大多達10倍、大多達100倍，或甚至大超過100倍。
可見光透明膜110之第一部分102包括一與光輸入邊緣120成第一角θ1安置並自光輸入尖端125延伸至光輸出區域127的反射邊緣118。在一特定實施例中，第一角θ1可為約45度(如圖1中所示)，但可根據需要使用其他角。反射邊緣118可包括一能夠實現可見光透明膜內之全內反射(TIR)的拋光表面(或藉由一安置於邊緣表面上之反射塗層)。在一些狀況下，反射塗層可包括一金屬塗層(諸如銀、鋁及其類似者)，或反射塗層可包括一介電質塗層(諸如，如此項技術中已知，包括交替無機或有機介電質層之多層介電質塗層)。
輸入可見光線130經由光輸入邊緣120進入照明重導向器100之第一部分102，自反射邊緣118反射，通過光輸出區域127，並經由照明重導向器100之第二部分104之光輸出邊緣116作為輸出可見光線140退出照明重導向器100。
輸入可見光線130中之每一者可為一經由一包括準直角「α」之部分準直輸入錐135散佈的部分準直輸入光線。在一些狀況下，如熟習此項技術者已知，準直角「α」可視光源之組態而變化多達約45度、多達約40度、多達約30度、多達約20度或多達約15度。較佳地，準直角「α」可在自約5度至約20度的範圍內變化。
在一特定實施例中，輸入可見光線130中之每一者可源自在第一部分102中組合並混合的兩個或兩個以上不同光源，以便在第二部分104中表現為均勻分佈，如別處所描述。在一狀況下，例如，光線130a、130c、130e及130g可源自第一光源(未圖示)，而光線130b、130d及130f可源自第二光源(未圖示)。由於輸入光線130之部分準直 (亦即，歸因於準直角「α」的光線之某種散佈及重疊)，及來自照明重導向器100之照明轉換器的製造技術，進入光輸入邊緣120之若干光源可經組合以通過光輸出區域127，其中當光穿過第二部分104以最終經由光輸出邊緣116退出照明重導向器100時，可發生其他混合及均勻化。
經由照明重導向器100之在準直角「α」內的輸入可見光線130中之每一者的路徑可包括藉由TIR及其類似者之自第一主表面112及第二主表面114的多個反射。一般而言，在照明重導向器100之材料之折射率大於與照明重導向器100之表面接觸的材料之折射率時，可發生TIR。因此，在一些狀況下，鄰近需要TIR之表面中之每一者提供一諸如氣隙之間隙。在一些狀況下，可見光透明膜110可塗佈於具有一低折射率塗層(包括碳氟化合物、聚矽氧及諸如超低折射率塗層及相分離多嵌段共聚物之多孔材料)之一或多個表面上以增強TIR。在一些狀況下，可見光透明膜110可塗佈於具有反射材料(諸如，別處描述之金屬或介電質塗層)之一或多個表面上。可見光透明膜110可具有在一或多個表面上之其他塗層，包括硬塗層、平坦化塗層及抗靜電塗層。
在一些狀況下，輸出角「θ2」可小於90度，諸如約45度(未圖示)，且光輸出邊緣116可經製造成以一類似於反射邊緣118之方式反射光，並經由第二邊緣119(亦即，在與圖1中所示的輸入可見光線130之方向相同的總方向上)透射光。在一些狀況下，輸出角「θ2」可大於90度，諸如約135度(未圖示)，且.光輸出邊緣116可經製造成以一類似於反射邊緣118之方式反射光，並經由第一邊緣121(亦即，在與圖1中所示的輸入可見光線130之方向對置之總方向上)透射光。應理解可根據需要調整輸出角「θ2」以引導輸出可見光線140穿過所選輸出邊緣，並最終進入一波導，或平鋪至波導中，如別處所描述。
圖2A至圖2C展示根據本發明之一態樣的照明轉換器200之透視示 意圖。圖2A至圖2C中之編號元件200至227中之每一者對應於圖1中呈現的類似編號元件100至127，且每一元件之描述及功能兩者皆對應地類似。舉例而言，圖2A至圖2C中之可見光透明膜210對應於圖1中之可見光透明膜110。
