台湾专利TW201319708A 具有包含微透鏡形成於其上之光導的平面前端照明系統及其製造之方法

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本發明揭示一種用於照亮來自一平面前端裝置之一反射顯示器或其他材料之系統及其製造之方法。該系統包含一光導板，其使來自一邊緣光源之光傳導穿過一反射顯示器之表面。微透鏡係形成於該光導之內表面或外表面上。一階變折射率層係形成於含有該等微透鏡之光導板之表面上。該階變折射率層具有比該光導板之一折射率更低之一折射率以有助於注入至該光導板中之光之全內反射。該等微透鏡將該光導中傳導之光導引朝向該顯示器。可將一頂層保護塗層或觸摸螢幕層壓至該光導板之外側以提供具有一內埋光導層之一完全層壓前端照明系統。在一較佳實施例中，該等微透鏡係形成為該光導板之表面中或表面上之凹形或凸形結構。
公开号:TW201319708A
申请号:TW101130060
申请日:2012-08-17
公开日:2013-05-16
发明作者:Charles Neugebauer；Jason Wong；Niansheng Sam Qiu；David Klawon
申请人:Barnesandnoble Com Llc；
IPC主号:G02B6-00

专利说明:
具有包含微透鏡形成於其上之光導的平面前端照明系統及其製造之方法
本發明大體上係關於用於照亮反射材料及顯示器之平面前端照明系統，且更特定言之，本發明係關於一種使來自一邊緣光源之光傳導穿過一反射顯示器之表面之光導板。
本申請案主張2011年8月19日申請之美國臨時申請案第61/525,641號之權利，該案以引用方式併入本文中。
與使光投射穿過一或多個濾波器或光閘以產生一可觀測影像之背光顯示器(例如一背光透射液晶顯示器(LCD))相比，一反射顯示器(例如一電泳顯示器(EPD))依賴自一反射表面反射以產生一影像之光。通常，反射顯示器利用存在於顯示器使用環境中之環境光。多年來，平面前端照明系統被用以增強環境光使得反射顯示器可用在較暗環境中。典型平面前端光照明系統由清透材料製成且貼附至反射電子顯示器之前端。當被反射之環境光不足以產生一可觀測影像時，前端光提供補充照明給顯示器之表面。
一理想前端光照明系統將能夠將來自一補充光源之光有效率且均勻地導引朝向顯示器，同時不會將雜散光發射朝向環境或使用者。此理想前端光照明系統將全部反射光傳送至使用者且無光學損耗或光學假影。此外，此一理想前端照明系統在環境光下並不顯眼，即，維持下伏顯示器之對比度、亮度及影像品質。另外，此一理想前端照明亦具低成本、較薄、輕量、易製造、與觸摸技術相容且廣泛可用。
一常見類型之前端光照明系統包含由諸多微觀光學表面特徵構成之一光導板。此等光學表面特徵之各者使用反射或折射來遞增地重新導引該光導板內側之光之一小部分。理想地，此等光學表面提取該光導板內之光通量且將該光導板內之光通量均勻地分佈於反射顯示器之表面上。為實現無需鏡面式表面(其等較昂貴及/或難以生產)之反射或折射，光學工程師精心地構造微光學表面特徵之臨界特徵及角度以可靠及可預測地反射或折射，儘管源頭照明器(例如LED或螢光管)之準直(即，光線角之寬分佈)通常較弱。一光學界面之反射及折射特徵主要取決於該界面兩側上之材料之相對折射率。為最大化此等微光學特徵之反射及折射能力，通常將微光學特徵直接暴露於空氣以最大化折射率差值。
圖1展示具有微觀光學表面特徵之一前端照明系統。此系統包括一反射顯示器100、一光源101及一光導板102。光導板具有形成於該前端照明系統之外表面上之光學特徵103。光源101通常由經適當配置以產生適度準直光104(其被導引至光導板102之一光注入表面中)之一或多個冷陰極螢光燈(CCFL)或一或多個LED組成。
此項技術中已知之常見額外特徵(圖中未展示)包含：光源之一反射外殼；光源101上之表面處理與光導板102之注入區；及插置於光源101與光導板102之間之薄膜或混合板，其等改良耦合效率、均勻性、可製造性、光學性能及成本。此等添加物亦適合於使本發明實現類似有利效應。
光導板102具有標稱共面之光引導表面(圖1中之102之頂部及底部)。注入至光導板102中之光104之一可觀部分因全內反射(TIR)之熟知光學效應而保持於光導板102內。光導板102在其外表面上具有複數個微光學特徵103，每一微光學特徵103重新向下導引經引導光線107之一部分。理想地，注入光104被均勻地重新導引且分佈於反射顯示器100之整個表面上。為實現均勻性，橫跨光導板102之廣度及寬度而調變微光學特徵103之密度、高度、角度、節距及形狀及光導板102之厚度或形狀以考量到以與光源101之距離為函數之光通量之減少。
