專利名稱：帶有平坦面板光導件堆的照明器的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括光導件的照明器，這種光導件適合于從至少一個 光源接收光。
背景技術：
用透明材料(如玻璃或PMMA)制成的平坦光導件可用于產生平 坦的透明照明器，即主要用于室內照明目的的光源。這是公知的并通 常用在LCD背光和前光。來自CCFL、 HCFL或LED的光耦合到光導 件。可將光學耦合輸出結構如楔塊或適當的涂層布置在光導件的表面 上，以去除總體內部反射條件，從而將光耦合輸出光導件。
與這些照明器有關的問題在于耦合輸出光導件的光的均勻分布。 布置在最接近于光源的位置的結構(或涂層)往往將大多數光耦合輸 出，而與光源較遠的結構往往耦合輸出較少的光。這種問題可通過這 些結構的正確分布得到解決。
不過，這會導致光效率與透明度之間的平衡。為了將光導件的某 些區域中的足夠量的光耦合輸出，要求大量的耦合輸出結構。不過， 這會使這些照明器不透明。
類似的問題同樣也在汽車照明設備領域遇到，如尾燈和轉向燈。 US 2003/0235046已提出了一種解決方法，該專利公開了一種用塑料制 成的注模光導體。這種光導體適合于在一個端部耦合輸入光，并且在 多個凸出部分耦合輸出光，這些凸出部分具有與該光導體的平面形成 角度的表面。這些凸出部分基本上相互等距，從而保證耦合輸出的光 的均勻分布。這些光導體可以是圓盤，且光源布置在該光導體的周緣 周圍。
雖然注模塑料體適合作為車輛中的照明設備，但這些塑料體并不 能夠以適合于照明器的尺寸制造。而且，難以將這些塑料體制成透明 的
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種改進的透明照明器，這種照明 器允許耦合輸出的光的均勻分布。
根據本發明的一個方面，這些和其它目的由包括基本上透明的光 導結構的照明器實現，這種光導結構適合于從至少一個光源接收光。 這種光導結構包括透明的平坦面板光導件堆，每個面板光導件具有耦 合輸入邊緣和至少 一個耦合輸出表面，這種耦合輸入邊緣適合于從該 光源接收光并將這種光耦合輸入到光導件中，該至少 一 個耦合輸出表 面適合于將光從該光導件耦合輸出。這些耦合輸出表面沿著該光導結 構的延伸平面分布，優選均勻地分布，以提高該光導結構的透明度。
表達形式"基本上透明"用于表明耦合輸出表面實際上可局部不 透明。正如已提及的那樣，這是現有技術中的一種問題，在此情形中， 需要將耦合輸出表面密集地布置在遠離光源的區域中以提供光的均勻 分布，從而導致透明度的降低。根據本發明，出于多層光導件的原因， 可將耦合輸出表面足夠地分布以確保光導結構的透明效果。
與在US 2003/0235046中公開的注模體相比，根據本發明的堆疊光 導結構易于制造，甚至可制成大的尺寸，且主要包括現有的元件(平 坦面板光導件)。而且，與US 2003/0235046中的設計相比，可用這種 設計實現改進的透明度。
此外，與US 2003/0235046中的光導件相比，可更加有效地對光的 分布進行控制，因為耦合輸入一個特定面板光導件的光將在這種面板 的耦合輸出表面^皮耦合輸出。
通過使用薄光導件堆而不是使用 一個光導件，還會在光源離開光 導件之前更多次地將光源反射。這就改進光的混合，光的混合是有利 的，尤其是在多色彩光源(如多個不同的彩色LED)的情況下。
另 一個優點是保持準直。在入口側耦合在光導件中的角展度與離 開光導件的角展度相同。這樣就不產生另外的散射或斜射光。
