專利名稱：透明發光窗口的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光窗口，特別地，涉及具有透明模式的發光窗口。
背景技術：
已經發現平板顯示器(例如液晶顯示器和等離子體顯示面板)侵入到許多家庭的客廳。當顯示器關斷時，希望的是能夠隱藏顯示器，因為在關斷狀態下，顯示器僅僅顯示了一個大的暗區。因此，存在使顯示器不那么礙眼的愿望。已經做出了通過將可切換散射窗口設置在顯示器之前來隱藏顯示器的嘗試。當顯示器不用于觀看圖像時，將散射層設置成散射光的散射模式以便使得顯示器或多或少不可見。當顯示器用于觀看圖像時，將散射層設置成透明模式以便允許來自顯示器的光不受散射地通過散射層傳播。然而，散射層不能夠像希望的那樣多地隱藏顯示器是一個問題。因此，希望的是提供一種提供改進的隱藏能力的解決方案。
發明內容
因此，本發明優選地尋求減輕或消除使用散射窗口以便隱藏電視顯示器以及可能地其他物體的問題。特別地，可以看作本發明目的的是提供一種解決上述具有有限隱藏能力的現有技術問題的窗口。在本發明的第一方面中，這個目的和若干其他目的通過提供一種發光窗口設備而獲得，該發光窗口設備包括
-光導，其形成為具有第一面和第二面并且在這些面的至少一個上設有至少一個非散射光提取特征的板，
-光源，其被設置用于將光耦合到光導中，
-散射層，其被設置成鄰近光導的所述面之一并且可在透明狀態與散射狀態之間切換。本發明特別地但非排他性地有利于獲得能夠隱藏電視顯示器以及可能地諸如商業標牌之類的其他物體的窗口。這個優點可以通過具有非散射特征的光導和散射層的組合來實現。當散射層處于散射狀態時，光提取特征提取的光被散射層散射，使得發光窗口可以用作能夠隱藏例如平板顯示器的大面積光源。此外，該寬面積光源不僅隱藏物體，而且也可以提供氣氛照明。通過將散射層切換到非散射狀態并且關斷光源，發光窗口可以用作基本上不可見的透明窗口，因為光提取特征為基本上不修改通過光導傳播的光線的非散射光提取特征。因此，可以看作優點的是，發光窗口根據散射層的散射狀態而提供了雙操作模式。在一個實施例中，光導可以被配置成將來自所述光源或者多個光源的光分布在這樣的體積中，該體積形成于所述第一面和第二面之間并且其中所述至少一個非散射光提取特征被提供以便通過第一面和第二面中的至少一個的至少一部分輸出分布的光的至少一定份額。光導可以形成為由所述第一和第二大面積的面以及由這些面之間的邊緣限定的板狀主體。這些面和邊緣限定了其中散布光以獲得均勻分布的光的體積。這些面的至少一個上提供的所述一個或多個光提取特征提取光并且在光散射層的鄰近面的方向上輸出光。在一個實施例中，非散射光提取特征可以被配置成通過折射或衍射光線而提取光線。可能有利的是使用折射或衍射光提取特征提取光，因為這樣的特征不散射光并且因此保持透明。在一個實施例中，非散射光提取特征可以是至少局部地有角度的，以便與未設有光提取特征的光導面相比減小入射角。通過提供至少局部地減小的角度，在光提取特征形式的光導面之一處，有可能提取在其他情況下將內反射的光線。因此，有角度的光提取特征允許實現改進的光提取能力。可以在所述面之一處的有界區域上局部地提供減小的角度， 或者該減小的角度可以擴展到表面的整個區域。在一個實施例中，多個光提取特征可以通過非恒定的斜面定形，以便增大來自光源的光在光導內的散布。因此，通過改變光提取特征的角度，可以改進提取且輸出的光的均勻性。在一個實施例中，至少一些非恒定的斜面可以是至少局部地有角度的，以便與未設有光提取特征的光導面相比減小入射角。因此，通過減小多個光提取特征的入射角，可以在改進光導體積內的光散布的同時改進光提取。