阅读说明：本技术 经分段可挠光导中之热点降减技术 (Hotspot reduction in segmented flexible light guides ) 是由 斯特凡·哈尔克马 杰伦·范·登·布兰德 玛格丽塔·玛利亚·德·科 阿德里·范·德·瓦尔 杰伦 于 2019-01-29 设计创作，主要内容包括：以LED照射一光导的段部系导致该光导的其他部份之不想要的光渗。尚且,典型地,由于靠近LED处的一强度尖突,LED系被放置成相距自此LED将光耦出的区域处于一大距离。为了避免在发亮区域中可见到此尖突,该距离系增大,其导致整体系统之不想要的面积增加。本发明系提供一布局来克服这些挑战。(Illuminating a segment of a light guide with LEDs results in unwanted light penetration of other portions of the light guide. Also, typically, due to an intensity spike near the LED, the LED is placed at a large distance from the area from which light will be coupled out of the LED. In order to avoid that such a cusp is visible in the luminous area, the distance is increased, which leads to an unwanted increase in the area of the overall system. The present invention provides a layout to overcome these challenges.)

经分段可挠光导中之热点降减技术

技术领域

本公开系有关于具有来自嵌入式LED的经改良均质性发亮之经分段可挠光导。

背景技术

以LED照射一光导的段部系导致光导的其他部份之不想要的光渗。尚且，由于靠近LED处的一强度尖突，LED系被放置成相距自此LED将光耦出的区域呈现一大距离，1到10mm的一范围中。为了避免在发亮区域中可见到此尖突，该距离增大，其导致整体系统之不想要的面积增加。

达成均质性的大多数典型方法系具有一大间隔、抑或具有大量光扩散及/或吸收，俾使光导发射的光明度显著地降减。对于紧邻之邻近的图像，典型的光导并没有解决方案能将这些图像之间的串扰降减到几个％或甚至1％。因此，接通一图像系将导致来自另一图像之不想要的光发射。并且，光导可被定形成比起仅生成一远离LED、至少5到10mm且其中光较为均质性的发射区域而言令光更有效地散布。但在部分实例中，此距离远为太大。

发明内容

本发明系提出一光学设计形貌体，其改良照射部段的均质性并降减LED到此部段的距离。因此，系提供一用以显示一受照射图像或图片之显示器，其包含一光导，该光导具有一入耦面以供接收一或多个LED装置，其具有一主要光发射方向以供界定一光路径，该光路径系移行远离入耦面前往一界定该图像或图片的出耦面。光导具有侧边界部分，在一与主要光发射方向呈侧向的方向阻绝来自LED的光。光导系设置于一包含一光均质化区的透明部分中，其中一顶点系面对沿着LED装置延伸之入耦面；该均质化区系在该面旁边且沿着光发射方向延伸到LED装置的约一长度而与侧面相距小于LED装置的一长度。在一范例中，一空气囊系设置于LED处，其在与光导的接口处提供光折射。

所提出的设计系对于均质性提供显著改良。并不采用LED与光发射部段之间的5到10mm间隔，距离可降减到小于5、甚至可能～3mm。光导可在LED处含有一轻微的空气囊以提供折射。

以此方式，LED显示器所辐射的光系在靠近LED处已为均质性；其在该处典型地系为极度非均质性。

尚且提出共同为相同材料类型之不同光学密度的熔合部段以形成适当的光导形状。以此方式，显示器具有一透明部分及一边界部分，其形成二或更多个经分段与互补形状层的单一经整合堆积体。

可藉由自例如藉由一高温步骤、诸如一高压层迭被熔合成单层的热塑性聚氨基甲酸酯(TPU)材料所形成的不透明与透明部段来生成光导、及/或提供一覆盖层，藉以降减光渗(light bleeding)。光导系设置成一关闭部段，光被困陷其中直到耦出为止。本发明中，该体件可为完全可挠，含有用于一有效率光导的所有组件以及开口，以生成任何所欲有的外观。此组件可容易在成形前或成形后被整合至一3D预成形刚性或半刚性组件之中或之上。

利用多重的高温TPU形成一单层光系可在邻近的部段之间完全地阻绝，即使是透明部段之间具有小于1mm的间隔亦然。

附图说明

本公开的装备、系统及方法的这些及其他形貌体、形态及优点将从下列描述、附带的申请专利范围及附图更清楚予以了解，其中：

图1A系为使用不透明及透明基质生成光导的分段物及降减对于邻近发亮区段的光渗之一产品部份；

图1B系为在LED或相对接口处之范例结构。虽画出一结构，其可为一数组的结构。在LED处，可藉由将其形状、尺寸作最适化以及分开地藉由层迭程序(T及压力)来维持一空气囊；