經重新導引之遞增光107照亮反射顯示器100以產生可被一使用者(圖中未展示位於前端照明系統(如本文中所繪示)上方之該使用者)看見之反射光線109。
通常，僅在來自外部光源之落在顯示器上之環境光108不足以讓使用者感知來自反射顯示器100之一影像時啟動一典型前端照明系統。當環境照明108足夠強且因此無需前端照明光源時，前端照明系統應儘可能不顯眼。具體言之，前端照明系統不應產生使下伏顯示器之外觀降級之不尋常反射、影像假像或雜散光路徑。
圖2展示一先前技術之背光照明系統，其包括一透射顯示器200、一光源201及一光導板202。光導板202已在顯示器200之最遠外表面上印刷白點203。光源201將光204注入至光導板202中，接著，藉由光導板202中之沿一橫向方向之全內反射而實質上引導光204。複數個小白點203係絲網或噴墨印刷、蝕刻、壓印、烙印或模製(以及背光設計技術中已熟知之諸多習知方法)於光導板202之外表面上以充當散射中心，該等散射中心將呈一漫散射圖案207之經引導光重新導引朝向透射顯示器200且最終朝向觀察者(光線209)。習知地，點203之密度、色彩、散射效應及/或尺寸根據一位置函數而變動以考量到光源之不均勻性且補償以與光源201之距離為函數之引導光通量之消耗。如此項技術中所知，額外薄膜208通常位於背光照明與透射顯示器之間(例如漫射器與光重新導引薄膜、偏振再循環薄膜等等)以改良整個顯示器之光學效率、對比度、視角及均勻性。
兩個清透材料(例如塑膠與空氣)之間之一光學界面之反射及折射特徵主要取決於該界面之兩側上之該等材料之相對折射率。為最佳化光引導(經由全內反射)及光提取(經由散射、反射或折射)行為，通常將微光學特徵直接暴露於空氣以最大化折射率差值。
依賴於空氣界面之先前技術之前端照明系統在改良折射及反射效應時產生由本發明解決之諸多實質性問題。首先一寬區上之光學元件之間之空氣間隙難以機械地構造，同時維持薄度及光學品質。若前端照明系統整合有一觸摸面板功能，則正面必須具足夠剛性使得其可在最糟糕情況之使用者手指壓力下維持空氣間隙。若各界面處不使用昂貴抗反射塗層，則空氣間隙亦會因高相對折射率變化而產生實質上無用之反射。
其次，若空氣間隙係形成於隨後層壓至一光導板(即，一嵌入式空氣間隙)之薄膜上，則難以在生產中控制此等空氣間隙(此係因為層壓黏著劑可位移至該等空氣間隙或凹槽中)，從而修改光提取現象之行為且產生均勻性問題。在黏著強度與光學品質及特徵尺寸之間引入一固有權衡(其無法提供令人滿意之解決方案)。此外，空氣壓力及濕度變動很大(有時很快，例如在一飛機上)且冷凝、污染及壓力相關效應(若被密封)可產生工程、生產及使用困難。
此外，由於光源之光通常經不佳準直，所以雜散光洩漏可被非有意地導引向觀察者以顯著增大黑色位準之亮度且因此使對比度降級。即使此雜散光洩漏未被導引至觀察者(例如，以與顯示系統之前表面成一較大銳角地輸出)，但此雜散光洩漏可仍導致可負面影響行動裝置之電池壽命之不佳電光效率。
另外，由於光導板被製成較薄較輕，所以一模製程序中所產生之微光學特徵之品質控制可具挑戰性。
與先前技術系統相關之另一擔心在於：機械損傷(例如劃痕)可自光導板提取光以導致在啟動前端照明時機械損傷被尤其突顯。通常，光導板與使用者之間之額外機械障壁需用以防止劃痕突顯、增加前端照明系統之厚度及使顯示系統之光學性能降級。
前端光照明系統設計被迫妥協，其中在損害一些其他約束條件(例如系統之抗反射塗層及厚度之成本)之情況下最佳化光學設計目標(例如最小化環境反射及影像假像)。
本發明之前端照明系統解決此項技術中之諸多前面所提及限制及受迫妥協以實現一完全層壓、較薄、較輕、經濟、均勻、機械穩固、有效率、高度透明、低假像、低洩漏之前端照明系統。
本發明之系統包含一光導板，其使來自一邊緣光源之光傳導穿過一反射顯示器之表面。微透鏡係形成於該光導之內表面或外表面上。該等微透鏡將在該光導中傳導之光導引向該顯示器。具有一低折射率之一層係形成於具有該等微透鏡之該光導板之表面上。此層亦被稱為一階變折射率層且有助於藉由全內反射而將注入光實質上限制於該光導板中。此結構組態提供具有一內埋光導層之一完全層壓前端照明系統。在一較佳實施例中，該等微透鏡係形成為該光導板之表面中或表面上之凹形或凸形結構。在另一實施例中，可在保護層內側之該光導板之上方或下方層壓一觸摸螢幕。
本發明之平面前端照明系統可經完全層壓(無空氣間隙及無氣穴)以最大化堅固性及最小化可使光學性能降級之內表面反射。系統簡化反射顯示器與觸摸感測器之整合。系統較薄較輕。系統最大化向內導引向顯示器之光，同時最小化沿全部其他方向之雜散光。系統產生一較大區上之實質上均勻照明且最小化顯示器及照明相關假像(諸如疊紋、重影及壓敏度)。有效率及廉價地生產系統。
