变形光学封装体.pdf

本发明提供一种光学封装体，所述光学封装体包括生成具有第一纵横比的光的光源、用于接收来自所述光源的光的变形光导、用于接收并且转向来自所述变形光导的光的转向器阵列、和用于收集从所述转向器阵列接收的光的聚光器，其中所述聚光器输出具有第二纵横比的光，所述第二纵横比大于所述第一纵横比。所述输出光束的有效高度低于所述光源的有效高度。

权利要求书
1.  一种光学封装体，包括：
光源，所述光源生成具有第一纵横比的光；和
转换器单元，所述转换器单元包括用于接收来自所述光源的光的变形光导、用于接收并且转向来自所述变形光导的光的转向器阵列、和用于收集从所述转向器阵列接收的光的聚光器，其中所述聚光器输出具有第二纵横比的光，所述第二纵横比大于所述第一纵横比，并且其中来自所述聚光器的输出光的有效高度低于由所述光源发射的光的有效高度。

2.  根据权利要求1所述的光学封装体，其中所述转向器阵列和聚光器被形成为转向器/聚光器元件的一部分，所述转向器/聚光器元件还包括设置在所述转向器阵列和聚光器之间的耦合部分。

3.  根据权利要求1或2所述的光学封装体，其中从所述聚光器输出的光的有效高度远远低于从所述光源发射的光的有效高度。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中进入所述变形光导的输入面的光具有约从约1比1至约1比4的纵横比，并且离开输出面的光具有至少1比25的纵横比。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中光转向部分包括空间上独立的转向元件的阵列。

6.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中每个转向元件包括实质上反射光的实质上反射小面。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中每个转向元件包括将入射光反射约90°角的反射镜式小面或TIR 45°小面。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中每个转向元件包括大体为平面的直角棱镜。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中每个转向元件具有从约40μm至约60μm的厚度。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中每个空间上独立的转向元件具有由较低折射率材料界定的上部主表面和下部主表面。

11.  根据权利要求10所述的光学封装体，其中所述较低折射率材料是空气。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述变形光导由具有第一主表面和第二主表面的大体为直线的结构形成，所述第一主表面和第二主表面中的至少一个主表面为阶梯式表面。

13.  根据权利要求12所述的光学封装体，其中阶梯式表面包括多个阶梯结构，每个阶梯结构具有从约20μm至约80μm的阶梯高度。

14.  根据权利要求12所述的光学封装体，其中所述光转向部分包括与所述阶梯式表面配对的空间上独立的转向元件的阵列。

15.  根据权利要求14所述的光学封装体，其中光学透明粘合剂设置在所述阶梯式表面和所述光转向部分之间。

16.  根据权利要求14所述的光学封装体，其中气隙设置在所述阶梯式表面和所述光转向部分之间。

17.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述耦合部分和所述聚光器部分是由单个集成构造形成的。

18.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述耦合部分和所述聚光器部分被形成为所述光学系统内的独立元件。

19.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述耦合部分包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体。

20.  根据权利要求19所述的光学封装体，其中所述耦合主体包括梯形形状主体。

21.  根据权利要求19所述的光学封装体，其中所述耦合主体具有楔形形状。

22.  根据权利要求21所述的光学封装体，其中所述楔形沿至少一个轴线为线性的。

23.  根据权利要求21所述的光学封装体，其中所述楔形沿至少一个轴线为非线性的。

24.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述聚光器包括大体为直线的主体。

25.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述聚光器被构造成用于在至少一个方向上使光准直。

26.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述聚光器具有大体上为平面的形状。

27.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述聚光器具有楔形形状。

28.  根据权利要求27所述的光学封装体，其中所述楔形沿至少一个轴线为线性的。

29.  根据权利要求27所述的光学封装体，其中所述楔形沿至少一个轴线为非线性的。

30.  根据权利要求29所述的光学封装体，其中所述楔形是抛物线形的。

31.  根据权利要求17所述的光学封装体，其中所述单件构造包括连续模制制品。

32.  根据权利要求17所述的光学封装体，其中所述单件构造包含以下中的一种：丙烯酸类树脂、可固化的丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯和硅氧烷。

33.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，还包括用于保护并且支撑所述光学封装体的一个或多个元件的外壳。

34.  根据权利要求33所述的光学封装体，其中所述外壳包括具有反射表面的框架，所述反射表面被构造成用于将从所述光源输出的光导向到所述变形光导中。

35.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述聚光器具有输出表面，所述输出表面具有约0.05mm至约0.2mm的物理高度。

36.  根据权利要求11所述的光学封装体，其中所述大体为直线的结构包括模制塑料或玻璃。

37.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述光源包括至少一个LED。

38.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述光源包括至少一个远程荧光体LED。

39.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中所述光源包括第一LED和第二LED，其中所述第一LED的输出波长与所述第二LED的输出波长不同。

40.  根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体，其中来自所述聚光器的输出光的有效高度最多为由所述光源发射的光的有效高度的五分之一。

41.  根据权利要求40所述的光学封装体，其中来自所述聚光器的输出光的有效高度最多为由所述光源发射的光的有效高度的七分之一。

42.  一种显示装置，所述显示装置包括根据前述权利要求中任一项所述的光学封装体。

43.  根据权利要求42所述的显示装置，还包括第二光学封装体。

44.  根据权利要求43所述的显示装置，其中所述第二光学封装体包括生成具有第一纵横比的光的第二光源、和第二转换器单元，所述第二转换器单元包括用于接收来自所述第二光源的光的变形光导、用于接收并且转向来自所述变形光导的光的转向器阵列、和用于收集从所述转向器阵列接收的光的聚光器，其中所述聚光器输出具有第二纵横比的光，所述第二纵横比大于所述第一纵横比，并且其中来自所述聚光器的输出光的有效高度低于由所述第二光源发射的光的有效高度。

45.  一种光学封装体，包括：
光源，所述光源生成具有第一纵横比的光；和
转换器单元，所述转换器单元包括用于接收来自所述光源的光的变形光导、用于接收并且转向来自所述变形光导的光的转向器阵列、和用于收集从所述转向器阵列接收的光的聚光器，其中所述聚光器输出具有第二纵横比的光，所述第二纵横比大于所述第一纵横比，其中所述输出光的物理高度低于所述光源的物理高度。

