CN113678034B - 使用基于薄膜的光导和漫反射型剥离衬制造显示器的方法 - Google Patents
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Abstract
在一个实施例中，公开了一种用于从前观察侧照明物体的前照明光导，该前照明光导包括：芯层，该芯层由具有第一折射率并且具有侧边缘和相对表面的薄膜形成，这些相对表面之间具有不大于0.5毫米的厚度；多个光提取特征，该多个光提取特征位于该芯层之上或之内，限定该前照明光导的光发射区域；压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层具有小于该第一折射率的第二折射率；和漫反射型剥离衬，该漫反射型剥离衬能够移除地并且光学耦合到该压敏粘合剂层，其中该压敏粘合剂层定位在该芯层和该漫反射型剥离衬之间该光发射区域中。在一个实施例中，该漫反射型剥离衬具有包括镜面分量的、小于10％的漫反射率。
Description
技术领域
本文公开的主题总体上涉及光导，薄膜和光发射设备，诸如但不限于，灯具，背光，前光，发光标志，无源显示器和有源显示器及其部件、制造方法和质量控制检查方法。
背景技术
市场需要配有非常薄的、能产生特定角度光输出轮廓的形成因子的光发射设备。传统上，为了减小显示器和背光的厚度，使用硬质光导的侧光照明配置已经被用来接收来自更大面积表面边缘的光并将光从一个更大面积表面导出。这些类型的光发射设备通常容纳在相对较厚的硬质框架中，这些框架不允许部件或设备具有灵活性，并且需要较长的交货时间来进行设计更改。这些设备的体积仍然很大，并且通常包括围绕设备的厚的或大的框架或边框。厚的光导(通常为2毫米(mm)或更厚)限制了设计配置、生产方法和照明模式。进一步降低这些面积光发射设备的厚度和总体体积的能力一直受到将足够的光通量耦合到更薄的光导中的能力的限制。在某些设计中，由于从耦合光导的阵列中引入了伪像以及包括比光混合区域更宽的光发射区域的不同的期望的形成因子，因此在某些配置中实现光发射区域的高度均匀度一直是成问题的。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种用于从前观察侧照明物体的前照明光导，该前照明光导包括：芯层，该芯层由具有第一折射率并且具有侧边缘和相对表面的薄膜形成，这些相对表面之间具有不大于0.5毫米的厚度；多个光提取特征，该多个光提取特征位于该芯层之上或之内，限定该前照明光导的光发射区域；压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层具有小于该第一折射率的第二折射率；和漫反射型剥离衬，该漫反射型剥离衬能够移除地并且光学耦合到该压敏粘合剂层，其中该压敏粘合剂层定位在该芯层和该漫反射型剥离衬之间该光发射区域中。在一个实施例中，薄膜包括与该薄膜的光导区域连续的耦合光导阵列，该耦合光导阵列中的每个耦合光导终止于边界边缘，每个耦合光导折叠使得该耦合光导阵列的这些边界边缘堆叠。在另一个实施例中，芯层的厚度小于0.1毫米。在另一个实施例中，该漫反射型剥离衬具有包括镜面分量的、大于10％的漫反射率。在一个实施例中，该漫反射型剥离衬具有包括镜面分量的、小于80％的漫反射率。在另一个实施例中，该漫反射型剥离衬具有排除镜面分量的、小于50％的漫反射率。在另一个实施例中，该漫反射型剥离衬具有包括镜面分量的、小于10％的漫反射率。在另一个实施例中，该漫反射型剥离衬具有包括镜面分量的、大于10％并且小于80％的漫反射率。在一个实施例中，压敏粘合剂层是光学耦合到芯层的包覆物层。在另一个实施例中，漫反射型剥离衬包括耦合到载体层的剥离层。在另一个实施例中，剥离层对压敏粘合剂层的剥离强度小于0.766牛顿每毫米。在一个实施例中，压敏粘合剂层包括丙烯酸酯基压敏粘合剂并且剥离层包括硅树脂。在另一个实施例中，当光在全内反射条件下耦合到前照明光导的芯层中时，从光发射区域发射的光代表前照明光导的空间照度均匀度。在另一个实施例中，空间照度均匀度至少部分地基于该多个光提取特征。在一个实施例中，在光发射区域中发出的、代表空间照度均匀度的光离开光发射区域中的芯层，穿过压敏粘合剂层，从漫反射型剥离衬反射和散射，返回穿过压敏粘合剂层，穿过芯层，并且在光发射区域中离开前照明光导。在另一个实施例中，光提取特征是低角度导向特征，这些低角度导向特征将在全内反射条件下在芯层内以与芯层中的薄膜的厚度方向成第一角度传播的光重导向到芯层中的第二角度，该第二角度小于该第一角度，平均总偏离角小于20度。在另一个实施例中，前照明光导包括光转向特征，这些光转向特征将相对于低角度导向特征在第一角度范围内入射的光的至少一部分重导向到不同于该第一角度范围的第二角度范围，其中第二角度范围相对于光发射区域的薄膜的厚度方向在30度内。在一个实施例中，前照明光导包括光转向特征，这些光转向特征将相对于光提取特征在第一角度范围内入射的光的至少一部分重导向到不同于该第一角度范围的第二角度范围，其中第二角度范围相对于光发射区域的薄膜的厚度方向在30度内。在另一个实施例中，根据权利要求1所述的前照明光导还包括选自以下的至少一种光学缺陷：被困气泡、颗粒或异物；缺少或畸形的折射或反射光提取特征、低角度导向特征或光转向特征；一个或多个层或特征中的畸形印刷区域、峰或谷，其中当光在全内反射条件下耦合到前照明光导中时，从漫反射型剥离衬反射的光指示光学缺陷。在一个实施例中，公开了一种前照明光导，该前照明光导包括：芯层，该芯层由具有第一折射率并且具有侧边缘和相对表面的薄膜形成，这些相对表面之间具有不大于约0.5毫米的厚度；多个光提取特征，该多个光提取特征位于该芯层之上或之内，限定该前照明光导的光发射区域；压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层具有小于该第一折射率的第二折射率；和漫反射型剥离衬，该漫反射型剥离衬能够移除地并且光学耦合到该压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层定位在该芯层和该漫反射型剥离衬之间该光发射区域中，其中当光在全内反射条件下耦合到该前照明光导的该芯层中、被该多个光提取特征提取并从该漫反射型剥离衬反射时，从该光发射区域发射的光代表该前照明光导的空间照度均匀度。
在一个实施例中，可与光源一起用作前光的基于薄膜的光导包括：光导的芯层，该芯层由具有侧边缘和相对表面的薄膜形成，这些相对表面之间具有不大于约0.5毫米的厚度；包覆物层，该包覆物层光学耦合到该芯层，该包覆物层包括压敏粘合剂；和反射型剥离衬，该反射型剥离衬光学耦合到该包覆物层，其中该反射型剥离衬具有大于20％并且小于80％的漫反射率(包括镜面反射分量)。照明检查系统可提供从光导的光发射区域中的反射型剥离衬向相机系统反射的光，该相机系统被配置为评估照度均匀度并识别光学缺陷。在一个实施例中，照明检查系统是可包括成像光度计或线扫描相机的在线照明检查系统。
附图简要说明
图1是光发射设备的一个实施例的俯视图，该光发射设备包括设置在光导一侧的光输入耦合器。
图2是光输入耦合器的一个实施例的透视图，其具有沿-y方向折叠的耦合光导。
图3是光发射设备的一个实施例的俯视图，其两个光输入耦合器设置在光导的同一侧，其中，光源的光轴被定向为基本朝向彼此。
图4是包括三个光输入耦合器的光发射设备的一个实施例的俯视图。
图5是光发射设备的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括光输入耦合器和在表面附近设置有反射型光学元件的光导。
图6是光发射设备的一个实施例的透视图，其具有围绕相对位置保持元件和耦合光导堆叠的光混合区域。
图7是处于三个不同位置的耦合光导的一个实施例的俯视图。
图8是光输入耦合器的一个实施例的俯视图，该光输入耦合器包括具有交错的耦合光导的基于薄膜的光导。
图9是光发射设备的一个实施例的俯视图，该光发射设备包括耦合光导，每个耦合光导内具有多个第一反射表面边缘和多个第二反射表面边缘。
图10是图9的耦合光导的输入端的放大透视图。
图11是基于薄膜的光导的一个实施例的俯视图，其包括锥形的耦合光导的阵列。
图12是一个实施例的光发射设备的俯视透视图，该光发射设备包括图11的基于薄膜的光导和光源。
图13是基于薄膜的光导的一个实施例的横截面侧视图，该光导包括定位在芯层和反射型剥离衬之间的包覆物层。
图14是包括前光的空间显示器的一个实施例的横截面侧视图。
图15是包括光导的发光显示器的一个实施例的横截面侧视图，该光导还用作反射型空间光调制器的顶部衬底。
图16是光发射设备的一个实施例的透视图，该光发射设备包括基于薄膜的光导，该光导还用作反射型空间光调制器的顶部衬底，其光源设置在物理连接到柔性连接器的电路板上。
图17是光发射设备的一个实施例的侧视图，该光发射设备包括光源和定位在基于薄膜的光导的芯层和反射型剥离衬之间的包覆物层。
图18是用于薄膜卷材的在线照明检查系统的一个实施例的俯视图，该薄膜卷材包括定位在基于薄膜的光导的芯层和反射型剥离衬之间的包覆物层。
图19是用于测试基于薄膜的光导的照明检查系统的横截面侧视图，该光导包括定位在芯层和反射型剥离衬之间的包覆物层，以及位于芯层的一个表面上的衍射光栅。
图20是用于测试基于薄膜的光导的照明检查系统的横截面侧视图，该光导包括定位在芯层和反射型剥离衬之间的包覆物层，以及光学耦合到芯层的白色反射辊。
图21是由前光照亮的空间显示器的一个实施例的一部分的横截面侧视图，该前光包括光学耦合到反射型空间光调制器的基于薄膜的光导，以及位于光学耦合到基于薄膜的光导的硬涂层衬底上的防刮擦硬涂层。
图22是在两个光输入耦合器中包括光源和光电检测器的光发射设备的一个实施例的俯视图。
图25是由前光照亮的空间显示器的一个实施例的一部分的横截面侧视图，该前光包括基于薄膜的光导，该基于薄膜的光导附接到并光学耦合到彩色反射型显示器使得来自前光的光被导向彩色反射型显示器的滤色器。
图23是包括低角度光导向特征的光发射设备的一个实施例的横截面侧视图。
图24是包括光转向特征的光发射设备的一个实施例的横截面侧视图。
图26是包括相位补偿元件的光发射设备的一个实施例的透视图。
图27是包括光转向特征和低角度导向特征的光发射设备的一个实施例的横截面侧视图。
图28是光发射设备的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括印刷光散射区域，以减小角阴影区域的可见度。
图29是光发射设备的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括变化深度的光导向特征，以减小角阴影区域的可见度。
具体实施方式
现在将更具体地描述几个实施例的特征和其他细节。需要理解的是，本文中描述的特定实施例是用于解释说明，而不是用于限制。主要特征可以在各种实施例中使用，而不偏离任何特定实施例的范围。除非另有说明，所有份数和百分数均以重量计。
定义
“电致发光显示器”在本文中被定义为一种用于显示信息的装置，其上的图例、消息、图像或标记是由电激发的照明光源形成的，或使之更加明显的。这包括发光卡片、透明薄膜、图片、印刷图形、荧光标志、霓虹灯标志、通道字母标志、灯箱标志、公交车站标志、照明广告标志、EL(电致发光)标志、LED标志、边缘发光标志、广告显示器、液晶显示器、电泳显示器、购物点显示器、方向指示牌、发光图片和其他信息显示标志。电致发光显示器可以是自照明的(发光式)、背面照明的(背照)、前照明的(前照)、边缘照明的(边照)、波导照明的或其他配置，其中来自光源的光被引导通过静态或动态的装置以用于创建图像或标记。
“光学耦合”在本文中被定义为耦合两个或多个区域或层，使得从一个区域到另一个区域的光的照度不会由于区域之间折射率的差异引起的菲涅耳界面反射损耗而大大减小。“光学耦合”方法包括如下所述的耦合方法，其中耦合在一起的两个区域具有相似的折射率，或者使用折射率基本上接近或介于区域或层的折射率之间的光学粘合剂。“光学耦合”的示例包括但不限于使用折射率匹配的光学粘合剂进行层压，将一个区域或层涂覆到另一区域或层上，或使用施加的压力将折射率基本上接近的两个或更多个层或区域连接。热传导是可用于光学耦合材料的两个区域的另一种方法。在另一种材料的表面上形成、更改、印刷或施加一种材料是光学耦合两种材料的其他示例。“光学耦合”还包括在第二折射率的材料的体积内形成、添加或移除第一折射率的区域、特征或材料，使得光从第一材料传播到第二材料。例如，可以通过将油膜喷墨印刷在聚碳酸酯或硅树脂膜的表面上，而将白光散射油膜(例如基于甲基丙烯酸酯、乙烯基或聚氨酯的粘合剂中的二氧化钛)光学偶合到聚碳酸酯或硅树脂膜的表面。类似地，施加到表面的溶剂中的光散射材料，例如二氧化钛，可以使光散射材料与聚碳酸酯或硅树脂薄膜的表面紧密物理接触地渗透或粘附，从而使其光学耦合到薄膜表面或体积。
“光导”或“波导”是指受以下条件界定的区域：以大于临界角的角度传播的光线将反射并保留在该区域内。在光导中，如果角度(α)满足条件α>sin-1(n2/n1)，则光将反射或TIR(完全内反射)，其中n1是光导内部的介质的折射率，并且n2是光导外部的介质的折射率。通常，n2是折射率为n≈1的空气。然而，高折射率材料和低折射率材料可以用于形成光导区域。光导不需要与其所有部件光耦合才能被认为是光导。光可以从波导区域的任何表面(或界面折射率边界)进入，并且可以从相同或另一个折射率界面边界进行全内反射。只要厚度大于感兴趣的光的波长，一个区域就可以用作本文出于说明目的例示的波导或光导。例如，光导可以是薄膜的5微米区域或层，或者可以是包括透光聚合物的3毫米片。
“相接触”和“设置于…上”通常用于描述两个物品彼此相邻，以使整个物品可以按需要运行。这可能意味着附加材料可以存在于相邻的物品之间，只要该物体可以按需要运行即可。
如本文所用，“薄膜”是指薄的延伸区域、膜或材料层。
如本文所用，“弯曲”是指例如元件的第一区域相对于第二区域的运动引起的形状的变形或变换。弯曲的示例包括当重衣服挂在晾衣杆上时晾衣杆弯曲或卷起纸质文件以将其装入圆柱形邮筒中。如本文所用，“折叠”是弯曲的一种，并且是指元件的一个区域弯曲或安放在第二区域上，使得第一区域至少覆盖第二区域的一部分。折叠的一个示例包括折弯一封信并形成折痕将其放入信封中。折叠不需要元件的所有区域都重叠。弯曲或折叠可以是沿着物体的表面的第一方向的方向上的变化。折叠或弯曲可能有也可能没有折痕，并且弯曲或折叠可以在一个或多个方向或平面(例如90度或45度)上发生。弯曲或折叠可以是横向的、垂直的、扭转的，也可以是它们的组合。
光发射设备
在一个实施例中，光发射设备包括第一光源、光输入耦合器、光混合区域以及包括具有光提取特征的光发射区域的光导。在一个实施例中，第一光源具有第一光源发射表面，光输入耦合器包括输入表面，该输入表面被设置为接收来自第一光源的光，并且通过多个耦合光导借助全内反射将光透射通过光输入耦合器。在该实施例中，离开耦合光导的光在光混合区域中被重新组合和混合，并被引导通过光导或光导区域内的全内反射。在光导内，入射光的一部分通过光提取特征被导引到光提取区域内，形成光的角度小于光导的临界角的条件，并且被导引的光通过光导光发射表面离开光导。
光输入耦合器
在一个实施例中，光输入耦合器包括多个耦合光导，所述多个光导被设置为接收从光源发射的光并将光引导到光导中。在一个实施例中，多个耦合光导是从光导薄膜切下的条，使得每个耦合光导条在至少一个边缘上保持未切割，但是可以基本上独立于光导旋转或定位(或平移)，以通过条的至少一个边缘或表面耦合光。在另一个实施例中，多个耦合光导不是从光导薄膜上切割的，并且分别光学耦合到光源和光导。在另一个实施例中，光发射设备包括光输入耦合器，该光输入耦合器具有芯材料的芯区域和在芯材料的至少一个表面或边缘上的包覆物材料的包覆物区域或包覆物层，包覆物材料的折射率小于芯材料的折射率。在另一个实施例中，光输入耦合器包括多个耦合光导，其中来自光源的入射在至少一个条的表面上的一部分光被引导到光导中，使得光在波导条件下行进。光输入耦合器还可包括以下中的一者或多者：条折叠装置、条保持元件和输入表面光学元件。
在一个实施例中，光输入耦合器的第一阵列被定位成将光输入到光混合区域、光发射区域或光导区域中，并且光输入耦合器之间的间隔距离是变化的。在一个实施例中，光发射设备包括至少三个光输入耦合器，所述至少三个光输入耦合器沿着薄膜的侧面布置，沿着薄膜的该侧面的第一对输入耦合器之间的间隔距离不同于沿着薄膜的该侧面的第二对输入耦合器之间的间隔距离。例如，在一个实施例中，沿着薄膜的该侧面的第一对输入耦合器之间的间隔距离大于沿着薄膜的侧面的第二对输入耦合器之间的间隔距离。
光源
在一个实施例中，光发射设备包括选自以下组的至少一个光源：荧光灯、圆柱形冷阴极荧光灯、平面荧光灯、发光二极管、有机发光二极管、场发射灯、气体放电灯、霓虹灯、细丝灯、白炽灯、电致发光灯、放射荧光灯、卤素灯、白炽灯、汞蒸气灯、钠蒸气灯、高压钠灯、金属卤化物灯、钨灯、碳弧灯、电致发光灯、激光、基于光子带隙的光源、基于量子点的光源、高效等离子体光源、微等离子灯。光发射设备可以包括多个光源，所述多个光源以阵列的形式布置在光导的相对侧上、在光导的正交侧上、在光导的3个或更多侧上、或者在基本上为平面的光导的4个侧上。光源的阵列可以是具有离散的LED封装的线性阵列，其包括至少一个LED晶粒。在另一个实施例中，光发射设备包括在一个封装内的多个光源，该多个光源被设置为朝着光输入表面发射光。在一个实施例中，光发射设备包括1、2、3、4、5、6、8、9、10或多于10个光源。在另一个实施例中，光发射设备包括有机发光二极管，该有机发光二极管被设置为作为光发射薄膜或片发射光。在另一个实施例中，光发射设备包括有机发光二极管，该有机发光二极管被设置为将光发射到光导中。
在一个实施例中，光发射设备包括至少一个宽带光源，该至少一个宽带光源以大于100纳米的波长谱发射光。在另一个实施例中，光发射设备包括至少一个窄带光源，该至少一个窄带光源以小于100纳米的窄带宽发射光。在另一个实施例中，光发射设备包括至少一个宽带光源，该至少一个宽带光源以大于100纳米的波长谱发射光；或至少一个窄带光源，该至少一个窄带光源以小于100纳米的窄带宽发射光。在一个实施例中，光发射设备包括至少一个窄带光源，其峰值波长在选自以下组的范围内：300nm-350nm、350nm-400nm、400nm-450nm、450nm-500nm、500nm-550nm、550nm-600nm、600nm-650nm、650nm-700nm、700nm-750nm、750nm-800nm和800nm-1200nm。可选择光源以匹配红色、绿色和蓝色的光谱质量，使得共同用于用作显示器的光发射设备时，色域区域是选自以下组的至少一者：70％NTSC、80％ NTSC、90％ NTSC、100％ NTSC以及标准查看器可见CIE u'v'色域的60％、70％、80％、90％和95％。在一个实施例中，至少一个光源是包括红色、绿色和蓝色LED的白色LED封装。
在另一个实施例中，设置至少两个具有不同颜色的光源以通过至少一个光输入耦合器将光耦合到光导中。在另一个实施例中，光发射设备包括至少三个光输入耦合器、至少三个具有不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光源和至少三个光导。在另一个实施例中，光源还包括选自以下的至少一个：反射型光学设备、反射镜、反射杯、准直仪、主光学器件、副光学器件、准直透镜、复合抛物线准直器、透镜、反射性区域和输入耦合光学器件。光源还可以包括诸如弯曲反射器的光路折叠光学器件，其可以使光源(以及可能的散热器)沿着光发射设备的不同边缘定向。光源还可包括光子带隙结构，纳米结构或其他三维布置，该布置提供的光输出的角FWHM小于从以下组中选出的一个：120度、100度、80度、60度、40度、20度。
LED阵列
在一个实施例中，光发射设备包括多个LED或LED封装，其中该多个LED或LED封装包括LED阵列。
LED阵列位置
在一个实施例中，设置多个LED阵列以将光耦合到单个光输入耦合器或多于一个光输入耦合器中。在又一个实施例中，设置在电路板上的多个LED被设置为将光耦合到多个光输入耦合器中，该多个光输入耦合器将光引向包括光发射区域的光发射设备的多个侧面。在又一个实施例中，光发射设备包括LED阵列和折叠在光发射设备的光发射区域后方的光输入耦合器，使得当以垂直于表面的角度观察光发射区域的中心时，LED阵列和光输入耦合器不可见。在另一个实施例中，光发射设备包括单个LED阵列，该单个LED阵列被设置为将光耦合到至少一个光输入耦合器中，该至少一个光输入耦合器被设置为将光从光发射设备的底部区域引导到光发射区域中。在一个实施例中，光发射设备包括第一LED阵列和第二LED阵列，第一LED阵列和第二LED阵列被设置为分别将光耦合到第一光输入耦合器和第二光输入耦合器中，其中第一光输入耦合器和第二光输入耦合器被设置为将光分别从光发射设备的顶部区域和底部区域引导到光发射区域中。
光输入耦合器输入表面
在一个实施例中，光输入耦合器包括耦合光导的集合，该耦合光导具有形成光耦合器输入表面的多个边缘。在另一个实施例中，光学元件被设置在光源和至少一个耦合光导之间，其中光学元件通过光耦合器输入表面接收来自光源的光。在一些实施例中，输入表面基本上是抛光的、平坦的或光学上光滑的，使得光不会从凹坑、凸起或其他粗糙表面特征向前或向后散射。在一些实施例中，光学元件设置在光源和至少一个耦合光导之间，以在输入表面(当其光学耦合到至少一个耦合光导时)或光学元件单独或光耦合到至少一个耦合光导时提供光的重导向，使得与没有光学元件或具有平坦输入表面的情况相比，更多的光以大于光导内的临界角的角度被重导向到光导中。多个耦合光导可以被分组在一起，使得与光导区域相对的边缘被聚集在一起以形成包括它们的薄边缘的输入表面。
形成光输入耦合器的薄膜的堆叠的条或段
在一个实施例中，光输入耦合器是包括光导和光输入耦合器的薄膜区域，该光输入耦合器包括形成耦合光导的薄膜的条部分，这些光导被分组在一起以形成光耦合器输入表面。耦合光导可以被分组在一起，使得与光导区域相对的边缘被聚集在一起以形成包括它们的薄边缘的输入表面。光输入耦合器的平面输入表面可提供有益的折射，以将来自该表面的输入光的一部分重导向为成角度的，从而使其以大于光导的临界角的角度传播。在另一个实施例中，将基本上平面的光透射元件光学耦合到耦合光导的经分组的边缘。可以对耦合光导的一个或多个边缘进行抛光、熔化、使用苛性或溶剂材料平滑、利用光学粘合剂粘合、溶剂焊接或以其他方式沿边缘表面的区域进行光学耦合，以使该表面实质上抛光、光滑、平坦或基本平面化。
在一个实施例中，选自以下组的至少一者的横向边缘：耦合光导的光转向横向边缘、耦合光导的光准直横向边缘、耦合光导的横向边缘、光导区域的横向边缘、光混合区域的横向边缘和光发射区域的横向边缘包括设置在边缘区域的光学平滑材料，该光学平滑材料在横向方向和厚度方向的至少一个方向上减小该边缘区域的表面粗糙度。在一个实施例中，光学平滑材料填充间隙、凹槽、划痕、凹坑、凹痕、凸起周围的平坦区域或其他光学污点，以使得更多光从耦合光导的芯区域内的表面全内反射。
光输入表面可包括光学元件的表面、粘合剂的表面、多于一个光学元件的表面、一个或多个耦合光导的边缘的表面、或上述表面中的一者或多者的组合。光输入耦合器还可包括具有开口或窗口的光学元件，其中来自光源的光的一部分可直接进入耦合光导，而无需穿过光学元件。光输入耦合器或其中的元件或区域也可以包括包覆物材料或区域。
光重导向光学元件
在一个实施例中，光重导向光学元件被设置为接收来自至少一个光源的光并将光重导向到多个耦合光导中。在另一个实施例中，光重导向光学元件是选自以下组的至少一者：次级光学设备，镜面元件或表面，诸如铝化PET的反射薄膜，诸如3M公司的VikuitiTM增强镜面反射薄膜的巨型双折射光学薄膜，曲面镜，全内反射元件，分光镜和二向色反射镜或薄膜。
光准直光学元件
在一个实施例中，光输入耦合器包括光准直光学元件。光准直光学元件在至少一个输入平面内接收来自光源的具有第一半峰全角宽度的光，并重导向来自光源的入射光的一部分，使得光的半峰全角宽度在第一输入平面内减小。在一个实施例中，光准直光学元件是以下的一个或多个：光源主光学器件、光源副光学器件、光输入表面以及设置在光源与至少一个耦合光导之间的光学元件。在另一个实施例中，光准直元件是以下的一个或多个：注射成型的光学透镜、热成型的光学透镜和由模具制成的交联透镜。在另一个实施例中，光准直元件减小了输入平面和正交于输入平面的平面内的半峰全角宽度(FWHM)。
在一个实施例中，光发射设备包括光输入耦合器和基于薄膜的光导。在一个实施例中，光输入耦合器包括光源和光准直光学元件，该光准直光学元件被设置为接收来自一个或多个光源的光并在第一输出平面、正交于第一平面的第二输出平面或在两个输出平面中提供光输出，该光输出在空气中的半峰全角宽度小于选自以下组的一者：与离开光准直光学元件的光的光轴成60度、40度、30度、20度和10度。