為繪示本發明，圖式中展示當前較佳之一形式，然而，應瞭解，本發明不受限於圖式所展示之精確形式。
以下描述中利用意欲具有如下所提供含義之以下縮寫：
CCFL-冷陰極螢光燈
EPD-電泳顯示器
LCD-液晶顯示器
LGP-光導板
LED-發光二極體
OCA-光學清透黏著層
OLED-有機發光二極體
PC-聚碳酸酯
PET-聚對苯二甲酸乙二酯
PMMA-聚甲基丙烯酸甲酯
TIR-全內反射
圖3繪示本發明之一實施例，其包含一反射顯示器或材料300、一光源301及一光導板302。複數個凸形微透鏡303係形成於光導板302之內表面(該表面最靠近反射顯示器300)上。如此項技術中所熟知，光源301與光導板302經耦合以實現至光導板302中之有效率、均勻及可複製之光注入304。橫向傳播光線305受限於光導板302內，此部分由於界面處之光導板302之內表面至一階變折射率層310之TIR效應306。階變折射率層310具有比光導板302之折射率更低之一折射率。在一較佳實施例中，階變折射率層310係一清透黏著層，其具有比光導板302更低之一折射率以藉由TIR而支援全光引導。在圖3所繪示之實施例中，光導板302之外光學界面係空氣(圖3中之板302上方)，此界面亦提供經引導光線305之TIR。雖然可使用空氣作為階變折射率層，但較佳為使用某一其他材料，諸如上述清透黏著層。
術語「階變折射率」係借用光纖技術且區別於其他折射率，諸如「變度折射率」光纖，其具有限制一單一模式以使傳播速度保持非常均勻之一平滑折射率峰值。在一光纖結構中，用一低折射率材料包覆高折射率材料之一圓柱形內核以實現沿該圓柱體之長度傳播之光之TIR。與光纖結構中之用法相比，本發明使用其階變折射率層來僅限制沿一個維度之光且使該光沿其他兩個維度自由傳播。在一光纖中，光受限於兩個維度中且可僅沿一個維度自由傳播。
形成於光導板302上之微透鏡303執行一光提取功能，其中入射引導光線305之一部分307被折射及/或反射向反射顯示器300。反射顯示器300將提取光307及入射環境光308反射向觀察者(圖中未展示)作為光線309。此等反射光線309穿過光導板302、光學黏著層310及微透鏡303且僅具有小的反射及折射效應。
在本發明之一實施例中，微透鏡303之面密度(相對於光導板302之表面之表面面積)在光導板302內變動以補償光源之不均勻性及以位置為函數之光導板302中之光通量之變動以將一實質上均勻光源呈現給顯示器。在本發明之一較佳實施例中，微透鏡303之密度隨與光源301之距離的增大而增大以實現光導板302之整個長度上之一更均勻通量307。在另一實施例中，調整光導板302之邊緣附近之微透鏡303之密度以考量到側面及相對面之反射及光學損失以實現一更均勻提取光場307。根據光通量之不均勻性及微透鏡303之提取效率，微透鏡303之面密度可在自接近零(面積<1%)至非常高(接近100%)之範圍內。
可模擬微透鏡303之密度以取得一初始面密度，且接著在製程(例如製造具有一特定面密度之微透鏡303之一光導板302、量測顯示器300上之光之均勻性及重複此程序)中憑經驗調諧，從而通過諸多循環而改變密度以最佳化光通量之均勻性。
在本發明之另一實施例中，使各微透鏡303之面積保持實質上小於下伏反射顯示器300之單位像素面積，使得微透鏡303不會引起下伏像素(圖3中未展示)之不利失真。
在本發明之另一實施例，(例如)藉由製造實質上微觀之平滑邊緣及輪廓過渡而設計各微透鏡303之高度及輪廓以允許光學黏著層310均勻地塗覆且填充微透鏡303周圍之全部空間以防止在某一後製造環境暴露(例如暴露於處於高海拔、具有高熱度及/或具有高濕度之外部低氣壓)之後微觀空氣氣泡受困或形成。
在另一實施例中，使微透鏡303之凸形形狀適合於光導板302及光學清透黏著層310之折射率以藉由使光學反射及折射效應對製造及材料變動不敏感而最佳化提取光之均勻性、製造良率、加工複雜性及材料成本。
在另一實施例中，使微透鏡303足夠小(例如50微米或更小)、足夠緊密地在一起且充分高於顯示器300之影像平面，使得到達顯示器300之影像平面之提取光307在空間上實質上均勻。
在又一實施例中，微透鏡303經設計以最小化來自環境照明308之直接反射且藉由(例如)約束微透鏡303相對於光導板302之最大角而最小化透過折射之反射影像309之失真。微透鏡303之形狀、微透鏡303之邊緣幾何、OCA 310之折射率及OCA 310之柔軟性(即，圍繞微透鏡303之形狀流動之能力)促成組合顯示器系統之對比度、亮度、清晰度及總體光學性能。藉由平衡根據本教示之微透鏡303之形狀之多種需求，熟習技術者可最小化由本發明之前端照明系統導致之反射顯示器300之性能(例如對比度、亮度、清晰度)之感知降級。