包括光輸入邊緣220及45度反射邊緣218的可見光透明膜210之第一部分202(下文中被稱作螺旋纏繞部分202)可被捲成一螺旋，使得光輸入邊緣220形成可為橢圓面之光輸入表面222。自圖2A前進至圖2B至圖2C，可見光透明膜210在纏繞方向255上圍繞一具有中心寬度W1之中心平面250螺旋地纏繞，從光輸入尖端225開始並至少繼續直至光輸出區域227經螺旋地纏繞為止。以此方式，光輸入邊緣220變為螺旋纏繞部分202中的複數個螺旋包裹物，從而形成光可注入至其中的光輸入表面222，將一或多個光源轉換成一線性源，如別處所描述。一般而言，光輸入表面222具有一外輸入寬度「W2」及外輸入厚度「T」，其足夠大以使得若干光源(未圖示)可彼此鄰近而定位以將光注入至照明轉換器200中。可見光透明膜210之第二部分204(下文中被稱作平坦部分204)自螺旋纏繞部分202切向延伸。
螺旋可被寬鬆地裝配以提供一間隙(諸如，具有鄰近可見光透明膜之空氣界面以用於促進TIR的氣隙)，或螺旋之每一層可與具有一比可見光透明膜低的折射率之材料結合。舉例而言，可見光透明膜可由一具有相對高折射率之聚合物(諸如，聚碳酸酯)製成，且膜可與黏接劑(諸如，光學清透黏接劑(例如，可自3M公司得到的「OCA」))之薄層或可在將膜捲成螺旋之後固化的可固化低折射率樹脂(諸如，丙烯酸單體)結合。亦可藉由真空塗佈材料(包括有機或無機材料，或其混合物)而塗覆低折射率塗層。合適低折射率塗層包括(例如)二氧化矽及氟化鎂。
可藉由使用一符合螺旋內部之形狀(亦即，具有中心寬度W1之平 面)的心軸，藉由一受控結合黏接劑(諸如，熱熔黏接劑、真空或機械夾鉗)將螺旋之開頭附接至心軸而形成螺旋。在將可固化結合系統用以將螺旋固持在一起的狀況下，可藉由使用光化輻射(諸如紫外線或電子射束)或熱固化系統而結合經捲起之膜。
在一些狀況下，膜可經加熱至一溫度，在該溫度下膜可變形而不會變得由於(例如)碎裂而受損。通常，合適溫度係在玻璃轉移溫度與熔點之間。膜接著可在很熱的同時捲成螺旋形狀，且接著冷卻以製成一穩定螺旋結構。膜可以一在形成溫度下軟化並結合至呈螺旋形態的相鄰表面的材料來塗佈。在一些狀況下，膜可圍繞一軸線纏繞成圓柱體(如(例如)在PCT專利公開案第WO2012/064519號中描述)，且接著將力施加至該圓柱體以將形狀逐漸地變形成橢圓。
圖3展示根據本發明之一態樣的一照明轉換器系統300。圖3中之編號元件200至227中之每一者對應於圖2中呈現的類似編號元件200至227，且每一元件之描述及功能兩者皆對應地類似。照明轉換器系統300包括具有螺旋纏繞部分202及自螺旋纏繞部分202切向延伸之平坦部分204之照明轉換器200。螺旋纏繞部分202具有一中心平面250且包括一光輸入表面222、一光反射邊緣218及一將螺旋纏繞部分202與平坦部分204分開之光輸出區域227。光輸出區域227平行於中心平面250。
照明轉換器系統300進一步包括一第一LED 370a、一第二LED 370b及一第三LED 370c，每一者能夠分別將光注入至光輸入表面222中。應理解儘管圖3中展示3個LED，但任何所要數目之LED(例如，1、2、3、4或甚至5或5個以上LED)可經定位以將光注入至光輸入表面222中。該等LED中之每一者可能夠輸出一不同波長(色彩)光；不同強度光；具有不同準直角之光；以不同速率循環通斷之光(亦即，同步或非同步照明)；及其類似者；及其組合。以此方式，具有不同色 彩、強度、時序或角展度之光可經注入至光輸入表面222中並被組合。可選的第一、第二及第三準直光學裝置365a、365b、365c，以及可選的第一、第二及第三積光圓柱體360a、360b、360c亦可分別安置於LED 370a、370b、370c與光輸入表面222之間以至少部分地準直並均勻化進入照明轉換器200之光，如一般熟習此項技術者已知。