在一個實施例中，非散射光提取特征可以是衍射光柵，其被配置成通過僅僅衍射具有相對于該衍射光柵的大于由該衍射光柵的間距確定的角度閾值的入射角的光線而衍射來自光源的光線。可能有利的是使用基于衍射的光提取特征，因為這樣的特征在衍射光柵僅僅衍射以低入射角撞擊光柵的光線而以大入射角撞擊的光線不受衍射地透射時保持透明。在一個實施例中，光柵的間距可以處于200-400納米的范圍內以便提高光柵的透明度。可能特別有利的是應用間距在M0-275納米的范圍內的光柵以便改進來自光源的光的所有顏色的提取。在一個實施例中，所述第一面和第二面可以設有第一和第二光提取特征，其中第一光提取特征被配置成提取在第一方向上傳播的光線并且其中第二光提取特征被配置成提取在與第一方向不同的第二方向上傳播的光線。通過提供在兩個面上且取向成提取來自在不同方向(例如垂直方向)上傳播的光線的光的光提取特征，可以進一步改進輸出的光的均勻性。在一個實施例中，所述第一和第二光提取特征可以是第一和第二衍射光柵。可能有利的是，在兩個面上提供衍射光柵以便改進輸出的光的均勻性。在一個實施例中，可以向光導提供內耦合構件，該內耦合構件被定形為增大來自光源的光在光導內的散布。內耦合構件可以在光導的邊緣上提供。例如，該邊緣可以形成為彎曲表面以便形成用于改進光在光導內的散布的柱面透鏡。本發明的第二方面涉及一種顯示裝置，該顯示裝置包括 -依照第一方面的發光窗口，以及
-面向發光窗口的顯示器。可能有利的是將諸如平板電視顯示器之類的顯示器與發光窗口相結合，因為該窗口能夠在電視顯示器不用于顯示圖像時隱藏該電視顯示器。本發明的第三方面涉及鏡設備，該鏡設備包括-依照第一方面的發光窗口， -面向發光窗口的鏡表面。可能有利的是將諸如浴室鏡之類的鏡與發光窗口相結合，因為該發光窗口能夠例如在鏡不打算用作鏡時將鏡改變為大面積光源。依照第二方面的顯示裝置的實施例可以進一步包括介于發光窗口與顯示器之間的偏振層，該偏振層用于透射由顯示器輻射的偏振光并且用于反射朝顯示器傳播的非偏振光的至少一部分。可能有利的是將偏振層設置在窗口與顯示器之間以便允許實現顯示器的半透明鏡外觀。偏振層可以是能夠透射一個偏振方向同時反射其他偏振方向的反射偏振
ο本發明的第四方面涉及一種用于產生寬面積光場的方法，該方法包括
-提供光導，該光導形成為具有第一面和第二面并且在這些面的至少一個上設有至少一個非散射光提取特征的板，
-將來自光源的光耦合到光導中，以及
-提供散射層，該散射層被設置成鄰近光導的所述面之一并且可在透明狀態與散射狀態之間切換。本發明的第一、第二、第三和第四方面中的每一個都可以與任何其他方面相結合。 本發明的這些和其他方面根據以下描述的實施例將是清楚明白的并且將參照這些實施例進行闡述。
現在將僅通過實例參照附圖解釋本發明，在附圖中圖IA示出了發光窗口在其發光狀態下的側視圖，
圖IB示出了發光窗口在其透明狀態下的側視圖， 圖2A-E示出了形成為光導的所述面之一的突起的不同光提取特征， 圖3示出了衍射光柵形式的光提取特征， 圖4示出了光導兩個面上的光提取特征的使用，以及
圖5A-C示出了應用發光窗口以形成圖5A中的圖像顯示器、圖5B中的鏡設備以及圖5C 中的具有半透明鏡的圖像顯示器。
