光學光導體和光學裝置的制作方法

專利名稱：光學光導體和光學裝置的制作方法
光學光導體和光學裝置
本專利申請要求德國專利申請10 2006 046 235.1的優先權，該 德國專利申請的公開內容通過回引結合于此。
本發明涉及一種光學光導體以及一種利用光學光導體構成的光學 裝置。
這樣的光導體例如被用于背景照明裝置，例如用于顯示裝置。在 這種情況下，光源的光應盡可能有效地被耦合輸入到光導體中。此外， 在光導體之內，與光導體平面傾斜的傳播是有利的。
本發明的任務是說明一種光導體，該光導體能夠在耦合輸入端實 現有效的耦合輸入而在耦合輸出端實現高的光密度(Leuchtdichte)。 被耦合輸入到該光導體的輻射尤其是應盡可能有效并且均勻地分布到 輻射耦合輸出面上。此外，本發明的任務是說明一種帶有這種光導體 的光學裝置。
該任務通過根據權利要求1所述的光導體或根據權利要求14所述 的光學裝置來解決。本發明的有利的改進方案是從屬權利要求的主題。
根據本發明，光學光導體設置有主延伸方向、至少一個輻射入射 面和相對于主延伸方向縱向伸展的輻射出射面，其中至少一個輻射入 射面相對于主延伸方向橫向伸展，并且所述至少一個輻射入射面具有 兩個凸形拱起的部分區域，所述部分區域通過彎折狀的或者凹形成型 的切口相互連接。
有利地，通過與彎折狀的或者凹形成型的切口結合的所述至少一 個輻射入射面的凸形拱起的部分區域引起耦合輸入的輻射直接地或 者間接地偏轉到輻射出射面上，其中尤其是減小了輻射分量沿光導體 的主延伸方向的傳播，并且由此減小了輻射分量朝與所述至少一個輻 射入射面對置的側面的方向的傳播。
在一種有利的改進方案中，給光導體沿著主延伸方向分配中間平 面，該中間平面在切口的區域中穿透所述至少一個輻射入射面。很大 程度上，關于中間平面對稱地實施所述至少一個輻射入射面以及光導 體。該擴展方案有利地引起在中間平面之上和之下的輻射相同地在
4光導體中傳播，使得實現了輻射的均勻分布。
在光導體的一種優選的擴展方案中，所述凸形部分區域之一或者 所述兩個凸形部分區域圓柱狀地被成型。由此有利的是，有效地抑制 了輻射沿主延伸方向的傳播，使得實現了輻射的均勻分布。
在光導體的一種優選的擴展方案中，光導體平面地、尤其是平坦 地被實施。平面實施在這種情況下應被理解為光導體的基本上平坦的 造型，但其中微小的彎曲或者拱起是可接受的。這樣的光導體特別適
于諸如LCD顯示器或者車輛儀表板的平坦的或者微小彎曲的顯示裝置 的背景照明。尤其是，在后者所述的情況下，微小的彎曲或者拱起也 可是適宜的。
在一種有利的改進方案中，光導體被實施為楔形。楔形實施在這 種情況下應基本上被理解為光導體的楔形的厚度，其中該光導體沿光 導體的主延伸方向的厚度隨著離輻射入射面的距離的增加而減小。通 過這樣的光導體在輻射耦合輸出面上實現了盡可能均勻的光密度。尤 其是，被耦合輸入到光導體中的輻射因此盡可能均勻地分布到輻射耦 合輸出面上。
在光導體的一種優選的擴展方案中，光導體的至少一個輻射入射 面至少以區域的方式(bereichsweise )具有結構^:。
優選地，該結構化相對于切口的伸展方向4黃向地凈皮實施。該結構 化例如可以包括多個槽或者突起，所述槽或者突起同向地并尤其是相 對于切口的伸展方向橫向地被布置。借助這樣的結構化可以使被耦合 輸入到光導體中的輻射束在切口的伸展方向上被擴張，由此提高了耦 合輸入的輻射在輻射出射面上的均勻分布。