就其本身而言，堆疊多個平坦光導件的概念是公知的，如用作透 明顯示器中的背光。不過，這些背光布置在顯示器的背部，且無需透 明。因此，可用最佳方式布置這些耦合輸出結構，以實現耦合輸出的 光的均勻分布，而無需關注降低透明度。相反，使用多層光導件的原 因通常與從背光提供各種類型的光有關，如不同偏振的光或不同色彩 的光。并不認為現有技術中的這些光導件能夠解決出現在照明器領域中的透明度問題。
這些面板光導件可具有不同的尺寸并且可布置成使所有的面板光 導件的耦合輸入邊緣基本上相互臨近對齊。這樣，每個面板光導件可 具有與適合于形成這些耦合輸出表面中的一個的耦合輸入邊緣相對的 邊緣。這就導致堆疊的光導結構，這種堆疊的光導結構在一個端部中 接收光并從與此端部相對的邊緣將這種光耦合輸出。由于這些面板光 導件具有不同的尺寸，所以會沿著這種結構的長度分布這些相對的邊 緣。優選對這些尺寸進行選擇，以使這些相對的邊緣會被沿著這種結 構的長度均勻地分布。
通過在這些相對的邊緣耦合輸出所有的光，這種光導結構會變得 有光效率。將所有的光在每個光導件的端部耦合輸出，且不存在呈斜 角的光回收或耦合輸出。
優選面板光導件的形狀相等，如矩形或圓形。這就在制造單個面 板光導件方面和組裝堆疊的光導結構方面便于進一步的制造。
還優選將這些面板以尺寸堆疊，即從最大到最小堆疊，以使每個 面^反光導件具有自由部分，該自由部分具有一個側面，該側面未凈皮堆 中的其它面板光導件覆蓋。這就導致大致呈楔形的形狀，在這種形狀 中，相對的邊緣在楔形斜坡上形成梯層。
每個面板光導件的自由部分中的耦合輸出表面可適合于在未被覆 蓋的側面上將光耦合輸出。通過在該側面上將光耦合輸出，接觸面就 會較少，用于穿過板堆的光的菲涅耳損失在這些接觸面出現。
穿過該光導件的寬度的這些相對的邊緣可基本上是直的并平行對 齊，或者，這些相對的邊緣可彎曲并等距對齊。這種設計會使從這些 相對的邊緣耦合輸出的光能夠均勻地分布。
可用各種方式確保這種光的耦合輸出。例如，每個耦合輸出邊緣 可形成與平坦面板光導件的延伸平面的角度，以通過耦合輸出邊緣中 的反射將耦合進入該光導件的光引導出該光導件。可通過在耦合輸出 邊緣上涂覆反射表面來增強這種效果。還可采用其它耦合輸出結構， 以確保沿著該相對的邊緣將光耦合輸出。
根據本發明的另 一個實施例，光導結構適合于從至少兩個光源接 收光。例如，可將這些光源布置在光導結構的任何一個側面上。
這樣，這種結構的面板光導件就可包括適合于從第一種光源接收光的第一組光導件和適合于從第二種光源接收光的第二組光導件。
或者，至少一個面板光導件可具有兩個耦合輸入邊緣，每個邊緣 布置成從這些光源中的一個接收光。因此，這種面板光導件會在這兩 個光源之間延伸并使其耦合輸出表面沿著這兩個光源分布。
這些耦合輸出表面還包括中間耦合輸出表面，這些中間耦合輸出 表面位于耦合輸入邊緣與相對的邊緣之間。這些中間耦合輸出表面應 具有小于1的反射率，以允許光的一部分穿過該光導件的這些相對邊 緣并由該光導件的這些相對邊緣耦合輸出。這些額外的耦合輸出表面 用于減少照明器的眩光，因為亮度在較大的區域上擴散，且這些額外 的耦合輸出表面可用于產生均勻的耦合輸出。
根據本發明的另一個方面，復合照明器包括兩個照明器，每個照 明器具有光源和光導結構，這種光導結構帶有不同尺寸的面板光導件。 這些照明器的這些光導結構布置在并列位置中，以使第一光導結構的 耦合輸出邊緣面對面地與第二光導結構的耦合輸出邊緣對齊。這就會 產生由兩個堆形成的光導結構，優選每個堆呈楔形，以與另一個堆配 合。
將結合附圖更詳細地對本發明的這種和其它方面進行描述，這些 附圖示出了目前所優選的本發明的實施例。
圖1 a是根據本發明的第 一 實施例的照明器的側視圖。 圖lb是示于圖la中的照明器的一種變化形式的側視圖。 圖2是根據本發明的第二實施例的照明器的側視圖。 圖3a是根據本發明的第三實施例的照明器的側視圖。 圖3b是示于圖3a中的照明器的一種變化形式的側視圖。 圖4a至圖4c根據本發明的照明器的可能形狀的示例。