在一个实施例中，来自光准直元件的光的角FWHM强度的准直或减小关于光轴基本对称。在一个实施例中，光准直光学元件接收来自光源的光，该光的关于光轴基本对称的角FWHM强度大于选自以下组的一者：50、60、70、80、90、100、110、120和130度，并提供输出光，该输出光的角FWHM强度小于选自以下组的一者：与光轴成60、50、40、30和20度。
耦合光导
在一个实施例中，耦合光导是这样的区域，其中该区域内的光可以在波导条件下传播，并且输入到耦合光导的表面或区域中的光的一部分穿过耦合光导朝向光导或光混合区域。在一些实施例中，耦合光导可以用于将来自光源的通量的一部分从第一成形区域几何地变换到不同于第一成形区域的第二成形区域。在该实施例的示例中，由平面薄膜的折叠的条(耦合光导)的边缘形成的光输入耦合器的光输入表面具有3毫米乘以2.7毫米的矩形尺寸，并且光输入耦合器将光耦合到薄膜的位于光混合区域的平面部分中，该平面部分的横截面尺寸为40.5毫米乘以0.2毫米。在一个实施例中，一个或多个耦合光导的延伸方向是该一个或多个耦合光导从共同的基础区域延伸的方向。
耦合光导的折叠和弯曲
在一个实施例中，光发射设备包括设置在光导和被切割以形成耦合光导的条或段之间的光混合区域，通过这些区域将条或段的边缘集合在一起形成光输入耦合器的光输入表面，该光输入耦合器被设置为接收来自光源的光。在一个实施例中，光输入耦合器包括耦合光导，其中耦合光导在平面中包括至少一个折叠或弯曲，使得至少一个边缘与另一边缘重叠。在另一个实施例中，耦合光导包括多个折叠或弯曲，其中耦合光导的边缘可以在区域中连接在一起，使得该区域形成光发射设备的光输入耦合器的光输入表面。在一个实施例中，至少一个耦合光导包括条或段，该条或段被弯曲或折叠为曲率半径小于该条或该段厚度的75倍。在另一个实施例中，至少一个耦合光导包括条或段，该条或段被弯曲或折叠为曲率半径大于该条或段厚度的10倍。在另一个实施例中，至少一个耦合光导被弯曲或折叠，使得在至少一个平面中穿过光发射设备或耦合光导的横截面的最长尺寸小于没有折叠或弯曲的尺寸。段或条可以在多于一个方向或区域上弯曲或折叠，并且折叠或弯曲的方向在条或段之间可以不同。
耦合光导横向边缘
在一个实施例中，横向边缘在本文中被定义为耦合光导的边缘，横向边缘基本上不直接从光源接收光，并且也不是光导区域的边缘的一部分。耦合光导的横向边缘基本上仅从耦合光导内传播的光接收光。在一个实施例中，横向边缘是选自以下的至少一者：未涂覆的、涂覆有反射材料的、设置在反射材料附近的、以及切割成特定的横截面轮廓的边缘。横向边缘可涂覆、粘结到或设置为邻近镜面反射材料、部分漫反射材料或漫反射材料。
耦合光导的宽度
在一个实施例中，耦合光导的尺寸在宽度和厚度上彼此基本相等，使得每个边缘表面的输入表面面积基本相同。在另一个实施例中，耦合光导的平均宽度w由以下方程确定：w＝MF*WLES/NC，其中，WLES是在平行于光导区域的光入口边缘或光导接收来自耦合光导的光的方向上的光发射表面的总宽度，NC是在平行于光导区域的光入口边缘或光导接收来自耦合光导的光的方向上的耦合光导的总数，MF是放大系数。在一个实施例中，放大系数是选自以下组的一者：0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、0.7-1.3、0.8-1.2和0.9-1.1。在另一个实施例中，选自以下组的至少一者：耦合光导宽度、耦合波导的最大宽度、耦合光导的平均宽度以及每个耦合光导的宽度，选自以下组的至少一者：0.5mm-1mm、1mm-2mm、2mm-3mm、3mm-4mm、5mm-6mm、0.5mm-2mm、0.5mm-25mm、0.5mm-10mm、10-37mm和0.5mm-5mm。在一个实施例中，选自以下组的至少一者：耦合光导宽度、耦合波导的最大宽度、耦合光导的平均宽度以及每个耦合光导的宽度小于20毫米。
在一个实施例中，被设置为接收来自第一光源的光的耦合光导的平均宽度与耦合光导的平均厚度之比大于选自以下组的一者：1、2、4、5、10、15、20、40、60、100、150和200。在另一个实施例中，在耦合光导的横向边缘和折叠部分之间放置低接触面积薄膜。在另一个实施例中，折叠部分包括低接触面积表面特征，使得其提供保护而不会显著地耦合来自耦合光导的横向和/或表面区域的光。在另一个实施例中，耦合光导包括设置在耦合光导的两个区域之间的粘合剂，使得耦合光导自身粘附并围绕耦合光导堆叠。耦合光导之间的间隔或间隙
在一个实施例中，两个或多个耦合光导包括其连接到光导区域的区域、光导区域或光混合区域中的光导之间的间隙。在一个实施例中，耦合光导的第一阵列从基于薄膜的光导的光导区域或主体延伸，并且在光导区域处的耦合光导之间的间隔距离是变化的。
异形或锥形耦合光导
耦合光导的宽度可以按预定图案变化。在一个实施例中，当将多个耦合光导的光输入边缘设置在一起以形成光输入耦合器的光输入表面时，所观察到的耦合光导的宽度从中央耦合光导的大宽度变化到远离中央耦合光导的光导的较小宽度。成锥度、变宽、轮廓形状、轮廓位置以及沿着每个横向边缘的轮廓的数量可用于提供对选自以下组的一者或多者的控制：离开耦合光导进入光混合区域(或光发射区域)的光的空间或角度颜色均匀度，离开耦合光导进入光混合区域(或光发射区域)的光的空间或角度照度均匀度，对进入光导的光混合区域(或光发射区域)的光的角度重导向(这可能会影响离开光发射区域的光的角度光输出轮廓以及光提取特征的形状、大小和类型)，光发射区域内的相对光通量分布以及其他光重导向优势诸如但不限于，将更多的光重导向到第二延伸的光发射区域。
内部光导向边缘
在一个实施例中，一个或多个耦合光导的内部区域、光混合区域、光导区域或光发射区域包括一个或多个内部光导向边缘。在一个实施例中，光沿光轴在一个或多个内部光导向边缘的耦合光导、光混合区域、光导区域或光发射区域内行进的长度大于选自以下组的一者：光沿光轴从耦合光导的输入表面到光导区域或光混合区域分别在耦合光导、光混合区域、光导区域或光发射区域内行进的长度的20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％。
耦合光导定向角
在另一个实施例中，耦合光导的阵列的至少一部分设置在与耦合光导将光导入的光混合区域和光发射区域中的至少一者的边缘成第一耦合光导定向角处。耦合光导定向角被定义为耦合光导轴线与平行于耦合光导到光导的光发射区域的方向的主要分量的方向之间的角度。耦合光导到光导的光发射区域的方向的主要分量与在光混合区域(或光导区域，如果它们从光发射区域直接延伸)处的耦合光导的阵列的阵列方向正交。在一个实施例中，耦合光导的定向角或多个耦合光导的平均定向角是选自以下组的至少一者：1度-10度、10度-20度、20度-30度、30度-40度、40度-50度、60度-70度、70度-80度、1度-80度、10度-70度、20度-60度、30度-50度、大于5度、大于10度、大于20度。
非折叠式耦合光导
在另一个实施例中，基于薄膜的光导包括非折叠式耦合光导，该非折叠式耦合光导被设置为接收来自光输入表面的光，并且将光引向光导区域而不使光转向。
耦合光导堆叠
在一个实施例中，从基于薄膜的光导中的光导区域延伸的耦合光导以90度折叠角折叠，并且其端部堆叠。在该实施例中，由于每个耦合光导的厚度不同，每个耦合光导的曲率半径也不同。在该实施例中，第n个耦合光导的曲率半径由以下公式确定：其中R1是初始(最小半径)耦合光导半径，并且t是耦合光导的厚度。
可能以多种方式配置耦合光导堆叠以补偿不同的曲率半径。在一个实施例中，耦合光导具有选自以下组的一个或多个补偿特征：交错的光输入表面；相对于彼此成角度定向的耦合光导；不同的横向折叠位置；以定向堆叠成角度的耦合光导；不均匀的张力或扭力；堆叠的折叠曲率半径恒定不变，以及其他补偿技术或特征。
牺牲耦合光导
在一个实施例中，光输入耦合器包括耦合光导的堆叠阵列，耦合光导包括至少一个牺牲耦合光导。在另一个实施例中，基于薄膜的光导包括从薄膜的光导区域延伸的耦合光导的阵列中的一端或两端上的牺牲耦合光导。在一个实施例中，牺牲耦合光导被折叠、堆叠并定位成在全内反射条件下耦合到耦合光导中，来自光输入耦合器的光源的总光通量的百分比选自以下组：0％、小于1％、小于2％、小于5％和小于10％。在该实施例中，例如，光发射设备的包裹物、外壳、RPME或其他元件可以物理或光学耦合到牺牲光导，使得光发射设备的光输出不会由于耦合光导堆叠中的光吸收或顶部或底部耦合光导的光散射而显著降低。
光混合区域
在一个实施例中，光发射设备包括设置在光输入耦合器和光导区域之间的光路中的光混合区域。光混合区域可以提供用于从各个耦合光导输出的光混合在一起并改善光导的区域内或光发射区域或光发射设备的表面或输出端的区域内的以下中的至少一个：空间照度均匀度、空间颜色均匀度、角度颜色均匀度、角度照度均匀度、角度发光强度均匀度或它们的任何组合。在一个实施例中，光混合区域的宽度选自0.1mm(对于小型显示器)至大于10英尺(对于大型广告牌)的范围。在一个实施例中，光混合区域是沿着光路设置在耦合光导的端部区域附近的区域，其中来自两个或更多个耦合光导的光可以相互混合并随后行进到光导的光发射区域。在一个实施例中，光混合区域由与光导、光导区域、光输入耦合器和耦合光导中的至少一者相同的组分或材料形成。
光混合区域或耦合光导的阵列的宽度
在一个实施例中，在平行于耦合光导的阵列方向(垂直于耦合光导的阵列的延伸方向)的方向上，耦合光导的阵列和/或光混合区域的长度比光发射区域或光导区域长。在一个实施例中，耦合光导的阵列和/或光混合区域在平行于耦合光导的阵列方向(垂直于耦合光导的延伸方向)的方向上延伸超过光发射区域的横向侧的距离选自以下组：大于1毫米；大于2毫米；大于4毫米；大于6毫米；大于10毫米；大于15毫米；大于20毫米；大于耦合光导平均宽度的50％；大于耦合光导平均宽度的100％；且在平行于耦合光导的阵列方向的方向上大于光发射区域的长度的1％、2％、5％或10％。在一个实施例中，耦合光导的阵列或光混合区域延伸超过与折叠方向相反的光发射区域的横向边缘。在另一个实施例中，耦合光导的阵列或光混合区域在折叠方向上延伸超过光发射区域的横向侧。在一个实施例中，通过将耦合光导的阵列延伸超过光发射区域的横向边缘和/或将光混合区域延伸超过光发射区域的横向边缘，可以将更多的光引入边缘区域(定义为光发射区在横向边缘的10％以内的区域)。在另一个实施例中，光混合区域的横向边缘、一个或多个耦合光导的横向边缘或内部光导向边缘，定向成与耦合光导的延伸方向成第一延伸定向角，以引导来自耦合光导的阵列或光混合区域的延伸区域的光朝向基于薄膜的光导的光发射区域。在一个实施例中，第一延伸定向角大于选自以下组的一者：0度、2度、5度、10度、20度、30度、45度和60度。例如，在一个实施例中，耦合光导的阵列包括延伸超过光发射区的远横向边缘(距光源最远的边缘)的耦合光导，并且光混合区域包括具有30度延伸定向角的横向边缘。在该实施例中，远耦合光导的长度较长，因此更多的光被材料吸收。补偿由于光朝向光发射区的远边缘区域行进的较长路径长度而导致到达光发射区的远边缘区域的光通量差的一种方法是添加附加的耦合光导，该耦合光导可以接收来自光源的光的分布部分，然后通过延伸耦合光导中的成角度的横向边缘、光混合区域或内部光导向边缘将其引导到光发射区的远边缘区域。
光输入耦合器的外壳或保持装置
在一个实施例中，光发射设备包括外壳或保持装置，其保持或包括光输入耦合器和光源的至少一部分。外壳或保持装置可以容纳或包含选自以下组的至少一者：光输入耦合器、光源、耦合光导、光导、光学部件、电气部件、散热器或其他热部件、附接机构、配齐机构、折叠机构设备和框架。
包覆物层
在一个实施例中，光输入耦合器，耦合光导，光混合区域，光导区域和光导中的至少一个包括光学耦合到至少一个表面的包覆物层。如本文中所使用的，包覆物区域是光学耦合到表面的层，其中该包覆物层包括折射率nclad小于其光学耦合到的表面的材料的折射率nm的材料。在一个实施例中，光导的一个或两个包覆物层的平均厚度小于选自以下组的一者：100微米、60微米、30微米、20微米、10微米、6微米、4微米、2微米、1微米、0.8微米、0.5微米、0.3微米和0.1微米。在一个实施例中，包覆物层包括粘合剂，诸如硅基粘合剂、丙烯酸酯基粘合剂、环氧树脂、可辐射固化的粘合剂、可UV固化的粘合剂或其他透光粘合剂。含氟聚合物材料可用作低折射率包覆物材料。在一个实施例中，包覆物区域与以下一个或多个光学耦合：光导，光导区域，光混合区域，光导的一个表面，光导的两个表面，光输入耦合器，耦合光导，和薄膜的外表面。在另一个实施例中，将包覆物层设置为与光导、光导区域或光学耦合到光导的一个或多个层光学接触，并且包覆物材料不设置在一个或多个耦合光导上。
在一个实施例中，包覆物层是选自以下组的一者：基于甲基的硅树脂压敏粘合剂、含氟聚合物材料(使用包含基本上溶解在溶剂中的含氟聚合物的涂层施加)和含氟聚合物薄膜。包覆物层可以被并入以在光导区域的芯或芯部与外表面之间提供分离层以减少来自光导的芯或芯部区域的不希望的外耦合(例如，通过用油性手指接触薄膜而抑制全内反射光)。直接与光导的芯或芯区域接触或光学接触的部件或物体，例如附加的薄膜、层、物体、手指、灰尘等，可能会将光耦合出光导，吸收光或将全内反射光转移进入新的一层。通过添加折射率比芯低的包覆物层，一部分光将在芯-包覆物层界面处完全内反射。包覆物层也可用于提供以下优点中的至少一项：增加的刚度，增加的挠曲模量，增加的耐冲击性，防眩性能，提供中间层以与其他层结合，例如在包覆物层用作防反射涂层的粘结层或基材或衬底的情况下，光学部件的衬底诸如偏振片，液晶材料，增加的耐刮擦性，提供附加功能(例如用于将光导区域粘结到另一部件的低粘性粘合剂，窗户“粘附型”薄膜，例如高度塑化的PVC)。包覆物层可以是粘合剂，例如低折射率硅树脂粘合剂，其光学耦合到装置的另一元件、光导、光导区域、光混合区域、光输入耦合器或上述元件或区域中的一者或多者的组合。在一个实施例中，包覆物层与背光液晶显示器中的后偏振器光学耦合。在另一个实施例中，包覆物层光学耦合到偏振器或前照明显示器的外表面，例如电泳显示器、电子书显示器、电子阅读器显示器、MEM型显示器、电子纸显示器例如E-ink公司的 显示器、反射型或部分反射型LCD显示器、胆甾型显示器或其他能够从正面照亮的显示器。在另一个实施例中，包覆物层是将光导或光导区域粘结到诸如衬底(玻璃或聚合物)、光学元件(诸如偏振器、延迟膜、漫射膜、增亮膜、保护膜(例如保护性聚碳酸酯薄膜))、光输入耦合器、耦合光导或光发射设备的其他元件等元件的粘合剂。在一个实施例中，通过至少一个附加层或粘合剂将包覆物层与光导或光导区域芯层分离。
在一个实施例中，包覆物区域光学耦合到光混合区域的一个或多个表面，以防止当光导与另一部件接触时光从光导中向外耦合。在该实施例中，包覆物层还使得包覆物层和光混合区域能够物理耦合到另一部件。
包覆物位置
在一个实施例中，包覆物区域光学耦合到选自以下组的至少一者：光导、光导区域、光混合区域、光导的一个表面、光导的两个表面、光输入耦合器、耦合光导和薄膜的外表面。在另一个实施例中，将包覆物层设置为与光导、光导区域或光学耦合到光导的一个或多个层光学接触，并且不将包覆物材料设置在一个或多个耦合光导上。在一个实施例中，耦合光导在靠近光输入表面或光源的区域中的芯区域之间不包括包覆物层。在另一个实施例中，可以在堆叠或组装之后将芯区域压在一起或将其保持在一起，并且可以切割和/或抛光边缘，以形成平坦、弯曲或其组合的光输入表面或光转向边缘。在另一个实施例中，包覆物层是压敏粘合剂，并且在一个或多个被堆叠或对齐在一起成阵列的耦合光导的区域中选择性地移除压敏粘合剂的剥离衬，以使得包覆物层有助于保持耦合光导相对于彼此的相对位置。在另一个实施例中，保护衬从耦合光导的内包覆物区域移除，并留在外部耦合光导的一个或两个外表面上。
在一个实施例中，包覆物层设置在光发射区域的一个或两个相对表面上，并且不设置在光输入表面处的两个或更多个耦合光导之间。例如，在一个实施例中，将掩膜层应用于与耦合光导的端部区域相对应的基于薄膜的光导上，该端部区域将在切割之后形成光输入表面(以及可能耦合光导)，并且在薄膜的一侧或两侧涂覆低折射率涂层。在该实施例中，当移除掩模并且折叠并堆叠耦合光导(例如使用相对位置保持元件)时，光输入表面可以包括不具有包覆物层的芯层，并且光发射区域可以包括包覆物层(并且光混合区域也可以包括包覆物层和/或光吸收区域)，这对于光学效率(光在输入表面被引导到包覆物层中)以及在诸如反射型或透反射的基于薄膜的前光的应用中是有利的，在这些应用中光发射区域中可能需要包覆物层。
在另一个实施例中，外部耦合光导的至少一个外表面的保护衬被移除，使得耦合光导堆叠可以粘结到以下中的一者：电路板、非折叠耦合光导、光准直光学元件、光转向光学元件、光耦合光学元件、用于显示器或触摸屏的柔性连接器或衬底、堆叠耦合光导的第二阵列、光输入耦合器外壳、光发射设备外壳、热传递元件、散热器、光源、配齐向导、包括用于光输入表面的窗口的对齐向导或部件、以及任何合适的设置在和/或物理耦合到光输入表面或者光发射设备的元件上的元件。在一个实施例中，耦合光导在任一平面侧上均不包括包覆物区域，并且耦合光导中的弯曲或折叠处的光学损耗得以减小。在另一个实施例中，耦合光导在任一平面侧上均不包括包覆物区域并且光输入表面输入耦合效率得以提高，这是由于相对于具有至少一个包覆物层的光导，该光输入表面面积具有更高聚集度的光导接收表面。
包覆物厚度
在一个实施例中，光导的一个或两个包覆物层的平均厚度小于选自以下组的一者：100微米、60微米、30微米、20微米、10微米、6微米、4微米、2微米、1微米、0.8微米、0.5微米、0.3微米和0.1微米。
在一个实施例中，包覆物层包括粘合剂，诸如硅基粘合剂、丙烯酸酯基粘合剂、环氧树脂、可辐射固化的粘合剂、可UV固化的粘合剂或其他透光粘合剂。
包覆物层材料
含氟聚合物材料可以用作低折射率包覆物材料，并且可以大致分类到两个基本类别中的一个类别中。第一类包括那些包含衍生自偏二氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)以及可选地四氟乙烯(TFE)单体的共聚单元的无定形含氟聚合物。这样的例子如DyneonTM含氟弹性体FC 2145和FT 2430可从3M公司商购获得。可在实施例中使用的另外的无定形含氟聚合物例如是VDF-氯三氟乙烯共聚物。一种这样的VDF-氯三氟乙烯共聚物在商业上称为Kel-FTM3700，可从3M公司获得。如本文所用，无定形含氟聚合物是例如通过差示扫描量热法(DSC)测定基本上不包含结晶度或不具有显著熔点的材料。为了该讨论的目的，共聚物被定义为由两种或多种不同单体同时聚合得到的聚合材料，均聚物是由单一单体聚合得到的聚合材料。
在一个实施例中有用的第二大类含氟聚合物是基于氟化单体诸如TFE或VDF的均聚物和共聚物，它们具有结晶熔点，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF，可从3M公司以DyneonTM PVDF的形式购得，或更优选的TFE热塑性共聚物，例如基于TFE-HFP-VDF晶体微结构的那些。这类聚合物的示例是那些可从3M以商品名DyneonTM Fluoroplastics THVTM 200购得的聚合物。
由于散射(散射损耗系数)，吸收(吸收系数)或散射与吸收的结合(衰减系数)，穿过材料传播的准直光的强度在穿过材料后可能会降低。在一个实施例中，包覆物层包括对准直光的平均吸收系数小于选自以下组的一者的材料：在400纳米到700纳米的可见波长光谱范围内为0.03cm-1、0.02cm-1、0.01cm-1和0.005cm-1。在另一个实施例中，包覆物层包括对准直光的平均散射损耗系数小于选自以下组的一者的材料：在400纳米到700纳米的可见波长光谱范围内为0.03cm-1、0.02cm-1、0.01cm-1和0.005cm-1。在另一个实施例中，包覆物层包括对准直光的平均衰减系数小于选自以下组的一者的材料：在400纳米到700纳米的可见波长光谱范围内为0.03cm-1、0.02cm-1、0.01cm-1和0.005cm-1。
在另一个实施例中，光导包括基本上保护软芯层(例如软硅树脂或硅弹性体)的硬包覆物层。
在一个实施例中，光导包括：硬度计的肖氏A硬度(JIS)小于50的芯材；以及硬度计的肖氏A硬度(JIS)大于50的至少一个包覆物层。在一个实施例中，光导包括在25摄氏度下ASTM D638-10杨氏模量小于2MPa的芯材和ASTM D638-10杨氏模量大于2MPa的至少一个包覆物层。在另一个实施例中，光导包括在25摄氏度下ASTM D638-10杨氏模量小于1.5MPa的芯材和ASTM D638-10杨氏模量大于2MPa的至少一个包覆物层。在另一个实施例中，光导包括在25摄氏度下ASTM D638-10杨氏模量小于1MPa的芯材和ASTM D638-10杨氏模量大于2MPa的至少一个包覆物层。
在一个实施例中，光导包括在25摄氏度下ASTM D638-10杨氏模量小于2MPa的芯材和ASTM D638-10杨氏模量大于2MPa的光导薄膜。在另一个实施例中，光导包括在25摄氏度下ASTM D638-10杨氏模量小于1.5MPa的芯材和ASTM D638-10杨氏模量大于2MPa的光导薄膜。在一个实施例中，光导包括在25摄氏度下ASTM D638-10杨氏模量小于1MPa的芯材和ASTM D638-10杨氏模量大于2MPa的光导薄膜。
在另一个实施例中，包覆物层包括由于微结构或纳米结构而具有小于芯层的有效折射率的材料。在另一个实施例中，包覆物层包括多孔区域，该多孔区域包括空气或折射率小于1.2的其他气体或材料，使得包覆物层的有效折射率比多孔区域周围的材料的有效折射率。
折射率较高和较低的材料的光导的正反两面上的层或区域
在一个实施例中，基于薄膜的光导的光发射区域包括：具有第一折射率的第一材料的第一层或涂层，其光学耦合到基于薄膜的光导的第一表面光发射区域中；具有第二折射率的第二材料的第二层或涂层，其光学耦合到基于薄膜的光导的相对表面光发射区域中，第二折射率高于第一折射率，第二折射率和第一折射率小于光导的芯区域中的材料的折射率。在该实施例中，例如通过低角度导向特征，在经历低角度光重导向的光发射区域的基于薄膜的光导的芯层或区域内传播的光将优先从具有第二折射率的侧面泄漏或离开光导，这是由于第二折射率高于第一折射率并且临界角较高。在该实施例中，从高于临界角的角度向薄膜的厚度方向的较小角度偏离的光将首先通过具有较高的折射率的光学耦合到包覆物层或区域的芯层或区域一侧的全内反射界面。
光导配置和属性
在一个实施例中，膜、光重导向光学元件、反射型显示器、光导和/或光导区域的厚度在0.005mm至0.5mm的范围内。在另一个实施例中，膜或光导的厚度在0.025mm至0.5mm的范围内。在又一个实施例中，膜、光导和/或光导区域的厚度在0.050mm至0.175mm的范围内。在一个实施例中，膜、光导或光导区域的厚度小于0.2mm或小于0.5mm。在一个实施例中，厚度、最大厚度、平均厚度、大于薄膜总厚度的90％、光导和光导区域中的一者或多者小于0.2毫米。
光导或光透射材料的光学特性
关于某些实施例的光导、光重导向光学元件或区域、光提取薄膜或区域或光透射材料的光学特性，本文指定的光学特性可以是光导、芯、包覆物或其组合的一般特性，或者它们可以对应于特定区域(例如光发射区域、光混合区域或光提取区域)、表面(光输入表面、漫射表面、平坦表面)和方向(例如垂直于表面测量的方向或沿光通过光导的方向测量的方向)。
光透射材料的折射率
在一个实施例中，光导的芯材料具有比包覆物材料更高的折射率。在一个实施例中，芯由折射率(nD)大于选自以下组的一者的材料形成：1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9和3.0。在另一个实施例中，包覆物层材料的折射率(nD)小于选自以下组的一者：1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4和2.5。
光导的边缘
在一个实施例中，光导或光导区域的边缘涂覆、粘结到或设置为邻近镜面反射材料、部分漫反射材料或漫反射材料。在一个实施例中，光导边缘涂覆有镜面反射油墨，该镜面反射油墨包括基本上镜面反射光的纳米尺寸或微米尺寸的颗粒或薄片。
光导的形状
在一个实施例中，光导形状或光导表面的至少一部分是基本上平面的、弯曲的、圆柱形的、由基本上平面的薄膜形成的形状的、圆球形的、部分球形的、成角度的、扭曲的、圆形的、具有二次表面的、球状的、长方体的、平行六面体的、三角棱镜的、矩形棱镜的、椭圆形的、卵形的、锥形金字塔的、锥形三角棱镜的、波浪形形状的、和/或其他已知的合适几何实体或形状的。在一个实施例中，光导是通过热成型或其他合适的成型技术形成为形状的薄膜。在另一个实施例中，薄膜或薄膜的区域在至少一个方向上成锥度。在另一个实施例中，光发射设备包括物理耦合或布置在一起的多个光导和多个光源(例如，以1x2的阵列平铺)。在另一个实施例中，薄膜的光导区域的表面形状基本上为多边形、三角形、矩形、正方形、梯形、菱形、椭圆形、圆形、半圆形、圆形的段或扇形、新月形、卵形、环形、字母数字字符形状(例如“U形”或“T形”)或上述形状中的一个或多个形状的组合。在另一个实施例中，薄膜的光导区域的形状基本上为多面体、环形多面体、弯曲多面体、球形多面体、矩形长方体、长方体、立方体、正立面体、星状、棱柱体、角锥体、圆柱体、圆锥体、截头圆锥体、椭圆体、抛物面、双曲面、球体、或上述形状中的一种或多种的组合。