具體實施例方式圖IA示出了發光窗口 100的側視圖，該發光窗口包括光導101、被設置成將光耦合到光導101中的光源102以及可切換散射層103。示出具有面向觀看者的光導的發光窗口 100的頂視圖的圖IA的右側圖解說明了光導101大體上被定形為具有第一面111和第二面112的板。散射層103尺寸被確定為部分地或完全地覆蓋光導的面111、112之一。散射層 103可以是這樣的板，其光學地連接到光導，即使用光學透明粘合劑或者以其他方式連接到光導，使得如圖IA中所示在光導和散射層的鄰近面之間存在空氣間隙。光源102可以是單個光源，例如發光二極管(LED)，或者由多個LED組成的沿著光導邊緣之一 104延伸的陣列源102，如圖IA的頂視圖中所示。優選地，來自光源的光經由邊緣之一 104耦合到光導102中。然而，光也可以經由光導的拐角105耦合到光導中。光導101在面111、112之一上或者在這兩個面上設有至少一個非散射光提取特征 (未示出)。非散射光提取特征用來將在光導中傳播的光提取為輸出光線131。形成對照的是，散射光提取特征通過面111、112之一上提供的散射特征提取光。相比之下，散射特征使得光導101不透明，而非散射特征使得光導101透明。光導101和非散射光提取特征可以由相同的材料(例如玻璃或透明聚合物)制成。散射層103可在透明狀態與散射狀態之間切換。這些狀態之間的切換可以通過由開關190切換施加到散射層的電壓Vc而實現。在散射狀態下，散射層103散射傳播到散射層中的光，而在透明狀態下，傳播到散射層中的光透射通過該層。例如，當散射層為散射狀態時，從光導傳輸到散射層中的光線131將散射成散射光132。圖IB圖解說明了當散射層處于透明模式時，例如顯示器或監視器(未示出)產生的光線133透射通過散射層，基本上不被散射或者以其他方式受散射層影響。散射層103可以是聚合物散布的液晶，其包含散布在固態透明材料中的液晶分子。通過使用電場Vc改變液晶分子的取向，可以將液晶分子切換到其中這些分子散射光的第一狀態以及切換到其中它們不影響光的傳播的第二狀態。由于可切換散射層103與非散射光提取特征的結合，發光窗口用于兩個功能1) 當散射層處于散射狀態時，該窗口用作發光窗口或者寬面積光源，其中來自光源102的光分布于光導101中，由光提取特征朝散射層103輸出并且最終從散射層散射出去。2)當散射層處于透明狀態時，該發光窗口用作透明窗口，其中來自該窗口任一側的光無失真或散射地透射通過該窗口。因此，在透明狀態下置于窗口任一側的物體或圖像通過窗口清晰可見，而在散射狀態下該物體或圖像通過窗口不可見或者至少僅僅部分地可見。圖2A-E示出了光導101，其具有非散射光提取特征201的不同配置，用于通過折射提取光。圖2A示出了具有楔狀光導形式的單個光提取特征201的光導101。圖2B-D示出了具有通過非恒定斜面定形的多個光提取特征的光導101。在圖2B 中，楔狀光提取突起201的斜率沿著光源102的主傳播方向逐漸變化，例如增大。在圖2C 中，突起201的斜率在正斜率和負斜率之間交替。在圖2D中，光提取突起201由諸如正弦圖案之類的波狀圖案形成，使得光提取特征的斜率連續地變化。光提取突起201的非恒定的或變化的斜率有助于來自光源102的光在光導101的體積內的散布，即在光導內獲得均勻的光強度，使得通過第一面111折射的光確保第一面111的區域上的均勻光強度。圖2E示出了具有諸如矩形狀突起之類的微脊形式的多個光提取特征的光導101。當光導如圖2C-E中所示設有對稱圖案的光提取突起時，可以通過從設置在相對的邊緣104處的光源102將光耦合到光導中而提高光導內和光導外的光分布的均勻性。因此，從相對地設置的光源102耦合進光導的相對側的反向傳播的光線通過所述光提取特征圖案。光分布的均勻性也可以在光提取特征如圖2A中所示由單個楔形物形成時通過將光注入相對的側面104而提高，或者通過如圖2B中所示的非對稱圖案而提高，可能地通過適應性調節光的內耦合，即通過控制來自光源的光的散布，例如通過對光導的邊緣進行透鏡定形以便在光導內適當地散布光而提高。