在一特定實施例中，螺旋纏繞部分202可由一形成螺旋纏繞部分202及平坦部分204兩者之連續膜形成。在一些狀況下，平坦部分204可經延伸以形成一顯示波導(顯示背光可更一般地稱作波導)，如別處所描述。在一些狀況下，平坦部分204可耦接至一可由與可見光透明膜210相同或不同之材料製造的獨立背光380(或波導)。較佳地，存在一在照明轉換器200之光輸出邊緣216與背光380之背光輸入邊緣382之間的間隙384，其中間隙384約為背光380之一半厚度，背光380之四分之一厚度，或甚至更小，且可以空氣或一具有小於可見光透明膜210之折射率的折射率的材料填充。間隙384可導致系統效率及照明均勻性之改良。在一特定實施例中，可選光提取特徵388可包括於背光380中以橫跨前表面386來提供均勻光提取，如熟習此項技術者所已知。
波導可經平鋪以照明較大顯示器。舉例而言，波導可以2×1、2×2、3×2或更大陣列來配置。波導亦可在對置的兩邊緣上具有照明轉換器，或若干轉換器可用於一共同波導上。LED亦可置放於顯示面板下方，其中薄波導可經平鋪以形成一陣列。此組態可能對於使用區域化照明以改良對比度及功率效率之顯示器特別有用。
可使用一用於產生波導薄片之技術來製造可見光透明膜(110,210)。此技術可用於產生具有一或多個邊緣的聚合物膜及薄片波導，該或該等邊緣平滑且具有受控的角或曲率或兩者。該技術為在兩個夾持板之間堆疊兩個或兩個以上撓性膜或薄片，藉此建立夾持板與膜或薄片之裝配件。裝配件接著在至少一邊緣上被研磨並拋光。經研磨或 拋光之邊緣中之至少一者可以諸如金屬、介電質及微結構材料之材料塗佈。
製造薄膜或薄片波導可係困難的，此係因為邊緣影響系統之總體效能。一般而言，邊緣提供3個功能中之一或多者。首先係透射來自光源(諸如，LED)之光，第二係藉由TIR沿波導反射光，且第三係在背光之末端處以近法向角反射光，從而增加系統效率及均勻性。在所有3種狀況下，導光板之邊緣不會經由散射及非正交表面反射而增加光之光展量係重要的。使用習知製程製造薄膜或薄片中之光學平滑及正交表面係困難的。
在一些狀況下，邊緣中之一或多者常常以光學材料(諸如，銀或鋁之薄層)塗佈，或可具有一施加至邊緣之微結構，如別處描述。在此等系統中，存在完整表面塗層但塗層很少延伸到邊緣之外可係重要的。在一些狀況下，例如，過噴於膜或薄片平坦表面上之金屬可經由散射、吸收或散射及吸收兩者引起損失，並導致不均勻背光。在一些狀況下，亦可需要在膜之一或多個邊緣上安置一受控曲線。可受益於彎曲邊緣之應用包括(例如)將來自一波導之光高效耦合至另一者。
描述一用於產生薄且高效波導之技術，其中薄波導技術允許使用產生特別透明波導的製程(詳言之，溶劑及電子射束固化樹脂)。該技術使用具有充分厚度以致於為剛性的且由易蝕或非易蝕材料製成之兩個夾持區塊。若其由易蝕材料製成，則用於將經研磨及拋光之表面之區塊的維度應等於或大於完成產品中所需之最終維度。若夾持區塊由硬的非易蝕材料製成，則維度應等於或小於最終維度。夾持區塊可由用以提供剛性之硬材料與可經腐蝕而實質上不消耗研磨及拋光介質的軟材料之組合建構。
膜堆疊可經研磨及拋光，其中邊緣厚度軸線垂直於膜平面，或堆疊可經研磨，使得邊緣厚度軸線與膜平面成一角。該角可自0度變 化至45度或更大。如本文中所使用，術語膜或薄片可互換地使用，且亦包括平坦或錐形膜或薄片。大體而言，膜小於10mm厚，更佳地小於1mm厚，且最佳地小於約200微米厚。