说明书变形光学封装体
技术领域
本发明整体涉及光学封装体，并且更具体地讲，涉及基于LED的光学封装体，其具有变形光导、转向器和聚光器以提供薄型高效模块化的光学封装体。
背景技术
光导与光源诸如发光二极管(LED)一起使用以用于多种照明应用。在一个具体应用中，光导通常用于为LCD显示器提供照明。光源通常将光发射到光导内，特别是在需要很薄型背光源内的情况下，如在膝上型计算机显示器中。光导为透光的、固态的、并且相对薄的板，其长度和宽度尺寸为大约背光源输出区域。光导使用全内反射(TIR)以使从安装在边缘的灯发出的光穿过整个光导的长度或宽度传送或导向至背光源的相对边缘，并且在光导的表面上提供有局部提取结构的不均匀的图案，以将此经导向的光中的其中一些朝背光源的输出区域从光导中重新导出。此类背光源通常还包括光管理膜，诸如设置在光导后面和下面的反射材料以及设置在光导前面或上面的反射偏振膜和棱柱增亮膜(BEF)，以增加同轴亮度。
由于最常用的光源诸如LED具有相对大的高度和LED产生的宽发射角范围，所以光导通常相应地厚以有效地耦合来自LED的光。用于液晶显示器的常规照明装置在美国专利公布2009/0316431中有所描述。常规照明装置将来自光源的光耦合到平面光导。光导通常与光源具有大致相同的高度，因为降低光导的高度将降低从光源到光导的耦合效率。
然而，典型的膜式光导或板式光导的显著缺点为LED的小纵横比与光导的极大纵横比之间的失配。LED具有约1:1至约4:1的典型纵横比，而边缘光导可具有约20:1至多达100:1或更大的纵横比。这种失配通常导致光导中的光与从LED发射的光相比具有较高的展度(也称为通过量)。这个高展度又最终导致光导需要增亮膜。使光导的厚度匹配于LED还导致光导 内的光具有宽角度范围。针对宽角度范围形成TIR需要光导的两个主表面由空气界定。因此，光导可厚于液晶显示器模块，并且空气界面可限制某些应用，诸如触摸和触觉应用。
发明内容
在本发明的一个示例性方面，一种光学封装体包括生成具有第一纵横比的光的光源、用于接收来自光源的光的变形光导、用于接收并且转向来自变形光导的光的转向器阵列，以及用于收集从转向器阵列接收的光的聚光器，其中聚光器输出具有第二纵横比的光，第二纵横比大于第一纵横比，其中输出光束的有效高度低于光源的有效高度。
本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每个所说明的实施例或每种实施方式。附图以及随后的具体实施方式更具体地举例说明了这些实施例。
附图说明
结合以下附图可更好地理解本发明的实施例。附图中的元件未必相对于彼此按比例绘制。
图1A是根据本发明一个方面的光学封装体的等轴视图。
图1B是图1A的光学封装体的分解图。
图1C至图1D是根据本发明一个方面的光学封装体的变形光导元件的不同近视图。
图1E至图1F是根据本发明一个方面的光学封装体的转向器元件和聚光器元件的不同近视图。
图1G是图1A的光学封装体的前视图。
图2A至图2D是根据本发明另一方面的光学封装体的各种等轴视图。
图3是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图4是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图5是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图6是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图7是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图8是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图9是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图10是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
图11是根据本发明另一方面的光学封装体的等轴视图。
虽然本发明接受各种修改形式和替代形式，但其具体方式已在附图中以举例的方式示出，并且将对其进行详细描述。然而，应当理解其目的并非在于将本发明局限于所描述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖在由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，将引用构成本文一部分的附图，在这些附图中以举例说明其中可能实践本发明的具体实施例的方式示出本发明。就这一点而言，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“前部”、“向前”和“尾部”等方向性术语应结合所描述的图示取向使用。因为本发明的实施例的部件可以定位为多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，而不具有任何限制性。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构性或逻辑性的修改。因此，并不局限于采用以下具体实施方式，且本发明的涵盖范围由随附权利要求书限定。
本发明涉及紧凑型高效模块化的光学封装体，此光学封装体提供具有高纵横比和小有效高度的输出光。光学封装体的通用元件可被构造和布置为提供能够以许多不同方式实现的大量替代性设计。因此，光学封装体可用作如下多种装置和应用的部分，诸如透射式LCD、半透反射式LCD和反射式LCD(膝上型电脑、平板电脑、移动电话、电子阅读器等)、胆甾型装置、MEMS装置和液体纸装置、标记和可适形图、以及指示器诸如车载显示器。
图1A示出了可用于照亮诸如LCD之类的显示器(未示出)的示例性光学封装体100的等轴视图。图1B示出了光学封装体100的分解图。光学封装体100包括光源单元110、转换器单元105和外壳190。光源单元110为光学封装体100提供光的来源。转换器单元105在本文中更详细地示出，其包括变形光导120，该光导将来自光源单元110的光引导到转向器/ 聚光器元件160中。转向器/聚光器元件160包括转向器部分，该部分接收由变形光导120引导的光的片段并且将其转向到耦合部分170中。光被进一步导向穿过耦合部分170进入转向器/聚光器元件160的聚光器部分180中。系统100有效地耦合来自光源的光并且提供具有较大纵横比的输出光，该输出光可任选地沿至少一个轴线部分地准直。另外，输出光的有效高度远远低于从光源发射的光的有效高度。
现在将更详细地描述这些部件中的每一个。