圖2A-2E中的光提取特征201是有角度的，以便減小表面法線291與來自光源的撞擊的光線202之間的入射角Ai(分別參見圖2B、圖2D的突起在圖2F、圖2G中的放大視圖)。即，與相對于未設有光提取特征201的光導(或者換言之，具有未成角度的第一面111的光導)的入射角Xi相比，入射角Ai減小了。因此，有角度的光提取特征201允許撞擊的光線202被提取且輸出為折射的光線203，而未成角度的第一面111將使得相同的撞擊的光線202承受全內反射。圖2B-E中的突起201的縱向尺寸w可以處于50-750微米的范圍內，例如介于150 微米與250微米之間。突起201的深度d可以處于1-10微米的范圍內，例如介于2微米與 4微米之間。因此，突起的斜率范圍在0.001弧度與0.2弧度之間。通常，幾何突起的尺寸應當大于可見光的波長以便避免衍射效應。由于光提取特征201的低斜率，光導具有基本上與正常窗口相同的透明度。因此，當發光窗口處于透明狀態時，與具有散射點提取特征的光導相比，通過發光窗口 101觀看的圖像的圖像失真被最小化。圖3示出了一種光導101，其具有衍射光柵301形式的非散射光提取特征201以便通過衍射提取光。衍射光柵在光導的第一面111上提供。為了保持設有衍射光柵301的光導的透明度，選擇衍射光柵的間距P，以便僅僅衍射來自光源102的具有大于給定閾值的、 相對于帶有衍射光柵301的面111的入射角Ai的光線。入射角的閾值由衍射光柵301的間距P確定。200-400納米的范圍內的間距適合于保持光導的透明度。240-275納米的范圍內的間距被證明適合于同時提取來自光導的發射的光的所有顏色并且保持透明度。由于只有具有大的入射角Ai的光線被衍射，因而具有小于閾值的入射角Ai ’的光線331無衍射地透射通過光導，這意味著透明度對于具有大于閾值角度的入射角的光線而言是最佳的。由于衍射光柵是對稱的，因而光導內和光導外的光分布的均勻性可以通過從設置在相對的邊緣104處的光源102將光耦合到光導中而提高。光從光導101衍射成具有不同衍射角D1-D3和對應的不同波長L1-L3的光線131。 顯然，如果光導用作沒有散射層103的發光窗口，那么該發光窗口或寬面積源將在不同方向上衍射不同顏色的光。然而，由于散射層103的原因，衍射光的不同顏色將在散射層中混合，使得從散射層輸出的光將具有相同的顏色，而不管人的觀看角度如何。圖4頂部示出了光導的側視圖，在該光導中，第一面111和第二面112設有對應的第一光提取特征401和第二光提取特征402。第一光提取特征401和第二光提取特征402 都可以是如圖2A-E中所示的幾何光提取特征或者如圖3中所示的基于衍射的光提取特征。 可替換地，第一面和第二面之一可以設有幾何光提取特征并且另一面可以設有基于衍射的光提取特征。圖4底部示出了具有第一光提取特征401和第二光提取特征402的相同光導的頂視圖。第一光提取特征401可以被設置成提取來自第一光源421或者第一幾個光源421的光，所述光源產生在第一方向411上傳播的光。類似地，第二光提取特征402可以被設置成提取來自第二光源422或者第二組光源422的光，所述光源產生在第二方向412上傳播的光。通過使用產生在不同方向上傳播的光的光源，可以進一步提高光導101內的分布的光的均勻性。此外，使用設置在超過兩個邊緣104，例如正方形光導101的所有四個邊緣處的光源允許產生更高的光強度。如圖4中底部所示，第一光提取特征401 (例如突起201或衍射線301)在垂直于第一光方向411的方向上延伸。類似地，第二光提取特征402在垂直于第一提取特征401 且垂直于第二光方向412的方向上延伸。應當理解的是，第一和第二光提取特征的延伸不一定需要彼此垂直，而是可以具有其他相對角度。