亦可能研磨並拋光堆疊，使得其在一或多個平面中形成一簡單或複雜曲線。具有大致平行於膜或薄片之法向軸線之表面的曲線可藉由將邊緣研磨及拋光成所要形狀而形成。具有平行於膜平面之彎曲表面的曲線可藉由將光學膜與比光學膜更易於腐蝕之膜交錯而製成，以建立一凸表面，或將光學膜與較慢腐蝕之膜交錯而製成，以建立一凹表面。合適之高度易腐蝕膜包括聚烯烴、具有小於攝氏25度之玻璃轉移溫度之聚合物、多孔聚合物，及氟碳膜。易蝕材料亦可為膜上之蠟或易碎塗層。具有低腐蝕率之合適膜包括結晶聚合物(諸如聚酯)(包括聚對苯二甲酸乙二酯)，及非晶形聚合物(包括聚甲基丙烯酸甲酯、環氧樹脂及以包括陶瓷或金屬之硬粒子填充的聚合物或塗層)。
可將保形的拋光介質用於建立一正交於膜之平面的彎曲表面。亦可需要使研磨介質保形，尤其是拋光前研磨介質。合適之研磨及拋光介質包括氈、聚合物膜及彈性介質(諸如橡膠表面)。處理條件可影響彎曲度，其中在膜表面與介質之間的較高壓力一般會產生較高曲率。
膜或薄片可經切割成大於最終所要大小，接著經裝配成一堆疊，並藉由夾持區塊及一用於施加合適力以保持堆疊之完整性之構件而壓製成一裝配件。接著可使用習知構件(尤其使用研磨板及拋光介質)來研磨及拋光邊緣中之一或多者。堆疊邊緣接著可經清潔並以硬塗層、金屬塗層(諸如，鋁或銀)、用以底塗表面以用於隨後塗層的黏接促進層、介電質塗層(包括抗反射、寬頻及光譜或偏光選擇塗層)及抗靜電塗層中之一或多者來塗佈。
在一特定實施例中，邊緣亦可以一微結構化材料塗佈。用於在 每一膜或薄片之邊緣處建立一微結構之合適製程係將可固化樹脂與微結構化工具之組合應用於裝配件之經研磨及拋光表面。較佳地，微結構經設計以在膜或薄片堆疊分離時允許微結構之相對小部分受損。此可經由樹脂性質(尤其，強度、硬度、韌度及斷裂力學)之選擇的組合、藉由對微結構之選擇(諸如，具有微結構中之天然碎裂位置)，及藉由微結構及樹脂之厚度來實現。作為一實例，可藉由將UV透明工具(諸如，澆鑄及固化BEF圖案)放在聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜上、以UV可固化樹脂塗佈膜之結構化側面、將經塗佈工具沿一邊緣施加至拋光裝配件、UV固化該樹脂、移除工具及剝離膜而將亮度增強膜(BEF)結構添加至堆疊之邊緣。
在一些狀況下，可需要防止材料(諸如樹脂及塗層)在該等膜層之間滲透。材料可在堆疊之前施加至膜或在拋光及清潔之後施加至堆疊之邊緣。合適之材料包括蠟、氟碳流體(諸如FluorinertTM流體，其可自3M公司獲得)、油、聚合物及可被移除或可密封邊緣但將保持為膜層之部分的其他材料。
實例
使用CO2雷射切割器將由N-BK7玻璃製成之若干50微米厚膜切割成65×65mm直角三角形。使用夾持面將50個三角形之堆疊壓縮在一起以形成一約25mm厚的延伸之直角三角形堆疊。夾持面係由為63×63mm直角三角形並居中於經堆疊三角形玻璃面之外表面上的6mm厚聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板製成。夾鉗在隨後研磨及拋光操作期間提供充分力(而非大到損害玻璃表面之力)以將玻璃三角形固持於適當位置。夾鉗包括一可移動之托架，使得三角形之邊及斜邊可被研磨及拋光介質接近。玻璃三角形之堆疊之邊及斜邊被用研磨具研磨並拋光，該研磨具經定向使得研磨及拋光力平行於玻璃三角形之邊緣。接著使用物理氣相沈積以約100nm之銀金屬來塗佈經夾持玻璃三角形 之斜邊，且三角形之邊係用抗反射塗層(諸如，氟化鎂)來塗佈。玻璃三角形之堆疊接著經分離、清潔，且玻璃三角形中之每一者可被形成為一玻璃螺旋照明轉換器。