可通过任何数量的光源类型来提供源光，但更优选的源是基于LED的光源110。光源单元110可包括单个LED、两个LED或更多个LED，这取决于被照亮的显示器的类型。LED 110的输出可以多种方式耦合到转换器单元105。在一个例子中，来自光源110的输出光作为实质上非准直光被直接传输到转换器105的变形光导120中。作为另外一种选择，取决于例如空间要求，可利用一个或多个复合抛物面聚光器(CPC)、透镜(未示出)或其组合来在光进入转换器单元105之前提供至少一些部分光束准直。如果使用CPC，则CPC的内部可为中空的或由透明材料制成，并且以与常规CPC相同的方式构造。当然，在可供选择的实施例中，可利用透镜或多个透镜系统来收集或准直光源110的输出。
在本发明的不同方面，光源110可定位在光学系统中的不同位置处。例如，如图1A至图1F所示，光源110定位在转换器单元105的一端处。作为另外一种选择，如图3所示，光源定位在沿着光学系统的中心位置处。
就这一点而言，“发光二极管”或“LED”是指发光的二极管，不管发出的是可见光、紫外光还是红外光，其中发出的光将具有位于约430至700nm范围内的峰值波长。术语LED包括非相干光源(作为“LED”(不论是常规型还是超辐射型)销售的封闭或封装体的半导体器件)、以及相干半导体器件(诸如激光二极管，包括但不限于垂直腔面发射激光器(VCSEL))。“LED晶粒”为LED最基本的形态，即经半导体加工方法制成的单个元件或芯片。例如，LED晶粒可由一种或多种III族元素的组合和一种或多种V族元素的组合形成(III-V半导体)。合适的III-V半导体材料的实例包括氮化物如氮化镓和磷化物如磷化铟镓。还可使用其他类型的III-V族材料以及元素周期表中其他族的材料。部件或芯片可以包括适合施 加能量以向装置提供能量的电触点。该电触点的例子包括引线结合、卷带式自动接合(TAB)或倒装芯片结合技术。该元件或芯片的各个层和其它功能元件通常以晶片级形成，并且随后可将加工好的晶片切成单个元件，以生产多个LED晶粒。LED晶粒可被构造成用于表面安装、芯片直接贴装或其他已知的安装构型。一些封装体的LED通过在LED晶粒和相关反射杯上方形成聚合物封壳而制成。LED可在若干基板之一上生长。例如，可在蓝宝石、硅、和氮化镓上通过外延来生长GaN LED。就本专利申请的目的而言，“LED”还应视为包括通常称为OLED的有机发光二极管。
在本发明的一个方面，光源110可包括两种或更多种不同颜色的LED的阵列，例如，红-绿-蓝(RGB)LED(例如，红色LED与绿色LED组合与蓝色LED组合)，或者作为另外一种选择，红色LED与青色LED的组合。在另一方面，LED 110可包括一个或多个远程荧光体LED，诸如描述于US 7,091,653中的那些。这样，蓝光与黄光的适当平衡可形成白光。
在另一方面，蓝色GaN LED、YAG荧光体和准直光学系统诸如透镜和复合抛物面聚光器可用作光源单元110。还可结合使用具有不同颜色输出的附加照明器。
因为系统是模块化的并且最终装置可包括在整个最终装置上定位的多个光学封装体100，所以可取决于应用来在每个光学封装体模块中利用相同或不同的光源110。
另外，就本发明的系统的设计而言，光源110可利用极高亮度的和高效的LED，可混合和配合不同的离散颜色，并且可利用远程荧光体型LED。同时，光的有效转换(通过保持展度)可消除将使用大量LED的需要。
光源可来自荧光体转换型LED或可为不同LED的组合。例如，LED可为蓝光LED与发射绿光的荧光体和红光发射型AlInGaP LED的组合。已经发现，变形光导和转向器的组合能够为从LED发射的光提供足够的路径长度以在进入背光源光导单元之前有效地混合颜色。
在另一方面，光源可生成高效且均匀的RGB颜色光源以用作例如LCD显示器的背光源。
例如，在一个特定方面，光源可包括两个独立蓝光发射倒装芯片InGaN LED晶粒，大约500μm×1000μm，可放置在约1mm2的封装体上。 一个晶粒可包括放置在顶部的绿色荧光体，并且另一个晶粒可包括放置在顶部的红色荧光体。任一芯片上所使用的荧光体的量将决定蓝光转换为绿光或红光的百分比。使用独立晶粒可允许单独控制提供给每个芯片的功率，因此提供了一种颜色调节方法。在另一个变型中，如果考虑几何结构因素，则可从AlInGaP离散发射器发出红光，因此提供更窄的发射光谱。
在又一方面，光源可包括两个独立晶粒，每个晶粒为约500μm×1000μm。第一晶粒可包括发射峰值为约520nm至540nm的InGaN晶粒。第二晶粒可包括发射峰值为约450nm至460nm的蓝光InGaN发射器。红色荧光体可放置在蓝光发射器上。同样，荧光体的厚度可决定蓝光转换为红光的百分比。就这种特定构型而言，使用绿光InGaN发射器将相对于先前构型来说提供窄发射光谱。这种窄发射还可改善LCD背光源的色域。
在又一方面，光源可包括三个约300μm×1000μm的离散发射器，其可放置在尺寸约为1mm2的封装体上。第一发射器可包括发射峰值为约450nm的蓝光InGaN晶粒。第二发射器可包括发射峰值为约520nm至540nm的绿光InGaN晶粒。第三发射器可包括发射峰值为约630nm至650nm的AlInGaP晶粒。这种构型由于裸晶粒的窄发射光谱而提供所需的色域。应当考虑引线键合AlInGaP晶粒的几何形状以及三个晶粒的控制方案。
光学封装体100还包括转换器单元105。转换器单元105将从光源110发射的光转换为输出光，该光源的纵横比小于约10:1，诸如约1:1至约1:2，该输出光束的纵横比为光源的纵横比的至少两倍，更优选地为光源的纵横比的至少四倍，甚至更优选地为光源的纵横比的至少五倍。在一些方面，转换器单元105产生线形输出光束。输出光束可在至少一个方向上实质上准直，并且在一些方面，可在两个方向上实质上准直。换句话讲，与从光源110输出的光的有效高度相比，来自转换器单元105的输出光具有更低的有效高度(光束物理高度×平行于高度轴线发射的光的半高全宽角)。
转换器单元105的一个部件是变形光导120，其在图1C和图1D中更详细地示出。变形光导120为具有输入表面122、顶部表面123、正交表面124、相对正交表面126、底部表面125和端部表面127的大体为直线的结构。表面125包括阶梯式表面，使得光导120的高度沿着从表面122(具有 高度＝h1)到相对的端部表面217(具有高度＝h2，其中h2<<h1)的长度L递减。在一个例子中，对于移动单元背光源应用而言，h1可为约1mm，宽度可为约2mm，并且L可为约50mm至约150mm。
在一个方面，顶部表面123相对于输入表面122为大约正交的，并且底部表面125包括多个倾斜阶梯，其中每个倾斜阶梯平行于顶部表面123。因此，光导120可为大体直线的、阶梯形的和倾斜的结构，并且可由诸如聚合物(例如，聚碳酸酯)或玻璃的光学透明材料形成。