光导的厚度
在一个实施例中，薄膜、光导、光导区域和/或光发射区域的厚度在0.005mm至0.5mm的范围内。在另一个实施例中，膜或光导的厚度在0.025mm至0.5mm的范围内。在又一个实施例中，膜、光导和/或光导区域的厚度在0.050mm至0.175mm的范围内。在一个实施例中，膜、光导或光导区域的厚度小于0.2mm或小于0.5mm。在一个实施例中，厚度、最大厚度、平均厚度、大于薄膜总厚度的90％、光导和光导区域中的一者或多者小于0.2毫米。在一个实施例中，在光发射区域中，光导的芯层或芯部区域的两个表面之间的间隔与平均间隔的偏离小于选自以下组的一者：平均间隔的30％、20％、10％和5％。在另一个实施例中，在光发射区域内限定光导的全内反射表面的两个表面之间的间隔距离与平均间隔距离的偏离小于选自以下组的一者：平均间隔距离的30％、20％、10％和5％。在一个实施例中，限定光发射区域内的光导的全内反射表面的两个表面之间的平均角度小于选自以下组的一者：10、8、6、5、4、3、2、1和0.5度。
在一个实施例中，光发射区域从接收来自光混合区域和/或光输入耦合器的光的光发射区域的第一侧的第一厚度沿着光在光发射区域中在光导的芯区域或层内的传播方向渐缩到在光发射区域的相对侧的小于第一厚度的第二厚度。在一个实施例中，锥度的平均角度，即从第一侧到第二侧的光导的芯层的两个相对的层表面或区域之间的平均角度小于选自以下组的一者：10、8、6、5、4、3、2、1和0.5度。
光导材料
在一个实施例中，光发射设备包括由至少一种光透射材料形成的光导或光导区域。在一个实施例中，光导是包括至少一个芯区域和至少一个包覆物区域的薄膜，每个芯区域和至少一个包覆物区域均包括至少一种光透射材料。在一个实施例中，光透射材料是热塑性材料、热固性材料、橡胶、聚合物、高透射硅树脂、玻璃、复合材料、合金、共混物、硅树脂或其他合适的光透射材料或其组合。在一个实施例中，光发射设备的部件或区域包括合适的光透射材料，例如以下的一种或多种：纤维素衍生物(例如，纤维素醚，例如乙基纤维素和氰基乙基纤维素，纤维素酯，例如乙酸纤维素)，丙烯酸树脂，苯乙烯树脂(例如聚苯乙烯)，聚乙烯系列树脂【例如聚(乙烯基酯)，例如聚乙酸乙烯酯，聚(乙烯基卤化物)，例如聚(氯乙烯)，聚乙烯基烷基醚或聚醚-系列树脂，如聚(乙烯基甲基醚)，聚(乙烯基异丁基醚)和聚(乙烯基叔丁基醚)】，聚碳酸酯系列树脂(例如，芳族聚碳酸酯，如双酚A型聚碳酸酯)，聚酯系列树脂(例如，均聚酯，例如聚对苯二甲酸亚烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯，对应于聚对苯二甲酸亚烷基酯的聚萘二甲酸亚烷基酯；包括对苯二甲酸亚烷基酯和/或萘二甲酸亚烷基酯为主要成分的共聚酯；内酯的均聚物，例如聚己内酯)，聚酰胺系列树脂(例如，尼龙6，尼龙66，尼龙610)，氨基甲酸酯系列树脂(例如，热塑性聚氨酯树脂)，形成上述树脂的单体的共聚物【例如，苯乙烯共聚物诸如甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(MS树脂)，丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)，苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物，苯乙烯-马来酸酐共聚物和苯乙烯-丁二烯共聚物，乙酸乙烯酯-氯乙烯共聚物，乙烯基烷基醚-马来酸酐共聚物】。顺便提及，共聚物可以是无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物中的任何一种。
具有粘合特性的光导材料
在另一个实施例中，光导包括利用选自以下组的至少一种方式的材料：化学粘合、分散粘合、静电粘合、扩散粘合和机械粘合，粘附到光发射设备的至少一个元件(例如，带涂层的载体薄膜、光学薄膜、LCD中的后偏光片、增亮薄膜、光导的另一个区域、耦合光导、传热元件诸如包含铝的薄片或白色反射薄膜)。在另一个实施例中，光导的芯材料或包覆物材料中的至少一者是粘合材料。在又一个实施例中，选自以下组的至少一者：芯材、包覆物材料以及设置在光导的包覆物材料上的材料是选自以下组的至少一者：压敏粘合剂、接触粘合剂、热粘合剂、干燥粘合剂、多部分反应性粘合剂、单部分反应性粘合剂、天然粘合剂和合成粘合剂。在另一个实施例中，由于第一芯材料、第二芯材料或其组合的粘附特性，第一耦合光导的第一芯材料粘附到第二耦合光导的第二芯材料。在另一个实施例中，由于包覆物材料的粘附特性，第一耦合光导的包覆物材料粘附到第二耦合光导的芯材料。在另一个实施例中，由于第一包覆物材料、第二包覆物材料或其组合的粘附特性，第一耦合光导的第一包覆物材料粘附到第二耦合光导的第二包覆物材料。在一个实施例中，芯层是粘合剂，并且被涂覆在选自以下组的至少一者上：包覆物层、可移除支撑层、保护薄膜、第二粘合剂层、聚合物薄膜、金属薄膜、第二芯层、低接触面积盖和平面化层。在另一个实施例中，包覆物材料或芯材料具有粘合特性并且，当粘附到光发射设备的元件上时，例如但不限于包覆物层、芯层、低接触面积盖、电路板或外壳，其ASTM D3330-04剥离强度大于选自以下组的一者：8.929、17.858、35.716、53.574、71.432、89.29、107.148、125.006、142.864、160.722、178.580千克/米粘结宽度。
在另一个实施例中，使用粘结层、底漆或涂层来促进选自以下组的至少一对之间的粘附：芯材料和包覆物材料，光导和外壳，芯材料和光发射设备的元件，包覆物材料和光发射设备的元件。在一个实施例中，粘结层或涂层包括二甲基硅氧烷或其变体以及溶剂。在另一个实施例中，粘结层包括基于苯基的底漆，例如用于将基于苯基硅氧烷的硅树脂与衬底材料桥接的底漆。在另一个实施例中，粘结层包括铂催化的加成固化的硅树脂底漆，例如用于粘结塑料薄膜衬底和硅树脂压敏粘合剂的底漆。
在另一个实施例中，芯材料或包覆物材料的至少一个区域具有粘合特性，并且光学耦合到芯或包覆物材料的第二区域，使得通过界面的ASTM D1003-00光透射率比在相同区域通过相同两种材料并且在它们之间设置有气隙的情况的传输量大选自以下组的至少一者：1％、2％、3％和4％。
在一个实施例中，光导的芯材料包括临界表面张力小于选自以下组的一者：33、32、30、27、25、24和20mN/m的材料。在另一个实施例中，芯材料具有小于选自以下组的一者：33、30、27、25、24和20mN/m的临界表面张力，并且经过表面处理以将临界表面张力增加到大于选自以下组的一者：27、30、33、35、37、40和50。在一个实施例中，表面处理包括将表面暴露于选自以下组的至少一者：等离子体、火焰和粘结层材料。在一个实施例中，降低了光导的芯材料的表面张力，以减少由于“浸透(wet-out)”和光学耦合而从接触的表面提取光。在另一个实施例中，光导的表面的表面张力多层光导
在一个实施例中，光导包括至少两个层或涂层。在另一个实施例中，这些层或涂层用作选自以下组的至少一者：芯层、包覆物层、粘结层(以促进其他两个层之间的粘合)、增加挠曲强度的层、增加冲击强度(例如，艾佐德、夏比、加德纳冲击强度)的层和载体层。在另一个实施例中，至少一个层或涂层包括微结构、表面浮雕图案、光提取特征、透镜或其他非平坦表面特征，这些特征将入射光的一部分从光导内重导向到一个角度，从而使光在该特征附近的区域中离开光导。
光取方法
在一个实施例中，光导、光导区域和光发射区域中的一者或多者包括至少一个光提取特征或区域。在一个实施例中，光提取区域可以是凸起或凹陷的表面图案或体积区域。凸起和凹陷的表面图案包括但不限于散射材料、凸起的透镜、散射表面、凹坑、凹槽、表面调制、微透镜、透镜、衍射表面特征、全息表面特征、光子带隙特征、波长转换材料、孔、层边缘(例如除去了覆盖芯层的包覆物层的区域)、金字塔形状、棱柱形状和其他具有平坦表面、曲面、随机表面、准随机表面的几何形状及其组合。在光提取区域内的体积散射区域可以包括分散的相域、空隙、没有其他材料或区域(间隙、空穴)、气隙、层和区域之间的边界以及在材料体积内具有与平行界面表面的共平面层的折射率不同的其他折射率的不连续性物或非同质性物。
在一个实施例中，光提取特征基本上是方向性的，并且包括以下的一个或多个：成角度的表面特征、弯曲的表面特征、粗糙的表面特征、随机的表面特征、不对称的表面特征、划线的表面特征、切割的表面特征、非平面的表面特征、冲压的表面特征、模制的表面特征、压缩模制的表面特征、热成型的表面特征、铣削的表面特征、挤出的混合物、共混的材料、材料合金、对称或不对称形状的材料的复合材料、激光烧蚀的表面特征、压花的表面特征、带涂层的表面特征、注射成型的表面特征、挤出的表面特征以及设置在光导体积中上述特征之一。例如，在一个实施例中，方向性光提取特征是通过在光导薄膜上UV固化压花涂层而形成的100微米长、成45度角度的小平面凹槽，其基本上将入射光的一部分在光导内朝向与光导表面法线呈0度的方向导向。
在一个实施例中，光提取特征是镜面的、漫射的或其组合的反射型材料。例如，光提取特征可以是以一定角度设置的(例如涂覆到凹槽上)基本上镜面反射的油墨，或者光提取特征可以是基本上漫反射的油墨，例如在甲基丙烯酸酯基粘合剂内包含二氧化钛颗粒的油墨。在一个实施例中，薄的光导薄膜允许较小的特征用于光提取特征或光提取表面特征以使这些特征由于光导的薄度而进一步间隔开。在一个实施例中，在平行于与光发射设备的光发射区域相对应的光发射表面的平面中，光提取表面特征的平均最大尺寸小于选自以下组的一者：3mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.080、0.050mm、0.040mm、0.025mm和0.010mm。
在另一个实施例中，光提取特征、光转向特征或低角度导向特征的填充因子被定义为包括这些特征的单位为平方厘米的面积占光导或薄膜的光发射区域、表面或层的百分比，该填充因子选自以下组的一者：小于80％、小于70％、小于60％、小于50％、小于40％、小于30％、小于20％和小于10％。填充因子可以在光导或薄膜的全发光平方厘米表面区域或区内测量(由区域界定的范围是光导平面内所有发光的方向)，也可以是光导的光发射区的平均值。可以在光发射设备处于开启状态或关闭状态(不发光)时测量填充因子，其中在关闭状态下，光提取特征被定义为在正常情况下具有平均视敏度的人在小于10厘米的距离看到的视觉不连续性。
光提取区域可以包括体积散射区域，这些体积散射区域具有分散的相域、空隙、没有其他材料或区域(间隙、空穴)、气隙、层和区域之间的边界以及在材料体积内具有与平行界面表面的共平面层的折射率不同的其他折射率的不连续性物或非同质性物。在一个实施例中，光提取区域包括成角度的或弯曲的表面或体积的光提取特征，这些特征将第一重导向百分比的光重导向到与光发射设备的光发射表面的法线成5度以内或与光发射设备的光发射表面垂直的方向成80-90度或85-90度角度范围内。在另一个实施例中，第一重导向百分比大于选自以下组的一者：5、10、20、30、40、50、60、70、80和90。在一个实施例中，光提取特征是光重导向特征、光提取区域或光输出耦合特征。
在一个实施例中，光导或光导区域包括在多个区域中的光提取特征。在一个实施例中，光导或光导区域包括光提取特征，这些特征位于选自以下组的至少一者之上或之内：一个外表面、两个外表面、两个外相对表面、外表面和设置在两个外表面之间的至少一个区域、基本上在平行于至少一个外表面或光发射表面或平面的两个不同体积平面内的两个不同体积区域内、多个体积平面内。在另一个实施例中，光发射设备包括在光导的光导区域上的光发射区域，该光发射区域包括多于一个光提取特征区域。在另一个实施例中，一个或多个光提取特征设置在另一个光提取特征的顶部。例如，开凹槽的光提取特征可以包括光散射空心微球，光散射空心微球可以增加从光导提取的光的量，或者光散射空心微球可以进一步散射或重导向由凹槽提取的光。多于一种类型的光提取特征可用在光导或光导区域的表面上、体积内或它们的组合。
在一个实施例中，包括薄膜层的第一光导包括光提取特征，第二光导由光重导向光学元件的表面和第一光导的表面限定，并且该光重导向光学元件包括光重导向特征或光转向特征，它们也是第二光导的光提取特征。
在另一个实施例中，光提取特征是凹槽、凹痕、弯曲或成角度的特征，这些特征通过全内反射将以第一方向入射的光的一部分重导向到同一平面内的第二方向。在另一个实施例中，光提取特征将以第一角度入射的光的第一部分重导向到在第一输出平面中大于临界角的第二角度，并在与第一输出平面正交的第二输出平面中增加半峰全角宽度。在另一个实施例中，光提取特征是包括凹槽、凹痕、弯曲或成角度的特征的区域，并且还包括基本上对称或各向同性的光散射区域，其材料例如是分散的空隙、珠粒、微球、基本上球形域、或其中平均散射轮廓基本上对称或各向同性的随机形状域的集合。在另一个实施例中，光提取特征是包括凹槽、凹痕、弯曲或成角度的特征的区域，并且还包括基本上各向异性或不对称的光散射区域，其材料例如是分散的细长空隙、拉伸的珠粒、不对称形状的椭圆形颗粒、纤维、或其中平均散射轮廓基本上不对称或各向异性的成形域的集合。在一个实施例中，光提取特征的双向散射分布函数(BSDF)被控制以创建光发射设备的预定光输出轮廓或到光重导向元件的光输入轮廓。
在一个实施例中，至少一个光提取特征是波长转换材料的阵列、图案或布置，该材料选自以下组：荧光团、磷光体、荧光染料、无机磷光体、光子带隙材料、量子点材料、荧光蛋白、融合蛋白、与蛋白质附连成特定功能基团的荧光团、量子点荧光团、小分子荧光团、芳香族荧光团、共轭荧光团和荧光染料闪烁体、磷光体(如硫化镉)、掺杂稀土磷光体和其他已知的波长转换材料。
在一个实施例中，光提取特征是镜面的、漫射的或其组合的反射型材料。例如，光提取特征可以是以一定角度设置的(例如涂覆在凹槽上)基本上镜面反射的油墨，或者光提取特征可以是基本上漫反射的油墨，例如在甲基丙烯酸酯基粘合剂(白色油漆)内包含二氧化钛颗粒的油墨。或者，光提取特征可以是部分漫反射的油墨，例如具有进一步包含二氧化钛颗粒的小银颗粒(微米或亚微米、球形或非球形、板状或非板状、或银(或铝)涂覆在薄片上)的油墨。在另一个实施例中，控制漫反射的程度以优化装置的角输出、光输出的准直度以及从该区域提取的光的百分比中的至少一者。
光提取特征的图案或布置可以在x、y或z方向上改变大小、形状、节距、位置、高度、宽度、深度、形状、定向。有助于确定布置以实现空间照度或颜色均匀度的图案和公式或方程式在边缘照明的背光领域中是已知的。
光发射区域的宽度
在一个实施例中，耦合光导的阵列在其与光混合区域、光导区域或光发射区域相遇处的总宽度小于平行于耦合光导的阵列方向(垂直于耦合光导的阵列的延伸方向)的方向上的平均宽度、最大宽度或光发射区域或光导的宽度。例如，在一个实施例中，耦合光导的阵列在阵列方向上的总宽度为15毫米，并且光发射区域的位于光发射区域被定位成接收来自光混合区域中的光的一侧在阵列方向上的宽度为22毫米。在另一个示例中，耦合光导的阵列在其与光混合区域相遇处的阵列方向上的总宽度为15毫米，光导区域在光导区域与光混合区域相遇处的阵列方向上的宽度为15毫米，并且光发射区域在阵列方向上的宽度在垂直于阵列方向的方向上延伸，使得光发射区域在阵列方向上的最大宽度为28毫米。较宽的有效区域可以是例如单独选择耦合光导宽度和光导(可选地具有包覆物层)厚度以从特定光源发射面积大小和/或从光源接收光的光重导向或光准直光学元件的大小和/或形状收集光的结果。在一个实施例中，耦合光导的阵列在耦合光导与光混合区域、光导区域或光发射区域相遇处的阵列方向上的总宽度(可选地包括其间的间隙)小于选自以下组的一者或多者：在与耦合光导的阵列方向平行的方向上的，光发射区域的平均宽度、被定位成接收来自耦合光导和/或光混合区域的光的光发射区域的横向侧的宽度、以及光发射区域的最大宽度，相差的值选自以下组的一者或多者：至少1毫米、至少2毫米、大于4毫米、大于6毫米、大于10毫米、大于15毫米、大于20毫米、大于耦合光导平均宽度的50％、大于耦合光导平均宽度的100％、以及在耦合光导的阵列方向上大于光发射区域的平均宽度的1％、2％、5％或10％。
低角度导向特征
在一个实施例中，耦合光导、光混合区域或光发射区域中的至少一者包括两个或更多个低角度导向特征。如本文中所使用的，低角度导向特征是折射性、全内反射性、衍射性或散射性的表面、特征或界面，其将全内反射光导内以与光导的芯区域中的薄膜的厚度方向成第一角度传播的光重导向到该光导的芯区域中的第二角度，第二角度小于第一角度，其平均总偏离角小于20度。在另一个实施例中，低角度导向特征将入射光重导向到第二角度，该第二角度相对于入射角的平均总偏离角小于选自以下组的一者：18、16、14、12、10、8、6、5、4、3、2以及1度。在一个实施例中，低角度导向特征由反射型空间光调制器的一个或多个反射性表面限定。例如，在一个实施例中，反射型空间光调制器的后反射表面包括低角度导向特征，并且反射型空间光调制器在光发射区域中光学耦合到光导。在另一个示例中，反射型空间光调制器的反射像素是低角度导向特征，并且反射型空间光调制器在光发射区域中光学耦合到光导。
在一个实施例中，节距、垂直于薄膜的厚度方向的第一方向上的特征的第一尺寸、垂直于第一方向且垂直于薄膜的厚度方向的第二方向上的特征的第二尺寸；特征在厚度方向上的尺寸；在第一方向和/或第二方向上的特征的密度在第一方向和/或第二方向上变化。在一个实施例中，使用不均匀的节距、特征尺寸或密度以空间均匀的光通量将光引导到小于光导的芯区域的一个或多个界面的临界角的角度，从而使光通过折射率比光导的芯区域的相对表面上的包覆物层或区域更高的包覆物层或区域耦合的光入射到一个或多个光转向特征上，该一个或多个光转向特征将光引导到在光发射区域中与光导的厚度方向成三十度角以内的角度范围。在一个实施例中，在第一方向和/或第二方向上改变低角度导向特征的节距、特征尺寸或密度使得能够对朝向光转向特征重导向的光通量进行空间控制，其中低角度导向特征不会对被光发射设备(例如反射型或透射型液晶显示器)照亮的物体造成莫尔干涉。因此，在该示例中，可以将光转向特征的节距选择为不会产生莫尔干涉的恒定节距，并且通过在空间上改变低角度导向特征的节距、特征尺寸或密度实现到达被照明对象的光的照度均匀度。在一个实施例中，为物体提供均匀照明的方法包括提供多种类型的光导向特征(例如低角度导向特征和光转向特征)，其中，通过改变第一类型的特征的节距、尺寸或密度来提供均匀度，并且通过具有基本恒定的节距、尺寸和/或密度的第二类型的特征来实现将离开光导的光重导向到一角度以照亮对象(例如反射型或透射型LCD)，使得光导向特征与被照亮对象之间的莫尔对比度小于选自以下组的一者：50％、40％、30％、20％和10％。低角度导向特征可以形成在材料的表面上或体积内，并且该材料可以是热塑性、热固性或粘合性材料。在一个实施例中，低角度导向特征是光提取特征。在另一个实施例中，光重导向特征是低角度导向特征。在另一个实施例中，低角度导向特征是用于第一光导和第二光导的光提取特征。在另一个实施例中，光发射设备包括在光发射设备的光输出方向上的两个或更多个层或区域中的低角度导向特征。
在一个实施例中，光重导向元件的折射率小于或等于基于薄膜的光导的芯层的折射率。例如，在一个实施例中，反射型显示器包括前光，该前光具有以聚碳酸酯材料形成的、折射率为约1.6的光重导向元件，该光重导向元件使用折射率为约1.5的粘合剂作为包覆物层光学耦合到折射率为约1.6的聚碳酸酯光导，其中该光导包括低角度导向特征，该低角度导向特征是基于薄膜的光导的光提取特征，并且光导使用折射率为约1.42的粘合剂作为包覆物层在与光重导向光学元件相对的一侧光学耦合到反射型空间光调制器。
在一个实施例中，光发射设备包括基于薄膜的光导，该光导包括：芯层，该芯层具有相对表面，这些相对表面之间具有不大于约0.5毫米的厚度，其中光通过全内反射在这些相对表面之间传播；第一包覆物层，该第一包覆物层具有光学耦合到芯层的第一侧和相对的第二侧；耦合光导阵列，该耦合光导阵列与光导的光导区域连续，该耦合光导阵列的每个耦合光导终止于边界边缘，并且每个耦合光导在折叠区域中折叠，使得耦合光导阵列的边界边缘堆叠；光发射区域，该光发射区域包括以在光发射区域中空间变化的图案布置的多个光提取特征，该多个光提取特征抑制全内反射光在芯层内传播，使得光在光发射区域中离开芯层进入第一包覆物层；光源，该光源被定位成将光发射到堆叠的边界边缘中，光在耦合光导阵列内传播到光导区域，来自每个耦合光导的光在光导区域内组合并全内反射；光重导向光学元件，该光重导向光学元件光学耦合到第一包覆物层的第二侧，该光重导向光学元件包括光重导向特征，这些光重导向特征将来自光提取特征的受抑全内反射光导向反射型空间光调制器，光重导向特征占据小于光发射区域中光重导向光学元件表面的50％，并且其中芯层在光发射区域中具有平均厚度，光发射区域在光发射区域的正交于芯层厚度方向的平面中具有最大尺寸，该光发射区域的最大尺寸除以光发射区域中芯层的平均厚度为大于100，光提取特征为低角度导向特征，离开光源的光在正交于薄膜厚度方向的平面中具有第一半峰全角宽度，离开光发射设备的光在平行于厚度方向的第二平面中具有第二半峰全角宽度并且在平行于薄膜厚度方向并且正交于第二平面的第三平面中具有第三半峰全角宽度。在一个实施例中，第一半峰全角宽度小于选自以下组的一者：1、2、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45和50度。在另一个实施例中，第二半峰全角宽度小于选自以下组的一者：1、2、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45和50度。在另一个实施例中，第三半峰全角宽度小于选自以下组的一者：1、2、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45和50度。在另一个实施例中，第一、第二和第三全角宽度分别小于选自以下组的一者：1、2、5、7、10、15、20、25、30、35、40、45和50度。在一个实施例中，离开光源的光在平行于薄膜的厚度方向的平面上具有大于第一全角宽度的半峰全角宽度。例如，在一个实施例中，在光发射区域中，光源基本上在垂直于光导、薄膜或耦合光导堆叠的厚度方向的平面内准直(或者具有小于10度的第一半峰全角宽度)，并且在平行于薄膜或耦合光导堆叠厚度方向的平面中，没有被准直或具有更大的半峰全角宽度。在一个实施例中，来自光源的光穿过耦合光导并进入光导区域，被低角度导向部件重导向，穿过第一包覆物层，被光重导向光学元件重导向，并且以第二半峰全角宽度和第三半峰全角宽度离开光发射设备，其中第二半峰全角宽度可由于光源输出的准直(诸如通过主和/或辅透镜或反射器)而较小(诸如小于10度)，第三半峰全角宽度可由于低角度导向特征、两个包覆物层之间的折射率差和光重导向光学元件的光重导向特征的组合进行的准直而较小(诸如小于10度)。
反射性低角度导向特征
在一个实施例中，基于薄膜的光导包括具有低角度导向特征的光发射区域，这些低角度导向特征由具有两种不同折射率的材料之间的成角度或弯曲的界面限定。在该实施例中，折射率差可以导致入射光的至少一部分以相对于入射角小于20度的平均总偏离角被反射。在一个实施例中，光在光导的由具有第一芯折射率的第一芯材料形成的芯区域内传播，该芯区域邻近具有小于第一折射率的第二折射率的区域，并且光与压印到第一芯材料中的成角度的表面特征相互作用并且从这些特征反射以使得入射光的至少一部分以相对于入射角小于20度的平均总偏离角被反射。在一个实施例中，在成角度的或弯曲的表面特征处的反射是全内反射。例如，在一个实施例中，基于薄膜的光导包括具有低角度导向特征的光发射区域，这些低角度导向特征由在光发射区域中与平行于薄膜表面(或芯区域层界面)的方向平均成4度角(在光发射区域中与薄膜的表面法线平均成86度角)的线性表面特征的布置限定。在该示例中，可以在芯层的材料中形成表面(例如通过划线或压花)，并且可以将具有较低折射率的材料定位在该表面附近，使得入射在该表面上的光的一部分以8度的总偏离角被反射(低角度引导)。
折射型低角度导向特征
在另一个示例中，基于薄膜的光导包括具有低角度导向特征的光发射区域，这些低角度导向特征由表面的布置限定，其中穿过表面的光至少一次以相对于入射角小于20度的平均总偏离角被折射(并可选地被反射)成新角度。在该示例中，表面可以形成在芯层材料中，并且具有与该表面相邻的具有较低折射率的材料，使得入射在该表面上的光的一部分在界面处被折射(低角度引导)，穿过较低折射率的材料从第二界面反射出，再返回穿过较低折射率的材料，再返回穿过光导，在此它可以在相对的表面界面处离开光导，并随后由光转向特征重导向。