諸多材料可用於構造本發明。光導302通常具有實質上平坦表面且通常由PMMA或PC塑膠構成，但可為具有比周圍材料(例如位於圖3中之光導板302上方之空氣或真空及位於圖3中之光導板302下方之OCA 310)更高之一折射率之任何光學清透材料(例如玻璃)。類似地，光源301可呈諸多形式且由諸多材料製成。例如，可在本教示內使用耦合至一光棒或或混合板之一CCFL、一OLED或一或多個LED作為光源301。光導板302之一或多個側可具有包含一或多個光源301之注入表面。為簡單起見，圖中僅展示一個光源，但如此項技術中所熟知，可根據基於成本、光均勻性、亮度、機械邊界、形狀因數等等之系統約束條件而變動光源之數目及位置(例如，位於一或多個邊緣或隅角處)。可使用其他光源(例如白熾燈、雷射、真空螢光管)。
可藉由包含或施加專用薄膜而塗覆、定形、處理、紋理化或修改本發明之組件之光學界面及表面以便實現性質之任何標準期望變化。可使用此等薄膜來改良光限制、改良導入光之均勻性、減少雜散反射、改良光源301至光導板302之耦合效應、改良光導板302與反射顯示器300之界面或減小系統之厚度及重量。此等添加及修改已為照明設計技術所熟知且由設計者決定是否使用以在不背離本教示之範疇之情況下實現成本、性能、良率等等之間之期望平衡。
可在製造光導板302上之微透鏡303時具有諸多選擇。在一實施例中，使用(例如)一工業噴墨印刷機及一清透UV固化聚合物油墨來印刷微透鏡303。此等印刷機可直接將小的(例如30微米或更小)清透聚合物點精確、快速且廉價地施加至光導板上。
在另一實施例中，可在製造光導板302時藉由一射出模製程序而形成光導板302之表面上之微透鏡303。在此程序中，將一金屬鑄模加工成具有精確微透鏡壓陷且將塑膠注入至該鑄模以在各金屬鑄模壓陷處產生凸透鏡303。
亦可將微透鏡303熱衝壓、模製、機械壓印、雕刻、化學蝕刻及/或平版地產生於光導板302上。熟習技術者已知用此等替代技術來產生一前端照明光導板302上之內表面上之微透鏡303，且本教示之範疇內包含此等替代技術。
可在本教示內實質上改變微透鏡303之準確形狀，例如，可尤其為圓形、半球形、三角形、正方形、矩形或橢圓形。另外或替代地，可用透鏡化線、線段或跡線來取代圖3中所繪示之圓形微透鏡303。
在本發明之一實施例中，可將光導板302及階變折射率層310(例如一光學清透黏著層)製成一單元以隨後併入具有一光源301及一顯示器300之一完成裝置之總成中。
在一替代實施例中，具有比光導板302更低之一折射率之階變折射率層310可與光導板302共同擠出以藉由光導板302內之TIR而實現保護與光限制兩者。
圖4展示本發明之另一實施例，其包括一反射顯示器或材料400、一光源401及一光導板402。複數個凸形微透鏡403係形成於光導板402之內表面(該表面最靠近反射顯示器400)上。如此項技術中所熟知，光源401與光導板402經耦合以實現至光導板402中之有效率、實質上均勻及可複製之光注入404。橫向傳播光線405受限於光導板402內，此係由於自界面處之光導板402之內表面至一階變折射率層410之一TIR效應。在一較佳實施例中，階變折射率層410係一清透黏著層，其具有比光導板402更低之一折射率以支援TIR之光引導。
一外清透保護薄板412係層壓至光導板402之頂部，其中一額外階變折射率層411佈置於保護薄板412與光導板402之間。在一較佳實施例中，階變折射率層係一光學清透黏著層，其具有比光導板402更低之一折射率。光導板402之此上光學界面亦藉由TIR而支援橫向行進光線405之光引導。
在一替代實施例中，具有比光導板402更低之一折射率之一保護層412可與光導板402共同擠出以藉由光導板402內之TIR而實現保護與光限制兩者。在此實施例中，無需黏著層且保護層412充當階變折射率層。
圖4中所繪示之實施例之微透鏡403執行與以上參考圖3而描述之微透鏡303相同之光提取功能。此外，與微透鏡303之製造及變動相關之全部以上描述同樣適用於微透鏡403。
形成於光導板402上之微透鏡403執行一光提取功能，其中入射引導光線405之一部分407被折射及/或反射向反射顯示器400。反射顯示器400將提取光407及入射環境光408反射向觀察者(圖中未展示)作為光線409。入射光線408及反射光線409穿過保護薄板412、光學黏著層410、411、光導板402及微透鏡403且僅具有一小的反射及折射效應。