输入面122从光源单元110接收光。光通过变形光导120进入转向器/聚光器元件160的转向部分或区段150中。转向区段150可包括多个转向元件(本文也称为转向器)151a至151j(参见图1E和图1F)，其中每个转向部分使光的方向改变大约90°。每个转向器包括相对于输入面成约30度至约60度角的反射小面。取决于光学封装体的尺寸，转向器元件的数量可在几个(例如，2至6个)到10个或更多个的范围内(例如，在图1A至图1F的示例性系统中示出10个转向器)。在一些方面，转向器可一个接一个地堆积。在其他方面，转向器可彼此间隔开(例如，可在相邻转向器之间插入大约为转向器的长度的1/2的间距)。
在一个方面，转向元件151a、151b等可一体化形成为转换器单元105的一部分。转向元件可被定位为使得转向区段150的入射面152a、152b等可设置为靠近光导120的底部表面125a、125b等。作为另外一种选择，转向元件151a、151b等可一体化形成为光导120的一部分，或者它们可单独形成，随后使用适当的粘合剂或粘结材料诸如光学透明粘合剂附接到光导120的底部表面125。请注意，从光源110输出的光的一部分可在进入转向区段150之前不通过光导120。
在一个方面，转换器单元部件的一体构造可使用压缩或压缩注射模制转向区段150和光导120来形成。作为另外一种选择，还可使用金刚石飞切工艺将转向器特征部切割为用于形成光导120的平坦光导膜堆叠的边缘，从而制造更薄的型式。
在一个方面，每个转向器包括耦合或解耦合输入面152、反射面156(例如，图1E中示出的面156a至156j)，其将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器160的耦合区段170中。每个转向部分较薄(相对于输入面122的尺寸)，使得每个转向器输入面仅捕获入射光的一个片 段，并将该光片段反射到转向器/聚光器160的耦合区段170中。例如，每个转向器元件可具有约30μm至1000μm，优选地约介于50μm与200μm之间的厚度。因此，在一个方面，每个转向元件被构造成大体为平面的直角棱柱。因而，在一个方面，输入表面122的高度可大约等于所有转向结构的高度的总和，除了在一些情况下，小片段的光直接从光源110传递到转向器/聚光器元件160的耦合部分中。
可将低折射率层设置在变形光导120与转向器部分150之间。低折射率层可包括聚合物涂层或者通过物理气相沉积或化学气相沉积施用的涂层。在优选的方面，低折射率涂层将具有低散射。合适的涂层可包括二氧化硅(SiO2)、和MgF2。
每个转向元件151a、151b等可具有使入射光反射约90°角的反射镜式小面或TIR 45°小面。光被捕获在每个转向器内，因为转向器的主面(例如，顶面158a和底面159a)各自由较低折射率材料来界定。例如，底面159a可由空气界定，而顶面158a可由空气或由具有比光导120的折射率低的折射率(例如，1.49)的光学透明粘合剂界定。作为另外一种选择，可存在施用到表面125或施用到表面158或者施用到这两者的低折射率涂层，并且这些表面彼此耦合。相似地，表面123和159可涂覆有低折射率材料以允许这些材料粘结到显示器中的其他元件。合适的低折射率涂层包括二氧化硅和氟化镁。在另一个可供选择的方面，变形光导120可由具有低于用于形成转向器的材料的折射率的材料形成。在又一个可供选择的方面，变形光导120的折射率可类似于转向元件的折射率，在这两者之间未设置有低折射率材料，并且光导的厚度可小于变形光导120的输入面的高度h1但大于转向区段150的厚度。
如图1F所示，第一输入光片段162a被转向元件151a捕获。输入光片段在转向元件151a内发生全内反射，并且从有角度的反射表面156a朝向耦合器170/聚光器180引导。输入光片段162a从聚光器180出射作为输出光片段164a。类似地，第二光片段可由转向元件151b捕获，该转向元件151b在从转向元件151a的高度稍微偏移的高度处在轴向上与转向元件151a在下游间隔开。输入光片段在转向元件151b内发生全内反射，并且经由耦合器170从有角度的反射表面朝向聚光器180引导。以类似方式，后续的每个转向元件捕获一个输入光片段，并且经由耦合器170将该光片段朝向 聚光器180重新引导。因此，输出光片段164a等在聚光器180中被耦合并且在至少一个方向上实质上准直以形成具有至少20:1或更大的高纵横比的成形光束。
反射表面156a等可为平坦或弯曲的表面。另外，在一些方面，反射表面156a等可涂覆有反射性涂层。例如，反射表面156a等可涂覆有金属或电介质层涂层。作为另外一种选择，反射表面156a等可只是被抛光以使光发生全内反射(TIR)。
在构造中，对于包括单独形成的光导和转向部分的转换器单元而言，可使用光学透明的粘合剂或低折射率粘结材料来将转向区段150配合到光导120的底部表面125上。在这个方面，转向元件输入表面152a可与底部阶梯表面125a配对，下一个转向元件输入表面152b可与下一个底部阶梯表面125b配对，以此类推。根据可供选择的方面，转向器150的输入面可与光导120光学耦合或解耦合。光学耦合转向器可因降低菲涅耳反射而为更有效的，但可因光束的错误路径而导致具有45°面的转向器的损耗。因此，作为另外一种选择，当使用具有45°小平面的转向元件时，输入面可与光导120解耦合。在可供选择的方面，转向器元件的输出面可与耦合器170/聚光器180的输入面耦合或解耦合。
转换器单元105还包括耦合部分170和聚光器部分180。在图1A至图1F中，耦合/聚光器由单个集成构造形成的。在可供选择的方面，耦合部分170和聚光器部分180可被形成为光学系统100内的独立元件。
耦合部分170接收离开转向部分150的光。如图1E和图1F更详细地示出，耦合部分170包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列主体，例如，梯形形状耦合或耦合器主体。这些主体可具有大体平面的形状(诸如图1E至图1F所示)，或者耦合器主体可具有楔形形状，诸如图3所示。在一些可供选择的方面，楔形可为线性的或者楔形可沿至少一个轴线为非线性的。合适的非线性外形可包括抛物线。楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。另外，耦合部分的楔形设计使直接通过转向器部分的光准直。光在耦合部分170内经由TIR引导。因此，耦合部分170可使在耦合部分的平面中(即，在平行于耦合部分的主表面的平面中)的光准直。
如上所述，在本发明的一个方面，耦合部分170可与转向器部分150一体化形成。在此方面，转向器部分150和耦合部分170可由连续模制制品制成。合适的构造材料包括丙烯酸类树脂，所述丙烯酸类树脂包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、可固化的丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、和硅氧烷。作为另外一种选择，耦合部分170可使用聚合物膜的切割条或者通过浇注和固化工艺来形成。