具體實施例方式
圖1示出了第一實施例，包括光源1和堆2,堆2由不同尺寸的平 坦面板光導件3組成。這種光源可以是LED,這種LED可以是彩色 LED，但也可以是組合RGB-LED、 CCFL或其它類型的適當的光源。 每個光導件可用厚片制成，這種厚片用單電介質材料或電介質材料的組合制成。適當的電介質材料包括不同的透明材料，如各種類型的玻
璃、聚曱基丙烯酸甲酯(PMMA)等。波導管也可以是空氣波導管， 這種空氣波導管至少部分地由波導管反射體封閉。出于其功能的原因， 包括用電介質材料制成的厚片的波導管可依賴于全內反射(TIR)、反 射體或在邊緣和/或頂部和/或底部表面的TIR與反射體的組合。
每個光導件具有一個邊緣4，邊緣4布置成從光源1接收光5并耦 合輸入光5，且每個光導件設有沿著其相對邊緣6的耦合輸出表面10。 光導件的其余邊緣適合于提供光的全內反射，這種光以適當的角度被 耦合進入該光導件。
對這些面板的尺寸進行選擇，以使這些耦合輸出表面5沿著這些 面板的延伸平面分布，以提供耦合輸出的光的均勻分布。在圖la的示 意性平面圖中，這種均勻的分布由以方向A的均勻分布表示。
在所示出的實施例中，還以尺寸次序布置這些面板，以使每個面 板3具有僅由在一個側面上的相鄰的面板覆蓋的端部部分7。因此，這 個部分具有自由側面8，該自由側面8未由其它面玲反覆蓋。
進入光導件堆的光可由適當的耦合輸入結構9預先準直。對于實 際用途而言，要求離開照明器的光具有受限的角延伸。角展度通常限 制到+/-30度。若將預先準直時的角展度限制到約+/-30度(在光進入光 導件之前)，則離開照明器的光具有相同的角展度，這樣，照明器就 自動滿足這種邊界條件。
可利用適當的粘合劑11將這些光導件相互附接。可選擇這種粘合 劑具有并不損害該堆的透明度的折射率，而同時在這些光導件之間界 面，從而確保用于足夠的入射角范圍的全內反射條件。從總體上而言， 具有低折射率的粘合劑是有利的。
在將光預先準直的情況下，可使用折射率約為1.4或更低的膠水， 以將這些光導件相互附接(假定+/-30度和折射率為1.5的光導件)。 在此情形中，可將所有的板膠合在一起，而不是僅由一個光源提供這 些板。
在實際實施例中，光導件堆需要防塵和防刮擦。這可通過在外板 上涂覆防刮擦涂層或在這些光導件周圍具有透明盒(未示出)來實現。
^f艮據一個示例，形成這些相對的邊緣的形狀，以形成與該面板的 延伸平面的角度。對該角度進行選擇以能夠從該光導件耦合輸出光，
8且優選該角度約為45度。可如圖la所示的那樣確定這些邊緣的取向，從而導致光被反射到該堆中。或者，如圖lb所示，這些相對的邊緣6的角度可適合于在這些端部部分7的自由側面8上耦合輸出光。
這些表面還可設有反射增強涂層，如ESR箔(3M)、多層反射體、電介質或金屬反射體膜。通過使這些表面適合于完全反射(反射率系數等于1),耦合輸入到該光導件內的所有的光會由該耦合輸出表面IO耦合輸出。
每個光導件還可設有位于耦合輸入邊緣4與相對的邊緣6之間的一個或多個中間耦合輸出表面10a。這些中間耦合輸出表面10a還可與延伸平面形成一種角度，并且可具有與沿著相對的邊緣6的這些耦合輸出表面類似的功能。不過，這些表面10a必須具有小于1的反射率，以允許這種光的一部分繼續沿著該光導件。這些中間表面10a可包括前面所提及的材料中的一種、低指數膠水，或僅是一種氣隙。
這些中間表面10a不必延伸穿過該光導件的整個寬度。相反，沿著截面的幾個部分提供這些中間表面可能是有利的，以確保光導件作為整件形成。若形成這些中間表面以延伸穿過該光導件的整個寬度，則可將該面板光導件形成為幾個件，這幾個件沿著傾斜接觸面相互附著，且這些接觸面會形成整體耦合輸出表面。