圖5展示本發明之另一實施例，其包括一反射顯示器或材料500、一光源501及一光導板502。複數個凹形微透鏡503係形成於光導板502之內表面(該表面最靠近反射顯示器500)上。如此項技術中所熟知，光源501與光導板502經耦合以實現至光導板502中之有效率、實質上均勻及可複製之光注入504。橫向傳播光線505受限於光導板內，此係由於自界面處之光導板502之內表面至一階變折射率層510之TIR。在一較佳實施例中，階變折射率層510係一清透黏著層，其具有比光導板502更低之一折射率以支援TIR。
光導板502上之微透鏡503執行一光提取功能，其中入射引導光線505之一部分507被透鏡503折射及/或反射且被導引向反射顯示器500。反射顯示器500將提取光507及入射環境光508反射向觀察者(圖中未展示)作為光線509。此等反射光線穿過光導板502、階變折射率層510及微透鏡503且無實質損失或失真。
與微透鏡303之變動相關之全部以上描述同樣適用於微透鏡503。
可在製造光導板502時藉由一射出模製程序而形成光導板502之表面上之凹形微透鏡503。在此程序中，將一金屬鑄模加工成具有精確微透鏡隆起且將塑膠注入至該鑄模以在各金屬鑄模隆起處產生凹透鏡。此項技術中已知之諸多其他程序(其包含熱衝壓、蝕刻、微影術、噴砂、機械雕刻或鑽孔及雷射雕刻)可經調適以產生凹透鏡形狀。
圖6展示本發明之另一實施例，其包括一反射顯示器或材料600、一光源601及一光導板602。複數個凹形微透鏡603係形成於光導板602之內表面(該表面最靠近反射顯示器600)上。如此項技術中所熟知，光源601與光導板602經耦合以實現至光導板602中之有效率、均勻及可複製之光注入604。橫向傳播光線605受限於光導板602內，此係由於自界面處之光導板602之內表面至一階變折射率層610之TIR。在一較佳實施例中，階變折射率層610係一清透黏著層，其具有比光導板602更低之一折射率以支援TIR之光引導。一外清透保護薄板612經由一介入階變折射率層611而層壓至光導板602。在一較佳實施例中，階變折射率層611係一光學清透黏著層，其具有比光導板602更低之一折射率以藉由TIR而支援光引導。
在一替代實施例中，具有比光導板602更低之一折射率之一保護層612可與光導板602共同擠出以藉由光導板602內之TIR而實現保護與光限制兩者。在此實施例中，無需黏著層且保護層612充當階變折射率層。
光導板602上之微透鏡603執行一光提取功能，如以上參考圖5所述(與凹形微透鏡503有關)。此外，與微透鏡303之變動相關之全部以上描述同樣適用於微透鏡603。
形成於光導板602上之微透鏡603執行一光提取功能，其中入射引導光線605之一部分607被折射及/或反射向反射顯示器600。反射顯示器600將提取光607及入射環境光608反射向觀察者(圖中未展示)作為光線609。入射光線608及反射光線609穿過保護薄板612、光學黏著層610、611、光導板602及微透鏡603且無實質損失或失真。
圖7展示本發明之另一實施例，其包括一反射顯示器或材料700、一光源701及一光導板702。複數個凹形微透鏡703係形成於光導板702之外表面(該表面最遠離反射顯示器700)上。如此項技術中所熟知，光源701與光導板702經耦合以實現至光導板702中之有效率、實質上均勻及可複製之光注入704。橫向傳播光線705受限於光導板702內，此係由於自界面處之光導板702之內表面至一階變折射率層710之TIR效應。在一較佳實施例中，階變折射率層係一光學清透黏著層，其具有比光導板702更低之一折射率以支援TIR之光引導。
一外清透保護薄板712經由一額外階變折射率層711而層壓至光導板702之頂部。在一較佳實施例中，階變折射率層711係一光學黏著層，其具有比光導板702更低之一折射率。光導板702之此上光學界面亦藉由TIR而支援橫向行進光線705之光引導。
在一替代實施例中，具有比光導板702更低之一折射率之保護層712可與光導板702共同擠出以藉由光導板702內之TIR而實現保護與光限制兩者。在此實施例中，無需黏著層且保護層712充當階變折射率層。
形成於光導板702上之微透鏡703執行一光提取功能，其中入射引導光線705之一部分707被折射及/或反射向反射顯示器700。提取光線707穿過光導702及清透黏著層710而至反射顯示器700。反射顯示器700將提取光707及環境光708反射向觀察者作為光線709。此等反射光線709穿過光導板702及微透鏡703之清透區且僅具有小的反射及折射效應。