優選地，光導體的與輻射出射面對置的界面被構造為反射性的和/ 或配備有反射器層。這樣，該界面例如可以被實施為全反射的。可替 換地或者附加地，有利的是以反射器層(例如金屬層或者金屬氧化物 層)來涂層界面。這樣的界面使落到該界面的輻射有利地朝著輻射耦 合輸出面的方向偏轉。
優選地，光導體的至少一個鄰近輻射出射面的界面被構造為反射 性的和/或配備有反射器層。這樣，該界面例如可以被實施為全反射的。 可替換地或者附加地，有利的是以反射器層(例如金屬層或者金屬氧 化物層)涂層界面。這樣的界面使落到該界面的輻射有利地朝著輻射耦合輸出面的方向偏轉。特別有利的不僅是光導體的與輻射出射面對 置的界面被構造為反射性的和/或配備有反射器層，而且附加地，光導 體的鄰近輻射出射面的、在其上未布置輻射源的界面被構造為反射性 的和/或配備有反射器層。
在一種有利的改進方案中，光導體可以整體地(einstueckig)來
市'J3S:, 1TL迅地KA/工W/S"^帝j32g:。 -Cm W力UOS^IT 、 W力'JU2&刀fMMA J 被證明為有利的材料。可替換地，該光導體可以含有聚碳酸酯。
在光導體的一種優選的擴展方案中，光導體至少以區域的方式具 有耦合輸出結構。在此，為了使輻射盡可能均勻地分布到輻射耦合輸 出面上，耦合輸出結構的數目沿光導體的主延伸方向隨著離輻射入射 面的距離的增加而增加。通過這樣的光導體在輻射耦合輸出面上實現 了盡可能均勻的光密度。三維的耦合輸出結構優選地適于作為耦合輸 出結構，球拱形或者錐角形的耦合輸出結構特別優選地適于作為耦合
輸出結構。在此可能的是所述三維耦合輸出結構指向光導體內或者
作為突起指向光導體外。可替換地，耦合輸出結構可以被實施為印上 的彩色網格、被實施為色點或者被實施為橫向溝槽。
利用上述類型的光學光導體構成的光學裝置在所述至少一個輻射 入射面一方具有至少一個輻射源，使得所述至少一個輻射入射面在輻 射方向上被置于該輻射源之后。
光學裝置的一種有利的改進方案規定在光導體的主延伸方向上 來看，輻射源距光導體的距離比光導體垂直于光導體的主延伸方向的 尺寸更小。通過借助上述輻射入射面的造型對耦合輸入的輻射有針對 性的偏轉，能夠實現光學裝置的有利的緊湊結構。
優選地，輻射源的長度相對于光導體的輻射入射面的長度來說小。 輻射源的長度在這種情況下應被理解為輻射源的有效大小，其中在這 種情況下，該有效大小通過獨立于該輻射源可以被布置在其中的外殼 的輻射源來限定。
光學元件。特別:選地，在:射i^光導體的:射人射面之間的中間 空間僅僅包含空氣。
在光學裝置的一種優選的擴展方案中，輻射源是LED、尤其是LED 部件或者LED芯片。這樣的輻射源的特征在于相對低的能耗和相對應
6高的效率、簡單的控制和尤其是在于緊湊的結構形式。后者特別有利 地被用于構造節省位置的光學裝置，例如用于對移動電話或者移動計 算機進行背景照明。
在光學裝置的一種特別優選的擴展方案中，輻射源是發射具有位
于CIE標準比色表的白色區域中的色度坐標的混合輻射的LED。
"色度坐標"在本發明的意義上限定描述所述部件的所發射的光 在CIE標準比色表中的顏色的數值。
有利地，通過與作為輻射源的白色LED結合的根據本發明的光學 裝置，在光導體中傳播輻射來使得不同的波長范圍的不同方向分布得 到補償，以致實現輻射的均勻的分布，其中所述輻射源將不同波長范 圍(例如在藍色和在黃色波長范圍中)的輻射以不同的方向分布輻射 并且因此具有輻射特征(Abstrahlprofil )中的顏色結構。
本發明的其它特征、優點和適宜性從以下結合

圖1至3對兩個實 施例的說明得到。
其中
圖1示出了根據本發明的光學裝置的第一實施例的示意性剖面圖， 該光學裝置具有根據本發明的光學光導體，