离开耦合部分170的光进入聚光器部分，此聚光器部分也称为聚光器180。聚光器180包括大体为直线的主体，该主体可被配置为在至少一个方向上(例如，垂直于聚光器180的平面)使光准直。聚光器180可使进入聚光器部分的光束平滑或散去其不均匀性。聚光器部分180可具有大体平面的形状(诸如图1E至图1F所示)，或聚光器180可具有楔形形状，诸如图2A至图2D所示。在一些可供选择的方面，楔形可沿至少一个轴线为线性的，楔形可沿至少一个轴线为非线性的，或可使用楔形的组合。合适的非线性外形可包括抛物线。光在聚光器部分180内经由TIR引导。类似于耦合部分170，聚光器180可由连续模制制品制成。合适的构造材料包括丙烯酸类树脂，所述丙烯酸类树脂包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、可固化的丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、和硅氧烷。由于转向器/耦合/聚光器可由模制材料形成，所以还可以允许聚合物在一个方向上流动的方式使聚光器成形。
图1G是光学封装体100的部分前视图。请注意，转向器150、耦合部分170和聚光器180可相对于光导120的主表面以约3°至约12°的小角度α轻微翘起或倾斜，以便提供相邻转向元件之间的逐渐过渡。这个倾斜度向耦合区段赋予扭曲，并且相对于没有扭曲的地方，减小了系统的展度。
另外，光学封装体100包括外壳190。外壳190可被成形用于保护、对准、支撑和/或密封光学系统的一个或多个元件。如图1B所示，外壳190支撑转换器单元105的变形光导120和转向器部分150。另外，外壳190可包括框架状结构，该框架状结构还可提供能够用于将来自光源110的光反射到变形光导120中的表面。外壳190还可包括用以将聚光器180的输出与光导或其他装置(未示出)对准的结构。作为另外一种选择，外壳190可用于允许容纳相邻对准结构(未示出)。
因此，从光学系统100输出的光可具有高纵横比并且可在多种应用中使用，诸如为背光源和显示器尤其是薄背光源提供光。
图2A至图2D示出了另一个示例性光学封装体200的不同等轴视图，该光学封装体可单独地或作为模块与其他类似光学封装体模块组合用于照亮显示器(未示出)或其他装置。光学封装体200包括光源单元210和转换器单元，该转换器单元包括变形光导220，以及具有一系列转向器251a至251d、耦合部分270和聚光器部分280的转向器/聚光器单元260。请注意，为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元210为光学封装体200提供光的来源，并且设置在光学系统的一端处。在此方面，光学封装体210包括两个LED。在该布置中，提供反射表面202以将从光源210发射的光的至少大部分反射到变形光导中，该反射表面202可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。在此方面，来自光源210的输出光的另一部分可由反射表面202传递并且直接进入耦合部分270的耦合主体271中(例如，参见图2C)。
变形光导220将来自光源单元210的光引导到转向器/聚光器元件260中。在此方面，变形光导220具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件260包括转向器部分，该转向器部分接收由变形光导220引导的光的片段并将其转向到耦合部分270中。在此方面，转向器部分包括四个转向器251a至251d，其各自具有反射面256(例如，图2B中示出面256d)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器260的耦合区段270中。转向器251a至251d的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分270进入转向器/聚光器元件260的聚光器部分280中。耦合部分270包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图2C所示的耦合主体271)。耦合主体可具有在至少一个方向上具有楔形的大体平面形状。在此方面，楔形为线性的(朝向聚光器280水平地扩展)。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光在耦合部分270内经由TIR引导。在一些方面，耦合部分270可包括轻微扭曲或成角度取向，这可将封装体200的展度改善两倍。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。
在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间存在气隙(例如，参见图2C所示的界面265)。
离开耦合部分270的光进入聚光器部分280。在此方面，聚光器280包括具有楔形的大体为直线的主体，使得聚光器主表面281和282(例如，参见图2C)各自具有非线性楔形。在此方面，主表面281和282具有从入射表面283朝向出射表面284的抛物线楔形，其中聚光器在聚光器入口处具有高度h1并且在聚光器出口处具有高度h2，其中h1<h2。此抛物线楔形可有助于提供准直的输出光。与线性楔形相比，抛物线楔形可以较小体积提供高准直度。光在聚光器部分280内经由TIR引导。在一些方面，聚光器部分280可包括轻微扭曲或成角度取向，这可改善封装体的展度。聚光器280可使用上述构造材料由连续模制制品制成。聚光器280的设计的优点包括沿着聚光器280主轴的输出光具有侧向均匀度。从可制造性角度来看，聚光器280也提供优点。
类似于系统100，光学封装体200有效地耦合来自光源的光并且提供具有较大纵横比的输出光，该输出光可沿至少一个轴线部分地准直。另外，输出光的有效高度远远低于从光源发射的光的有效高度。在一些方面，输出光的有效高度最多为从光源发射的光的有效高度的五分之一。
例如，根据研究人员执行的计算，使用光学封装体200，对于物理高度为0.5mm，并且平行于高度轴线的光的FWHM角为约170°的LED，从LED输出的光具有约85mm度的有效高度。在光学封装体200的输出端，输出面284的高度为0.5mm，并且FWHM角为约24°，从而产生光学封装体的约12mm度的有效高度，最多减少到约原来的七分之一。
使用这种模块化方法，光学封装体设计者可修改各光学封装体的任意数量个不同方面以提供定制为满足特定照明应用的要求的系统。例如，以下表1所示的检查参数提供一种用于形成图2A至图2D所示的光学系统200的示例性方法。例如简单地通过针对每个元件选择或取消选择某些参数，这些参数的修改可用于形成大量不同光学封装体(图3至图11所示的光学封装体300至1100仅仅是能够使用这种方法形成的许多可能的替代性光学封装体中的一些)。
表1