與凹形微透鏡503之製造及微透鏡503之變動相關之全部以上描述同樣適用於微透鏡703。
圖8展示本發明之另一實施例，其包括一反射顯示器或材料800、一光源801及一光導板802。複數個凸形微透鏡803係形成於光導板802之外表面(該表面最遠離反射顯示器800)上。如此項技術中所熟知，光源801與光導板802經耦合以實現至光導板802中之有效率、均勻及可複製之光注入804。橫向傳播光線805受限於光導板802內，此係由於自界面處之光導板802之內表面至一階變折射率層810之TIR效應。在一較佳實施例中，階變折射率層810係一清透黏著層，其具有比光導板802更低之一折射率以支援TIR之光引導。
一外清透保護薄板812經由一額外階變折射率層811而層壓至光導板802之頂部。在一較佳實施例中，階變折射率層811係一光學清透黏著層，其較佳地具有比光導板802更低之一折射率。光導板802之此上光學界面亦藉由全內反射而支援橫向行進光線805之光引導。
在一替代實施例中，具有比光導板802更低之一折射率之一保護層812可與光導板802共同擠出以藉由光導板802內之TIR而實現保護與光限制兩者。在此實施例中，無需黏著層且保護層812充當階變折射率層。
形成於光導板802上之微透鏡803執行一光提取功能，其中入射引導光線805之一部分807被折射或反射朝向反射顯示器800。提取光線807穿過光導板802及清透黏著層810而至反射顯示器800。反射顯示器800將提取光807及入射環境光808反射朝向觀察者(圖中未展示)作為光線809。此等反射光線809穿過光導板802、光學黏著層810、811、保護薄板812及微透鏡803且無實質損失或失真。
此外，與微透鏡303之製造及變動相關之全部以上描述同樣適用於微透鏡803。
在本發明之以上實施例中，保護薄板412、612、712及812分別提供光導層402、602、702及802與使用者之間之一層機械間隔，使得機械標記或表面污染物(例如劃痕、擦傷、油、污垢、水、指紋、灰塵等等)不會產生朝向使用者之非有意光提取。此外，保護薄板412、612、712及812可支援增強性能(例如，防炫光/霾、抗反射、防指紋、抗劃痕、硬塗層或其他增強材料)之額外層及表面處理。若將此等額外層直接施加至光導板402、602、702及802，則其等將可能使光導限制性能降級且負面影響環境或前端照明條件下之對比度、亮度或其他顯示性能準則。
在本發明之一額外實施例中，光導板302、402、502、602、702及802由具有約1.585之一折射率之聚碳酸酯製成，且光學黏著層310、410、411、510、610、611、710、711、810及811由具有1.32至1.50之間之一折射率之一低折射率光學黏著劑製成。在本發明之一替代實施例中，光導板302、402、502、602、702及802由具有約1.49之一折射率之PMMA製成且光學黏著層310、410、411、510、610、611、710、711、810及811由具有1.32至1.45之間之一折射率之一低折射率光學黏著劑製成。熟習技術者將識別各種光導材料及黏著壓材料，其等可在本教示之一般架構內被取代以藉由光導板302、402、502、602、702及802內之TIR而產生充分限制之條件。
熟習技術者亦將認識到，保護層412、612、712及812可被用作為將一完全層壓觸摸感測器整合至顯示系統之頂部上之一基板。此等層壓觸摸感測器在此項技術中已為人所熟知，例如投射式電容、表面電容及紅外線以及其他。此一觸摸感測器(作為頂部保護層412、612、712及812)之層壓或此一觸摸感測器及頂部保護層412、612、712及812之層壓係在本發明之範疇內。
光源301、401、501、601、701及801僅被展示為發射自一單一邊緣以簡化圖式。實際上，此等光源301、401、501、601、701及801可自任何或全部邊緣及/或光導板302、402、502、602、702及802之一或多個隅角注入光。沿光導板302、402、502、602、702及802之一或多個邊緣線性配置之一連串之LED或點光源亦可構成本發明內之光源301、401、501、601、701及801。
雖然已描述與本發明之特定實施例相關之本發明，但熟習技術者將明白諸多其他變動及其他用法。因此，較佳地，本發明不受限於本文中之特定揭示內容，而僅受限於本發明之主旨及範疇。
100‧‧‧反射顯示器
101‧‧‧光源
102‧‧‧光導板
103‧‧‧光學特徵
104‧‧‧光
107‧‧‧光
108‧‧‧環境光/環境照明
109‧‧‧反射光線
200‧‧‧透射顯示器
201‧‧‧光源
202‧‧‧光導板