玻璃三角形中之一者經加熱至一比攝氏557度之玻璃轉移溫度高約攝氏50度與攝氏170度之間的溫度，且用心軸抬升三角形之銳角頂點中之一者以形成一具有100微米外部厚度T及300微米外部寬度W2之橢圓。以類似於圖2A至圖2B中所展示之方式的方式，心軸繼續捲動該螺旋以形成一由三角形之邊緣之螺旋製成的橢圓面。玻璃及心軸接著經冷卻至玻璃轉移溫度以下，心軸被移除，且玻璃螺旋經退火。
下文為本發明之實施例之清單。
項目1為一照明轉換器，其包含：一可見光透明膜之一螺旋纏繞部分，該螺旋纏繞部分具有：一具有一寬度之中心平面，該可見光透明膜圍繞該中心平面纏繞；一垂直於該中心平面之光輸入表面，該光輸入表面包含該可見光透明膜之第一邊緣；一反射表面，其包含與可見光透明膜之第一邊緣成45度角而安置的該可見光透明膜之一第二邊緣；一平行於該中心平面之光輸出區域；及該可見光透明膜之一平坦部分，該平坦部分自該可見光透明膜之該螺旋纏繞部分切向延伸至該可見光透明膜之一光輸出邊緣。
項目2為項目1之照明轉換器，其中該可見光透明膜係選自一聚合膜、一玻璃膜及其一組合。
項目3為項目1或項目2之照明轉換器，其中該可見光透明膜之該光輸出邊緣平行於該中心平面。
項目4為項目1至項目3之照明轉換器，其中該螺旋纏繞部分進一步包含一在該螺旋纏繞部分之相鄰層之間的間隙，使得全內反射(TIR)可發生在該可見光透明膜內。
項目5為項目4之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或一具有一 比該可見光透明膜低的折射率之材料。
項目6為項目1至項目5之照明轉換器，其中該反射表面包含一能夠支援TIR之拋光表面。
項目7為項目1至項目6之照明轉換器，其中該反射表面包含一金屬化表面反射器、一介電質多層反射器或其一組合。
項目8為項目1至項目7之照明轉換器，其進一步包含鄰近該光輸入表面並沿該寬度安置的至少一發光二極體(LED)，該至少一LED中之每一者能夠將光注入至該光輸入表面中。
項目9為項目8之照明轉換器，其進一步包含安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的光收集光學裝置。
項目10為項目8或項目9之照明轉換器，其進一步包含一安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
項目11為項目8至項目10之照明轉換器，其中該至少一LED包含能夠發射不同波長的光之至少兩個LED。
項目12為項目8至項目11之照明轉換器，其中該至少一LED包含能夠非同步照明或同步照明之至少兩個LED。
項目13為項目9至項目12之照明轉換器，其進一步包含一在該光收集光學裝置與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
項目14為項目1至項目13之照明轉換器，其進一步包含一經安置以接收來自該光輸出邊緣之光的膜波導。
項目15為項目14之照明轉換器，其進一步包含一在該膜波導與該光輸出邊緣之間的間隙。
項目16為項目15之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或一具有一比該可見光透明膜低的折射率之材料。
項目17為項目1至項目16之照明轉換器，其中該可見光透明膜進一步包含一具有一低於該可見光透明膜之折射率的外表面塗層。
項目18為一背光，其包含：項目1至項目17之照明轉換器；及鄰近該光輸入表面安置並能夠將光注入至該光輸入表面中的複數個發光二極體(LED)。