图3示出了另一个示例性光学封装体300，该光学封装体可单独地或作为模块与其他类似光学封装体模块组合用于照亮显示器(未示出)或其他装置。光学封装体300包括光源单元310和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器351a)、耦合部分370和聚光器部分380的转向器/聚光器单元360。请注意，为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元310为光学封装体300提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，光学封装体310包括两个LED。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)320a和320b，这两个部分分别设置在光源310的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面302以将从光源310发射的光的至少一部分反射到变形光导320a中，该第一反射表面302可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在第一反射表面302下方，以将从光源310发射的光的另一部分反射到变形光导320b中。变形光导320a、320b将来自光源单元310的光引导到转向器/聚光器元件360中。
在此方面，变形光导320a、320b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件360包括转向器部分，该转向器部分接收由变形光导320a、320b引导的光的片段并将其转向到耦合部分370中。在此方面，转向器部分包括六个转向器(仅示出转向器351a)，其各自具有反射面356(例如，图3中示出面356a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器360的耦合区段370中。在此方面，转向器部分包括位于相邻转向器之间的间隙。该转向器间距可提供光学封装体的更简单构造，因为此构型在转向器的输出面处为耦合主体提供更多空间。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分370进入转向器/聚光器元件360的聚光器部分380中。耦合部分370包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图3所示的耦合主体371)。在此方面，主体在多个方向上包括楔形，因为楔形水平地(在平面中)线性扩展并且竖直地(垂直于转向器主体的平面)朝向聚光器380抛物线形地扩展。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光在耦合部分370内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分370的光进入聚光器部分380。在此方面，聚光器380包括没有楔形的直线主体，使得聚光器主表面381和382彼此大体上平行并且大体上垂直于输出表面384。聚光器380可使用上述构造材料由连续模制制品制成。就此构型而言，光源310的中心与聚光器380的中心在高度上对准或重合，因而允许减小整体封装体尺寸。
图4示出了另一个示例性光学封装体400，该光学封装体可单独地或作为模块与其他类似光学封装体模块组合用于照亮显示器(未示出)或其他装置。光学封装体400包括光源单元410和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器451a)、耦合部分470和聚光器部分480的转向器/聚光器单元460。请注意，为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元410为光学封装体400提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，光学封装体410包括两个 LED。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)420a和420b，这两个部分分别设置在光源410的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面402以将从光源410发射的光的至少一部分反射到变形光导420a中，该第一反射表面402可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在第一反射表面402下方，以将从光源410发射的光的另一部分反射到变形光导420b中。变形光导420a、420b将来自光源单元410的光引导到转向器/聚光器元件460中。
在此方面，变形光导420a、420b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件460包括转向器部分，该部分接收由变形光导420a、420b引导的光的片段并将其转向到耦合部分470中。在此方面，转向器部分包括六个转向器(仅示出转向器451a)，其各自具有反射面456(例如，图4中示出面456a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器460的耦合区段470中。在此方面，转向器部分包括位于相邻转向器之间的间隙。该转向器间距可提供光学封装体的更简单构造，因为此构型在转向器的输出面处为耦合主体提供更多空间。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分470进入转向器/聚光器元件460的聚光器部分480中。耦合部分470包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图4所示的耦合主体471)。在此方面，耦合主体大体上平坦，具有朝向聚光器480水平地扩展的阶梯式抛物线楔形。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光并且在耦合部分的平面中使光准直。光在耦合部分470内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分470的光进入聚光器部分480。在此方面，聚光器480包括大体为直线的主体，其在朝向输出表面484的一个方向上具有线性楔形，使得聚光器主表面481和482不彼此平行。聚光器480可使用上述构造材料由连续模制制品制成。就此构型而言，光源410的中心与聚光器480的中心在高度上对准或重合，因而允许减小整体封装体尺寸。
图5示出了另一个示例性光学封装体500，该光学封装体可单独地或作为模块与其他类似光学封装体模块组合用于照亮显示器(未示出)或其他装置。光学封装体500包括光源单元510和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器551a)、耦合部分570和聚光器部分580的转向器/聚光器单元560。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元510为光学封装体500提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，光学封装体510包括两个LED。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)520a和520b，这两个部分分别设置在光源510的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面502以将从光源510发射的光的至少一部分反射到变形光导520a中，该第一反射表面502可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在第一反射表面502下方，以将从光源510发射的光的另一部分反射到变形光导520b中。在此方面，来自光源510的输出光的另一部分可由反射表面传递并且直接进入耦合部分570的耦合主体中。变形光导520a、520b将来自光源单元510的光引导到转向器/聚光器元件560中。
在此方面，变形光导520a、520b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件560包括转向器部分，该部分接收由变形光导520a、520b引导的光的片段并将其转向到耦合部分570中。在此方面，转向器部分包括四个转向器(仅示出转向器551a)，其各自具有反射面556(例如，图5中示出面556a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器560的耦合区段570中。在此方面，转向器部分包括位于相邻转向器之间的间隙。该转向器间距可提供光学封装体的更简单构造，因为此构型在转向器的输出面处为耦合主体提供更多空间。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分570进入转向器/聚光器元件560的聚光器部分580中。耦合部分570包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图5所示的耦合主体571)。在此方面，耦合主体大体上平坦，具有朝向聚光器580水平地扩展的线性楔形。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光 在耦合部分570内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分570的光进入聚光器部分580。在此方面，聚光器580包括大体为直线的主体，其至少在朝向出射表面584的一个方向上具有线性楔形，使得聚光器主表面581和582不彼此平行。在此方面，聚光器580具有相对长的长度。聚光器580可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