根據本發明的另一個實施例，照明器包括兩個光源101a、 101b和兩個堆102a、 102b，如圖2所示。正如前面所提及的那樣，每個堆中的光導件103可相互附著，此外，可將這兩個堆102a、 102b膠合在一起，以形成更有剛性的結構。
圖2中的照明器基本上是示于圖1中的兩個照明器的組合。光從兩個側面被耦合輸入并且從各自的每個光導件的耦合輸出表面被耦合輸出。優選沿著每個光導件103的相對的邊緣106的這些耦合輸出表面110適合于反射所有的入射光，這樣就沒有光從一個光導堆泄漏到另一個堆中。
根據示于圖3a和圖3b的本發明的再一個實施例，照明器包括兩個光源201a、 201b和尺寸相等的面板光導件203的堆202。與示于圖2中的照明器相比，圖3中的照明器并不包括兩個分離的堆。相反，堆中的每個面板光導件203具有兩組耦合輸出表面210,這些耦合輸出表面210形成與該堆的延伸平面的不同角度。在所示出的情形中，這些角度為+/-45度。
在示于圖3a的實施例中，與參考圖1所描述的中間耦合輸出表面10a類似，這些耦合輸出表面210在這些光導件內形成。從原則上來講，這些耦合輸出表面210可與圖2中的組合堆中的這些耦合輸出表面110類似地定位，從而產生具有與圖2中的組合堆的性能類似的性能的堆。
若所有的耦合輸出表面部分地反射(反射率小于1),則來自一個光源的光的一部分會穿過布置成將該部分光向下反射的所有耦合輸出表面。然后，該部分會入射在適合于反射來自其它光源的耦合輸出表面的背側上，且該部分的一部分會被向上反射。通過調整多個半反射耦合輸出表面及其反射率，可將來自這些光源的光以所希望的比例向下和向上分開。
或者，如圖3b所示，在每個面板光導件203中形成楔形凹槽212,從而產生兩個耦合輸出邊緣206。通過在將連續的面板布置在頂部上之前在每個面板光導件中形成這些凹槽，就可能形成與圖2中的組合堆非常類似的堆，但以不同的方式制造這種堆。
圖1至圖3中的這些照明器的形狀可以是矩形，且沿著一個側面或沿著兩個相對的側面耦合輸入光。不過，本發明并不限制在矩形照明器。如圖4所示，還可采用其它的各種形狀，且將光源布置在中心或外圍。圖4a示出了帶有中心光源的圓形照明器，圖4b示出了帶有外圍光源的圓形照明器，且圖4c示出了帶有中心光源的四個三角形照明器，這些中心光源布置成形成矩形或方形照明器。
本領域中熟練的技術人員會認識到本發明在任何意義上均不限制在前面所描述的優選實施例。相反，在所附的權利要求書的范圍內，可進行虛構修改和變化。例如，可用不同的次序布置這些面板光導件，且除了斜角邊緣之外或作為這些斜角邊緣的替代，還可采用其它各種耦合輸出結構。
權利要求
1. 一種照明器，所述照明器包括基本上透明的光導結構(2；102a、102b；202)，所述光導結構(2；102a、102b；202)適合于從至少一個光源接收光，其特征在于所述光導結構包括透明的平坦面板光導件(3；103；203)堆，每個面板光導件具有耦合輸入邊緣(4)和至少一個耦合輸出表面(10、10a；110；210)，所述耦合輸入邊緣(4)適合于從所述光源接收光并將所述光耦合輸入到所述光導件中，所述至少一個耦合輸出表面(10、10a；110；210)適合于將光從所述光導件耦合輸出，所述耦合輸出表面沿著所述光導結構的延伸平面分布，以提高所述光導結構的透明度。
2. 如權利要求l所述的照明器，其特征在于所述面板光導件(3; 103; 203 )具有不同的尺寸并且布置成使所有面板光導件的耦合輸入 邊緣(4)基本上相互臨近對齊，且每個面板光導件可具有與適合于形 成這些耦合輸出表面中的一個的所述耦合輸入邊緣相對的邊緣(6; 106; 206)。