圖2分別示出了根據本發明的光學裝置的另一實施例的示意性剖 面圖，該光學裝置具有根據本發明的光學光導體，
圖3示出了直接位于對應于圖1的實施例的輻射入射面之后的光 強度分布的圖示，以及
圖4示出了根據本發明的光學光導體的第三實施例的示意性透視 詳圖。
相同的或者作用相同的元件在附圖中配備有相同的附圖標記。 圖1中所示的光學裝置包括帶有主延伸方向和輻射入射面2的光 學光導體l，該輻射入射面2相對于該主延伸方向橫向伸展。此外，光 導體1具有輻射出射面3，該輻射出射面3沿著主延伸方向延伸。
輻射入射面2被構造有兩個凸形的、優選地為圓柱形的部分區域 4a、 4b，這些部分區域4a、 4b借助凹形拱起的切口 5相互連接。凹形 成型的切口的曲率半徑也可以選擇得任意小，使得在極限情況下得到 彎折狀的切口，該彎折狀的切口因此具有朝光導體本體的方向的尖峰。 在該切口處優選盡可能小的曲率半徑或盡可能銳利的尖峰，因為由此輻射沿主延伸方向的傳播被有效地抑制。
優選地，鄰近光導體的垂直平面與切口 5和該垂直平面與凸形的 部分區域之一的交點間的連接線之間的角度vi/為15°到25。之間，特別 優選為20°。
優選地，光導體1如所示的那樣在主延伸方向上平坦地被構造。
此外，光導體可以具有中間平面6，光導體并且尤其是輻射入射面2的
凸形的部分區域4a、 4b被實施為相對于該中間平面6對稱。
在輻射入射面上設置有輻射源7、優選為LED。當然，也可以使用 多個LED，這些LED例如可以在切口的伸展方向上行列狀地來布置。可 替換地，也可以設置多個輻射入射面，在這些輻射入射面之前分別布 置一個或者多個LED。特別優選地，構造兩個對置的輻射入射面，在這 些輻射入射面上分別布置一個或者多個LED。
由輻射源產生的輻射的光線徑跡示意性地按照多個部分輻射8示 出。這些部分輻射穿過輻射入射面的凸形成型的部分區域4a、 4b朝著 輻射出射面3的方向或朝著光導體的與輻射出射面3對置的界面的方 向被折射。由此，沿光導體的主延伸方向或中間平面6的傳播被抑制。
沿主延伸方向的傳播對于背景照明目的是不利的，因為平行于中 間平面6傳播的輻射與輻射出射面或者對置的界面幾乎不發生相互作 用并且因此不容易到達輻射出射面3上，而且不容易對背景照明作出 貢獻。在該方向上由輻射源發射的輻射越多，則這就越不利。
光導體的入射面的造型能夠實現光學裝置的緊湊結構，其中尤其 是在輻射源與光導體之間的距離可以有利地選擇得小。該距離在這種 情況下被理解為在垂直方向上來看的距離A，即輻射源與鄰近光導體的 垂直平面之間的距離。該距離尤其是小于光導體的垂直尺寸(如厚度 D)。
在圖2a中示出了具有光學光導體的光學裝置的另一實施例。圖2 中所示的光學裝置與圖1中的光學裝置的不同之處在于光導體1被 實施為楔形。楔形實施在這種情況下基本上被理解為該光導體的楔形 厚度，其中光導體1沿光導體1的主延伸方向的厚度隨著離輻射入射 面2的距離的增加而減小。通過這樣的光導體在輻射耦合輸出面3上 實現盡可能均勻的光密度。尤其是，耦合輸入到光導體1的輻射因此 盡可能均勻地分布到輻射耦合輸出面3上。在圖2b中，針對輻射耦合輸出面3上的盡可能均勻的光密度，布 置了引入光導體l中的、例如在輻射耦合輸出面3上所構造的耦合輸 出結構13。耦合輸出結構13可以附加地或者可替換地在輻射耦合輸出 面3上被布置。三維的耦合輸出結構優選地適于作為耦合輸出結構13， 球拱形或者錐角形的耦合輸出結構特別優選地適于作為耦合輸出結構 13。在此可能的是三維耦合輸出結構13指向光導體1內或者作為突 起指向光導體l外。可替換地，耦合輸出結構13可以被實施為印上的 彩色網格、被實施為色點或者被實施為橫向溝槽。在此，針對輻射耦 合輸出面3上的盡可能均勻的光密度，耦合輸出結構13的數目沿光導 體1的主延伸方向隨著離輻射入射面2的距離的增加而增加。