為了改進光導內光的散布以便實現提取的光的更加均勻的光強度，光導的邊緣可以是有形狀的，而不是平面，以便增加光的散布。光導的邊緣可以例如被定形為凹或凸透鏡表面。圖5A-C示出了發光窗口的不同應用。圖5A示出了包括發光窗口 100和IXD監視器502或者諸如廣告標牌之類的其他電子圖像顯示設備的顯示裝置501，所述發光窗口由光導101、光源102和可切換散射層103 組成。在左邊的圖上，當光源102接通并且散射層103處于散射層時，顯示裝置501用作大面積光源。因此，在該狀態下，顯示裝置提供了一種氣氛提供光源，該氣氛提供光源此外還隱藏黑暗且令人不愉快的監視器502。當顯示裝置要用來觀看監視器502上呈現的圖像時， 光源102關斷并且散射層切換到其非散射狀態，如右邊的圖中所示。來自監視器的光線504 不受影響地透射通過光導101和散射層103。圖5B示出了包括發光窗口 100和諸如浴室鏡之類的鏡512的鏡設備511，所述發光窗口由光導101、光源102和可切換散射層103組成。在左邊的圖上，當光源102接通并且散射層103處于散射層時，鏡設備511用作大面積光源。在右邊的圖上，鏡設備511用作正常的鏡，其中光線514由鏡511反射，而不受光導101和散射層103變形。圖5C示出了包括發光窗口 100以及偏振層522和IXD監視器502的可替換顯示裝置531，所述發光窗口由光導101、光源102和可切換散射層103組成。偏振層522反射非偏振光并且透射在偏振層522的偏振方向上偏振的光。因此，當顯示裝置531處于顯示狀態時，其中散射層切換到其非散射狀態并且光源102關斷，來自監視器502的偏振光504 透射通過偏振層522和發光窗口 100，而外部非偏振光線514被偏振層反射。因此，在該狀態下，顯示裝置提供了一種半鏡模式。當顯示裝置531處于發光狀態時，其中散射層切換到其散射狀態并且光源102接通，偏振層522用來增大照明器亮度，因為來自散射層的散射光線541被偏振層反射并且再一次被散射層散射。在顯示裝置501、鏡設備511和可替換顯示裝置531的任何一個中，散射層103和光導101的順序可以反轉，使得散射層面向監視器502、鏡512或偏振層522。總的說來，本發明涉及一種可以用作寬面積光源以及用作透明窗口的發光窗口。 寬面積光源通過例如經由光導邊緣將光耦合到板狀光導中并且使用幾何突起或衍射光柵將來自光導的光提取到輸出寬面積光的散射層中而實現。透明窗口通過將散射層切換到非散射狀態并且可能地關斷光源，使得光可以自由地通過光導和散射層傳播而實現。盡管已經結合詳細說明的實施例描述了本發明，但是本發明并不預期限于本文闡述的特定形式。相反地，本發明的范圍僅由所附權利要求書限制。在權利要求書中，措詞 “包括/包含”并沒有排除其他元件或步驟的存在。此外，盡管單獨的特征可能包含于不同的權利要求中，但是這些特征可能地可以有利地加以組合，并且包含于不同的權利要求中并不意味著特征的組合不可行和/或不是有利的。此外，單數引用并沒有排除復數。因此， 對于“一”、“一個”、“第一”、“第二”等等的引用并沒有排除復數。此外，權利要求中的附圖標記不應當被視為對范圍的限制。
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權利要求
1.一種發光窗口設備(100)，包括-光導(101)，其形成為具有第一面和第二面(111，112)并且在這些面的至少一個上設有至少一個非散射光提取特征(201，301)的板，-光源(102)，其被設置用于將光耦合到光導(101)中，-散射層(103)，其被設置成鄰近光導的所述面(111，112)之一并且可在透明狀態與散射狀態之間切換。