衍射型低角度导向特征
在另一个示例中，基于薄膜的光导包括具有由衍射特征或表面的布置限定的低角度导向特征的光发射区域，其中穿过特征或表面的光至少一次以相对于入射角小于20度的平均总偏离角被衍射(并可选地被反射)成新角度。例如，在一个实施例中，基于薄膜的光导在薄膜的光发射区域中的一个表面包括二元光栅或闪耀衍射光栅，其将在第一波长带宽内以第一角度入射的光重导向到与第一角度不同的第二角度，其平均总偏离角小于20度。在一个实施例中，该一个或多个衍射特征或表面的节距、尺寸、长度尺寸、深度或角度沿着第一方向变化，该第一方向即从光发射区域的第一侧到相对侧、光在光发射区域内传播的方向。例如，在一个实施例中，在光发射区域中，光导的芯区域包括具有第一、第二和第三节距的重复阵列的衍射光栅，这些衍射光栅被配置为分别针对蓝光、绿光和红光将入射光的平均角度衍射成平均总偏离角小于20度。
散射型低角度导向特征
在另一个示例中，基于薄膜的光导包括具有低角度导向特征的光发射区域，这些低角度导向特征由具有光散射特征、域或颗粒的层或区域限定，其中穿过光散射层或区域的光至少一次以相对于入射角小于20、15、10、8、6、4、3、2或1度的平均总偏离角被散射到新角度。在一个实施例中，光散射层或区域可以形成在芯层材料的区域附近、上方、下方或内部。在该示例中，光散射层或区域可以包括在具有第一折射率的第一材料上具有规则或不规则表面结构的光散射界面或由光散射界面限定，该第一材料表面与适形于第一材料表面、具有比第一材料的折射率高或低的第二材料的第二表面接触，使得入射在该界面上的光的一部分被散射(向前和/或向后散射)，从而使得光在表面界面处离开光导并随后被光转向特征重导向。在另一个实施例中，基于薄膜的光导包括低角度散射特征，这些低角度散射特征由第一材料在第二基质材料中的分散相(例如涂层基质内的分散的珠粒)限定。在该实施例中，入射光从一个或多个域矩阵界面散射或折射，使得入射光的平均总偏离角相对于入射角小于20度。在一个实施例中，低角度导向特征逐渐地重引导光，使得光偏离成一定角度，以使得光的全部或部分脱离光导内全内反射条件。
偏振相关的低角度导向特征
在一个实施例中，低角度导向特征对具有第一偏振的光的重导向程度大于具有不同于第一偏振的第二偏振的光。在另一个实施例中，具有第一偏振的光被重导向的百分比与具有第二偏振的光被重导向的百分比之比，即偏振引导比，大于选自以下组的一者：1、2、3、4、5、10、15、20、30和50。例如，在一个实施例中，第一偏振是s偏振光，第二偏振是p偏振光。在一个实施例中，低角度导向特征或表面，或光学耦合到低角度导向特征或表面的材料包括基本上各向同性的材料、双折射材料或三折射材料。在一个实施例中，双折射材料的结构化的低角度导向特征用于重导向第一偏振的光，使得入射光的平均总偏离角相对于入射角小于20度。例如，在一个实施例中，第一偏振的光，例如s偏振光，被引导成低角度，使得其角度小于光学耦合到包覆物层的光导的一侧的临界角，该包覆物层具有比相对侧的包覆物层更高的折射率。因此，在该示例中，期望的偏振状态的光，即s偏振光，被低角度导向特征优先地提取。在另一个实施例中，光学耦合到光导的一个或多个层或区域包括波片、双折射材料、三折射材料或各向异性材料，其将保留在光导中的光转换到期望的偏振状态，使得光可以通过与偏振相关的低角度导向特征第二次或后续相互作用被重导向。
灯光转向特征
在一个实施例中，光导的光发射区域包括或光学耦合到具有光转向特征的层或区域。如本文所用，光转向特征是折射性、全内反射性、衍射性或散射性的表面、特征或界面，其将在第一角度范围内入射的光的至少一部分重导向到不同于第一角度范围的第二角度范围，其中第二角度范围相对于光发射区域的薄膜的厚度方向在30度内。例如，在一个实施例中，在聚碳酸酯薄膜的与第一外表面相对的第二表面上使用压敏粘合剂将在第一外表面上具有凹槽的该聚碳酸酯薄膜光学耦合到基于薄膜的光导。在该实施例中，穿过压敏粘合剂逃出光导的光(例如通过低角度导向特征)在聚碳酸酯薄膜中的凹槽-空气界面处全内反射，并被引导成在光发射区域中与薄膜的厚度方向成30度以内的角度，光在光发射区域进一步穿过光导以照亮对象，例如反射型LCD，并且可以可选地返回穿过光导。在一个实施例中，光转向特征从低角度导向特征接收光，并且在光发射区域中将光重导向成与厚度方向成小于30度的角度。光转向特征可以形成在材料的表面上或体积内，并且该材料可以是热塑性、热固性或粘合性材料。在一个实施例中，光转向特征是在光转向薄膜中的压花(UV固化或热机械压花)表面特征，该光转向薄膜在光发射区域中光学耦合(例如通过使用压敏粘合剂)到基于薄膜的光导。在一个实施例中，在薄膜的第一表面上包括光转向特征的光转向薄膜光学耦合到与第一表面相对的第二表面上的光导，光转向特征包括在第一表面中的凹陷区域或凹槽，并且使用压敏粘合剂在凹陷区域或凹槽之间的区域中将第一表面粘附至第二薄膜，该粘合剂在凹陷区域或凹槽中留下气隙。在该实施例中，聚合物光转向薄膜与凹陷区域或凹槽内的空气之间的折射率差，大于其与通过使用粘合剂在凹陷或凹槽处进行填充而有效地使表面有效平坦化的粘合剂之间的折射率差，从而增加了界面处的全内反射光的百分比。在另一个实施例中，包括光转向特征的光转向薄膜或区域或层延伸到基于薄膜的光导的光混合区域的小于选自以下组的一者：30％、20％、10％和5％。
光转向特征的大小和形状
在一个实施例中，光发射设备包括提供前照明的基于薄膜的光导，例如用于反射型显示器的前光，并且在薄膜的光发射区域(或在光学耦合到光发射区域的薄膜中)的光转向特征的密度小于约50％，以便减少从被照明对象反射并通过光导和包括光转向特征的层或区域返回的光的不期望的第二光偏离(例如不想要的反射)。在一个实施例中，在光导的光发射区域中的沿光转向特征的第一方向的面积密度或密度是选自以下组的第一密度：小于50％；小于40％；小于30％；介于1％至50％之间；介于1％至40％之间；介于1％到30％之间；介于5％到30％之间；介于5％和20％之间。在另一个实施例中，光转向特征在第一方向和/或第二方向上的密度和/或尺寸小于第一密度，并且视力为1弧分的人从45.7厘米或更远的距离看不到光转向特征。在另一个实施例中，在第一方向和/或第二方向上由光转向特征的尺寸所对向的角度在45.7厘米的距离处小于一弧分。在又一个实施例中，包括光转向特征的第一方向和第二方向的平面中的面积密度小于第一密度并且光转向特征重导向从被照亮对象(例如反射型显示器)朝被照亮对象反射回来的光的小于选自以下组的一者：50％、40％、30％、20％和10％。因此，在该实施例中，光转向特征的密度和/或尺寸可以被配置为减少朝对象反射回来的光，该光会减小对象的可见照度对比度。
在另一个实施例中，在包括光转向特征的薄膜的层或区域的厚度方向上，光转向特征的平均深度是选自以下组的一者或多者：1至500微米之间、3至300微米之间、5至200微米之间、大于2微米、小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于75微米、小于50微米和小于10微米。
在另一个实施例中，光转向特征在从光导的光发射区域的第一输入侧到光导的光发射区域的相对侧的光传播方向上的平均宽度是选自以下组的一者或多者：2至500微米之间、5至300微米之间、10至200微米之间、大于5微米、小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于75微米、小于50微米、小于25微米和小于10微米。
在一个实施例中，光转向特征包括以下一项或多项：成角度的表面特征、弯曲的表面特征、粗糙的表面特征、随机的表面特征、不对称的表面特征、划刻的表面特征、切割的表面特征、非平面的表面特征、冲压的表面特征、模制的表面特征、压缩模制的表面特征、热成型的表面特征、铣削的表面特征、对称或非对称形状材料的复合特征、激光烧蚀的表面特征、压纹的表面特征、涂层表面特征、注射成型的表面特征、挤出的表面特征以及定位于光导体积中的上述特征之一。
在一个实施例中，反射型显示器包括具有基于薄膜的光导和反射型空间光调制器的光发射设备。在该实施例中，光发射设备包括具有光重导向特征或光转向特征的光重导向光学元件，该光重导向光学元件在与基于薄膜的光导的厚度方向正交的平面中的尺寸大于反射型空间光调制器的像素的平均尺寸，或大于2、3、4、5、7、10、20、30或50个平均尺寸像素的尺寸。
在另一个实施例中，光重导向特征或光转向特征之间的平均间距与光重导向特征或光转向特征在与基于薄膜的光导的厚度方向正交的平面中的方向上的平均尺寸之比大于选自以下组的一者：1、1.5、2、3、4、5、7、10、15、20、30、40、50、70和100。
光转向特征的节距
在一个实施例中，光重导向特征或光转向特征之间的平均节距或间距是恒定的。在一个实施例中，光转向特征在从光导的光发射区域的第一输入侧到光导的光发射区域的相对侧的光传播方向(例如，光导体在光发射区域内的平均传播角的方向)上的平均节距为选自以下组的一者或多者：5至500微米之间、10至300微米之间、20至200微米之间、大于5微米、小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于75微米和小于50微米。在一个实施例中，光转向特征的节距基本恒定。在一个实施例中，光转向特征或光重导向特征的节距被配置为减少与被照明对象的规则间隔的元件(例如反射或透射LCD)的莫尔对比度。
在诸如显示器的光发射设备中，莫尔干涉图案的可见度可能在视觉上分散注意力，并且降低了照度均匀度。莫尔图案的可见度或照度对比度被定义为LMmax-LMmin/(LMmax+LMmin)，其中，LMmax和LMmin为当元件被照亮时，分别沿着基本上垂直于重复莫尔图案的横截面的最大和最小照度。在一个实施例中，包括光转向特征或光重导向特征的光发射设备的莫尔对比度较低，以使得莫尔对比度小于选自以下组的一者：50％、40％、30％、20％和10％。可以通过相对于被照明对象的常规特征切换光转向特征或光重导向特征的节距来减小莫尔对比度，从而使莫尔对比度足够小，以至于肉眼看不到或不经过仔细检查看不见。可以通过以下一种或多种方法来减小或根本消除莫尔对比度：调整光转向特征或光重导向特征的节距，相对于被照明对象中规则的特征阵列旋转光转向特征或光重导向特征，使光转向特征或光重导向特征的节距随机化，或增加光转向特征或光重导向特征与被照明对象之间的间距。
在另一个实施例中，光重导向特征或光转向特征与空间光调制器的像素隔开第一距离，其中第一距离大于选自以下组的一者：0.05、0.1、0.2、0.3，0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5和2毫米。在另一个实施例中，光发射设备包括透镜，该透镜定位成接收由光重导向特征或光转向特征重导向、反射或透射通过空间光调制器的光，其中在第一距离或光转向特征或光重导向特征的位置处，透镜的调制传递函数小于0.5，并且在包含空间光调制器的像素的平面上，透镜的调制传递函数大于0.7。例如，在一个实施例中，头戴式显示器包括基于薄膜的光导、光重导向元件、反射型空间光调制器和透镜(或透镜的组合)，该透镜用于放大反射型空间光调制器的像素，其中光重导向元件的光重导向特征被定位成与反射型空间光调制器的像素相距第一距离，使得光重导向特征的调制传递函数小于0.5，并且光重导向特征对于平均视力为1弧分的人不可识别或几乎不可识别。类似地，在投影系统中，针对光转向特征或光重导向特征的位置的透镜的调制传递函数可以小于0.5。
当光转向特征基本平行于被照明对象中的特征时，通过调节光转向特征的节距，可以减小莫尔对比度。在一个实施例中，光转向特征的阵列之间的节距与被照明对象中的常规特征(例如显示器中的像素)的节距之比等于1/(N+0.5)，其中N是整数，并且莫尔对比度被减小或消除。从0.9/(N+0.5)到1.1/(N+0.5)的节距比具有较低的莫尔条纹可见度。在一个实施例中，光转向特征的节距和被照明对象上的规则的元素阵列(反射型LCD中的规则的像素阵列)的节距根据上述方程式可知，并且具有可接受的莫尔条纹可见度水平。在一个实施例中，光发射设备包括具有第一节距P1的光转向特征，这些光转向特征被定位成将光重导向到自薄膜的厚度方向朝向被照明对象的30度内的角度，被照明对象具有第二间距P2的规则的元件阵列(例如反射型LCD中的像素)，其中0.9/(N+0.5)<P2/P1<1.1/(N+0.5)，其中N是整数。
偏振相关的光转向特征
在一个实施例中，光转向特征对具有第一偏振的光的重导向程度大于具有不同于第一偏振的第二偏振的光。在另一个实施例中，具有第一偏振的光被重导向的百分比与具有第二偏振的光被重导向的百分比之比，即偏振引导比，大于选自以下组的一者：1、2、3、4、5、10、15、20、30和50。例如，在一个实施例中，第一偏振是s偏振光，第二偏振是p偏振光。在一个实施例中，光转向特征或表面，或光学耦合到光转向特征或表面的材料包括基本上各向同性的材料、双折射材料或三折射材料。在一个实施例中，双折射材料的结构化的光转向特征用于重导向第一偏振的光，使得入射光的平均总偏离角相对于入射角小于20度。例如，在一个实施例中，来自入射在第一偏振的光转向特征上的低角度导向特征的光，例如s偏振光，在光发射区域中被引导成与薄膜的厚度方向成小于30度，使得它在光发射区域中逃脱基于薄膜的光导，例如以照亮反射型显示器，并且可选地通过光导返回。第二偏振的光可以穿过光转向特征并且在离光导的芯区域更远的界面处全内反射。在该示例中，第二偏振的光可以改变为第一偏振状态，并且在光导和可选地光学耦合到光导的各层内被再循环。因此，在该示例中，期望的偏振状态的光，例如s偏振光，优先地被导向至一角度，使得其可以通过光转向特征透射出光导和各层。光转向特征可以直接将光耦合出光导，而不通过光导的芯区域返回，或者光转向特征可以将光引向光导的相对侧，朝向对象以用于前照明。在另一个实施例中，光学耦合到光导的一个或多个层或区域包括波片、双折射材料、三折射材料或各向异性材料，其将保留在光导中的光转换成所需的偏振态，使得其可以通过与偏振相关的光转向特征第二次或后续相互作用被重导向。
多个光导
在一个实施例中，光发射设备包括多于一个光导，以提供以下一种或多种：彩色顺序显示、局部渐暗背光、红色、绿色和蓝色光导、动画效果、不同颜色的多个消息、NVIS和日光模式背光灯(例如，一个用于NVIS的光导，一个用于日光的光导)、平铺式光导或背光、以及包括较小光发射设备的大面积光发射设备。在另一个实施例中，光发射设备包括彼此光学耦合的多个光导。在另一个实施例中，至少一个光导或其部件包括具有抗阻塞特征的区域，使得光导不会由于接触而将光直接耦合到彼此中。
提供像素化颜色的多个光导
在一个实施例中，光发射设备包括第一光导和第二光导，第一光导和第二光导被设置为分别通过两条不同的光路接收来自第一光源和第二光源的光，其中第一光源和第二光源发出不同颜色的光，并且第一和第二光导的光发射区域包括像素化区域，这些像素化区域在平面中空间上分离，所述平面包括在这些像素化区域处的光发射设备的光输出平面(例如，在基于薄膜的光导的厚度方向上分离)。因此，通过使用多个光导来创建发射不同颜色的光的光发射区域，例如，光发射设备、显示器或标志可以是多色的，其中不同区域同时或顺序地发射不同的颜色。在另一个实施例中，光发射区域包括在多个光导上的适当大小和密度的光提取特征，使得再现例如全色图形、图像、标记、标志或照片。
堆叠式光导
在一个实施例中，光发射设备包括至少一个薄膜光导或光导区域，该至少一个薄膜光导或光导区域用于接收和传送透射来自第二薄膜光导或光导区域的光，使得来自第二光导的光改善照度均匀度、改善照度均匀度、改善颜色均匀度、增加光发射区域的照度，或在部件故障导致来自第一光导的光在重叠区域达不到指标(例如颜色均匀度、照度均匀度或照度)时提供备用的光发射区域。
围绕部件折叠的光导
在一个实施例中，选自以下组的至少一者：光导、光导区域、光混合区域、多个光导、耦合光导和光输入耦合器弯曲或折叠，使得光发射设备的部件被隐藏起来不被看到、位于另一个部件或光发射区域后方、部分或完全封闭。它们可能围绕其弯曲或折叠的这些部件包括光发射设备的部件，例如光源、电子器件、驱动器、电路板、热传递元件、空间光调制器、显示器、外壳、保持架或其他部件，使得这些部件设置在折叠或弯曲的光导或其他区域或部件的后方。在一个实施例中，用于反射型显示器的前光包括光导、耦合光导和光源，其中光导的一个或多个区域被折叠并且光源基本上设置在显示器的后方。在一个实施例中，光混合区域包括折叠部，并且光源和/或耦合光导基本上设置在基于薄膜的光导的与设备或反射型显示器的光发射区域相对的一侧上。在一个实施例中，反射型显示器包括折叠的光导，使得光导的区域设置在反射型显示器的反射型空间光调制器的后方。在一个实施例中，在一个平面中的折叠角在150度和210度之间。在另一个实施例中，在一个平面中的折叠角基本为180度。在一个实施例中，在平行于在基于薄膜的光导中传播的光的光轴的平面中，折叠角基本上为150度和210度。在一个实施例中，多于一个输入耦合器或部件被折叠在光导、光混合区域或光发射区域的后方或周围。在该实施例中，例如，来自同一薄膜的光发射区域的相对侧的两个光输入耦合器可以彼此相邻布置或利用公共的光源，并且被折叠在显示器的空间光调制器的后方。在另一个实施例中，平铺的光发射设备包括光输入耦合器，这些光输入耦合器折叠在后方并且彼此相邻或物理耦合，使用相同或不同的光源。在一个实施例中，光源或光源的光发射区设置在光导的与观察侧相对的一侧上、由光发射区域的边缘和光发射区域的法线所界定的体积内。在另一个实施例中，光源、光输入耦合器、耦合光导或光混合区域的区域中的至少一者设置在光发射区域后方(在光导的与观察侧相对的一侧上)或位于光导的与观察侧相对的一侧上、由光发射区域的边缘和光发射区域的法线所界定的体积内。
在另一个实施例中，光导区域、光混合区域或光导主体延伸跨过耦合光导的阵列或光发射设备部件的至少一部分。在一个实施例中，选自以下组的至少一者：光导、光导区域、光混合区域、多个光导、耦合光导和光输入耦合器弯曲或折叠，使得其围绕光发射设备的部件一圈以上。例如，在一个实施例中，光混合区域围绕耦合光导堆叠以增加光混合区域内的光混合距离，使得进入光发射区域的光的空间颜色均匀度或光通量均匀度得到改善。
光吸收区域或层
在一个实施例中，设置在光导和光导区域与光发射设备的外光发射表面之间的包覆物、粘合剂、层、在薄膜的一个或多个表面上的或在薄膜的体积内的图案化区域、印刷区域和挤出区域中的一者或多者包括光吸收材料，该光材料吸收第一预定波长范围内的第一部分光。
光导、薄膜、包覆物或其他层的粘合特性
在一个实施例中，光导、芯材料、透光薄膜、包覆物材料以及被设置为与该薄膜层接触的层中的一者或多者具有粘合特性或包括具有下列一项或多项的材料：对光发射设备的至少一个元件(例如带涂层的载体薄膜、光学薄膜、LCD中的后偏光片、增亮薄膜、光导的另一个区域、耦合光导、传热元件诸如包含铝的薄片或白色反射薄膜)或光发射设备外部的元件(例如窗户、墙壁或天花板)的化学粘合、分散粘合、静电粘合、扩散粘合和机械粘合。
被设置为从光导重导向光的光重导向元件
在一个实施例中，光发射设备包括光导，该光导具有设置在光导上或内部的光重导向元件，以及相对于一个或多个光重导向元件以预定关系设置的光提取特征。在另一个实施例中，光重导向元件的第一部分在基本上垂直于光发射表面、光导或光导区域的方向上设置在光提取特征上方。
在另一个实施例中，光重导向元件被设置为重导向从光提取部件重导向的光，使得离开光重导向元件的光选自比具有基本上平面的表面的类似光导更准直的组中的一者；在第一光输出平面中具有小于60度、50度、40度、30度、20度、10度或5度的半峰全角宽度；在第一光输出平面和与第一光输出平面正交的第二光输出平面中具有小于60度、50度、40度、30度、20度、10度或5度的半峰全角宽度；并且在与光发射设备的光轴平行的所有平面中具有小于60度、50度、40度、30度、20度、10度或5度的半峰全角宽度。
从许多方向照亮光发射区
在一个实施例中，从耦合光导或光混合区域照亮光发射区域和/或显示器，这些耦合光导或光混合区域从光发射区域或光导区域在光发射区域、光导区域或显示器的相对侧、相邻侧上延伸或沿着曲线或其他侧延伸，使得沿着这些侧的耦合光导和/或光混合区域折叠在显示器的后方。例如，在一个实施例中，手表包括八角形显示器，并且光导具有八角形光发射区，在这里薄膜的光混合区域沿着四个相邻侧面从光发射区域(或包括光发射区域的光导区域)延伸，并且以不同的折叠角度(可选地对应于显示器侧面的角度)折叠在显示器后方，在此处每个光混合区域可以包括耦合光导的阵列。类似地，圆形或椭圆形的光发射区域和/或显示器沿着光发射区域或光导区域可以具有光混合区域的弓形部分或耦合光导的部分，可以将它们折叠并可选地堆叠在可选的单个光源，例如发光二极管后方。
在另一个实施例中，从拉伸的耦合光导或一个或多个拉伸的光混合区域照亮光发射区域和/或显示器，这些拉伸的耦合光导或拉伸的光混合区域从光发射区域或光导区域在光发射区域、光导区域或显示器的相对侧、相邻侧上延伸或沿着曲线或其他侧延伸，使得沿着这些侧的耦合光导和/或光混合区域在显示器的后方拉伸并可选地折叠。例如，在一个实施例中，基于薄膜的光导包括高折射率的基于硅树脂的芯层，其中基于薄膜的光导的一个或多个部分围绕反射型空间光调制器的背面被拉伸，并且光发射区域定位于反射型空间光调制器的有效区域的上方。在该示例中，被拉伸的部分可以是光混合区域或耦合光导，并且可以分别细分为耦合光导的阵列或耦合光导阵列的子集，并且可选地折叠和堆叠以使得它们的端部限定被定位成接收来自光源诸如发光二极管的光的光输入表面。
基于薄膜的光导的位置
在一个实施例中，基于薄膜的光导的芯区域定位于选自以下组的两层之间：硬涂层衬底、层或粘合剂；防眩层或防反射层、衬底或粘合剂；滤色器材料、层、衬底或粘合剂；光导的第一包覆物；光导的第二包覆物；包覆物衬底或粘合剂；基于薄膜的光导粘合剂；电光层(例如，液晶层或电泳层)；电光层的观察者侧衬底；电光层的非观察者侧衬底；电光层的粘合剂或衬底；反射材料，薄膜、层或衬底或反射层的粘合剂；偏振片层衬底或偏振片粘合剂；光重导向层；光提取特征薄膜；冲击保护层；内部涂层；保形涂层；电路板；柔性连接器；导热膜、层(例如不锈钢、铜或铝箔层)、衬底或粘合剂；密封层、薄膜衬底或粘合剂；气隙层；隔离层或隔离层的衬底；导电层(透明或不透明)、衬底或粘合剂；阳极层、阳极层的衬底或粘合剂；阴极层，阴极层的衬底或粘合剂；有源矩阵层、有源矩阵层的衬底或粘合剂；无源矩阵层、无源矩阵层的衬底或粘合剂；触摸屏层、触摸屏的衬底或触摸屏层的粘合剂。在另一个实施例中，除了在波导条件下传播光之外，基于薄膜的光导还用作上述层中的一个或多个层。
在一个实施例中，基于薄膜的光导前光设置在触摸屏膜和反射型空间光调制器之间。在另一个实施例中，触摸屏薄膜设置在基于薄膜的光导和反射型空间光调制器之间。在另一个实施例中，反射型空间光调制器、基于薄膜的光导前光和触摸屏都是基于薄膜的设备，并且各个薄膜可以层压在一起。在另一个实施例中，用于触摸屏设备或显示设备的透光导电涂层被涂覆在基于薄膜的光导前光上。在另一个实施例中，基于薄膜的光导物理耦合到显示器或触摸屏的柔性电连接器。在一个实施例中，柔性连接器是“柔性电缆”、“软性电缆”、“带状电缆”或“柔性线束”，包括橡胶薄膜、聚合物薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜或其他合适的薄膜。
在一个实施例中，反射型显示器包括一个或多个基于薄膜的光导，这些基于薄膜的光导设置在选自以下组的一个或多个区域内或附近：触摸屏层与反射型光调制像素之间的区域、触摸屏层的观察侧上的区域、漫射层和反射型光调制像素之间的区域、反射型显示器中漫射层的观察侧、漫射层和光调制像素之间的区域、漫射层和反射元件之间的区域、光调制像素与反射元件之间的区域、部件的衬底或光调制像素的观察侧、反射型显示器、滤色器与空间光调制像素之间、滤色器的观察测、滤色器和反射元件之间、滤色器的衬底、光调制像素的衬底、触摸屏的衬底、保护透镜和反射型显示器之间的区域、光提取层和光调制像素之间的区域、光提取层的观察侧上的区域、粘合剂与反射型显示器的部件之间的区域、以及反射型显示器的两个或多个部件之间的区域，如现有技术所知。在前述实施例中，基于薄膜的光导可在光导的一个或多个表面上包括体积光提取特征或光提取特征，并且光导可包括一个或多个光导区域、一个或多个包覆物区域或一个或多个粘合区域。
在一个实施例中，基于薄膜的光导折叠在反射型空间光调制器后方的反射型空间光调制器的有效区域的第一边缘周围，并且选自以下组的一者或多者：触摸屏连接器、触摸屏薄膜衬底、反射型空间光调制器连接器和反射型空间光调制器薄膜衬底被折叠至第一边缘、与第一边缘基本正交的第二边缘或与第一边缘相对的边缘的后方。在前述实施例中，光导区域、光混合区域或耦合光导的一部分包括折叠的弯曲区域，并且可以延伸超过反射型空间光调制器柔性连接器、反射型空间光调制器衬底、触摸屏柔性连接器或触摸屏柔性衬底。