圖3示出了直接位于對應于圖1的光學光導體的輻射入射面之后 的得到的光強度分布，該光強度分布已根據模擬計算來確定。
該模擬計算基于厚度D大約為2mm的光導體和邊長大約為500|Lim 的并具有近似朗伯特輻射特性的發光二極管芯片，該發光二極管芯片 以大約0. 4mm的距離A被布置在光導體之前。
在圖3中繪出了光導體內的輻射分布，其中相對任意單位的光強 度l繪出了輻射方向關于中間平面6的所屬角度e。在這種情況下，0° 的角度對應于有關輻射分量平行于中間平面6的傳播。
如圖3所示，得到如下輻射分布該輻射分布沿光導體的中間平 面6或主延伸方向相對較小，并且隨著角度的增加而升高，直至該角 度大約為30°。輻射主分量在此被準直成輻射束，該輻射束的傳播角度 與中間平面圍成大約25。的角度。在20°到30。之間的范圍中的角度通 常被證明為有利的。
此外，光導體具有有利的高耦合輸入效率，即大約90%的純幾何 耦合輸入效率或在考慮耦合輸入時的反射損耗的情況下大約85%的耦 合輸入效率。
最后，具有所示的造型的光導體能以壓鑄法來制造，而無需特別 的技術開銷。尤其是，光導體的整體實施是有利的。如下材料特別適 于這種實施這些材料包括優選為PMMA的塑料。可替換地，光導體可
以包含聚碳酸酯。
在圖4中以詳圖示出了光學光導體的第三實施例。輻射入射面的 造型、尤其是凸形的部分區域4a、 4b和連接這些部分區域的切口 5的
9構造很大程度上對應于圖1或者圖2中所示的光導體。
與此不同地，針對要耦合輸入到光導體中的輻射而被設置為入射 區域9的區域中的輻射入射面2具有溝紋形狀的結構化10，其中溝紋 的各個槽11相對于連接兩個部分區域4a、 4b的切口 5的伸展方向12 才黃向地被布置。
由此，輻射源的在入射端的輻射束在切口的伸展方向上被擴張， 并且因此在側面方向上引起了耦合輸入的輻射的有利的均勻分布。
本發明并不限于參照實施例的說明。更確切地說，本發明包括任 意新的特征以及特征的任意組合，這尤其是包含權利要求書中的特征 的任意組合，即使這個特征或者這個組合本身并未明確地在權利要求 書中或者在實施例中予以說明。
權利要求
1. 一種光學光導體(1)，其具有主延伸方向、至少一個輻射入射面(2)以及相對于主延伸方向縱向伸展的輻射出射面(3)，其中，至少一個輻射入射面(2)相對于該主延伸方向橫向伸展，并且所述至少一個輻射入射面(2)具有兩個凸形拱起的部分區域(4a，4b)，所述部分區域(4a，4b)通過彎折狀的或者凹形成型的切口(5)相互連接。
2. 根據權利要求1所述的光導體，其中，給光導體(1)分配沿 主延伸方向伸展的中間平面(6),該中間平面(6)在切口 (3)的區 域中穿透所述至少一個輻射入射面(2)。
3. 根據權利要求2所述的光導體，其中，所述至少一個輻射入射 面(2)被實施為關于中間平面(6)對稱。
4. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，凸形的部分區域 (4a， 4b)之一或者所述兩個凸形的部分區域(4a， 4b)圓柱狀地被成型。
5. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，光導體(l)平 面地、尤其是平坦地被實施。