图6示出了另一个示例性光学封装体600，该光学封装体可单独地或作为模块与其他类似光学封装体模块组合用于照亮显示器(未示出)或其他装置。光学封装体600包括光源单元610和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器651a)、耦合部分670和聚光器部分680的转向器/聚光器单元660。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元610为光学封装体600提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，光学封装体610包括两个LED。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)620a和620b，这两个部分分别设置在光源610的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面602以将从光源610发射的光的至少一部分反射到变形光导620a中，该第一反射表面602可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在第一反射表面602下方，以将从光源610发射的光的另一部分反射到变形光导620b中。变形光导620a、620b将来自光源单元610的光引导到转向器/聚光器元件660中。
在此方面，变形光导620a、620b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件660包括转向器部分，该转向器部分接收由变形光导620a、620b引导的光的片段并将其转向到耦合部分670中。在此方面，转向器部分包括六个转向器(仅示出转向器651a)，其各自具有反射面656(例如，图6中示出面656a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器660的耦合区段670中。在此方面，转向器部分包括位于相邻转向器之间的间隙。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分670进入转向器/聚光器元件660的聚光器部分680中。耦合部分670包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图6所示的耦合主体671)。在此方面，耦合主体大体上平坦，具有朝向聚光器680水平地扩展的线性楔形。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光在耦合部分670内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分670的光进入聚光器部分680。在此方面，聚光器680包括大体为直线的主体，其至少在朝向出射表面684的一个方向上具有线性楔形，使得聚光器主表面681和682不彼此平行。聚光器680可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
图7示出了另一个示例性光学封装体700。光学封装体700包括光源单元710和转换器单元，该转换器单元包括变形光导720，以及具有一系列转向器、耦合部分770和聚光器部分780的转向器/聚光器单元760。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元710为光学封装体700提供光的来源，并且设置在光学系统的一端处。在此方面，光学封装体710包括两个LED。在该布置中，提供反射表面702以将从光源710发射的光的至少大部分反射到变形光导中，该反射表面702可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。在此方面，来自光源710的输出光的另一部分可由反射表面702传递并且直接进入耦合部分770中。
变形光导720将来自光源单元710的光引导到转向器/聚光器元件760中。在此方面，变形光导720具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件760包括转向器部分，该转向器部分接收由变形光导720引导的光的片段并将其转向到耦合部分770中。在此方面，转向器部分包括四个转向器(图7示出转向器751a)，其各自具有反射面756(例如，图7中示出面756a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器760的耦合区段770中。这些转向器的构造可类似于上述转向器的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分770进入转向器/聚光器元件760的聚光器部分780中。耦合部分770包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合 主体，例如梯形形状主体(诸如图7所示的耦合主体771)。耦合主体可具有在至少一个方向上具有楔形的大体平面形状。在此方面，楔形为线性的(朝向聚光器780水平地扩展)。光在耦合部分770内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。
在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间存在气隙。
离开耦合部分770的光进入聚光器部分780。在此方面，聚光器780包括大体为直线的主体，其在朝向出射表面784的至少一个方向上具有线性楔形，使得聚光器主表面781和782不平行。聚光器780可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
图8示出了另一个示例性光学封装体800。光学封装体800包括光源单元810和转换器单元，该转换器单元包括变形光导820，以及具有一系列转向器、耦合部分870和聚光器部分880的转向器/聚光器单元860。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元810为光学封装体800提供光的来源，并且设置在光学系统的一端处。在此方面，光学封装体810包括两个LED。在该布置中，提供反射表面802以将从光源810发射的光的至少大部分反射到变形光导中，该反射表面802可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。在此方面，来自光源810的输出光的另一部分可由反射表面802传递并且直接进入耦合部分870中。
变形光导820将来自光源单元810的光引导到转向器/聚光器元件中。在此方面，变形光导820具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件860包括转向器部分，该部分接收由变形光导820引导的光的片段并将其转向到耦合部分870中。在此方面，转向器部分包括四个转向器(图8示出转向器851a)，其各自具有反射面856(例如，图8中示出面856a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器的耦合区段870中。这些转向器的构造可类似于上述转向器的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分870进入转向器/聚光器元件860的聚光器部分880中。耦合部分870包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图8所示的耦合主体871)。耦合主体可具有在至少一个方向上具有楔形的大体平面形状。在此方面，楔形为线性的 (朝向聚光器880水平地扩展)。光在耦合部分870内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。
在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间存在气隙。
离开耦合部分870的光进入聚光器部分880。在此方面，聚光器880包括大体为直线的主体，其在至少一个方向上具有抛物线楔形。在此特定方面，主表面881具有从入射表面883朝向出射表面884的抛物线楔形，其中聚光器在聚光器出口处的高度大于在聚光器入口处的高度。此抛物线楔形有助于提供准直的输出光而不会大幅增加出射表面884的高度。光在聚光器部分880内经由TIR引导。聚光器880可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