光发射设备
在一个实施例中，光发射设备包括：具有光导折射率nDL的光导材料的薄膜光导，该薄膜光导包括主体，该主体具有第一表面和相对的第二表面；从该主体延伸的多个耦合光导，该多个耦合光导中的每个耦合光导均具有端部，该多个耦合光导折叠并堆叠使得该多个耦合光导的端部限定光输入表面；薄膜的主体包括：包括具有第一折射率nD1的第一材料的第一包覆物层，包括具有第二折射率nD2的第二材料的第二包覆物层，其中，nDL>nD2>nD1；光学耦合到光导的主体的多个低角度导向特征；光学耦合到光导的多个光转向特征，其中在全内反射下在光导内以第一角度传播的光被该低角度导向特征重导向到小于芯光导层与第二层之间的界面的临界角的第二角度，一部分重导向的光通过该界面传播并通过光转向特征重导向到与薄膜的厚度方向成30度以内的角度。
在该实施例中，例如通过低角度导向特征而经历低角度光重导向的在光发射区域的基于薄膜的光导的芯层或区域内传播的光将优先从具有第二折射率的一侧泄漏或离开光导的芯层或区域，这是因为该侧的折射率高于第一折射率并且临界角更高。在该实施例中，从高于临界角的角度偏离到薄膜表面(或芯层界面)的法线的较小角度的光将首先通过与包覆物层或区域光学耦合的芯层或区域一侧的临界角边界，该芯层或区域的折射率比芯区域或芯层的相对侧上的包覆物层或区域的折射率更高。
在一个实施例中，低角度导向特征被配置为使光偏离入射角的总偏离角小于最大第一总偏离角θf，遵循以下等式：θf＝θc2-θc1，其中θc2是芯层或区域与第二包覆物层或区域之间的临界角，并且也可以表示为θc2＝sin-1(nD2/nDL)，并且θc1是芯层或区域与第一包覆物层或区域之间的临界角，并且可以表示为θc1＝sin-1(nD1/nDL)。在另一个实施例中，低角度导向特征被配置为提供最大总偏离角θmax，最大总偏离角小于最大第一总偏离角的110％或θmax<1.1×θf。在另一个实施例中，低角度导向特征被配置为提供平均第一总偏离角θfave，其与入射角成θfave＝θc2-θc1。在另一个实施例中，低角度导向特征被配置为提供平均总偏离角θave，平均总偏离角小于平均第一总偏离角的110％或θave<1.1×θfave。
例如，在一个实施例中，第一材料具有nD1＝1.4的折射率，第二材料具有nD2＝1.5的折射率，并且芯层或区域材料具有nDL＝1.6的折射率。在该示例中，低角度导光特征包括成角度的反射表面，其中该表面的角度导致小于θf的总光偏差，从而使光优先通过较高折射率的包覆物层或区域离开光导的芯层。在此示例中，θc1＝61度，θc2＝70度，因此，用于最佳耦合到第二包覆物区域的最大第一总偏离角小于9度。由于从有角度的表面反射的光的总偏离角是特征的角度的两倍，因此在该特征处特征的角度被选择为相对于与薄膜厚度方向垂直的方向小于4.5度在一个实施例中，在接收在光导内传播的光的反射性低角度导向特征的表面的特征处，相对于与薄膜厚度方向垂直的方向的平均角度小于/>度或小于1.1倍的/>度。在另一个实施例中，基于薄膜的光导的芯层或区域的厚度小于100微米，并且低角度导向特征在一个单次相互作用(例如单次反射或单次折射)中导向(例如，诸如通过反射或折射)小于选自以下组的一者：入射光的100％、80％、60％、40％、30％、20％、10％和5％。在另一个实施例中，在光导内传播的与低角度光导向特征相互作用并传播到光转向特征的光，在到达光转向特征前与平均多于1、2、3、4、5、10、15或20个低角度导向特征相互作用。
在一个实施例中，光发射区域在从光发射区域的第一侧向第二侧传播的光的方向上的长度与光发射区域的平均厚度之比大于选自以下组的一者：300、500、1000、5,000、7,000、10,000、15,000和20,000。
LCD背光或前光
在一个实施例中，发光显示器的背光或前光包括光源、光输入耦合器和光导。
在一个实施例中，前光或背光照亮选自以下组的显示器或空间光调制器：透射型显示器、反射型显示器、液晶显示器(LCD)、基于MEM的显示器、电泳显示器、胆甾型显示器、时分多路光学快门显示器、彩色顺序显示器、干涉式调制器显示器、双稳态显示器、电子纸显示器、LED显示器、TFT显示器、OLED显示器、碳纳米管显示器、纳米晶体显示器、头戴式显示器、平视显示器、分段显示器、无源矩阵显示器、有源矩阵显示器、扭曲向列显示器、面内切换显示器、高级边缘场切换显示器、垂直对齐显示器、蓝相模式显示器、天顶双稳态器件、反射型LCD、透射型LCD、静电显示器、电润湿显示器、双稳态TN显示器、微杯EPD显示器、光栅对齐的天顶显示器、光子晶体显示器、电流体显示器和电致变色显示器。
在一个实施例中，适合与液晶显示面板一起使用的背光或前光包括至少光源、光输入耦合器和光导。在一个实施例中，背光或前光包括单个光导，其中液晶面板的照明是白色的。在另一个实施例中，背光或前光包括多个光导，所述多个光导被设置为接收来自具有两个不同色谱的至少两个光源的光，使得它们发出两种不同颜色的光。在另一个实施例中，背光或前光包括单个光导，该单个光导被设置为接收来自具有两个不同色谱的至少两个光源的光，使得它们发射两种不同颜色的光。在另一个实施例中，背光或前光包括单个光导，该单个光导被设置为接收来自红色、绿色和蓝色光源的光。在一个实施例中，光导包括多个光输入耦合器，其中光输入耦合器以不同的波长光谱或颜色将光发射到光导中。在另一个实施例中，发射两种不同颜色或波长光谱的光的光源被设置为将光耦合到单个光输入耦合器中。在该实施例中，可以使用多于一个光输入耦合器，并且可以通过调制光源来直接控制颜色。
在另一个实施例中，光发射设备包括多个光导(例如，红色、绿色和蓝色光导)，该多个光导被设置为接收来自多个光源的光，该多个光源发射具有不同波长光谱的光(因此具有不同色的光)并从与空间光调制器(例如LCD面板)的不同颜色的子像素相对应的基本上不同的区域发射光，并且还包括多个光重导向元件，该多个光重导向元件被设置为将光从光导重导向到空间光调制器。例如，每个光导可包括在光导和空间光调制器之间的包覆物区域，其中诸如微透镜之类的光重导向元件设置在光导和空间光调制器上的光提取特征之间，并且将光引导朝向具有FWHM小于60度的空间光调制器、具有FWHM小于30度的空间光调制器、具有自空间光调制器输出表面的法线的50度以内射出光的光轴的空间光调制器、具有自空间光调制器输出表面的法线的30度以内射出光的光轴的空间光调制器、或具有自空间光调制器输出表面的法线的10度以内射出光的光轴的空间光调制器。在另一个实施例中，光重导向元件被布置在多个光导和空间光调制器之间的区域内，以减小从多个光导发射的光的FWHM。
反射型显示器
在一个实施例中，制造显示器的方法包括：通过将耦合光导彼此分离使得它们与薄膜的光导区域保持连续并且在耦合光导的末端包括边界边缘，从而从包括芯区域和包覆物区域的薄膜的光导区域中形成耦合光导阵列；折叠该多个耦合光导，使得边界边缘堆叠；将来自光源的光导向到堆叠的边界边缘，使得来自光源的光通过全内反射在芯区域内传播穿过耦合光导和薄膜的光导区域；在薄膜的光导区域的光发射区域中的芯层之上或之内形成光提取特征；在耦合光导和光发射区域之间的光导区域的光混合区域中，在包覆物区域上设置光提取区域或将光提取区域光学耦合到包覆物区域；以及将光发射区域设置成邻近反射型空间光调制器。
本文公开的光导可以用于照亮反射型显示器。在一个实施例中，反射型显示器包括第一反射表面和包括多个耦合光导的基于薄膜的光导。在该实施例中，反射型显示器可以是漫反射型空间光调制器或镜面反射型空间光调制器。例如，漫反射型空间光调制器可包括反射型显示器，例如基于电泳颗粒的反射型显示器，而镜面反射型空间光调制器可包括具有镜面反射后电极的反射型LCD。反射型空间光调制器、或光发射设备的部件、光导或位于其中的涂层或层可包括光散射或漫射表面或体积光散射颗粒或区域。
在一个实施例中，光发射设备是用于包括反射型显示器的手表的前光。在另一个实施例中，在与光导或光发射区域的显示器的厚度方向正交的平面中的最大尺寸小于选自以下组的一者：100、75、50、40、30和25毫米。
光发射设备的模式
在另一个实施例中，光发射设备包括选自以下组的一个或多个模式：正常观看模式、白天观看模式、高亮度模式、低亮度模式、夜间观看模式、夜视或NVIS兼容模式、双显示模式、单色模式、灰度模式、透明模式、全色模式、高色域模式、色彩校正模式、冗余模式、触摸屏模式、3D模式、场序彩色模式、隐私模式、视频显示模式、照片显示模式、警报模式、夜灯模式、紧急照明/标志模式。
其他设备
在一个实施例中，基于薄膜的光导照亮显示器、相位调制设备、光通信设备的部件、医疗设备的部件或分析设备的部件。在另一个实施例中，设备包括基于薄膜的光导，并且该一个或多个光源发射在整个面积或用于基于薄膜的光导的光输入耦合器的光输入表面积的一个或多个子区域具有恒定相位波前的光、均匀相位波前的光、预定相位波前的光、补偿相位波前的光或可调相位波前的光。在一个或多个实施例中，离开光发射设备的光发射区域的光从空间调制设备(相位和/或幅度)反射或透射通过空间调制设备(相位和/或幅度)，并且可以穿过或可以不穿过光导的一个或多个区域(例如光发射区)。如果来自调制设备的光通过光导返回，则调制元件可能会预先补偿由于穿过光导而引起的相位或幅度变化，从而产生预定的相位或幅度输出(例如均匀的恒定相位波前)。
空间变化显示
在一个实施例中，显示装置包括基于薄膜的光导，其中从光发射区输出的光向幅度或相位空间光调制器提供照明。
在另一个实施例中，空间光调制器被定位成对从基于薄膜的光导的光发射区接收的光进行空间调制(幅度或相位)，其中调制光可以穿透过空间光调制器(透射型空间光调制器)或从空间光调制器(反射型空间光调制器)反射。对于反射型空间光调制器，可以将基于薄膜的光导定位成使得经空间光调制器进行空间调制和反射的光穿过基于薄膜的光导返回(例如，穿过基于薄膜的光导的光发射区域返回)。
多个光发射区或显示器
在一个实施例中，光发射设备包括两个或更多个由具有选自以下组的一种或多种性质的区域限定的光发射区或显示器：发射不同的色域；在显示器的不同功能区内发光；发出具有不同角度特性的光；发光以照亮按钮、键、键盘区域或其他用户界面区域；具有不同的大小或形状；以及定位在设备的不同侧面或表面上。在一个实施例中，光发射设备包括具有不同使用模式或不同照明模式的两个或更多个光发射区域。
在一个实施例中，设备包括在光发射设备的有效区域的平面上在空间上分开的两个或更多个光导，使得它们可以被独立地照亮。在该实施例中，例如，与光导的具有光输入耦合器的侧面相对的一个或多个光导的边缘可以包括光反射或吸收涂层，以防止光离开这个光导并进入相邻的光导。在一个实施例中，空间上分离的光导允许发光显示设备具有基本均匀的厚度。
反射型剥离衬
在一个实施例中，前光包括定位在反射型剥离衬和基于薄膜的光导之间的包覆物层。在一个实施例中，前光包括基于薄膜的光导，该光导包括提取光的光提取特征(和任选的低角度导向特征和/或光转向特征)，这些光提取特征将光引导到光导的光发射区域中的包覆物层中，在包覆物层内以相对于包覆物层表面法线的峰值发光强度低角度朝向反射型剥离衬，该反射型剥离衬将光反射回穿过光导并从光导的另一侧反射出去，使得可评估光发射区域中的空间照度均匀度以进行质量控制(例如空间照度均匀度或颜色均匀度，或角度照度均匀度或颜色均匀度)。在本实施例中，包覆物层中相对于包覆物层表面法线的峰值发光强度低角度选自以下组的一者：小于5度、小于10度、小于15度、小于20度、小于30度、小于40度、介于5度和40度之间、介于5度和30度之间、介于10度和40度之间以及介于10度和30度之间。在一个实施例中，位于反射型剥离衬和基于薄膜的光导之间的包覆物层是压敏粘合剂。在另一个实施例中，反射型剥离衬包括基于硅树脂或含氟聚合物的涂层和反射型衬底例如包括涂层、空隙和/或漫射颗粒以提供反射性和/或漫射的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜。在一个实施例中，在将薄膜层压或粘结到反射型空间光调制器例如反射型液晶显示器或反射型电泳显示器之前，从前光移除反射型剥离衬。
反射型剥离衬结构
在一个实施例中，反射型剥离衬包括剥离层(也称为剥离剂)和载体材料或层。在一个实施例中，包括一个或多个薄膜层的卷包括反射型剥离衬薄膜。在另一个实施例中，包括一个或多个薄膜层的卷包括反射型剥离衬薄膜，该反射型剥离衬薄膜光学耦合和/或层压到包覆物层和/或粘合剂层，该包覆物层和/或粘合剂层可光学耦合到基于薄膜的光导。在一个实施例中，反射型剥离衬包括反射层或材料。在一个实施例中，剥离层的表面能小于选自以下组的一者：10、15、20、25、30、40和50达因每厘米。在一个实施例中，剥离层与基于薄膜的光导的包覆物层(例如压敏粘合剂包覆物层)具有低剥离强度粘合、静态粘结或其他低强度粘结。在一个实施例中，剥离层对包覆物层的ASTM D 903-98(修改为72小时停留时间)剥离强度小于选自以下组的一者：0.766牛顿每毫米(N/mm)、0.547N/mm、0.438N/mm、0.328N/mm、0.219N/mm和0.109N/mm。在一个实施例中，反射型剥离衬包括材料组合物的厚涂层，而没有载体材料或层。例如，在一个实施例中，反射型剥离衬包括直接涂覆到包覆物层上的剥离层，例如粘结到基于薄膜的光导的压敏粘合剂。在该实施例中，光导和/或包覆物层可形成剥离层的载体，并且剥离层可提供保护(例如免于处理或防止在粘结到反射型空间光调制器层的粘结步骤之前刮擦包覆物层或粘附到包覆物层)，并且还可提供反射特性以有助于质量评估。在一个实施例中，剥离层的厚度大于选自以下组的一者：20、50、75、100、150、200、300和400微米。在另一个实施例中，剥离层足够薄，使得涂层的不均匀度不会为质量控制评估引入照度或颜色伪影。在一个实施例中，反射型剥离衬的剥离层的厚度小于选自以下组的一者：20微米、10微米、5微米、2微米、1微米、500纳米、300纳米、200纳米、100纳米、50纳米、25纳米和15纳米。在另一个实施例中，载体层厚度大于选自以下组的一者：20、50、75、100、150、200、300和400微米。在一个实施例中，反射型剥离衬包括薄膜(例如挤出薄膜)，在该薄膜和基于薄膜的光导的包覆物层之间没有剥离层。在该实施例中，例如，反射型剥离衬可以是具有低表面能的白色、灰色、镜面反射或部分镜面反射薄膜(例如含氟聚合物薄膜)，其折射率可等于或高于包覆物层(例如专门设计的高折射率硅树脂、含氟聚合物或其他低表面能材料或光学薄膜和LED密封剂行业中已知的添加剂)。在一个实施例中，反射型剥离衬包括含有低表面能材料基体的薄膜，该基体包括高折射率材料(例如陶瓷或氧化物，例如二氧化钛)的域，这些域也为材料提供反射特性。
在一个实施例中，剥离层包含选自以下组的一种或多种材料：甲基氢聚硅氧烷、乙烯基聚二甲基硅氧烷、烷基支链聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、乙酰氧基官能倍半硅氧烷、环氧官能倍半硅氧烷、反应性硅烷酯、催化剂、有机表面处理二氧化硅和含氟聚合物。
在一个实施例中，剥离层包含选自以下组的一种或多种材料：热固性含氟聚合物、挤出的含氟聚合物(例如美国专利5,807,632中公开的那些)、基础聚合物和包含氟代脂肪族基团的部分的接枝共聚物和可取向的剥离层。
在一个实施例中，氟代脂肪族基团可以衍生自包含氟代脂肪族基团和自由基反应性双键的含氟化合物烯烃。接枝通过自由基反应性双键发生。在本说明书和权利要求中，提及通过双键接枝的氟代脂肪族基团表示存在这种饱和连接，而并不表示在接枝部分中存在烯烃不饱和，因为其掺入接枝共聚物中。含氟聚合物剥离材料还可包括添加剂，例如填料、染料、紫外线吸收剂或稳定剂，例如抗氧化剂和自由基清除剂。可接枝到基础聚合物的含氟化合物包括已知的含氟化合物烯烃，其包含氟代脂肪族基团和自由基反应性双键。适用于一些实施例中的含氟化合物烯烃包括美国专利5,314,959(Rolando)、美国专利3,876,729(Mueller)、美国专利4,100,225(Mueller)和美国专利4,666,991(Matsui)中引用的那些。在一个实施例中，反射型剥离衬包括有机氟剥离涂层，例如在WIPO PCT公布WO/2018/005109中描述的涂层。
在一个实施例中，反射型剥离衬是具有对包覆物的低剥离强度的单层材料并且包括反射材料。例如，在一个实施例中，剥离衬是单层含氟聚合物(或硅树脂)薄膜，其包含反射性散射光的第二材料的分散相域。在一个实施例中，可对要光学耦合到包覆物层的单层反射型剥离衬的表面进行改性，以提供对包覆物层的足够低剥离强度的粘合，例如使用离子束照射电离表面、化学处理表面(例如使用氢氧化钠进行表面水解)、碳化表面或等离子处理表面。在另一个实施例中，提供对包覆物层的低剥离强度粘合的表面处理(例如，用于在层压或粘结到反射型显示器之前移除)还在反射型剥离衬上提供表面浮雕，该表面浮雕针对照明检查提供漫射散射和/或反射散射。例如，单层材料还可以包括其他无机域或无机材料以增加薄膜的整体折射率。
反射型剥离衬的光学特性
在一些实施例中，具有非常高的白色漫反射率的反射型剥离衬将具有降低的对比度，以用于识别潜在的光学缺陷或伪影以进行质量控制。在一些实施例中，具有非常高吸收的剥离衬将不允许足够的光反射来确定光学缺陷或伪影。剥离衬的反射特性可主要由于剥离层、载体层、光学耦合到剥离衬的层或其组合的反射特性而获得。在一个实施例中，反射型剥离衬、剥离层或反射型剥离衬的载体层具有漫反射率d/8，该漫反射率包括镜面反射分量(DR-SCI)，使用Minolta CM-508d光谱仪测量，并且大于选自以下组的一者：10％、20％、30％和40％。在一个实施例中，反射型剥离衬具有漫反射率d/8，该漫反射率包括镜面反射分量(DR-SCI)，使用Minolta CM-508d光谱仪测量，并且小于选自以下组的一者：50％、60％、70％、80％和90％。例如，在一个实施例中，反射型剥离衬具有包括镜面分量的、大于20％并且小于80％的漫反射率d/8。
在一个实施例中，反射型剥离衬、剥离层或反射型剥离衬的载体层具有漫反射率d/8，该漫反射率排除镜面反射分量(DR-SCE)，使用Minolta CM-508d光谱仪测量，并且大于选自以下组的一者：10％、20％、30％和40％。在一个实施例中，反射型剥离衬、剥离层或反射型剥离衬的载体层具有漫反射率d/8，该漫反射率排除镜面反射分量(DR-SCE)，使用Minolta CM-508d光谱仪测量，并且小于选自以下组的一者：50％、60％、70％、80％和90％。例如，在一个实施例中，反射型剥离衬、剥离层或反射型剥离衬的载体层具有排除镜面分量的、大于20％并且小于80％的漫反射率d/8。
如本文所定义的镜面反射率是从由发射峰值波长为532纳米的光的激光器照亮的表面反射的、在以反射光的光轴为中心的10度(全角度)锥内的光的百分比。这可以通过使用积分球来测量，其中积分球的孔径开口定位在距反射点一定距离处，使得捕获光的角度范围为10度全角度。百分比反射是根据具有已知镜面反射率的反射率标准、具有极低散射水平的反射率标准、薄膜或物体来测量的。在一个实施例中，反射型剥离衬、剥离层或反射型剥离衬的载体层具有根据ASTM E 1164-07和ASTM E 179-12在di/0几何形状中测量的漫反射率，其大于选自以下组的一者：10％、20％、30％和40％，并且小于选自以下组的一者：50％、60％、70％、80％和90％。
剥离层的折射率
在一个实施例中，反射型剥离衬的剥离层的折射率等于或大于包覆物层(例如压敏粘合剂)的折射率。在一些配置中，如果反射型剥离衬的折射率小于包覆物层的折射率，则当包覆物层光学耦合到反射型空间光调制器时，光在包覆物内传播的、被光提取特征(或低角度转向特征和/或光转向特征)重导向的一部分将在包覆物层-剥离层界面处全内反射，并且可能无法代表照明轮廓，从而阻碍光学质量控制评估。在一些实施例中，在包覆物层中传播的光的峰值强度与包覆物层的外表面成小角度，使得与以相对于表面法线成更高角度的峰值强度传播的光相比，折射率低于包覆物的剥离层对照明轮廓的影响可以忽略不计或降低。在一个实施例中，剥离层的折射率(nR)和相邻包覆物的折射率(nclad)之间的差值nR-nclad大于选自以下组的一者：-0.1、-0.05、-0.04、-0.03、-0.02、-0.01、0.0、0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.08和0.1。在一个实施例中，被光提取特征、低角度导向特征和/或光转向特征重导向的在包覆物层中传播的光的峰值强度小于选自以下组的一者：相对于包覆物外表面(与芯层相对的表面)的法线成40、20和15度，并且剥离层的折射率(nR)大于包覆物的折射率(nclad)并且/或者包覆物的折射率(nclad)和剥离层的折射率(nR)之间的差值nR- nclad 大于选自以下组的一者：0.0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05和0.1。例如，在一个实施例中，包覆物层是丙烯酸酯基压敏粘合剂，使用阿贝折射计在钠D线处测得的折射率为1.47，并且反射型剥离衬的剥离层是折射率等于或大于1.47的高折射率硅氧烷(或硅树脂)涂层(例如包含纳米颗粒或金属氧化物例如二氧化钛域的硅氧烷涂层、含有苯基的硅氧烷或包含双环基团的改性硅氧烷材料、线性降冰片基-硅氧基硅氧烷、降冰片基环状硅氧烷、降冰片烷甲基硅氧烷或降冰片烷环状硅氧烷)。在另一个实施例中，包覆物层是硅树脂基压敏粘合剂，使用阿贝折射计在钠D线处测得的折射率为1.47，并且反射型剥离衬的剥离层是折射率等于或大于1.47的高折射率硅氧烷(或硅树脂)涂层(例如包含纳米颗粒或金属氧化物例如二氧化钛域的硅氧烷涂层、含有苯基的硅氧烷或包含双环基团的改性硅氧烷材料、线性降冰片基-硅氧基硅氧烷、降冰片基环状硅氧烷、降冰片烷甲基硅氧烷、降冰片烷环状硅氧烷、硅树脂烷或聚硅氧烷和含硫蒽单元的聚氧乙烯)。在一个实施例中，剥离层被包覆物层浸透。如本文所用，“浸透”是指两个层光学耦合并彼此接触，使得大于80％的入射光以垂直于界面的方向传播穿过界面(例如，由激光器在532纳米的峰值波长下测试时)。在一个实施例中，剥离层包含基质材料(例如硅氧烷或含氟聚合物)和折射率高于基质材料折射率的材料的域或添加剂，使得域或添加剂的平均尺寸大于100纳米，并有助于产生足够的雾度(例如ASTM D1003-00雾度大于5％、10％或20％)或可用于评估光学缺陷的从剥离层的反射散射。在一个实施例中，反射型剥离衬的剥离层具有散射性(例如ASTM D1003-00雾度大于5％、10％或20％)，并且载体层是吸光的(例如黑色PET载体薄膜)，使用Minolta CM-508d光谱仪测量的包括镜面反射分量(DR-SCI)的漫反射率d/8小于选自以下组的一者：10％、8％、6％、5％、4％、3％和2％。在该实施例中，例如，来自包覆物层的光的一部分可以通过剥离层中的散射而被反射散射，并且这可以针对载体层的暗或光吸收背景进行评估。在另一个实施例中，载体层可以包括吸光PET材料(例如灰色着色或染色的聚酯和镜面反射层、漫反射层或具有漫反射镜面反射分量的层)。在另一个实施例中，反射型剥离衬包括提供散射的表面浮雕结构，该表面浮雕结构在载体层或光学耦合到载体层的层的一个或多个表面上。在一个实施例中，剥离层或反射型剥离衬具有小于20％、10％或5％的雾度(例如根据ASTMD1003-00测量的雾度)。在一个实施例中，由于不均一或不均匀的剥离层涂层厚度或性质，反射型剥离衬的剥离层的低雾度值降低了任何潜在的照度均匀度或颜色空间均匀度或角度照度均匀度或辐射均匀度。在一个实施例中，反射型剥离衬包括漫反射薄膜，例如通常用于没有内部反射器(反射电极)的反射型LCD中的那些漫反射薄膜。在一个实施例中，从反射型剥离衬反射的光的峰值强度角度与入射光的峰值强度角度处于镜面反射角(因此，光以入射角的负角反射)。在一个实施例中，离开包覆物层的光的峰值强度是离轴的(在包覆物层中与包覆物层外表面的表面法线成大于0度的角度)并且从反射型剥离衬反射的光旋转到与镜面反射角度不同的角度。在本实施例中，强度角从镜面反射角(入射角的负角)朝向或远离反射衬薄膜表面的法线旋转。在一个实施例中，反射型剥离衬包括剥离层(该剥离层可具有低雾度，(例如根据ASTM D1003-00的雾度小于5％)并且可以是透明的且透射率大于85％)；载体层，该载体层具有低雾度(例如根据ASTM D1003-00的雾度小于5％)的层并且可以是透明的且透射率大于85％，或者是有色的(例如灰色的)且根据ASTM D1003-00测量的透射率小于80％)；和反射层(例如双轴取向的白色聚酯或聚丙烯薄膜)和任选的粘合剂层或涂层。在一个实施例中，反射型剥离衬包括印刷图案(例如棋盘图案或具有交替高反射率(例如使用Minolta CM-508d光谱仪测量的包括镜面反射分量(DR-SCI)的漫反射率d/8，大于选自以下组的一者：60％、70％、80％、85％和90％)区域和低反射率区域(例如与基本透明区域相邻的白色反射区域，没有印刷油墨并且具有低雾度值)的图案。在一个实施例中，反射型剥离衬的剥离层包含有助于剥离特性或提供剥离特性(例如如上所述的低剥离强度)的油墨。在一个实施例中，剥离衬包括一个或多个层，该一个或多个层包括一个或多个光反射或折射光学特征，这些光学特征将光重导向远离镜面反射角(该角度等于入射角的负值)，并且任选地包括镜面反射层。