203‧‧‧白點
204‧‧‧光
207‧‧‧漫散射圖案
208‧‧‧薄膜
209‧‧‧光線
300‧‧‧反射顯示器/反射材料
301‧‧‧光源
302‧‧‧光導板
303‧‧‧凸形微透鏡
304‧‧‧光注入
305‧‧‧光線
306‧‧‧全內反射(TIR)效應
307‧‧‧提取光/提取光場/通量
308‧‧‧環境光/環境照明
309‧‧‧反射光線/反射影像
310‧‧‧階變折射率層/光學清透黏著層(OCA)
400‧‧‧反射顯示器/反射材料
401‧‧‧光源
402‧‧‧光導板/光導層
403‧‧‧凸形微透鏡
404‧‧‧光注入
405‧‧‧光線
407‧‧‧提取光
408‧‧‧環境光
409‧‧‧反射光線
410‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
411‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
412‧‧‧保護薄板/保護層
500‧‧‧反射顯示器/反射材料
501‧‧‧光源
502‧‧‧光導板
503‧‧‧凹形微透鏡
504‧‧‧光注入
505‧‧‧光線
507‧‧‧提取光
508‧‧‧環境光
509‧‧‧光線
510‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
600‧‧‧反射顯示器/反射材料
601‧‧‧光源
602‧‧‧光導板
603‧‧‧凹形微透鏡
604‧‧‧光注入
605‧‧‧光線
607‧‧‧提取光
608‧‧‧環境光
609‧‧‧反射光線
610‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
611‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
612‧‧‧保護薄板/保護層
700‧‧‧反射顯示器/反射材料
701‧‧‧光源
702‧‧‧光導板
703‧‧‧凹形微透鏡
704‧‧‧注入光
705‧‧‧光線
707‧‧‧提取光
708‧‧‧環境光
709‧‧‧反射光線
710‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
711‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
712‧‧‧保護薄板/保護層
800‧‧‧反射顯示器/反射材料
801‧‧‧光源
802‧‧‧光導板
803‧‧‧凸形微透鏡
804‧‧‧注入光
805‧‧‧光線
807‧‧‧提取光
808‧‧‧環境光
809‧‧‧反射光線
810‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
811‧‧‧階變折射率層/光學黏著層
812‧‧‧保護薄板/保護層
圖1描繪在一光導板之前表面上具有微光學特徵之一反射顯示器之一先前技術前端照明系統；圖2繪示利用一印刷點圖案光導板之一透射顯示器之一先前技術背光照明系統；圖3繪示具有形成於一光導板之內表面上之凸形微透鏡之本發明之一平面前端照明系統；圖4描繪具有形成於一光導板之內表面上之凸形微透鏡及一層壓外保護薄板之本發明之一平面前端照明系統；圖5繪示具有形成於一光導板之內表面上之凹形微透鏡之本發明之一平面前端照明系統；圖6描繪具有形成於一光導板之內表面上之凹形微透鏡及一層壓外保護薄板之本發明之一平面前端照明系統；圖7描繪具有形成於一光導板之外表面上之凹形微透鏡及一層壓外保護薄板之本發明之一平面前端照明系統；及圖8繪示具有形成於一光導板之外表面上之凸形微透鏡及一層壓外保護薄板之本發明之一平面前端照明系統。
300‧‧‧反射顯示器/反射材料
301‧‧‧光源
302‧‧‧光導板/光導
303‧‧‧凸形微透鏡
304‧‧‧光注入
305‧‧‧光線
306‧‧‧全內反射(TIR)效應
307‧‧‧提取光/提取光場/通量
308‧‧‧環境光/環境照明
309‧‧‧反射光線/反射影像
310‧‧‧階變折射率層/光學清透黏著層(OCA)

权利要求:
Claims (32)
[1] 一種前端照明裝置，其包括：一光源；一光導板，其與該光源光學耦合；一反射顯示器，其佈置於該光導板之一第一表面相鄰處；一階變折射率層，其佈置於該光導板之該第一表面與該反射顯示器之間，該階變折射率層具有比該光導板之一折射率更低之一折射率；及複數個微透鏡，其等佈置於該光導板之該第一表面上，其中該光導板能夠將由該光源注入之光之至少一部分反射朝向該反射顯示器。