图9示出了另一个示例性光学封装体900。光学封装体900包括光源单元910和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器951a)、耦合部分970和聚光器部分980的转向器/聚光器单元960。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元910为光学封装体900提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)920a和920b，这两个部分分别设置在光源910的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面902以将从光源910发射的光的至少一部分反射到变形光导920a中，该第一反射表面902可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在第一反射表面902下方，以将从光源910发射的光的另一部分反射到变形光导920b中。在此方面，来自光源910的输出光的另一部分可由反射表面传递并且直接进入耦合部分970的耦合主体中。变形光导920a、920b将来自光源单元910的光引导到转向器/聚光器元件960中。
在此方面，变形光导920a、920b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件960包括转向器部分，该部分接收由变形光导920a、920b引导的光的片段并将其转向到耦合部分970中。在此方面，转向器部分包括四个转向器(仅示出转向器951a)，其各自具有反射面956(例如，图9中示出面956a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器960的耦合区段970中。在此方面，转向器部分包括位于相邻转向器之间的间隙。该转向器间距可提 供光学封装体的更简单构造，因为此构型在转向器的输出面处为耦合主体提供更多空间。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分970进入转向器/聚光器元件960的聚光器部分980中。耦合部分970包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图9所示的耦合主体971)。在此方面，耦合主体大体上平坦，具有朝向聚光器980水平地扩展的线性楔形。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光在耦合部分970内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分970的光进入聚光器部分980。在此方面，聚光器980包括大体为直线的主体，其在朝向出射表面984的一个方向上具有至少一个长线性楔形，使得聚光器主表面981和982不彼此平行。在此方面，聚光器980具有相对长的长度。聚光器980可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
图10示出了又一个示例性光学封装体1000。光学封装体1000包括光源单元1010和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器1051a)、耦合部分1070和聚光器部分1080的转向器/聚光器单元1060。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元1010为光学封装体1000提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，光学封装体1010包括两个LED。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)1020a和1020b，这两个部分分别设置在光源1010的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面1002以将从光源1010发射的光的至少一部分反射到变形光导1020a中，该第一反射表面1002可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在第一反射表面1002下方，以将从光源1010发射的光的另一部分反射到变形光导1020b中。变形光导1020a、1020b将来自光源单元1010的光引导到转向器/聚光器元件1060中。
在此方面，变形光导1020a、1020b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件1060包括转向器部 分，该部分接收由变形光导1020a、1020b引导的光的片段并将其转向到耦合部分1070中。在此方面，转向器部分包括六个转向器(仅示出转向器1051a)，其各自具有反射面1056(例如，图10中示出面1056a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器1060的耦合区段1070中。在此方面，在相邻转向器之间没有间隙。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分1070进入转向器/聚光器元件1060的聚光器部分1080中。耦合部分1070包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图10所示的耦合主体1071)。在此方面，耦合主体大体上平坦，具有朝向聚光器1080水平地扩展的线性楔形。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光在耦合部分1070内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分1070的光进入聚光器部分1080。在此方面，聚光器1080包括直线主体(无楔形)，使得聚光器主表面1081和1082彼此大体平行并且垂直于出射表面1084。在此方面，聚光器1080具有相对长的长度。另外，系统1000在出射表面1084处具有非常小的高度，并且仅在一个尺寸上使光准直，从而促进对极薄显示装置的照明/耦合。因而，一些构型可产生约0.05mm至约0.2mm的物理高度。聚光器1080可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
图11示出了又一个示例性光学封装体1100。光学封装体1100包括光源单元1110和转换器单元，该转换器单元包括变形光导，以及具有一系列转向器(包括转向器1151a)、耦合部分1170和聚光器部分1180的转向器/聚光器单元1160。为简单起见，在附图中省略了外壳。光源单元1110为光学封装体1100提供光的来源，并且设置在沿着变形光导的中心位置处。在此方面，光学封装体1110包括两个LED。在此方面，变形光导被划分成两个部分(或较小光导)1120a和1120b，这两个部分分别设置在光源1110的两侧上。在该布置中，提供第一反射表面1102以将从光源1110发射的光的至少一部分反射到变形光导1120a中，该第一反射表面1102可形成在外壳(未示出)的直角棱柱或表面上。第二反射表面(未示出)可设置在 第一反射表面1102下方，以将从光源1110发射的光的另一部分反射到变形光导1120b中。变形光导1120a、1120b将来自光源单元1110的光引导到转向器/聚光器元件1160中。
在此方面，变形光导1120a、1120b具有比变形光导120短的长度，但总体设计和结构与以上描述相同。转向器/聚光器元件1160包括转向器部分，该转向器部分接收由变形光导1120a、1120b引导的光的片段并将其转向到耦合部分1170中。在此方面，转向器部分包括六个转向器(仅示出转向器1151a)，其各自具有反射面1156(例如，图11中示出面1056a)，该反射面将光的方向改变大约90°并且将光引导到转向器/聚光器1160的耦合区段1170中。在此方面，在相邻转向器之间提供气隙。这些转向器的构造可类似于上述转向器151a至151j的构造。
光被进一步导向穿过耦合部分1170进入转向器/聚光器元件1160的聚光器部分1180中。耦合部分1170包括在一个或多个尺寸上扩展的一系列耦合主体，例如梯形形状主体(诸如图11所示的耦合主体1171)。在此方面，耦合主体大体上平坦，具有朝向聚光器1180水平地扩展的线性楔形。该楔形特征部有助于捕获直接通过转向器部分(而不由反射表面转向)的光。光在耦合部分1170内经由TIR引导。耦合部分可由上述构造材料中的任一种形成。在此特定方面，在转向器部分的出射面与耦合部分的输入面之间可存在或可不存在气隙。
离开耦合部分1170的光进入聚光器部分1180。在此方面，聚光器1180包括直线主体(无楔形)，使得聚光器主表面1181和1182彼此大体平行并且垂直于出射表面1184。在此方面，聚光器1180具有相对长的长度。另外，系统1100在出射表面1184处具有非常小的高度，并且仅在一个尺寸上使光准直，从而促进对极薄显示装置的照明/耦合。此类构型可产生约0.05mm至约0.2mm的物理高度。聚光器1180可使用上述构造材料由连续模制制品制成。
因此，上文所述的光学封装体及其部件为显示器提供有效的照明系统。例如，显示器可由一个、两个、三个或更多个单独的光学封装体模块(包括光学封装体100至1100中的任一个)照亮。这些模块可在显示装置的同一侧上或在显示装置的不同侧上端对端布置。这些模块可在单个显示装置内为相同或不同构型。光学封装体及其部件结合在一起或单独地提供 具有低展度和减少数量的总体部件的高度模块化高效照明系统。与常规背光源系统相比，本文所述的光学封装体可耦合到甚至更薄的显示装置。
尽管已在本文中为描述优选实施例的目的举例说明并描述了具体实施例，但本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的前提下，存在多种替代或等同的具体实施可被所示出的和所述的具体实施例取代。本领域中的那些技术人员将容易理解，可以通过众多实施例来实施本发明。本应用旨在涵盖本文中所述的实施例的任何改型或变型。