變形光學封裝體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明整體涉及光學封裝體，并且更具體地講，涉及基于LED的光學封裝體，其具 有變形光導、轉向器和聚光器以提供薄型高效模塊化的光學封裝體。
【背景技術】
[0002] 光導與光源諸如發光二極管（LED) -起使用以用于多種照明應用。在一個具體應 用中，光導通常用于為IXD顯示器提供照明。光源通常將光發射到光導內，特別是在需要很 薄型背光源內的情況下，如在膝上型計算機顯示器中。光導為透光的、固態的、并且相對薄 的板，其長度和寬度尺寸為大約背光源輸出區域。光導使用全內反射（TIR)以使從安裝在 邊緣的燈發出的光穿過整個光導的長度或寬度傳送或導向至背光源的相對邊緣，并且在光 導的表面上提供有局部提取結構的不均勻的圖案，以將此經導向的光中的其中一些朝背光 源的輸出區域從光導中重新導出。此類背光源通常還包括光管理膜，諸如設置在光導后面 和下面的反射材料以及設置在光導前面或上面的反射偏振膜和棱柱增亮膜（BEF)，以增加 同軸亮度。
[0003] 由于最常用的光源諸如LED具有相對大的高度和LED產生的寬發射角范圍，所以 光導通常相應地厚以有效地耦合來自LED的光。用于液晶顯示器的常規照明裝置在美國專 利公布2009/0316431中有所描述。常規照明裝置將來自光源的光耦合到平面光導。光導 通常與光源具有大致相同的高度，因為降低光導的高度將降低從光源到光導的耦合效率。
[0004] 然而，典型的膜式光導或板式光導的顯著缺點為LED的小縱橫比與光導的極大縱 橫比之間的失配。LED具有約1:1至約4:1的典型縱橫比，而邊緣光導可具有約20:1至多 達100:1或更大的縱橫比。這種失配通常導致光導中的光與從LED發射的光相比具有較高 的展度（也稱為通過量）。這個高展度又最終導致光導需要增亮膜。使光導的厚度匹配于 LED還導致光導內的光具有寬角度范圍。針對寬角度范圍形成TIR需要光導的兩個主表面 由空氣界定。因此，光導可厚于液晶顯示器模塊，并且空氣界面可限制某些應用，諸如觸摸 和觸覺應用。
【發明內容】
[0005] 在本發明的一個示例性方面，一種光學封裝體包括生成具有第一縱橫比的光的光 源、用于接收來自光源的光的變形光導、用于接收并且轉向來自變形光導的光的轉向器陣 列，以及用于收集從轉向器陣列接收的光的聚光器，其中聚光器輸出具有第二縱橫比的光， 第二縱橫比大于第一縱橫比，其中輸出光束的有效高度低于光源的有效高度。
[0006] 本發明的上述
【發明內容】
并非意圖描述本發明的每個所說明的實施例或每種實施 方式。附圖以及隨后的【具體實施方式】更具體地舉例說明了這些實施例。
【附圖說明】
[0007] 結合以下附圖可更好地理解本發明的實施例。附圖中的元件未必相對于彼此按比 例繪制。
[0008] 圖IA是根據本發明一個方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0009] 圖IB是圖IA的光學封裝體的分解圖。
[0010] 圖IC至圖ID是根據本發明一個方面的光學封裝體的變形光導元件的不同近視 圖。
[0011] 圖IE至圖IF是根據本發明一個方面的光學封裝體的轉向器元件和聚光器元件的 不同近視圖。
[0012] 圖IG是圖IA的光學封裝體的前視圖。
[0013] 圖2A至圖2D是根據本發明另一方面的光學封裝體的各種等軸視圖。
[0014] 圖3是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0015] 圖4是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0016] 圖5是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0017] 圖6是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0018] 圖7是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0019] 圖8是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0020] 圖9是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0021] 圖10是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0022] 圖11是根據本發明另一方面的光學封裝體的等軸視圖。