[2] 如請求項1之前端照明裝置，其中該等微透鏡實質上呈圓形及凸形形狀。
[3] 如請求項1之前端照明裝置，其中該等微透鏡實質上呈圓形及凹形形狀。
[4] 如請求項1之前端照明裝置，其中該光導板能夠藉由全內反射而實質上含有該注入光。
[5] 如請求項1之前端照明裝置，其中該等微透鏡佔用該光導板之該第一表面之面積之約5%以下。
[6] 如請求項1之前端照明裝置，其中該光導板具有約1.585之一折射率。
[7] 如請求項1之前端照明裝置，其中該等微透鏡之各者具有約50微米或更小之一寬度。
[8] 如請求項1之前端照明裝置，其中該等微透鏡之一空間密度、尺寸及反射性之至少一者橫跨該光導板之該第一表面而變動以能夠控制該反射光實現實質均勻性。
[9] 如請求項1之前端照明裝置，其中該階變折射率層具有約1.32至約1.50之間之一折射率。
[10] 如請求項1之前端照明裝置，其中該階變折射率層為將該反射顯示器與該光導板之該第一表面耦合之一光學清透黏著層。
[11] 如請求項10之前端照明裝置，其進一步包括：一第二光學清透黏著層，其佈置於該光導板之一第二表面上，該第二表面與該第一表面相對。
[12] 如請求項11之前端照明裝置，其中該等第一及第二光學清透黏著層各具有約1.32至約1.50之間之一折射率且充當一階變折射率層以有助於藉由全內反射而將該注入光實質上限制於該光導中。
[13] 如請求項11之前端照明裝置，其進一步包括佈置於該第二光學清透黏著層上之一保護層。
[14] 如請求項11之前端照明裝置，其中該保護層為一觸摸感測器。
[15] 如請求項1之前端照明裝置，其中該階變折射率層係佈置於該光導板之該第一表面與該反射顯示器之間且其等之間無任何實質空氣間隙。
[16] 一種前端照明裝置，其包括：一光源；一光導板，其與該光源光學耦合；一反射顯示器，其佈置於該光導板之一第一表面相鄰處；複數個微透鏡，其等佈置於該光導板之一第二表面上，該第二表面與該第一表面相對；及一階變折射率層，其佈置於該光導板之該第二表面上，該階變折射率層具有比該光導板之一折射率更低之一折射率，其中該光導板能夠將由該光源注入之光之至少一部分反射朝向該反射顯示器。
[17] 如請求項16之前端照明裝置，其中該等微透鏡實質上呈圓形及凸形形狀。
[18] 如請求項16之前端照明裝置，其中該等微透鏡實質上呈圓形及凹形形狀。
[19] 如請求項16之前端照明裝置，其進一步包括：一第一光學清透黏著層，其將該反射顯示器與該光導板之該第一表面耦合，其中該階變折射率層為一第二光學清透黏著層。
[20] 如請求項19之前端照明裝置，其中該等第一及第二光學清透黏著層各具有約1.32至約1.50之間之一折射率且充當一階變折射率層以有助於藉由全內反射而將該注入光實質上限制於該光導板中。
[21] 如請求項19之前端照明裝置，其進一步包括佈置於該第二光學清透黏著層上之一保護層。
[22] 如請求項21之前端照明裝置，其中該保護層為一觸摸感測器。
[23] 一種用於一前端照明裝置之光導總成，其包括：一光導板；複數個微透鏡，其等佈置於該光導板之一第一表面上；及一階變折射率層，其佈置於該光導板之該第一表面上，該階變折射率層具有比該光導板之一折射率更低之一折射率。
[24] 如請求項23之光導總成，其中該等微透鏡實質上呈圓形及凸形形狀。
[25] 如請求項23之光導總成，其中該等微透鏡實質上呈圓形及凹形形狀。
[26] 如請求項23之光導總成，其中該階變折射率層為一光學清透黏著層。
[27] 一種用於製造一前端照明裝置之方法，該方法包括：提供一光導板；在該光導板之一第一表面上形成複數個微透鏡；在該光導板之該第一表面上形成一階變折射率層，該階變折射率層具有比該光導板之一折射率更低之一折射率；將該階變折射率層耦合至一反射顯示器；及將該光導板之一第二表面耦合至一光源。
[28] 如請求項27之方法，其進一步包括形成呈一凹形形狀之該等微透鏡。
[29] 如請求項27之方法，其進一步包括形成呈一凸形形狀之該等微透鏡。
[30] 一種用於製造一前端照明裝置之方法，該方法包括：提供一光導板；在該光導板之一第一表面上形成複數個微透鏡；在該光導板之該第一表面上形成一階變折射率層，該階變折射率層具有比該光導板之一折射率更低之一折射率；將該光導板之一第二表面耦合至一反射顯示器，該第二表面與該第一表面相對；及將該導管板之一第三表面耦合至一光源。
[31] 如請求項30之方法，其進一步包括形成呈一凹形形狀之該等微透鏡。
[32] 如請求項30之方法，其進一步包括形成呈一凸形形狀之該等微透鏡。

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