項目19為項目18之背光，其進一步包含安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的光收集光學裝置。
項目20為項目18或項目19之背光，其進一步包含一安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
項目21為項目18至項目20之背光，其中該至少一LED包含能夠發射不同波長的光之至少兩個LED。
項目22為項目18至項目21之背光，其中該至少一LED包含能夠非同步照明或同步照明之至少兩個LED。
項目23為項目19之背光，其進一步包含一在該光收集光學裝置與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
項目24為項目18至項目23之背光，其中該可見光透明膜之該平坦部分進一步包含光提取特徵。
項目25為項目18至項目24之背光，其進一步包含一經安置以接收來自該光輸出邊緣之注入光的膜波導。
項目26為項目25之背光，其中該膜波導進一步包含光提取特徵。
項目27為項目25或項目26之背光，其進一步包含一在該膜波導與該光輸出邊緣之間的間隙。
項目28為項目27之背光，其中該間隙包含空氣或一具有一比該可見光透明膜低的折射率之材料。
除非另有指示，否則本說明書及申請專利範圍中所使用之所有表示特徵大小、量及實體性質之數字均應理解為由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則前述說明書及所附申請專利範圍中所陳 述之數值參數為可視由熟習此項技術者利用本文中所揭示之教示來設法獲得之所要性質而變化的近似值。
除非本文中所引用之參考案及公開案可能與本發明直接抵觸，否則所有該等參考案及公開案以全文引用之方式明確地併入本發明中。雖然本文中已說明且描述特定實施例，但一般熟習此項技術者將瞭解，在不脫離本發明之範疇的情況下，多種替代及/或等效實施可取代所展示及描述之特定實施例。本申請案意欲涵蓋本文中所論述之特定實施例之任何調適或變化。因此，意欲本發明僅受申請專利範圍及其等效物限制。
200‧‧‧照明轉換器
202‧‧‧第一部分/螺旋纏繞部分
204‧‧‧第二部分/平坦部分
210‧‧‧可見光透明膜
216‧‧‧光輸出邊緣
218‧‧‧45度反射邊緣/光反射邊緣
222‧‧‧光輸入表面
227‧‧‧光輸出區域
250‧‧‧中心平面
300‧‧‧照明轉換器系統
360a‧‧‧第一積光圓柱體
360b‧‧‧第二積光圓柱體
360c‧‧‧第三積光圓柱體
365a‧‧‧第一準直光學裝置
365b‧‧‧第二準直光學裝置
365c‧‧‧第三準直光學裝置
370a‧‧‧第一LED
370b‧‧‧第二LED
370c‧‧‧第三LED
380‧‧‧背光
382‧‧‧背光輸入邊緣
384‧‧‧間隙
386‧‧‧前表面
388‧‧‧光提取特徵

Claims (28)

  1. 一種照明轉換器，其包含：一可見光透明膜之一螺旋纏繞部分，其具有：一具有一寬度之中心平面，該可見光透明膜圍繞該中心平面纏繞；一垂直於該中心平面之光輸入表面，該光輸入表面包含該可見光透明膜之一第一邊緣；一反射表面，其包含與該可見光透明膜之該第一邊緣成一45度角而安置的該可見光透明膜之一第二邊緣；一光輸出區域，其平行於該中心平面；及該可見光透明膜之一平坦部分，該平坦部分自該可見光透明膜之該螺旋纏繞部分切向延伸至該可見光透明膜之一光輸出邊緣。
  2. 如請求項1之照明轉換器，其中該可見光透明膜係選自一聚合膜、一玻璃膜及其一組合。
  3. 如請求項1之照明轉換器，其中該可見光透明膜之該光輸出邊緣平行於該中心平面。