照明检查技术
在一个实施例中，通过以下方式检查具有光学耦合到包覆物层的反射型剥离衬的基于薄膜的光导：用相机将光耦合穿过从薄膜的光导区域延伸的条或耦合光导的末端，或使用面耦合技术将光耦合穿过基于薄膜的光导的面，进入基于薄膜的光导的边缘中，使得光在光发射区域中从光导被提取出朝向反射型剥离衬，从反射型剥离衬反射，返回穿过包覆物层、芯层(可选地穿过第二包覆物层或其他薄膜)，并从基于薄膜的光导出来，以通过成像系统(例如线扫描相机或可以校准为成像光度计的传统二维成像相机)来评估角度和/或空间照度或辐射均匀度(或其他照明质量测试指标)。成像系统可以检测光学缺陷，例如从被困气泡、颗粒或异物散射的光、缺失或畸形的折射或反射提取特征、低角度导向特征或光转向特征，包括一个或多个层或特征中的畸形印刷区域、峰或谷，或相对于输入表面或一个或多个条或耦合光导未对准的光源。在一个实施例中，基于2001年6月1日的VESA平板显示测量标准2.0版评估一个或多个角度下的空间照度或辐射均匀度。在另一个实施例中，照明质量测试在与照明检查系统串联的薄膜卷材上进行，其中条或耦合光导不在薄膜中形成、切割或部分切割，或者条或耦合光导在膜中切割并折叠和堆叠以可选地接收穿过光输入表面的光。
用于照明质量测试的边缘耦合光
在一个实施例中，用于前光的基于薄膜的光导的光学质量测试(例如照明质量测试)的方法包括将光耦合穿过基于薄膜的光导的边缘，该基于薄膜的光导在芯层和反射型剥离衬之间包括包覆物层。在该实施例中，测试光(例如来自LED光源)可以耦合到薄膜的一个或多个侧边或端部边缘中；耦合到薄膜的边缘中，在其中要形成条或耦合光导的区域中；耦合到薄膜的边缘中，在其中形成条或耦合光导的区域中；耦合到在折叠和堆叠之前从薄膜的光导区域延伸的条或耦合光导的端部或边界边缘中；或耦合到在折叠和堆叠以形成光输入表面之前或之后从薄膜的光导区域延伸的条或耦合光导的端部或边界边缘中。测试照明光可以是准直的，在包括薄膜的厚度方向的平面中或者在与薄膜的厚度方向正交的方向的薄膜或平面中具有小于选自以下组的至少一者：80、60、40、30和20度的半峰全角宽度。
用于照明质量测试的面耦合照明
在一个实施例中，用于前光的基于薄膜的光导的光学质量测试(例如照明质量测试)的方法包括将光耦合穿过包括基于薄膜的光导的薄膜面，该基于薄膜的光导在芯层和反射型剥离衬之间具有包覆物层。耦合光源可以是，例如，一个或多个发光二极管或光源、线性光源或线性光源的阵列(例如具有可减小半峰全角宽度的准直光学器件的线性LED阵列)和一个或多个光学元件(例如棱镜或透明辊)将光以在全内反射条件下传播通过芯层的角度导向耦合到薄膜的芯层中。在一个实施例中，在面耦合输入耦合区域中的薄膜的光输入侧表面上不包括包覆物层的区域中，光被耦合到基于薄膜的光导的芯层中。在一个实施例中，反射型剥离衬在包覆物层上在超出光导的光发射区域的区域中延伸，并被穿过薄膜的相对表面的光照射，使得从反射型剥离衬反射的光的一部分耦合到基于薄膜的光导的芯层进入全内反射条件。在另一个实施例中，反射型剥离衬延伸经过光导的光发射区域到在反射型剥离衬和光导的芯层之间没有包覆物层的区域，并且反射型剥离衬光学耦合到芯层(例如通过粘结、按压或保持接触)，并且反射型剥离衬被穿过薄膜的相对表面的光照射，使得从反射型剥离衬反射的光的一部分耦合到基于薄膜的光导的芯层中在基于薄膜的光导的芯层内进入全内反射条件。例如，在一个实施例中，包覆物层是在基于薄膜的光导的芯层的横向方向上涂覆到中心区域上的压敏粘合剂层，并且反射型剥离衬在包覆物层上延伸超过中心区域。在该实施例中，反射型剥离衬可以在横向超出包覆物层的区域中(例如通过辊或张力)被压靠或保持在基于薄膜的光导的芯层上，并且被线性LED阵列照亮，该线性LED阵列平行于薄膜卷材的机器方向的线性布置，具有平行于卷材横向(横跨)方向定向的线扫描相机，以对从反射型剥离衬反射并返回穿过光导的包覆物层和芯层(以及可选的其他薄膜层)之后离开基于薄膜的光导的光的均匀度进行成像。在另一个实施例中，在没有包覆物层的区域中，穿过与光学耦合到白色或漫反射辊(例如白色硅树脂、乙烯基或橡胶辊)的面相对的面照射基于薄膜的光导，使得从辊反射的光的一部分在芯层内在全内反射条件下耦合到基于薄膜的光导的芯层中。在又一个实施例中，芯层或与芯层接触的表面或层包括衍射光栅或成角度的表面特征(例如一个棱镜或线性棱镜阵列)，这些特征以一定角度重导向入射光的一部分，使得入射光在基于薄膜的光导的芯层内在全内反射条件下在芯层内传播。在一个实施例中，用于照亮光导以控制照明质量或角度或空间照度或辐射均匀度(其可对应于照度均匀度)的一个或多个光源包括发射红色光、绿色光、蓝色光、紫外光、或红外光或其组合的一个或多个光源，例如将光发射到基于薄膜的光导的芯层中的蓝色LED和红外LED。在该实施例中，可以使用多于一种颜色或波长范围来评估不同的光学缺陷。除了潜在地控制该一个或多个光源的角度光输出轮廓(例如通过准直或角宽度减小透镜)和光谱输出(例如通过激发蓝色和/或红外发光二极管)之外，可以调整偏振状态使得对来自一个或多个光源的光进行改性(例如通过线性或圆偏振器)以产生在基于薄膜的光导的芯层内传播的光的一种或多种偏振状态。
相机或光探测器
在一个实施例中，检查来自基于薄膜的光导前光的光的照明轮廓的方法包括：通过将光以全内反射条件耦合到基于薄膜的光导的芯层中，使得光被一个或多个光提取特征、低角度转向特征和/或光转向特征重导向朝向反射型剥离衬，从反射型剥离衬反射，返回穿过包覆物层和芯层朝向成像器，从而对基于薄膜的光导的光发射区域进行成像，以确定角度或空间照度或辐射均匀度。在一个实施例中，相机的光轴垂直于薄膜表面定向，或与薄膜表面的法线成大于0度的角度。在另一个实施例中，相机的光轴相对于薄膜表面的法线定向成选自以下组的范围内的角度：0度到40度、5度到35度、以及10度到40度。在一个实施例中，使相机角度偏离薄膜表面法线允许在特定角度或角度范围进行测量，该特定角度或角度范围对应于当基于薄膜的光导前光层压或粘结到反射型空间光调制器的观察侧时，从反射型空间光调制器反射的光的峰值发光强度的角度(或由于前表面环境光眩光而导致的优选视角)。
光发射设备组装
在一个实施例中，使用层压和/或以下一种或多种方式，将基于薄膜的光导粘附至显示器、显示器的部件或光发射设备的其他部件：增加压力、增加热量、层压带涂层的层或区域、层压至相对位置保持元件、以及将粘合剂涂覆到衬底或部件上以及将一个部件与另一个部件接合。
在一个实施例中，粘合剂用作光导的芯区域和另一部件之间的包覆物，并减小由于光导接触RPME而被RPME吸收的光通量。在另一个实施例中，压敏粘合剂增加了基于薄膜的光导、光发射设备和/或显示器的屈服强度或冲击强度(例如，艾佐德或夏比冲击强度)。在一个实施例中，将粘合剂放置在光导和反射膜、相对位置保持元件的表面或被布置成接收来自光源的光并将其引导到耦合光导堆叠的输入表面中的光学部件之间。
背光、前光或光发射设备的照度均匀度
在另一个实施例中，将光发射到耦合光导的阵列中的光源包括两种或更多种不同颜色的光源(例如红色，绿色和蓝色LED)，并且沿着平行于耦合光导的阵列的线或垂直于在耦合光导内的锥面靠近耦合光源的一侧沿着耦合光导的长度运行的光的光轴的线上的，在VESA平板显示器测量标准版本2.0，(2001年6月1日，附录201，第249页)中所述的1976年u'，v'均匀色度标度上测量到的空间颜色不均匀度Δu'v'小于选自以下组的一者：0.2、0.1、0.05、0.01和0.004。在一个实施例中，被设置为将光发射到光输入表面中的两个光源的色差Δu'v'大于0.1，并且来自这两个光源的光的在耦合光导中的空间颜色不均匀度Δu'v'，在进入锥形区域之前小于0.1。
通过沿与耦合光导内传播的光的光轴正交的方向切割耦合光导，并且沿离开耦合光导的光的光轴定向的方向沿切割边缘放置光谱仪(或光谱仪的输入，诸如光纤收集器)，可以测量沿着耦合光导在特定位置上横穿耦合光导的光在空间上的颜色不均匀度。
在一个实施例中，光发射设备包括光源、光输入耦合器和基于薄膜的光导，其中根据VESA面板显示度量标准版本2.0(2001年6月1日)测量得到的光发射设备的光发射表面的9斑点空间照度均匀度大于选自以下组的一者：60％、70％、80％、90％和95％。在另一个实施例中，显示器包括空间光调制器以及包括光源、光输入耦合器和基于薄膜的光导的光发射设备，其中到达空间光调制器的光的9斑点空间照度均匀度(通过以下方式测量：将白色反射标准表面，例如Labsphere公司生产的Spectralon放置在空间光调制器本将接收光导的光的位置，并根据VESA平板显示器测量标准版本2.0(2001年6月1日)在9个斑点上测量从标准表面反射的光)大于选自以下组的一者：60％、70％、80％、90％和95％。在另一个实施例中，显示器包括空间光调制器以及包括光源、光输入耦合器和基于薄膜的光导的光发射设备，其中根据VESA平板显示器测量标准版本2.0(2001年6月1日)测量得到的显示器的9斑点空间照度均匀度大于选自以下组的一者：60％、70％、80％、90％和95％。
背光、前光或光发射设备的颜色均匀度
在一个实施例中，光发射设备包括光源、光输入耦合器和基于薄膜的光导，其中，在VESA平板显示器测量标准版本2.0(2001年6月1日，附录201，第249页)中所述的1976年u'，v'均匀色度标度上测量到的光发射设备的光发射表面的9斑点采样空间颜色不均匀度Δu'v'，当使用基于光谱仪的斑点显色计测量时为小于选自以下组的一者：0.2、0.1、0.05、0.01和0.004。在另一个实施例中，显示器包括空间光调制器以及包括光源、光输入耦合器和基于薄膜的光导的光发射设备，其中(通过将白色反射标准表面，例如Spectralon，放置在空间光调制器所在的位置以接收来自光导的光，并根据VESA平板显示器测量标准版本2.0(2001年6月1日，附录201，第249页)中所述的1976年u'，v'均匀色度标度进行测量)得到的到达空间光调制器的光的9斑点采样空间颜色不均匀度Δu'v'当使用基于光谱仪的斑点显色计测量时小于选自以下组的一者：0.2、0.1、0.05、0.01和0.004。在另一个实施例中，显示器包括空间光调制器以及包括光源、光输入耦合器和基于薄膜的光导的光发射设备，其中，按照根据VESA平板显示器测量标准版本2.0(2001年6月1日，附录201，第249页)中所述的1976年u'，v'均匀色度标度进行测量的显示器的9点采样空间色彩不均匀度Δu'v'，当使用基于光谱仪的斑点显色计测量时小于选自以下组的一者：0.2、0.1、0.05、0.01和0.004。
光发射设备发出的光的角度轮廓
在一个实施例中，从光发射设备的至少一个表面发射的光的角半峰全宽(FWHM)小于选自以下组的一者：120度、100度、80度、60度、40度、20度和10度。在另一个实施例中，从光发射设备的至少一个表面发射的光的角峰值强度在选自以下组的至少一个角度范围内：相对于光发射表面的法线成0-10度、20-30度、30-40度、40-50度、60-70度、70-80度、80-90度、40-60度、30-60度、0-80度。
制造光输入/输出耦合器的方法
在一个实施例中，光导和光输入或输出耦合器是由光透射薄膜形成的，方法是在薄膜中形成与耦合光导对应的段，并平移和弯曲这些段，使得多个段重叠。在另一个实施例中，耦合光导的输入表面被布置成通过耦合光导的平移以产生至少一个弯曲或折叠而产生集合的光输入表面。
薄膜制作
在一个实施例中，薄膜或光导是选自以下组的一者：挤出膜、共挤出膜、流延膜、溶剂流延膜、UV流延膜、压膜、注塑膜、刮涂膜、旋涂膜和涂层膜。在一个实施例中，在光导区域的一侧或两侧上共挤出一个或两个包覆物层。在另一个实施例中，在包覆物层和光导层的表面上或之间设置粘结层、粘合促进层、材料或表面改性。在一个实施例中，在薄膜形成过程中形成的耦合光导或其芯区域与薄膜的光导区域连续。例如，通过以隔开的间隔对薄膜的区域进行切片而形成的耦合光导可以形成与薄膜的光导区域连续的耦合光导。在另一个实施例中，可以通过在模具中注塑或浇铸材料来形成具有与光导区域连续的耦合光导的基于薄膜的光导，所述模具包括有耦合光导区域的光导区域并在耦合光导之间具有间隔。在一个实施例中，耦合光导和光导区域之间的区域是同质的并且没有界面性过渡例如但不限于气隙、折射率的微小变化、形状或输入-输出面积的不连续性以及分子量或材料成分的微小变化等。
在另一个实施方式中，选自以下组的至少一者：光导层、光透射薄膜、包覆物区域、粘合剂区域、粘合促进区域或防刮擦层，被涂覆在薄膜或光导的一个或多个表面上。在另一个实施例中，光导或包覆物区域被涂覆、挤出或以其他方式设置在载体薄膜上。在一个实施例中，载体薄膜允许选自以下组的至少一者：易于处理，较少的静电问题，使用传统纸或包装折叠设备的能力，表面保护(划痕、灰尘、折痕等)，有助于在切割操作期间获得光导的平坦边缘，紫外线吸收，运输保护以及使用具有更大范围的张力和平坦度或对齐调整的卷绕和薄膜设备。在一个实施例中，在涂覆薄膜之前、弯曲耦合光导之前、折叠耦合光导之后、添加光提取特征之前、添加光提取特征之后、印刷之前、印刷之后、转换过程之前或之后(进行进一步的层压、粘结、模切、打孔、包装等)、正准备安装之前、安装之后(当载体膜为外表面时)、以及从安装中移除光导的过程中，移除载体薄膜。在一个实施例中，一个或多个附加层在段或区域中被层压到芯区域(或耦合到芯区域的层)，使得薄膜中存在没有该一个或多个附加层的区域。例如，在一个实施例中，将用作包覆物层的光学粘合剂光学耦合到触摸屏衬底；并且使用光学粘合剂将触摸屏衬底光学耦合到基于薄膜的光导的光发射区域，从而使耦合光导没有包覆物层以提高输入耦合效率。
在另一个实施例中，在耦合光导的区域上切开或移除载体薄膜。在该实施例中，在从线性折叠区域移除载体薄膜之后，可以将耦合光导弯曲或折叠至更小的曲率半径。
相对位置保持元件
在一个实施例中，至少一个相对位置保持元件在第一线性折叠区域、第二线性折叠区域或第一和第二线性折叠区域的区域中基本上保持耦合光导的相对位置。在一个实施例中，相对位置保持元件邻近耦合光导的阵列的第一线性折叠区域设置，使得相对位置保持元件与耦合光导的组合提供足够的稳定性或刚度以，在第一线性折叠区域相对于第二线性折叠区域平移运动产生耦合光导的重叠集合和耦合光导中的弯曲部的过程期间，基本上保持光导元件在第一线性折叠区域内的相对位置。相对位置保持元件可以被粘附、夹持、设置为接触、设置为抵靠线性折叠区域或设置在线性折叠区域和光导区域之间。相对位置保持元件可以是至少在平移性步骤中的一个步骤期间粘附或保持在耦合光导、光混合区域、光导区域或薄膜的表面上的聚合物或金属部件。在一个实施例中，相对位置保持元件是聚合物条，其具有平坦的或锯齿状的齿，其附着到薄膜邻近耦合光导的第一线性折叠区域、第二线性折叠区域或第一和第二线性折叠区域两者的任意一侧。通过使用锯齿状的齿，齿可以通过提供成角度的向导来促进或有利于弯曲。在另一个实施例中，相对位置保持元件是具有第一夹具和第二夹具的机械装置，该机械装置将耦合光导在平行于与第一线性折叠区域平行的夹具的方向上保持在相对位置，并平移夹具的相对于彼此的位置，以使得第一线性折叠区域和第二线性折叠区域相对于彼此平移以产生重叠的耦合光导和耦合光导中的弯曲部。在另一个实施例中，相对位置保持元件在第一线性折叠区域、第二线性折叠区域或第一线性折叠区域和第二线性折叠区域两者中保持耦合光导的相对位置，并提供向耦合光导的端部上施加力的机构以使耦合光导至少在一个方向上平移。
在另一个实施例中，相对位置保持元件包括成角度的齿或区域，这些成角度的齿或区域在弯曲至少一个耦合光导时重新分配力，或者在至少一个耦合光导被弯曲或折叠之后保持力的均匀分配。
折叠和组装
在一个实施例中，在折叠或弯曲步骤期间，加热耦合光导以软化光导。在另一个实施例中，当耦合光导处于高于选自以下组的一者的温度时折叠耦合光导：50摄氏度、70摄氏度、100摄氏度、150摄氏度、200摄氏度和250摄氏度。
组装顺序
在一个实施例中，基于薄膜的光导包括耦合光导的阵列，并且在将基于薄膜的光导物理或光学耦合到光发射设备、显示器或其部件之前，将耦合光导的阵列折叠。在另一个实施例中，在将基于薄膜的光导物理或光学耦合到光发射设备、显示器或其部件之后，将耦合光导的阵列折叠。在另一个实施例中，光发射设备或显示器包括光输入耦合器，该光输入耦合器包括折叠堆叠的耦合光导的阵列，并且在将基于薄膜的光导层压到显示器之前或之后组装该光输入耦合器。在一个实施例中，显示器用作相对位置保持元件，并且在随后的折叠操作期间，将基于薄膜的光导粘附到显示器上保持耦合光导的相对位置。
以下是附图中示出的各种实施例的更详细描述。
图1是包括设置在基于薄膜的光导的一侧上的光输入耦合器101的光发射设备100的一个实施例的俯视图。光输入耦合器101包括耦合光导104和光源102，该光源被设置为通过包括耦合光导104的输入边缘的光输入表面103将光引导到耦合光导104中。在一个实施例中，每个耦合光导104在边界边缘处终止。折叠每个耦合光导，使得耦合光导的边界边缘被堆叠以形成光输入表面103。光发射设备100还包括光导区域106，该光导区域包括光混合区域105、基于薄膜的光导107和光发射区域108。来自光源102的光离开光输入耦合器101并进入薄膜的光导区域106。随着光传播通过基于薄膜的光导107，该光在空间上与来自光混合区域105内的不同耦合光导104的光混合。在一个实施例中，由于光提取特征(未示出)，光从光发射区域108中的基于薄膜的光导107发出。
图2是光输入耦合器200的一个实施例的透视图，其中耦合光导104沿-y方向折叠。来自光源102的光通过或沿着耦合光导104的光输入边缘204被引导到光输入表面103。来自光源102的光的一部分在耦合光导104内传播，其中在+y方向的方向分量将从耦合光导104的横向边缘203沿+x和-x方向反射，并且将从耦合光导104的顶表面和底表面沿+z和-z方向反射。耦合光导内传播的光被耦合光导104中的折叠201重导向朝向-x方向。
图3是光发射设备500的一个实施例的俯视图，其中两个光输入耦合器101设置在光导区域106的同一侧。在该实施例中，光源102被定向成光被基本引导为在+y和-y方向上彼此相对。
图4是被配置为发射红、绿和蓝光的光发射背光1000的一个实施例的俯视图。光发射背光1000包括红色光输入耦合器1001、绿色光输入耦合器1002和蓝色光输入耦合器1003，它们被设置为分别接收来自红色光源1004、绿色光源1005和蓝色光源1006的光。由于光提取特征1007，来自光输入耦合器1001、1002和1003中的每一个的光从光发射区域108发射，这些光提取特征将光的一部分重导向到更接近光导区域106内的表面法线的角度，使得因此光不保留在基于薄膜的光导107内，而是在光发射区域108中离开光发射背光1000。光提取特征1007的图案可以在x-y平面内或z方向的整个光导厚度上具有不同的大小、空间、间距、节距、形状以及位置。
图5是光发射设备1100的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括光输入耦合器101和基于薄膜的光导107，其中反射光学元件1101邻近包覆物层602设置，并且沿+y方向有光轴的光源1102被设置为将光引导到耦合光导104中。来自光源1102的光通过光输入耦合器101内的耦合光导104，通过光混合区域105，并通过基于薄膜的光导107的芯层601在光导区域106的光发射区域108内传播。参照图5，到达光提取特征1007的第一部分光1104以小于临界角的角度朝向反射光学元件1101重导向，使得光可以离开基于薄膜的光导107，从反射光学元件1101反射，通过基于薄膜的光导107返回，并穿过光发射区域108的光发射表面1103离开基于薄膜的光导107。到达光提取特征1007的第二部分光1105以小于临界角的角度朝向光发射表面1103重导向，离开基于薄膜的光导107，并穿过光发射区域108的光发射表面1103离开基于薄膜的光导107。
图6是光发射设备1500的一个实施例的透视图，其中，基于薄膜的光导107的光混合区域105包裹相对位置保持元件1501以及从基于薄膜的光导107延伸的并沿y方向堆叠的耦合光导104的堆叠。相对位置保持元件1501在折叠期间和/或折叠之后基本上保持耦合光导104的相对位置。光源102可操作地耦合到相对位置保持元件1501，并且将光引导到耦合光导104的光输入边缘204中，以使得光传播穿过耦合光导104，穿过包裹在耦合光导104的光混合区域105，并且在光发射区域108中离开基于薄膜的光导107。光源102可以例如通过粘附、夹紧、物理约束或另一种合适的物理耦合装置或方法可操作地耦合到相对位置保持元件1501。类似地，一个或多个耦合光导104、基于薄膜的光导107或基于薄膜的光导107的区域，例如光混合区域105，可以粘附或以其他方式可操作地耦合到相对位置保持元件1501。可操作地耦合光发射设备1500的一个或多个元件可以减小设备的总体积，减少污染物进入部件之间的区域的可能性，并防止一个或多个元件的包裹打开或展开。在一个实施例中，使用可作为包覆物层的粘合剂诸如合适的压敏粘合剂，在包裹材料的区域中将基于薄膜的光导107自身粘附。在另一个实施例中，光发射设备包括一个或多个成锥度、成角度或非折叠的耦合光导，并且光源102定位在由基于薄膜的光导107的横向边缘1502限定的平面(平行于图6中的x-y平面)之间以减小设备在z方向上的尺寸。
图7是耦合光导1610a、1610b和1610c的一个实施例分别在三个不同位置1601、1602和1603中的俯视图。图7示出了当针对两个不同的半径自折叠点1608以90度开始折叠时，折叠的耦合光导1610b、1610c在延伸方向1614上自折叠线1609的平移距离。在该实施例中，折叠线1609是包括折叠点1608的线，耦合光导(例如1610b、1610c)在该折叠点处开始折叠，并且在该实施例中，针对90度的折叠，该折叠线垂直于耦合光导1610b、1610c的延伸方向1614。在该实施例中，为了说明性目的和清楚起见，示出了减小的耦合光导1610a、1610b、1610c宽度。耦合光导1610a在展开位置1601(以虚线示出)中从基于薄膜的光导107沿延伸方向1614(平行于-x方向)延伸。在第二位置1602中的耦合光导1610b在+z方向和+y方向上被折叠成第一曲率半径以得到90度的折叠(耦合光导轴线1612与延伸方向1614成90度)。在第二位置1602(以虚线示出)中，耦合光导1610b具有第一曲率半径R1。在第三位置1603中，耦合光导1610c具有第二曲率半径R2，该第二曲率半径R2大于第一曲率半径R1。对于第二位置1602，在耦合光导1610b的中点1606的延伸方向上(在x-y平面上)的第一平移距离D1为：
对于第三位置1603，在耦合光导1610c的中点1604的延伸方向上(在x-y平面上)的第二平移距离D2为：
在较大的曲率半径R2的情况下，在第三位置1603处的耦合光导1610c从折叠线1609平移更大的距离(D2>D1)。在延伸方向1614上延伸并从折叠点1608起沿着折叠线1609在+y方向上定位的耦合光导的阵列，由于曲率半径的变化，在横向(x方向)上错开。
图8是光输入耦合器1700的一个实施例的俯视图，其包括具有错开的耦合光导1701、1702、1703、1704和1705的基于薄膜的光导107。在该实施例中，耦合光导1701、1702、1703、1704和1705从基于薄膜的光导107沿延伸方向1614(平行于-x方向)延伸，并沿+z和-y方向围绕相对定位保持元件3301的成45度角度的齿1707折叠。耦合光导1701、1702、1703、1704和1705沿折叠线1609折叠，为清楚起见，显示为延伸穿过切割线1706，在该切割线处通常会切割耦合光导(或在制造过程中首先从基于薄膜的光导107上切割耦合光导)。在该实施例中，耦合光导1701、1702、1703、1704和1705具有在垂直于折叠线1609的延伸方向1614上平移的错开的光输入表面1708。第一耦合光导1701从折叠线1609平移第一平移距离D1。第五耦合光导1705从折叠线1609平移第五平移距离D5。因为第五耦合光导1705的曲率半径大于第一耦合光导1701的曲率半径，所以第五平移距离D5大于第一平移距离D1。
图9是光发射设备2300的一个实施例的俯视图，该光发射设备包括多个耦合光导104，其中在每个耦合光导104内具有多个第一反射表面边缘3908和多个第二反射表面边缘3907。在图9所示的实施例中，设置三个光源102以将光耦合到至少部分地由各第一反射表面边缘3908和第二反射表面边缘3907限定的各光输入边缘204中。
