[发明专利]光学装置

说明书

提供一种透明光学装置(100)，其包括：光导介质(101)，配置用于光传播；以及至少一个光学功能层(10)，包括至少一个光学功能特征图案(11)，所述至少一个光学功能特征图案(11)由提供作为光学功能内部腔体(12)的多个嵌入特征形成在光透射的载体介质(111)中，其中，所述至少一个特征图案(11)配置为执行入射光控制功能以及至少光耦出功能，从而使杂散光最小化并且建立所述装置(100)的光学透明度。

技术领域

总体上，本发明属于光透射的基板光学。特别是，本发明关注光学透明光分布元件，诸如光导，及其制造方法。本发明还关注光学透明照明装置，其包括光分布元件。

背景技术

透明照明装置在各种应用中日益重要，诸如普通发光源、窗和立面(faqade)照明、反射和透明显示照明、街道和交通信号牌等。为了提供良好透明解决方案，存在四个主要挑战，即：1.表面浮凸(relief)光学图案、开口结构；2.光分布管理；3.杂散光控制；以及4.高透明度。过去已经开发了若干前光解决方案；然而这些方案中绝大多数已经失败并且出于不同的原因不会渗透到市场。

开口光学结构引起由于污染和物理缺陷风险而造成的问题。该解决方案不适合于绝大多数的实际工业应用。完全集成的层叠照明装置不会采用表面浮凸图案解决方案。附加地，开口结构总是造成漏光，所述漏光会发展为杂散光。

取决于光学需求和规范，在没有附加光片，诸如亮度增强膜(BEF)情况下实现光分布控制总是极具挑战的。透明装置不可能在不降低透明度的情况下使用任何额外片。附加地，优选的光提取仍是挑战。此外，提供完全集成的装置(例如，通过层叠)不允许添加任何分离的光片。只有非常先进的光学解决方案才能解决该问题。

任何类型的表面照明装置(诸如信号牌、具有视觉观看性能的显示照明)应该在观看方向上具有最小化的杂散光，因为杂散光可大幅降低视觉对比度。该特征在所有应用中几乎都具有挑战性。原因在于光学图案自身可能由漏光和菲涅尔反射引起杂散光。在第一光学图案表面(光入射表面)处提取以大多数入射角到达光学图案(光导内部)的光线；但是，以某些入射角到达的一些光线是穿过图案透射的并且可能引起不期望的杂散光和菲涅尔反射。附加地，未层叠的装置解决方案总是由它们的外表面引起菲涅尔杂散光。

最终，光学透明度总是取决于光学图案特征以及它们的性质及在环境光和不在环境光情况下的可见度。自然地，越大的特征越是可见，但是越小的特征当装置被照明时变得可见，因为低图案密度可能形成通常引起观看角的杂散光的可见亮斑。

图1a-1b示出了常规光导1解决方案，其中，图1a是开口表面光导并且图1b是包括在光导介质2中构成的气腔12A的光导。

图1a-1b示出了常规解决方案所遇到的用于前光，背光和一般照明构思的光导中不期望的杂散光的基本问题。在配置为开口结构的常规表面浮凸图案以及先进腔体图案结构中，会发生漏光问题。这是常见问题并且尚不具有合理的解决方案。

图1c图示了从美国申请公开No.2018/0088270(Tuohioja等人)已知的利用腔体光学的前光解决方案。描绘了上述公开的图4A-4C的图1c提供了光分布角的横截面视图等。锥光图4C(编号属于参考公开中的编号)上由圆圈表示发展的杂散光。提及的公开没有教导如何使杂散光问题最小化，也没有教导如何与第一图案表面设计一起优化耦入(incoupled)的光分布，以便在没有杂散光的情况下实现优选的照明，该杂散光降低了观看性能，例如，显示对比度。该公开还缺少对处理由菲涅尔反射引起的降低对比度性能和透明度的指示。

实际上，已知的解决方案总体上涉及由图案轮廓提取光，其中，光以大多数适合的入射光到达所述轮廓处。这些解决方案都不能解决涉及杂散光的发展的挑战性入射光。