  4. 如請求項1之照明轉換器，其中該螺旋纏繞部分進一步包含在該螺旋纏繞部分之相鄰層之間的一間隙，使得全內反射(TIR)可發生在該可見光透明膜內。
  5. 如請求項4之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或具有一比該可見光透明膜低的折射率之一材料。
  6. 如請求項1之照明轉換器，其中該反射表面包含一能夠支援TIR之拋光表面。
  7. 如請求項1之照明轉換器，其中該反射表面包含一金屬化表面反 射器、一介電質多層反射器或其一組合。
  8. 如請求項1之照明轉換器，其進一步包含鄰近該光輸入表面並沿該寬度安置的至少一發光二極體(LED)，該至少一LED中之每一者能夠將光注入至該光輸入表面中。
  9. 如請求項8之照明轉換器，其進一步包含安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的光收集光學裝置。
  10. 如請求項8之照明轉換器，其進一步包含一安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
  11. 如請求項8之照明轉換器，其中該至少一LED包含能夠發射不同波長的光之至少兩個LED。
  12. 如請求項8之照明轉換器，其中該至少一LED包含能夠非同步照明或同步照明之至少兩個LED。
  13. 如請求項9之照明轉換器，其進一步包含一在該光收集光學裝置與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
  14. 如請求項1之照明轉換器，其進一步包含一經安置以接收來自該光輸出邊緣之光的膜波導。
  15. 如請求項14之照明轉換器，其進一步包含一在該膜波導與該光輸出邊緣之間的間隙。
  16. 如請求項15之照明轉換器，其中該間隙包含空氣或具有一比該可見光透明膜低的折射率之一材料。
  17. 如請求項1之照明轉換器，其中該可見光透明膜進一步包含具有一低於該可見光透明膜之折射率的一外表面塗層。
  18. 一種背光，其包含：如請求項1之照明轉換器；及鄰近該光輸入表面安置並能夠將光注入至該光輸入表面中的複數個發光二極體(LED)。
  19. 如請求項18之背光，其進一步包含安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的光收集光學裝置。
  20. 如請求項18之背光，其進一步包含一安置於該至少一LED與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
  21. 如請求項18之背光，其中該至少一LED包含能夠發射不同波長的光之至少兩個LED。
  22. 如請求項18之背光，其中該至少一LED包含能夠非同步照明或同步照明之至少兩個LED。
  23. 如請求項19之背光，其進一步包含一在該光收集光學裝置與該光輸入表面之間的積光圓柱體。
  24. 如請求項18之背光，其中該可見光透明膜之該平坦部分進一步包含光提取特徵。
  25. 如請求項18之背光，其進一步包含一經安置以接收來自該光輸出邊緣之注入光的膜波導。
  26. 如請求項25之背光，其中該膜波導進一步包含光提取特徵。
  27. 如請求項25之背光，其進一步包含一在該膜波導與該光輸出邊緣之間的間隙。
  28. 如請求項27之背光，其中該間隙包含空氣或具有一比該可見光透明膜低的折射率之一材料。
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