6. 根據上述權利要求1至4之一所述的光導體，其中，光導體(l) 楔形地^t實施。
7. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，所述至少一個輻 射入射面(2)至少以區域的方式具有結構化(10)。
8. 根據權利要求7所述的光導體，其中，結構化(IO)包括多個 槽或者突起(ll)，所述多個槽或者突起同向地并且相對于切口 (5) 的伸展方向(12)橫向地被布置。
9. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，光導體(l)的 與輻射出射面(3)對置的界面被實施為反射性的和/或配備有反射器 層。
10. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，光導體(1)的 至少一個鄰近輻射出射面(3)的界面被實施為反射性的和/或配備有 反射器層
11. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，光導體(l)能 夠整體地被制造，優選地以壓鑄法被制造。
12. 根據上述權利要求之一所述的光導體，其中，光導體(l)具 有耦合輸出結構(13)。
13. 根據權利要求12所述的光導體，其中，耦合輸出結構(13) 的數目沿著光導體(1)的主延伸方向隨著離輻射入射面(2)的距離 的增加而增加。
14. 一種光學裝置，其具有根據權利要求1至13之一所述的光導 體并具有至少一個輻射源(7)，其中，至少一個輻射入射面(2)在 輻射源(7)的輻射方向上被置于該輻射源(7)之后。
15. 根據權利要求14所述的光學裝置，其中，在光導體(1)的 主延伸方向上來看，輻射源(7)距光導體(1)的距離比光導體(1) 垂直于光導體(1)的主延伸方向的尺寸小。
16. 根據上述權利要求14或者15之一所述的光學裝置，其中， 通過輻射入射面(2)和輻射源(7)來限制中間空間，該中間空間沒 有光學元件，尤其是沒有透鏡和/或鏡。
17. 根據上述權利要求14至16之一所述的光學裝置，其中，輻 射源(7)是LED、尤其是LED部件或者LED芯片。
18. 根據權利要求17所述的光學裝置，其中，LED是薄膜LED。
19. 根據上述權利要求14至18之一所述的光學裝置，其中，輻 射源(7)近似地具有朗伯特輻射特性。
20. —種顯示裝置，其具有例如LCD顯示器的顯示元件和根據上述 權利要求14至19之一所述的用于背景照明顯示元件的光學裝置。
全文摘要
描述了一種具有主延伸方向、至少一個輻射入射面(2)以及相對于主延伸方向縱向伸展的輻射出射面(3)的光學光導體(1)，其中至少一個輻射出射面(2)相對于該主延伸方向(3)橫向伸展，并且所述至少一個輻射入射面(2)具有兩個凸形拱起的部分區域(4a，4b)，所述部分區域(4a，4b)通過彎折狀的或者凹形成型的切口(5)相互連接。此外，還說明了一種利用這樣的光導體構成的光學裝置以及顯示裝置。
文檔編號G02B6/00GK101523253SQ200780036212
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月21日 優先權日2006年9月29日
發明者G·博格納, J·穆沙韋克, J·赫特納 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司