图1C显示光导的不同形状；

图2A至图2C系为均质化结构及其光学响应；

图3系为一图像显示器的范例俯视图，显示一顶面及底面，其含有一用于阶化光扩散的图案；

图4A至图4B系为一总成的一范例层迭堆积体，其中藉由注射模制来添加光导及反射侧及背侧层。

具体实施方式

用来描述特定实施例的术语并无意限制本发明。除非上下文另行明述，本文所用的单数形「一(a、an)」及「该(the)」系意图亦包括复数形。「及/或」用语系包括相关所列项目的一或多者之任一及全部组合。请了解「包含(comprises及/或comprising)」用语系表明存在所述形貌体但不排除存在或添加一或多个其他形貌体。请进一步了解：当提到一方法的一特定步骤位于另一步骤之后时，除非另行指明，其可直接地接在该另一步骤之后、或者可在进行该特定步骤之前进行一或多个中间步骤。同理将了解：当描述结构或组件之间的一连接时，除非另行指明，此连接可直接地或经由中间结构或组件被建立。

下文系参照用以显示本发明实施例的附图来更完整地描述本发明。图中为求清楚可能夸大系统、组件、层及区的绝对与相对尺寸。可参照本发明的可能理想化实施例及中间结构的示意及/或横剖面绘示来描述实施例。在描述与图式中，类似编号系指各图中类似的组件。相对用语暨其衍生物应被诠释成指涉依该时所描述或所讨论图中所示的定向。这些相对用语系为方便描述，且除非另行指明，并不需令该系统以一特定定向被构造或操作。

在图1A中显示一实施例，其中一显示器100由光导10及LED装置20形成。更详细地，系显示一光导10，光导10具有一入耦面110以供接收一或多个LED装置20，其具有一主要光发射方向以供界定一光路径，该光路径系移行远离入耦面110前往一界定图像、开缝或图片的出耦面120。

光导10具有侧边界部分30，在一与主要光发射方向L呈侧向的方向反射及/或阻绝来自LED 20的光。

更详细地，图1B显示：光导10设有一包含一光均质化区130之透明部分102，其中一顶点系面对沿着LED装置20延伸之入耦面110。光均质化区的形状系使得一中央顶点被形成且具有接口的侧部分被定向成远离LED装置。均质化区130系靠近侧面110，特别是具有小于在光发射面旁边测量之LED装置20的长度之一距离(从顶点测量)。均质化区130沿着光发射方向L延伸于LED装置20的约一长度。在图1A及1B的范例中，均质化结构130系为单一三角形腔穴；但其可为多重的腔穴，形成一三角形均质化结构130，例如具有一或多个三角形或圆滑三角形形状。均质化结构130的边缘可进一步被粗化以在使用RGB侧LED的实例中改良光扩散及光混合。

图1B显示：侧边界部分系由一与光导10呈邻接且互补地形成之非透明材料101提供。白色TPU可用来作为基材102，其上打印有电性设计。替代地，TPU可具有一白色衬垫或基材可为一PEN基材，附有一白色涂覆物。此TPU上的此墨水系由于其140℃的高处理温度而容易固化。白色系用来容许源自被结合至印刷电路之LED的所产生光之基材接口处的反射。侧发射LED 20可以较佳<2mm、更佳<1mm等等高度被结合至Ag印刷电路上。高功率LED系为较佳(输出>1000nits)。基质101亦可由一白色TPU形成，藉由雷射或另一方法自其切割部段。基质101亦可为黑色，或黑色与白色的一组合，依据设计而定。一黑色TPU将用来在完全吸收性、非透明时阻绝光线。这将导致光学系统的功率效率(power efficiency)之损失，但另一方面确保避免不想要的光泄漏，并因此敏锐地界定发亮区域。

当如图1A所示作组合时，显示器100具有透明部分102，且边界部分101形成二或更多个经分段及互补定形层的单一经整合堆积体50。可藉由分开切出互补结构及铺迭两结构以形成单层来作组合。在铺迭后，可例如藉由一覆盖层(见图4)提供层迭以保存一用于装置100之整体性结构。

图1C显示光导10不是正形或矩形，而是含有使光进一步散布的形状以规避侧121上之相较于出耦面120的中央部份而言的降减光强度。LED在接近的距离强烈地耦出，其难以达成较大面积上、及处于此距离的均质性发射。光导可在入耦区位在入耦面上设有一图案化以使光散布。因此，入耦面可为非扁平以在入耦面与LED装置之间包括一腔穴。

例如，光导10在LED光发射表面20处含有一空气囊150，其在与光导10的接口处提供光的折射。藉由这些空气囊150，LED的长度D可相对于出耦面120的宽度受到限制，但仍使其侧被均质性照射。一典型比值系可为LED长度D的约150到300％之出耦面的宽度。空气囊系为三角形形状，可能含有圆滑曲线以及圆滑三角形形状的三角形的一基侧上之一粗化，其系防止色分割(color splitting)。入耦面的相对侧系可同理设有一折射性结构。

图2A至图2C显示光导10中之不同结构的部分均质化区之光学响应。在图2A中，对于光导10给予一基底光学响应，其中未提供均质化结构。系显示出耦面尤其在接近中心处显示非均质性。在图2B中，一均质化区30系由透明部分102中的单一腔穴提供。系显示尤其是朝向该等侧，均质性受到改良。在图2C中，对于被包括在均质化区中之完美透镜形式的一均质化结构系显示优良的均质性。此实施例难以制造。