3. 如權利要求2所述的照明器，其特征在于所述面板光導件(3; 103; 203)具有基本上類似的形狀。
4. 如權利要求2或3所述的照明器，其特征在于所述面板光導 件以尺寸次序堆疊，以使每個面板光導件具有端部部分(7),所述端 部部分(7)具有一個側面(8),所述側面(8)未被堆(2)中的其 它面板光導件覆蓋。
5. 如權利要求4所述的照明器，其特征在于每個光導件的所述 端部部分(7)中的耦合輸出表面適合于以所述未被覆蓋的側面(8) 的方向將光耦合輸出。
6. 如權利要求2至5之一所述的照明器，其特征在于所述相對 的邊緣(6; 106; 206)基本上是直的且平行對齊。
7. 如權利要求2至5之一所述的照明器，其特征在于所述相對 的邊緣(6; 106; 206 )是彎曲的并等距對齊。
8. 如權利要求2至7之一所述的照明器，其特征在于每個相對 的邊緣這樣形成與所述平坦面板光導件的延伸平面的角度，以通過所 述相對的邊緣中的反射將耦合進入所述光導件的光引導出所述光導件。
9. 如權利要求8所述的照明器，其特征在于所述相對的邊緣(6; 106; 206)設有反射表面。
10. 如權利要求1所述的照明器，其特征在于所述光導結構(102a、 102b、 202)適合于從至少兩個光源(101a、 101b; 201a、 201b)接收光。
11. 如權利要求IO所述的照明器，其特征在于所述光導結構包 括適合于從第一光源(101a)接收光的第一組光導件(102a)和適合 于從第二種光源(101b)接收光的第二組光導件(102b)。
12. 如權利要求IO所述的照明器，其特征在于至少一個面板光 導件(202)具有耦合輸入邊緣(204a、 204b ),每個耦合輸入邊緣布 置成從所述光源(201a、 201b)中的一個接收光。
13. —種復合照明器，所述復合照明器包括兩個根據權利要求2 至9之一所述的照明器，其特征在于所述照明器的光導結構(102a、 102b)布置在并列位置中，以使所述第一光導結構的耦合輸出邊緣面 對面地與所述第二光導結構的耦合輸出邊緣對齊。
14. 如前面的權利要求中的任何一項所述的照明器，其特征在于 所述耦合輸出表面包括中間耦合輸出表面(10a; 210),所述中間耦 合輸出表面(10a; 210)的反射率小于1。
15. 如前面的權利要求中的任何一項所述的照明器，其特征在于 還包括至少一個光源(1),所述至少一個光源(1)布置成將光耦合 進入所述耦合輸入邊緣(4)。
16. 如前面的權利要求中的任何一項所述的照明器，其特征在于 每個面板光導件適合于提供用于具有指定范圍內的入射角的光的全內 反射條件。
全文摘要
一種照明器，這種照明器包括透明的光導結構(2)，這種光導結構包括透明的平坦面板光導件(3)堆。每個面板光導件具有耦合輸入邊緣(4)和至少一個耦合輸出表面(10、10a)，耦合輸入邊緣(4)適合于從光源接收光并將這種光耦合輸入到該光導件中，該至少一個耦合輸出表面(10、10a)適合于將光從該光導件耦合輸出，這些耦合輸出表面沿著該光導結構的延伸平面分布。根據本發明的堆疊光導結構易于制造，甚至可制成大的尺寸，且主要包括現有的元件(平坦的面板光導件)。而且，可用這種設計實現改進的透明度。
文檔編號G02B6/00GK101460875SQ200680034455
公開日2009年6月17日 申請日期2006年9月18日 優先權日2005年9月19日
發明者A·H·伯格曼, D·J·C·范奧爾斯, M·C·J·M·維森伯格, R·P·范戈科姆, W·L·伊澤曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司