2.依照權利要求1的設備，其中光導(101)被配置成將來自所述光源(102)或者多個光源的光分布在這樣的體積中，該體積形成于所述第一面和第二面(111，112)之間并且其中所述至少一個非散射光提取特征(201，301)被提供以便通過第一面和第二面中的至少一個的至少一部分輸出分布的光的至少一定份額。
3.依照權利要求1的設備，其中非散射光提取特征(201，301)被配置成通過折射或衍射光線而提取光線。
4.依照權利要求1的設備，其中非散射光提取特征(201)是至少局部地有角度的，以便與未設有光提取特征的光導面(111)相比減小入射角(Ai )。
5.依照權利要求1的設備，其中多個光提取特征(201)通過非恒定的斜面定形，以便增大來自光源(102)的光在光導(101)內的散布。
6.依照權利要求5的設備，其中至少一些非恒定的斜面是至少局部地有角度的，以便與未設有光提取特征的光導面(111)相比減小入射角(Ai )。
7.依照權利要求1的設備，其中非散射光提取特征(301)是衍射光柵，其被配置成通過僅僅衍射具有相對于該衍射光柵的大于由該衍射光柵的間距(P)確定的角度閾值的入射角 (Ai)的光線而衍射來自光源(102)的光線。
8.依照權利要求7的設備，其中光柵的間距(ρ)處于200-400納米的范圍內。
9.依照權利要求1的設備，其中所述第一面和第二面(111，112)設有第一和第二光提取特征(401，402)，其中第一光提取特征(401)被配置成提取在第一方向(411)上傳播的光線并且其中第二光提取特征(402)被配置成提取在與第一方向不同的第二方向(412)上傳播的光線。
10.依照權利要求9的設備，其中所述第一和第二光提取特征(401，402)是第一和第二衍射光柵。
11.依照權利要求1的設備，其中向光導提供內耦合構件，該內耦合構件被定形為增大來自光源的光在光導內的散布。
12.—種顯示裝置(501)，包括-依照權利要求1的發光窗口(100)，-面向發光窗口的顯示器(502)。
13.一種鏡設備(511)，包括-依照權利要求1的發光窗口(100)，-面向發光窗口的鏡表面(512)。
14.依照權利要求12的顯示裝置，進一步包括介于發光窗口(100)與顯示器(502)之間的偏振層(522)，該偏振層用于透射由顯示器輻射的偏振光(504)并且用于反射朝顯示器傳播的非偏振光(514)的至少一部分。
15. 一種用于產生寬面積光場的方法，包括-提供光導(101)，該光導形成為具有第一面和第二面(111，112)并且在這些面的至少一個上設有至少一個非散射光提取特征(201，301)的板，-將來自光源(102)的光耦合到光導(101)中，以及-提供散射層(103 )，該散射層被設置成鄰近光導的所述面(111，112 )之一并且可在透明狀態與散射狀態之間切換。
全文摘要
本發明涉及一種可以用作寬面積光源以及用作透明窗口的發光窗口。寬面積光源通過例如經由光導邊緣將光耦合到板狀光導中并且使用幾何突起或衍射光柵將來自光導的光提取到輸出寬面積光的散射層中而實現。透明窗口通過將散射層切換到非散射狀態并且可能地關斷光源，使得光可以自由地通過光導和散射層傳播而實現。
文檔編號G02B6/00GK102449678SQ201080023320
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月18日 優先權日2009年5月28日
發明者奧弗斯呂曾 G., J. 科內利森 H., F. 斯特雷誒爾 J. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司