图3显示出耦顶面120及具有梯度图案140的梯度化底面140上之一图像显示器121的范例俯视图。梯度图案形成于一反射性表面中，藉此部份地反射从LED 20发射的光。反射性表面通常由一具有一梯度化图案的光反射涂覆物提供。该图案具有远离入耦面110之一减小的反射。在此范例中，梯度化光反射图案系延伸于出耦面120底侧。

系显示：均质化区130及/或LED入耦面110的侧面具有一粗化，以例如当使用RGBLED时防止色分割。在此范例中，入耦面110接收一LED装置系为一平面性透明层的一侧面。LED装置20系为一直立的LED，具有对应于光导10的透明层之厚度。光导部段10可从一透明或雾状TPU切割并被定位于白色光导的边界部分30内侧。分开地，一覆盖箔(PET、PEN、TPU、PVB、PC或其他)、选用性呈雾状或经修改以提供光扩散，系可被打印有一反射性涂覆物，例如具有开口之介电墨水，其容许光离开光导。替代地，覆盖层可为一印刷涂覆物，例如一TPU层上的一涂覆物。此白色介电反射性涂覆物可为一覆盖箔，其在透明部分及边界部分的层迭组装步骤期间瞄准朝向TPU。覆盖箔顶上可打印进一步的层(介电、抗磨刮或其他)。光引导及出耦可藉由将一雕刻图案施加在内部及或外部上而被改良，但亦可被并入于内侧上。此图案可为随机性，但亦可为周期性本质。例如，可藉由呈现50微米周期性的～30微米线的雕刻来获得良好结果，其系以一CO2雷射被雷射至PEN及PC中。在所显示范例中，光导系由2mm厚度的一透明平面层形成，且入耦面被定位于远离出耦面约5至8mm的一距离。均质化区130设置于一抗温度材料中，俾使其形状在较高温度不会显著地改变。

图4A显示范例层堆积体，其中显示LED 20系为一从光导10侧耦接之LED。堆积体100未依实际尺度，而是仅用来绘示一数量的选用性层。中央光导层50系从一透明PMMA呈分段。层40系为PMMA接口，以一梯度雕刻作修改以供具有增强的光引导。经雕刻的覆盖层40被放置成接触到一登石特(densite)白色箔104，其被层迭到一底装饰箔106上。光导堆积体被一白色涂覆物104’光学性关闭并由散射箔105及顶箔106’完成。

图4B显示一变异，其中侧边界部分及透明部分由注射模制制成。在此范例中，例如藉由例如250微米的一经涂覆聚碳酸酯(PC)透明前箔107来提供一覆盖层40。一反射性白色表面104系由一具有一梯度图案的光反射涂覆物提供；因此覆盖具有一梯度图案的顶侧上之经分段透明光导堆积体G。反射性白色涂覆物104的侧104a系可由一阻绝覆盖箔中的光引导之黑色涂覆物予以终止。PC覆盖箔107进一步设有一顶涂覆物104b、104w，其系为白色与黑色墨水的一堆积体--黑色位于外侧。涂覆物104使图像图片保持自由俾使透明聚碳酸酯层在被照射时显示图像。覆盖层40的背侧上，光导堆积体G系由与透明部分10呈邻接及互补地形成之一非透明材料所提供的经分段光侧边界部分30予以形成。光导100因此形成二或更多个经分段及互补形状层50以及一覆盖层40的单一经整合堆积体。

这结果使得功能层设置成为一堆积体，位于经注射模制的部份50顶上，其用来提供一适当厚度。例如，一背基材顶上的一背侧层可由一TPU层提供，但亦可被注射模制。层31系与互补形状层50同时地被注射模制。藉由在此侧从模具更改形状，层31的形状可为非扁平，故可以生成一非扁平的反射表面，藉此提供潜在有益的光学效应。层32系为单一或组合的功能及非功能箔，身为扁平或含有用于导缝或槽的接触件以供背侧接触，其在模制程序期间受到保护。亦可想象：芯片、传感器或装置形式的功能可被添加到此部份，据以可使前部份被接触或供电。顶发射LED亦可被添加至层32。图4的堆积体将被更改成经注射模制的白色形状50，但具有一附有印刷电路与组件之白色反射箔作为层32。

为求清楚及简明描述，形貌体在本文中系以相同或分开实施例的部份予以描述，但请了解本发明的范围可能包括具有全部或部分所描述形貌体的组合之实施例。

在诠释附带的申请专利范围时，应了解「包含」用语并未排除存在给定请求项列出者以外的其他组件或作用；位于一组件前的「一(a或an)」用语并未排除存在复数个此等组件；申请专利范围中的任何代号并未限制其范围；数个「部件(means)」可由相同或不同项目或所实行的结构或功能予以代表；除非另行明述，所揭露装置或其部分的任一者系可组合在一起或分离成进一步部分。若一请求项提及另一请求项，这可能表示其各别形貌体的组合达成综效性优点。但是仅仅相互不同的请求项引述特定措施之事实并不表示无法也善用这些措施的一组合。目前的实施例因此系可包括请求项的所有工作组合，其中除非上下文清楚排除，各请求项原则上系指涉任一先前请求项。