[0023] 雖然本發明接受各種修改形式和替代形式，但其具體方式已在附圖中以舉例的方 式示出，并且將對其進行詳細描述。然而，應當理解其目的并非在于將本發明局限于所描述 的具體實施例。相反，其目的在于涵蓋在由所附權利要求書限定的本發明范圍內的所有修 改形式、等同形式和替代形式。
【具體實施方式】
[0024] 在以下【具體實施方式】中，將引用構成本文一部分的附圖，在這些附圖中以舉例說 明其中可能實踐本發明的具體實施例的方式示出本發明。就這一點而言，諸如"頂部"、"底 部"、"前"、"后"、"前部"、"向前"和"尾部"等方向性術語應結合所描述的圖示取向使用。因 為本發明的實施例的部件可以定位為多個不同取向，所以方向性術語用于說明的目的，而 不具有任何限制性。應當理解，在不脫離本發明范圍的前提下，可以利用其他實施例，并且 可以進行結構性或邏輯性的修改。因此，并不局限于采用以下【具體實施方式】，且本發明的涵 蓋范圍由隨附權利要求書限定。
[0025] 本發明涉及緊湊型高效模塊化的光學封裝體，此光學封裝體提供具有高縱橫比和 小有效高度的輸出光。光學封裝體的通用元件可被構造和布置為提供能夠以許多不同方式 實現的大量替代性設計。因此，光學封裝體可用作如下多種裝置和應用的部分，諸如透射式 LCD、半透反射式LCD和反射式LCD(膝上型電腦、平板電腦、移動電話、電子閱讀器等）、膽甾 型裝置、MEMS裝置和液體紙裝置、標記和可適形圖、以及指示器諸如車載顯示器。
[0026] 圖IA示出了可用于照亮諸如IXD之類的顯示器（未示出）的示例性光學封裝體 100的等軸視圖。圖IB示出了光學封裝體100的分解圖。光學封裝體100包括光源單元 110、轉換器單元105和外殼190。光源單元110為光學封裝體100提供光的來源。轉換器 單元105在本文中更詳細地示出，其包括變形光導120,該光導將來自光源單元110的光引 導到轉向器/聚光器元件160中。轉向器/聚光器元件160包括轉向器部分，該部分接收 由變形光導120引導的光的片段并且將其轉向到耦合部分170中。光被進一步導向穿過耦 合部分170進入轉向器/聚光器元件160的聚光器部分180中。系統100有效地耦合來自 光源的光并且提供具有較大縱橫比的輸出光，該輸出光可任選地沿至少一個軸線部分地準 直。另外，輸出光的有效高度遠遠低于從光源發射的光的有效高度。
[0027] 現在將更詳細地描述這些部件中的每一個。
[0028] 可通過任何數量的光源類型來提供源光，但更優選的源是基于LED的光源110。光 源單元110可包括單個LED、兩個LED或更多個LED，這取決于被照亮的顯示器的類型。LED 110的輸出可以多種方式耦合到轉換器單元105。在一個例子中，來自光源110的輸出光作 為實質上非準直光被直接傳輸到轉換器105的變形光導120中。作為另外一種選擇，取決 于例如空間要求，可利用一個或多個復合拋物面聚光器（CPC)、透鏡（未示出）或其組合來 在光進入轉換器單元105之前提供至少一些部分光束準直。如果使用CPC，則CPC的內部可 為中空的或由透明材料制成，并且以與常規CPC相同的方式構造。當然，在可供選擇的實施 例中，可利用透鏡或多個透鏡系統來收集或準直光源110的輸出。
[0029] 在本發明的不同方面，光源110可定位在光學系統中的不同位置處。例如，如圖IA 至圖IF所示，光源110定位在轉換器單元105的一端處。作為另外一種選擇，如圖3所示， 光源定位在沿著光學系統的中心位置處。
[0030] 就這一點而言，"發光二極管"或"LED"是指發光的二極管，不管發出的是可見光、 紫外光還是紅外光，其中發出的光將具有位于約430至700nm范圍內的峰值波長。術語 LED包括非相干光源（作為"LED"（不論是常規型還是超輻射型）銷售的封閉或封裝體的 半導體器件）、以及相干半導體器件（諸如激光二極管，包括但不限于垂直腔面發射激光 器（VCSEL))。"LED晶粒"為LED最基本的形態，即經半導體加工方法制成的單個元件或芯 片。例如，LED晶粒可由一種或多種III族元素的組合和一種或多種V族元素的組合形成 ( m-v半導體）。合適的m-v半導體材料的實例包括氮化物如氮化鎵和磷化物如磷化銦 鎵。還可使用其他類型的III-V族材料以及元素周期表中其他族的材料。部件或芯片可以 包括適合施加能量以向裝置提供能量的電觸點。該電觸點的例子包括引線結合、卷帶式自 動接合（TAB)或倒裝芯片結合技術。該元件或芯片的各個層和其它功能元件通常以晶片級 形成，并且隨后可將加工好的晶片切成單個元件，以生產多個LED晶粒。LED晶粒可被構造 成用于表面安裝、芯片直接貼裝或其他已知的安裝構型。一些封裝體的LED通過在LED晶 粒和相關反射杯上方形成聚合物封殼而制成。LED可在若干基板之一上生長。例如，可