图10是图9的耦合光导104的放大透视图，其中光输入边缘204设置在第一反射表面边缘3908和第二反射表面边缘3907之间。为清楚起见，在图10中省略了光源102。
图11是基于薄膜的光导4900的一个实施例的俯视图，其包括通过切割基于薄膜的光导107中的区域而形成的锥形耦合光导4902的阵列。锥形耦合光导4902阵列在第一方向上(如图所示的y方向)形成具有小于基于薄膜的光导107的光发射区域108的平行尺寸长度d2的阵列尺寸长度d1。补偿区域4901被限定在基于薄膜的光导4900内，并且不包括从其延伸的锥形耦合光导4902。在该实施例中，补偿区域4901提供在y方向上具有足够长度的体积以放置光源(未示出)，使得光源不延伸超过基于薄膜的光导107的下边缘4903。光发射区域108的补偿区域4901可以具有较高密度的光提取特征(未示出)，以补偿从锥形耦合光导4902直接接收到光发射区域108中的较低输入通量。在一个实施例中，尽管光发射区域108的补偿区域4901内的光提取特征接收到的光通量水平较低，但例如通过，增加在补偿区域4901的一个或多个区域内光提取效率或光提取特征与没有光提取特征的区域的面积比，增加在锥形耦合光导4902和光发射区域108之间的光混合区域105的宽度，减小补偿区域4901外部的光发射区域108的一个或多个区域中的光提取效率或光提取特征与没有光提取特征的区域的平均面积比，或它们的任何合适的组合，仍实现了基本上均匀的照明或光发射区域108中每单位面积的光通量输出。
图12是光发射设备5000的一个实施例的透视俯视图，该光发射设备包括图11所示的基于薄膜的光导4900和光源102。在该实施例中，锥形耦合光导4902沿朝向光源102的-y方向折叠，使得锥形耦合光导4902的光输入边缘204设置为接收来自光源102的光。来自光源102传播穿过锥形耦合光导4902的光离开锥形耦合光导4902并进入光发射区域108，该光通常在+x方向上传播同时在+y和-y方向上扩展。在该实施例中，光源102被设置在不包括锥形耦合光导4902的区域内，并且光源102不沿y方向延伸超过光发射设备5000的下边缘4903。由于不延伸超过下边缘4903，光发射设备5000在y方向上具有较短的总宽度。此外，当将锥形耦合光导4902和光源102沿折叠(或弯曲)线5001折叠(-z方向然后是+x方向)到光发射区域108下时，光发射设备5000可以在y方向(图12所示)上保持较短的尺寸d3。
图13是基于薄膜的光导1300的一个实施例的横截面侧视图，该光导包括定位在芯层601和反射型剥离衬1301之间的包覆物层602。
图14是空间显示器3600的一个实施例的横截面侧视图，该空间显示器包括光学耦合到反射型空间光调制器3601的前光3603。前光3603包括具有光提取特征1007的基于薄膜的光导3602，这些光提取特征将光以接近反射型空间光调制器3601的表面法线的角度引导到反射型空间光调制器3601。在一个实施例中，反射型空间光调制器3601是电泳显示器、基于微机电系统(MEMS)显示器或反射型液晶显示器。在一个实施例中，光提取特征1007在与前光3603的光发射表面成60度至120度的角度范围内将离开前光3603的光的50％、60％、70％、80％和90％中的一者导向反射型空间光调制器3601。
图15是发光显示器1550的一个实施例的横截面侧视图，该发光显示器具有物理耦合到柔性显示器连接器1556的基于薄膜的光导1551。在该实施例中，反射型空间光调制器1559包括底部衬底1554，而基于薄膜的光导1551是顶部衬底。物理耦合到柔性显示连接器1556的光源102发出的光1552被引导到基于薄膜的光导1551中，并被光提取特征1561重导向到有效层1553，在其中，光1552反射并返回穿过基于薄膜的光导光体1551和上包覆物层1557，然后离开发光显示器1550。
图16是光发射设备3800的一个实施例的透视图，该光发射设备包括物理耦合到用于反射型空间光调制器1559的柔性显示连接器1556的基于薄膜的光导3802，且光源102设置在物理耦合到柔性显示连接器1556的电路板3805上。在该实施例中，反射型空间光调制器1559包括定位在底部衬底1554和顶部衬底1650之间的有效层1553。反射型空间光调制器1559的顶部衬底1650使用粘合剂包覆物层3806光学耦合到基于薄膜的光导3802。
图17是光发射设备1730的一个实施例的侧视图，该光发射设备包括光输入耦合器101、基于薄膜的光导107，该光导包括具有芯折射率nDL的芯材料的芯层601以及定位在芯层601和反射型剥离衬1301之间的包覆物层602，该反射型剥离衬包括剥离层1711和载体层1712。在该实施例中，包覆物层602光学耦合到反射型剥离衬1301的剥离层1711。包覆物层602可以是第一压敏粘合剂层并且包括具有第一折射率nD1的第一材料。具有平行于+y方向(指向页面)的光轴的光源1102被定位成将光发射到折叠的耦合光导104堆叠中。基于薄膜的光导107在基于薄膜的光导107的芯层601的下表面3413上包括多个低角度导向特征3503，并使用具有第二折射率nD2的第二材料的第二压敏粘合剂层3412光学耦合到芯层601的上表面3414上的光转向薄膜3403。光转向薄膜3403包括在光转向薄膜3403的与第二压敏粘合剂层3412相对的顶表面3415上的多个光转向特征3401。第三压敏粘合剂层3405在顶表面3415的一部分上将覆盖层3406(例如，保护性PET薄膜或触摸屏薄膜)光学耦合到光转向薄膜3403，从而在光转向特征3401处形成气隙3416。光混合区域105定位在光输入耦合器101和光发射设备3400的光发射区域108之间。使用第二压敏粘合剂层3412将不透明层3411在光混合区域105中光学耦合到基于薄膜的光导107。在该实施例中，不透明层3411是光吸收层，吸收穿过第二压敏粘合剂层3412到达不透明层3411的400纳米至700纳米波长范围内的至少70％的光。在该实施例中，来自光源1102的第一光1713和第二光1714传播穿过光输入耦合器101内的耦合光导104，在基于薄膜的光导107的芯层601内全内反射，并传播穿过光混合区域105并进入基于薄膜的光导107的光发射区域108。在光导的芯层601中第一光1713从低角度导向特征3503反射成第二角度，该第二角度小于入射角，其平均总偏离角小于20度。在该实施例中，第二角度小于芯层601和第二压敏粘合剂层3412之间的界面的临界角。在该实施例中，nDL>nD2>nD1，使得因为第二压敏粘合剂层3412的折射率nD2大于包覆物层602的折射率nD1，所以第一光1713和第二光1714优先地在芯层601的上表面3414上脱离在基于薄膜的光导107的芯层601内的全内反射条件。在从芯层601传输到第二压敏粘合剂层3412中之后，第一光1713传播到光转向薄膜3403中并且从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在此实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第一光1713穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601、包覆物层602、剥离层1711传播回来并从载体层1712反射，以相反的顺序返回穿过上述层，不与光转向特征3401第二次相互作用，并且从光发射设备1730的光发射区域108中发射。
在被低角度导向特征3503重导向之后，第二光1714从芯层601传播到第二压敏粘合剂层3412和光转向薄膜3403中。第二光1714在第一次通过时不与光转向特征3401相交，并从光转向特征3401之间的光转向薄膜3403的顶表面3415全内反射，并穿过光转向薄膜3403，穿过第二压敏粘合剂层3412，穿过芯层601传播回来，并在芯层601和包覆物层602之间的界面处全内反射，以相反的顺序返回穿过上述各层，并从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在此实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第二光1714穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601、包覆物层602、剥离层1711传播回来，从载体层1712反射，以相反的顺序返回穿过上述层，并且在光发射区域108中从光发射设备3400发射。第一光1713和第二光1714可以由成像光度计或相机1715从单个角度或不同角度跨光发射区域108进行分析，以提供空间和/或角度照度或辐射均匀度以检查由光发射设备1730提供的照明，以例如在光发射设备1730是反射型空间光调制器的前光时，在移除反射型剥离衬1710和将包覆物层602层压到反射型空间光调制器之前进行质量控制。包覆物层602还可以是包括涂层或以其他方式沉积在芯层601上或定位在芯层601(也可以是一个区域)附近的材料的区域，并且可以适形于与延伸的薄膜表面的一个或多个相对表面。
图18是用于薄膜卷材1801的在线照明检查系统1800的俯视图，该薄膜卷材包括在芯层601(例如聚碳酸酯薄膜)和反射型剥离衬1710之间的包覆物层602(例如压敏粘合剂)。薄膜卷材1801在光源1804(其可以是固定的)和线扫描相机1805(其可以是固定的)下方沿机器方向1806在-y方向上行进，薄膜卷材可以跨两个辊(未示出)张紧，使得薄膜在检查区域中基本上是平面的。光发射区域108、光混合区域105和耦合光导104的位置以虚线表示，因为它们在照明检查之前可以或可以不从芯层601部分地切割。在该实施例中，光源1804(例如准直LED的线性阵列)被定向为将光1808首先沿-z方向(指向页面)发射到面耦合元件(未示出)中，例如芯层上的衍射光栅或光学耦合到芯层601的后表面的一个或多个白色辊(例如白色硅树脂辊)，以在芯层601中将光反射性地散射进入波导条件。光1808通过在-x方向上的全内反射传播穿过耦合光导104、光混合区域105和光发射区域108(如果它们形成的话)，或者穿过芯层601的对应于耦合光导104、光混合区域105和光发射区域108(如果它们形成的话)的区域。光1808从芯层601中被提取出来，并且其分量被引导沿-z方向穿过包覆物层602到反射型剥离衬1710，在那里其分量沿+z方向(页面向外)反射回来，其中光可以被线扫描相机1805(或另选地线性或二维成像光度计)接收，该线扫描相机被定向为平行于包含芯层601的薄膜卷材的横向1807的线性方向，其中线扫描相机1805(或成像光度计)可以评估从光发射区域108中的薄膜卷材1801发射的光1808的(空间和/或角度)照度、辐射和/或颜色均匀度以识别一个或多个光学缺陷。
其他薄膜或层(未示出)，例如上包覆物层、压敏粘合剂层、覆盖层、光转向薄膜和本文公开的其他薄膜或层，可以在照明检查之前或之后粘结或层压到芯层601或中间层。
图19是用于测试基于薄膜的光导的照明检查系统的横截面侧视图，该光导包括定位在芯层601和反射型剥离衬1710之间的包覆物层602(其可以是压敏粘合剂)。在该实施例中，光源1901将光1903引导到芯层601表面上的衍射光栅1902上。衍射光栅1902在芯层601内以全内反射条件将光1903衍射成一定角度，使得光1903从芯层601和包覆物层602之间的界面反射。光1903被光提取特征(未示出，其可包括一个或多个附加层中的低角度导向特征和光转向特征，例如在图17中示出并且为清楚起见未在图19中示出)引导朝向反射型剥离衬1710并被反射型剥离衬1710反射回来穿过包覆物层602和芯层601，离开芯层601，在此处光被成像光度计或相机1715接收，该成像光度计或相机可以评估在光发射区域中从芯层601发射的光1903的(空间和/或角度)照度、辐射和/或颜色均匀度以识别一个或多个光学缺陷。
图20是用于测试基于薄膜的光导的照明检查系统的横截面侧视图，该光导包括定位在芯层601和反射型剥离衬1710之间的包覆物层602(其可以是压敏粘合剂)。在该实施例中，光源1901将第一光2001引导到在芯层601的与光源1901相对的一侧上的白色反射辊2003上。白色反射辊2003光学耦合到芯层601并在芯层601内以全内反射条件将第二光2002(第一光2001的一部分)散射成一定角度，使得第二光2002从芯层601和包覆物层602之间的界面反射。第二光2002被光提取特征(未示出，其可包括一个或多个附加层中的低角度导向特征和光转向特征，例如在图17中示出并且为清楚起见未在图20中示出)引导朝向反射型剥离衬1710并被反射型剥离衬1710反射回来穿过包覆物层602和芯层601，离开芯层601，在此处光被成像光度计或相机1715接收，该成像光度计或相机可以评估在光发射区域中从芯层601发射的第二光2002的(空间和/或角度)照度、辐射和/或颜色均匀度以识别一个或多个光学缺陷。
图21是由前光9211照亮的空间显示器9200的一个实施例一部分的横截面侧视图，该前光包括使用粘合剂9206(例如丙烯酸酯基压敏粘合剂)在反射型空间光调制器3601的有效区域9208内光学耦合到反射型空间光调制器3601的基于薄膜的光导9210。在离开光源(未显示)和折叠堆叠的耦合光导(未显示)之后，光9212离开基于薄膜的光导9210的光混合区域9209并且从基于薄膜的光导9210的表面上的光提取特征1007以接近反射型空间光调制器3601的表面法线9202的角度朝向反射型空间光调制器3601反射。光9212从反射型空间光调制器3601反射回来，并且穿过基于薄膜的光导9210并离开空间显示器9200。硬涂层衬底9203上的防刮擦硬涂层9204保护空间显示器9200的外顶表面9207，并使用粘合剂9205(例如硅树脂基压敏粘合剂)光学耦合到基于薄膜的光导9210。在该实施例中，硬涂层衬底9203和基于薄膜的光导9210之间的粘合剂9205以及基于薄膜的光导9210和反射型空间光调制器3601之间的粘合剂9206还用作基于薄膜的光导9210的包覆物层，且被示为部分地被涂覆于在显示器的有效区域中延伸的区域中，但是没有完全涂覆在基于薄膜的光导9210的光混合区域9209上。
图22是光发射设备9250的一个实施例的俯视图，其中第一光输入耦合器9255和第二光输入耦合器9256定位于基于薄膜的光导107的相对的两侧。第一光输入耦合器9255包括耦合光导的第一堆叠阵列9261。第一光输入耦合器9255还包括第一光源9251和第一光电检测器9252，该第一光源被定位成向耦合光导的第一堆叠阵列9261的第一光输入表面9259发射光，该第一光电检测器被定位成接收来自第一光输入表面9259的光。第二光输入耦合器9256包括耦合光导的第二堆叠阵列9262。第二光输入耦合器9256还包括第二光源9253和第二光电检测器9254，该第二光源被定位成向耦合光导的第二堆叠阵列9262的第二光输入表面9260发射光，该第二光电检测器被定位成接收来自第二光输入表面9260的光。在本实施例中，第二光电检测器9254可以检测来自第一光源9251的光，该光传播穿过耦合光导的第一堆叠阵列9261、第一光混合区域9257、光发射区域108、第二光混合区域9258和耦合光导的第二堆叠阵列9262。类似地，第一光电检测器9252可以检测来自第二光源9253的光，该光传播穿过耦合光导的第二堆叠阵列9262、第二光混合区域9258、光发射区域108、第一光混合区域9257和耦合光导的第一堆叠阵列9261。例如，在一个实施例中，短暂打开第一光源9251，同时关闭第二光源9253，并且第二光电检测器9254测量接收到的光在穿过基于薄膜的光导107的区域之后的强度。通过比较光随时间变化的相对强度，可以增加提供给第一光源9251的电能以解决第一光源9251的光输出劣化和/或通过基于薄膜的光导107的光吸收的增加(例如薄膜随着时间的推移而变黄)，从而使得从光发射设备9250的光发射区域108输出的光基本保持恒定(例如，相对于光发射区域108的表面法线成零度时，光发射区域108的恒定照度或光发射区域108的恒定发光强度)。类似地，可以评估从第二光源9253到达第一光电检测器9252的光的相对强度，并且可以相应地调节提供给第二光源9253的电力以维持从光发射设备9250的光发射区域108输出的基本恒定的光。在一个实施例中，第一光源9251包括发射第一波长带宽的光的发光二极管；第二光源9253包括发射第二波长带宽的光的发光二极管。在另一个实施例中，第一光电检测器9252包括以反向模式驱动的发光二极管，以检测第二波长带宽内的光强度；并且/或者第二光电检测器9254包括以反向模式驱动的发光二极管，以检测第一波长带宽内的光强度。
图23是光发射设备3400的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括光输入耦合器101、基于薄膜的光导107，该光导包括具有芯折射率nDL的芯材料的芯层601，该芯层使用第一压敏粘合剂层3407光学耦合到反射型空间光调制器3408，该第一压敏粘合剂层包括具有第一折射率nD1的第一材料。具有平行于+y方向(指向页面)的光轴的光源1102被定位成将光发射到折叠的耦合光导104堆叠中。基于薄膜的光导107在基于薄膜的光导107的芯层601的下表面3413上包括多个低角度导向特征3503，并使用具有第二折射率nD2的第二材料的第二压敏粘合剂层3412光学耦合到芯层601的上表面3414上的光转向薄膜3403。光转向薄膜3403包括在光转向薄膜3403的与第二压敏粘合剂层3412相对的顶表面3415上的多个光转向特征3401。第三压敏粘合剂层3405在顶表面3415的一部分上将覆盖层3406(例如，保护性PET薄膜或触摸屏薄膜)光学耦合到光转向薄膜3403，从而在光转向特征3401处形成气隙3416。光混合区域105定位在光输入耦合器101和光发射设备3400的光发射区域108之间。使用第二压敏粘合剂层3412将不透明层3411在光混合区域105中光学耦合到基于薄膜的光导107。在该实施例中，不透明层3411是光吸收层，吸收穿过第二压敏粘合剂层3412到达不透明层3411的400纳米至700纳米波长范围内的至少70％的光。在该实施例中，来自光源1102的第一光3409和第二光3410传播穿过光输入耦合器101内的耦合光导104，在基于薄膜的光导107的芯层601内全内反射，并传播穿过光混合区域105并进入基于薄膜的光导107的光发射区域108。在光导的芯层601中第一光3409从低角度导向特征3503反射成第二角度，该第二角度小于入射角，其平均总偏离角小于20度。在该实施例中，第二角度小于芯层601和第二压敏粘合剂层3412之间的界面的临界角。在该实施例中，nDL>nD2>nD1，使得因为第二压敏粘合剂层3412的折射率nD2大于第一压敏粘合剂层3407的折射率nD1，所以第一光3409和第二光3410优先地在芯层601的上表面3414上脱离在基于薄膜的光导107的芯层601内的全内反射条件。在从芯层601传输到第二压敏粘合剂层3412中之后，第一光3409传播到光转向薄膜3403中并且从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在此实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第一光3409传播返回穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601和第一压敏粘合剂层3407，从反射型空间光调制器3408反射，以相反的顺序穿过上述各层，不与光转向特征3401第二次相互作用，并且从光发射设备3400的光发射区域108中发射。
在被低角度导向特征3503重导向之后，第二光3410从芯层601传播到第二压敏粘合剂层3412和光转向薄膜3403中。第二光3410在第一次通过时不与光转向特征3401相交，并从光转向特征3401之间的光转向薄膜3403的顶表面3415全内反射，并穿过光转向薄膜3403，穿过第二压敏粘合剂层3412，穿过芯层601传播回来，并在芯层601和第一压敏粘合剂层3407之间的界面处全内反射，以相反的顺序穿过上述各层，并从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在此实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第二光3410传播返回穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601和第一压敏粘合剂层3407，从反射型空间光调制器3408反射，以相反的顺序穿过上述各层，并在光发射区域108中从光发射设备3400发射。
图24是光发射设备3500的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括光输入耦合器101、基于薄膜的光导107，该光导包括具有芯折射率nDL的芯材料的芯层601，该芯层使用第一压敏粘合剂层3407光学耦合到反射型空间光调制器3408，该第一压敏粘合剂层包括具有第一折射率nD1的第一材料。具有平行于+y方向(指向页面)的光轴的光源1102被定位成将光发射到折叠的耦合光导104堆叠中。基于薄膜的光导107在基于薄膜的光导107的芯层601的上表面3414上包括多个低角度导向特征3503，并使用具有第二折射率nD2的第二材料的第二压敏粘合剂层3412光学耦合到芯层601的上表面3414上的光转向薄膜3403。光转向薄膜3403包括在光转向薄膜3403的与第二压敏粘合剂层3412相对的顶表面3415上的多个光转向特征3401。第三压敏粘合剂层3405在顶表面3415的一部分上将覆盖层3406(例如，保护性PET薄膜或触摸屏薄膜)光学耦合到光转向薄膜3403，从而在光转向特征3401处形成气隙3416。光混合区域105定位在光输入耦合器101和光发射设备3400的光发射区域108之间。使用第二压敏粘合剂层3412将不透明层3411在光混合区域105中光学耦合到基于薄膜的光导107。在该实施例中，不透明层3411是光吸收层，吸收穿过第二压敏粘合剂层3412到达不透明层3411的400纳米至700纳米波长范围内的至少70％的光。在该实施例中，来自光源1102的第一光3501和第二光3502传播穿过光输入耦合器101内的耦合光导104，在基于薄膜的光导107的芯层601内全内反射，并传播穿过光混合区域105并进入基于薄膜的光导107的光发射区域108。第一光3501在低角度导向特征3503处折射到小于入射角的新角度，其平均总偏离角小于20度以使得光传播出光导的芯层601。在该实施例中，来自芯层601内与低角度导向特征3503相交的光的一部分可以透射穿过低角度导向特征3503，并且一部分可以从低角度导向特征3503反射。在该实施例中，nDL>nD2>nD1，使得从低角度导向特征3503反射的光的一部分可以以小于20度的总偏离角反射，从而使其从芯层601和第一压敏粘合剂层3407之间的边界反射，并在芯层601的上表面3414处离开芯层601。在穿过芯层601和第二压敏粘合剂之间的界面之后，第一光3501继而传播通过第二压敏粘合剂层3412进入光转向薄膜3403，并从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在该实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第一光3501传播返回穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601和第一压敏粘合剂层3407，从反射型空间光调制器3408反射，以相反的顺序穿过上述各层，不与光转向特征3401第二次相互作用，并且从光发射设备3500的光发射区域108中发射。
在被低角度导向特征3503重导向之后，第二光3502传播通过第二压敏粘合剂层3412并进入光转向薄膜3403。第二光3502在第一次通过时不与光转向特征3401相交，并从光转向特征3401之间的光转向薄膜3403的顶表面3415全内反射，并穿过光转向薄膜3403，穿过第二压敏粘合剂层3412，穿过芯层601传播回来，并在芯层601和第一压敏粘合剂层3407之间的界面处全内反射，以相反的顺序穿过上述各层，并从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在此实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第二光3502传播返回穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601和第一压敏粘合剂层3407，从反射型空间光调制器3408反射，以相反的顺序穿过上述各层，并在光发射区域108中从光发射设备3400发射。
图25是由包括基于薄膜的光导9610的前光9604照射的空间显示器9600的一个实施例的一部分的截面侧视图。基于薄膜的光导9610光学耦合到彩色反射型显示器9622，该显示器包括滤色器衬底9606、滤色器层9611和反射型空间光调制器9621。在该实施例中，基于薄膜的光导9610使用透光粘合剂9620(例如光学透明的压敏粘合剂)粘附并光学耦合到彩色反射型显示器9622以将基于薄膜的光导9610粘附到彩色反射型显示器9622的有效区域9608中的滤色器衬底9606。滤色器层9611包括被滤色器层9611的非有效区域9603(没有第一滤色器9601或第二滤色器9602的区域)隔开的第一滤色器9601和第二滤色器9602的阵列。离开光源(未示出)和折叠堆叠的耦合光导(未示出)之后，传播穿过前光9604的光9623，通过从基于薄膜的光导9610的表面上的光提取特征1007朝向彩色反射型显示器9622以接近彩色反射型显示器9622的表面法线9607的角度反射而离开基于薄膜的光导9610。由于光提取特征1007的物理和光学特性(例如位置和小平面角度)，光9623被引导朝向第一滤色器9601和第二滤色器9602。在一个实施例中，光9623不穿过滤色器层9611的非有效区域9603。在另一个实施例中，通过使光提取特征1007与第一滤色器9601和第二滤色器9602对齐，并以接近彩色反射器9622的表面法线9607的角度将光9623引导通过第一滤色器9601和第二滤色器9602，光9623没有被引导到其可能被吸收的滤色器层9611的非有效区域9603。在图25所示的实施例中，硬涂层衬底9203上的防刮擦硬涂层9204保护空间显示器9600的外顶表面9207，并使用粘合剂9205(例如硅树脂基压敏粘合剂)光学耦合到基于薄膜的光导9610。在一个实施例中，硬涂层衬底9203与基于薄膜的光导9610之间的粘合剂9205以及基于薄膜的光导9610与滤色器衬底9606之间的透光粘合剂9620还用作彩色反射型显示器9622的有效区域9608中的基于薄膜的光导9610的包覆物层。
图26是包括光输入耦合器200的光发射设备3691的一个实施例的透视图，该耦合器具有沿-y方向折叠的耦合光导104。来自光源102的光3692被引导穿过相位补偿光学元件3690，穿过或沿着耦合光导104的光输入边缘204进入光输入表面103。来自光源102的光的一部分在耦合光导104内传播，其中在+y方向的方向分量将从耦合光导104的横向边缘203沿+x和-x方向反射，并且将从耦合光导104的顶表面和底表面沿+z和-z方向反射。在耦合光导内传播的光被耦合光导104中的折叠201重导向为朝向-x方向以及基于薄膜的光导107的光发射区域108。在此实施例中，相位补偿光学元件3690对通过耦合光导104和基于薄膜的光导107传播的光的相位偏移进行了预补偿，使得从光发射设备3691的光发射区域108发射的光实现均匀的或预定的空间相位输出轮廓。
图27是包括光输入耦合器101、基于薄膜的光导107的光发射设备3700的一个实施例的截面侧视图，该基于薄膜的光导包括光学上具有芯折射率nDL的芯材料的芯层601，该芯层使用第二压敏粘合剂层3412在光转向薄膜3403的顶表面3704的一部分上方光学耦合到光转向薄膜3403(使得在光转向特征3401处形成气隙3416)，该第二压敏粘合剂层包括具有第二折射率nD2的第二材料。反射型空间光调制器3408使用第三压敏粘合剂层3405光学耦合到光转向薄膜3403。光转向薄膜3403包括在光转向薄膜3403的与第三压敏粘合剂层3405相对的顶表面3705上的多个光转向特征3401。具有平行于+y方向(指向页面)的光轴的光源1102被定位成将光发射到折叠的耦合光导104堆叠中。基于薄膜的光导107包括基于薄膜的光导107的芯层601的顶表面3705上的多个低角度导向特征3503，该芯层使用包括具有第一折射率nD1的第一材料的第一压敏粘合剂层3407光学耦合到覆盖层3406(例如，保护性PET薄膜或触摸屏薄膜)。
光混合区域105定位在光输入耦合器101和光发射设备3700的光发射区域108之间。不透明层3411使用第一压敏粘合剂层3407在光混合区域105中光学耦合到基于薄膜的光导107。在该实施例中，不透明层3411是光吸收层，吸收穿过第一压敏粘合剂层3407到达不透明层3411的400纳米至700纳米波长范围内的至少70％的光。在该实施例中，来自光源1102的第一光3701传播通过光输入耦合器101内的耦合光导104，在基于薄膜的光导107的芯层601内全内反射并传播通过光混合区域105并进入基于薄膜的光导107的光发射区域108。在光导的芯层601中第一光3701从低角度导向特征3503反射成第二角度，该第二角度小于入射角，其平均总偏离角小于20度。在该实施例中，第二角度小于芯层601和第二压敏粘合剂层3412之间的界面的临界角。在该实施例中，nDL>nD2>nD1，使得因为第二压敏粘合剂层3412的折射率nD2大于第一压敏粘合剂层3407的折射率nD1，所以第一光3701优先地在芯层601的下表面3706上脱离在基于薄膜的光导107的芯层601内的全内反射条件。在从芯层601传输到第二压敏粘合剂层3412中之后，第一光3409传播到光转向薄膜3403中并且从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到与基于薄膜的光导107的厚度方向(在此实施例中平行于z方向)成30度以内的角度。然后，第一光3409传播穿过第三压敏粘合剂层3405并从反射型空间光调制器3408反射，以相反的顺序返回穿过上述各层，不与光转向特征3401第二次相互作用，并且从光发射设备3400的光发射区域108中发射。
图28是光发射设备5700的一个实施例的横截面侧视图，该光发射设备包括光输入耦合器101、基于薄膜的光导107，该光导包括具有芯折射率nDL的芯材料的芯层601，该芯层使用第一压敏粘合剂层3407光学耦合到反射型空间光调制器3408，该第一压敏粘合剂层包括具有第一折射率nD1的第一材料。具有平行于+y方向(指向页面)的光轴的光源1102被定位成将光发射到折叠的耦合光导104堆叠中。基于薄膜的光导107在基于薄膜的光导107的芯层601的下表面3413上包括多个低角度导向特征3503，并使用具有第二折射率nD2的第二材料的第二压敏粘合剂层3412光学耦合到芯层601的上表面3414上的光转向薄膜3403。光转向薄膜3403包括在光转向薄膜3403的与第二压敏粘合剂层3412相对的顶表面3415上的多个光转向特征3401。光转向薄膜3403还包括多个印刷有黑色图案的印刷黑色区域5702，其叠印在光发射区域108中的光转向薄膜3403的下表面5703上的多个白色反射区域5701上。白色反射区域5701增加了光在横向方向(进入(+y方向)和离开(-y方向)页面平面的方向)、朝向多余宽度区域的扩散，或反射光以创建从白色反射区域5701反射的光的新的虚拟原点和方向，以重导向光，使得光看起来间接来自多余宽度区域并降低角阴影可见度(增加阴影区域的相对照度)。
第三压敏粘合剂层3405在顶表面3415的一部分上将覆盖层3406(例如，保护性PET薄膜或触摸屏薄膜)光学耦合到光转向薄膜3403，从而在光转向特征3401处形成气隙3416。光混合区域105定位在光输入耦合器101和光发射设备3400的光发射区域108之间。使用第二压敏粘合剂层3412将不透明层3411在光混合区域105中光学耦合到基于薄膜的光导107。在该实施例中，不透明层3411是光吸收层，吸收穿过第二压敏粘合剂层3412到达不透明层3411的400纳米至700纳米波长范围内的至少70％的光。在该实施例中，来自光源1102的光5704在光输入耦合器101内传播穿过耦合光导104，在基于薄膜的光导107的芯层601内全内反射，并传播穿过光混合区域105并进入基于薄膜的光导107的光发射区域108。光5704从低角度导向特征3503反射到光导的芯层601中成第二角度，该第二角度比入射角小平均总偏离角(例如，比其小不足20度)。在该实施例中，第二角度小于芯层601和第二压敏粘合剂层3412之间的界面的临界角。在该实施例中，nDL>nD2>nD1，使得因为第二压敏粘合剂层3412的折射率nD2大于第一压敏粘合剂层3407的折射率nD1，所以光5704优先地在芯层601的上表面3414上脱离在基于薄膜的光导107的芯层601内的全内反射条件。在从芯层601传输到第二压敏粘合剂层3412中之后，光5704在y方向(横向)上反射性地散射更多，使得光5704的一部分被引导朝向多余宽度区域。光5704还返回穿过第二压敏粘合剂层3412和芯层601，并从芯层601和第一压敏粘合剂层3407之间的界面反射回芯层，传播到光转向薄膜3403中，并从光转向薄膜3403中的光转向特征3401全内反射到基于薄膜的光导107的一定角度(例如在该实施例中，偏离平行于z方向的厚度方向30度以内)。然后，光5704传播穿过光转向薄膜3403、第二压敏粘合剂层3412、芯层601和第一压敏粘合剂层3407，从反射型空间光调制器3408反射，并以相反的顺序穿过上述层传播回来，不与光转向特征3401第二次相互作用，并且从光发射设备3400中的光发射区域108中发射。在另一个实施例中，作为多个印刷黑色区域5702的另选或附加，这些印刷黑色区域叠印在光发射区域108中的光转向薄膜3403的下表面5703上的多个白色反射区域5701上，光发射设备5700还可以包括光散射材料，例如在光转向薄膜3403的光转向特征3401(例如凹槽)内的薄白色油墨涂层。如同叠印在多个白色反射区域5701上的多个印刷黑色区域5702一样，光转向特征3401中的光散射材料也可以增加光在横向方向(进入(+y方向)和离开(-y方向)页面平面的方向)、朝向多余宽度区域的扩散，或反射光以创建从白色反射区域5701反射的光的新的虚拟原点和方向，以重导向光，使得光看起来间接来自多余宽度区域并降低角阴影可见度(增加阴影区域的相对照度)。
图29是光发射设备5900的一个实施例的横截面侧视图，其包括深度变化的变深度凹槽光转向特征5901(沿y方向的该变深度凹槽光转向特征的长度具有沿z方向的深度起伏或调制)。光发射设备5900在其他方面类似于图28的光发射设备5700，除了例如以变深度凹槽光转向特征5901代替了印刷的白色和黑色区域(如图28所示)，作为降低角阴影可见度的方法。光5902从变深度凹槽光转向特征5901沿-z方向朝向反射型空间光调制器3408反射，并且还由于通过沿变深度凹槽光转向特征5901在y方向的长度改变z方向的深度而创建的变深度凹槽光转向特征5901的表面的角度，在x-y平面中朝向y方向((光5902沿横向y方向(进入和离开页面)进一步扩散)反射为较大角度。通过在所示的示例中朝向+y和/或-y方向扩散更多的光，更多的光被引导朝向多余宽度区域，或者光可以从变深度凹槽光转向特征5901反射，从而创建新的虚拟光原点和方向，使得光看起来间接来自多余宽度区域并降低角阴影可见度(增加阴影区域中的相对照度)。在类似的实施例中，凹槽可在x方向上沿着在y方向上(或与y方向成角度)定向的凹槽调制或变化，使得凹槽的表面在横向平面(x-y平面)中如图所示朝向+y和/或-y方向并且朝向多余宽度区域扩散更多的光。
在一个实施例中，光发射设备(例如，诸如用于反射型显示器的前光)包括基于薄膜的光导，其中该薄膜的表面限定第一光导，第一光导光学耦合到光重导向光学元件或其他薄膜，并且光重导向光学元件或其他薄膜的一个或多个表面与第一光导的表面结合限定第二光导，其中第二光导可以包括第一光导。在一个实施例中，反射型显示器包括光导，其中增加了由全内反射界面界定的光导的有效厚度，以使芯层内的全内反射光受到多个光提取特征的抑制，从而使其通过第一包覆物层并且在光重导向光学元件的全内反射界面之一处全内反射。在另一个实施例中，第一光导和第二光导包括芯层，第二光导被限定为来自第一光导的受抑全内反射光的一部分通过第一光导的表面与光重导向光学元件的表面的区域之间的全内反射传播，其中，光重导向光学元件的光重导向特征占据光重导向光学元件的表面的小于50％，光重导向元件的表面的面积限定在光重导向特征之间，并且该面积通过全内反射将来自光提取特征的受抑全内反射光的第二部分反射回第一包覆物层，并进入第一光导的芯层，在此处光从第一光导的表面全内反射，并随后被光重导向特征朝向反射型空间光调制器反射。
在一个实施例中，光发射设备包括：具有折射率nDL的光导材料的薄膜光导，该薄膜光导包括主体，该主体具有第一表面和相对的第二表面；从该主体延伸的多个耦合光导，该多个耦合光导中的每个耦合光导均具有端部，该多个耦合光导折叠并堆叠使得该多个耦合光导的端部限定光输入表面；薄膜的主体包括：包括具有第一折射率nD1的第一材料的第一芯层，包括具有第二折射率nD2的第二材料的第二层，其中，nDL>nD2>nD1；光学耦合到光导的主体的多个低角度导向特征；光学耦合到光导的多个光转向特征；其中在全内反射下在光导内以第一角度传播的光被该低角度导向特征重导向到小于芯光导层与第二层之间的界面的临界角的第二角度，一部分重导向的光通过该界面传播并通过光转向特征重导向到与薄膜的厚度方向成30度以内的角度。
一方面，包括具有从其延伸的耦合光导的薄膜的光发射设备包括耦合光导相对位置保持元件(RPME)，该元件包括连接成角度的齿或向导阵列的脊区域。在另一方面，RPME的成角度的齿或向导通过脊而物理耦合，该脊不延伸到在折叠区域中在耦合光导阵列的重叠部分之间限定的体积之外。在另一方面，RPME中的成角度的齿的阵列包括相对于齿的延伸方向(齿从脊延伸的方向，垂直于齿的阵列的阵列方向)以第一齿边缘角定向的第一边缘，以及相对于齿的延伸方向以第二齿边缘角定向的第二边缘，其中第一齿边缘角和第二齿边缘角大于0度。
另一方面，光导、包覆物层或光学耦合到光导的粘合剂包括柔韧性或冲击吸收材料。在另一方面，光透射光导、粘合剂或物理和/或光学耦合到光导的部件的ASTM D2240-05肖氏A硬度大于选自以下组的一者：5、10、20、30、40、50、60、70和80。
在一方面，用于光发射设备的光输入耦合器包括围绕耦合光导堆叠的包裹物，其中包裹物包括杨氏模量小于选自以下组的一者的薄膜：10、8、6、4、2、1、0.5和0.1吉帕斯卡。在另一方面，包裹物包括穿孔或对齐孔。在另一方面，包裹物材料是涂覆或注入到包括耦合光导的腔或区域中的保形材料。
上面详细描述了光发射设备的示例性实施例及其制造或制备方法。设备、部件和方法不限于本文所述的特定实施例，相反，设备、设备的部件和/或方法的步骤可以独立地并且与本文所述的其他设备、部件和/或步骤分开地使用。此外，所述设备、部件和/或所述方法步骤也可以在其他设备和/或方法中定义或与其他设备和/或方法结合使用，并且不限于仅与本文所述的设备和方法一起实践。
尽管本公开包括各种特定实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在本公开和权利要求书的精神和范围内对这些实施例加以修改来进行实践。
应当理解，本文使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体以广义使用，并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用可以意味着结合特定实施例描述的特定特征、结构或特性可被包括在所要求保护的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“实施例”不一定是指同一实施例或所描述的任何一个特定实施例。此外，应理解，所描述的特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以各种方式组合。当然，通常，这些和其他问题可能会随使用的特定上下文而变化。因此，描述的特定上下文或这些术语的使用可以为关于要针对该上下文得出的推论提供有用的指导。
等同物
本领域技术人员将仅使用常规实验就将认识到或能够确定本文所述具体程序的许多等同物。此类等同物被认为在本公开的范围内。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对实施方式进行各种替换、变更和修改。其他方面、优点和修改也在本公开的范围内。本公开旨在覆盖本文讨论的特定实施例的任何改编或变型。因此，意图是本公开仅由权利要求及其等同物限制。
除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理性质的所有数字应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在前述说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，其可以根据本领域技术人员利用本文公开的教导内容寻求获得的所需特性而变化。除非有相反的指示，否则所有测试和性能均在25摄氏度的环境温度或在25摄氏度的恒定环境室温下开机(显示时)时设备内部或附近的环境温度下测量。除非另有说明，否则本文所指的折射率是在黄色双峰钠D线处测量的，波长为589纳米。图中的元素未按比例绘制。
Claims (20)
1.一种制造显示器的方法，包括：
形成基于薄膜的前照明光导，所述基于薄膜的前照明光导包括
芯层，所述芯层由具有第一折射率并且具有侧边缘和相对面的聚合物薄膜形成，所述相对面之间具有不大于0.5毫米的厚度，
多个光提取特征，所述多个光提取特征位于所述芯层之上或之内，限定所述基于薄膜的前照明光导的光发射区域，
压敏粘合剂层，所述压敏粘合剂层具有小于所述第一折射率的第二折射率，和
漫反射型剥离衬，所述漫反射型剥离衬能够移除地并且光学耦合到所述压敏粘合剂层，所述压敏粘合剂层定位在所述芯层和所述漫反射型剥离衬之间所述光发射区域中；
将来自至少一个光源的光耦合到所述基于薄膜的前照明光导中，使得来自所述至少一个光源的光通过全内反射传播穿过所述芯层，被所述多个光提取特征从所述芯层提取，穿过所述压敏粘合剂层，从所述漫反射型剥离衬漫反射，并且穿过所述压敏粘合剂层和所述芯层在所述光发射区域中离开所述基于薄膜的前照明光导；
分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷；
在分析离开所述光发射区域的所述光之后，从所述基于薄膜的前照明光导移除所述漫反射型剥离衬；以及
使用所述压敏粘合剂层将所述芯层光学耦合到反射型空间光调制器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷包括使用二维成像相机或线扫描相机对所述光发射区域成像。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述二维成像相机或所述线扫描相机的光轴被定向成从所述基于薄膜的前照明光导的表面法线离轴10度和40度之间的角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将来自所述至少一个光源的光耦合到所述基于薄膜的前照明光导中包括将来自所述至少一个光源的光耦合到沿所述基于薄膜的前照明光导的一侧形成的堆叠条的端部。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将来自所述至少一个光源的光耦合到所述基于薄膜的前照明光导中包括将来自所述至少一个光源的光耦合到所述芯层的所述相对面的面中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述压敏粘合剂层将所述芯层光学耦合到反射型空间光调制器包括使用所述压敏粘合剂层将所述基于薄膜的前照明光导层压到反射型显示器的观察侧。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述反射型显示器是反射型液晶显示器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述漫反射型剥离衬具有包括镜面分量的、大于20％并且小于90％的漫反射率，并且所述漫反射型剥离衬包括耦合到载体层的剥离层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述漫反射型剥离衬包括耦合到载体层的剥离层，并且所述剥离层的折射率等于或大于所述压敏粘合剂层的折射率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷包括在使用所述压敏粘合剂层通过层压将所述芯层光学耦合到反射型空间光调制器之前分析离开所述基于薄膜的前照明光导的所述光发射区域的所述光。
11.根据权利要求1所述的方法，其中分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷包括在薄膜卷材上在线分析离开所述基于薄膜的前照明光导的所述光发射区域的所述光。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述芯层是聚碳酸酯薄膜或硅树脂薄膜。
13.根据权利要求1所述的方法，其中形成基于薄膜的前照明光导进一步包括形成与所述基于薄膜的前照明光导的光导区域连续的耦合光导阵列，所述耦合光导阵列中的每个耦合光导终止于边界边缘，并且制造所述显示器的所述方法还包括在分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷之后，折叠所述耦合光导阵列使得所述边界边缘堆叠。
14.一种制造显示器的方法，包括：
将来自至少一个光源的光耦合到基于薄膜的前照明光导中，所述基于薄膜的前照明光导包括
芯层，所述芯层由具有第一折射率并且具有侧边缘和相对面的聚合物薄膜形成，所述相对面之间具有不大于0.5毫米的厚度，
多个光提取特征，所述多个光提取特征位于所述芯层之上或之内，限定所述基于薄膜的前照明光导的光发射区域，
压敏粘合剂层，所述压敏粘合剂层具有小于所述第一折射率的第二折射率，和
漫反射型剥离衬，所述漫反射型剥离衬能够移除地并且光学耦合到所述压敏粘合剂层，所述压敏粘合剂层定位在所述芯层和所述漫反射型剥离衬之间所述光发射区域中，使得来自所述至少一个光源的光通过全内反射传播穿过所述芯层，被所述多个光提取特征从所述芯层提取，穿过所述压敏粘合剂层，从所述漫反射型剥离衬漫反射，并且穿过所述压敏粘合剂层和所述芯层在所述光发射区域中离开所述基于薄膜的前照明光导；
分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷；
在分析所述光之后，从所述基于薄膜的前照明光导移除所述漫反射型剥离衬；以及
使用所述压敏粘合剂层将所述芯层层压到反射型空间光调制器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷包括使用二维成像相机或线扫描相机对所述光发射区域成像，所述二维成像相机或所述线扫描相机被定向成从所述基于薄膜的前照明光导的表面法线离轴10度和40度之间的角度。
16.根据权利要求14所述的方法，其中将来自所述至少一个光源的光耦合到所述基于薄膜的前照明光导中包括将来自所述至少一个光源的光耦合到所述芯层的所述相对面的面中。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述漫反射型剥离衬包括耦合到载体层的剥离层，并且所述剥离层的折射率等于或大于所述压敏粘合剂层的折射率。
18.一种制造显示器的方法，包括：
将来自至少一个光源的光耦合到基于薄膜的前照明光导中，所述基于薄膜的前照明光导在聚合物薄膜芯层和漫反射型剥离衬之间包括压敏粘合剂层，使得来自所述至少一个光源的光通过全内反射传播穿过所述聚合物薄膜芯层，从所述聚合物薄膜芯层中被提取，穿过所述压敏粘合剂层，从所述漫反射型剥离衬漫反射，并且返回穿过所述压敏粘合剂层和所述聚合物薄膜芯层离开所述基于薄膜的前照明光导；
分析从所述至少一个光源的基于薄膜的前照明光导离开的所述光的缺陷；
在分析从所述至少一个光源的所述基于薄膜的前照明光导离开的所述光的缺陷之后，从所述基于薄膜的前照明光导移除所述漫反射型剥离衬；以及
使用所述压敏粘合剂层将所述基于薄膜的前照明光导层压到反射型空间光调制器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述基于薄膜的前照明光导进一步包括与所述聚合物薄膜芯层连续的耦合光导阵列，所述耦合光导阵列中的每个耦合光导终止于边界边缘，并且制造所述显示器的所述方法还包括在分析从所述至少一个光源的所述光发射区域离开的所述光的缺陷之后，折叠所述耦合光导阵列使得所述边界边缘堆叠。
20.根据权利要求18所述的方法，其中分析从所述至少一个光源的所述基于薄膜的前照明光导离开的所述光的缺陷包括在薄膜卷材上在线分析离开所述基于薄膜的前照明光导的所述光。
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