用于将具有朗伯分布的光变换成蝙蝠翼分布的微结构制造技术

一种用于将朗伯光分布变换成蝙蝠翼光分布的透光基底。该透光基底包括：包括多个微结构的第一表面；和在基底的与所述第一表面相对的一侧上的第二表面。该基底被配置为在第一表面处从光源接收朗伯分布的光，并将该光变换成离开第二表面的蝙蝠翼分布。该蝙蝠翼分布在与X轴和Y轴成约±30°到约±60°处具有峰值强度，并且在最低点处具有最小强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将具有朗伯分布的光变换成蝙蝠翼分布的微结构相关申请的交叉引用本申请依赖于2018年1月30日提交的题为“用于将具有朗伯分布的光变换成蝙蝠翼分布的微结构”的美国临时专利申请序列号62/623,894的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用合并于此。
本专利技术涉及用于将具有朗伯分布的光变换成蝙蝠翼分布以用于大面积均匀照明的微光透射光学部件和微结构。
技术介绍
发光二极管(LED)已迅速成为当前应用的主要发光器件。本质上，LED以朗伯分布来发光，其特征在于在发射方向(零度或“最低点”)上最强的强度。如图1所示，光强度随偏离零度(最低点)发射方向的角度的余弦函数而减小并且随着该角度达到与最低点成90度而减小到零。当LED被用于照明平表面目标时，光传播路径的长度随不同目标位置而变化。通常，在LED发出最高光强度的零度方向上，路径长度最短，这迫使设计人员增加光源密度以实现良好的照明均匀性。对于要求在具有低光源密度的平坦平面的所需区域上均匀或一致照明的应用，例如显示器的背光单元或大面积的照明项目，光源应该以朗伯分布的逆向方式传送光能量，即在零度(最低点)处是降低的强度，而在远离最低点的某些角度处是高的强度，例如，如图2所示。这种分布轮廓(如图2所示)通常称为“蝙蝠翼(batwing)”分布，并且对于实现均匀照明更为理想。对于某些应用，例如某些照明应用，通过使用具有特定设计形状的大块光学透镜，可以有效地实现将例如LED光源发出的朗伯分布变换为蝙蝠翼分布。由于植入这样的解决方案的结构庞大，因此这种结构对于其中使用LED的许多应用而言是不可行的，诸如在手机、智能电话、平板电脑、膝上型计算机等的显示器中。期望利用比当前光学透镜更紧凑的结构将朗伯分布变换成蝙蝠翼分布。
技术实现思路
已经发现，在透光基底上制造的微光学透射结构可以用于执行期望的变换功能，以将朗伯分布变换成期望的蝙蝠翼分布，从而可以向相对于LED光源的尺寸而言是大的面积提供基本均匀的照明。下面描述本专利技术的实施例。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于将朗伯光分布变换成蝙蝠翼光分布的透光基底。该透光基底包括：包括多个微结构的第一表面；和在该基底的与第一表面相对的一侧上的第二表面。该基底被配置为在第一表面处从光源接收朗伯分布的光，并将该光变换成离开第二表面的蝙蝠翼分布。该蝙蝠翼分布在与X轴和Y轴成约±30°到约±60°处具有峰值强度，并且在最低点处具有最小强度。在一个实施例中，多个微结构中的每一个具有在远离第二表面的方向上延伸的棱锥体形状。在一个实施例中，至少微结构由具有约1.5的折射率的材料制成，并且棱锥体具有在约70°至约95°之间的脊角。在一个实施例中，每个棱锥体具有基部和连接至该基部的顶部。该顶部包括棱锥体的尖端，并且具有以与基部的侧面不同的角度设置的侧面。在一个实施例中，至少微结构由具有约1.5的折射率的材料制成，基部的侧面相对于基本平行于第二表面的平面以约55°的角度设置，并且顶部具有在约85°至约90°之间的脊角。在一个实施例中，多个微结构中的每一个具有棱锥体的平截头锥体的形状和倒锥体形状的凹部。在一个实施例中，至少微结构由具有约1.5的折射率的材料制成，平截头锥体的侧面相对于基本平行于第二表面的平面以约55°的角度设置，并且倒棱锥体具有在约85°至约90°之间的脊角。在一个实施例中，多个微结构中的每一个具有隅角立方体(cornercube)的形状。在一个实施例中，第二表面是基本上平面的。在一个实施例中，第二表面包括纹理。参照附图，考虑到以下描述和所附权利要求，本专利技术的这些和其他方面、特性和特征，以及相关结构元件的操作方法和功能以及零件和制造经济性的结合将变得更加明显，所有的附图均构成本说明书的一部分。然而，应该明确地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并且不是旨在作为对本专利技术的限制的定义。如说明书和权利要求书中所使用的，单数形式的“一个”，“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。附图说明以下附图的组件被示出以强调本公开的一般原理，并且尽管可以按比例绘制附图中的至少一个，但是不一定按比例绘制。为了一致和清楚起见，在所有附图中，指定相应部件的附图标记根据需要被重复。图1是朗伯强度分布的二维极坐标图；图2是蝙蝠翼型强度分布的二维极坐标图；图3是根据本专利技术实施例的透光基底的示意性侧视图；图4A是LED光源和一对具有微结构的透光基底的等距示意图；图4B是图4A的基底的单个微结构的等距示意图；图5A是图4A的实施例的转移的(transferred)蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有90度脊角的微结构；图5B是图5A的三维极坐标图的俯视图；图5C是图4A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有90度脊角的微结构；图5D是图4A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有85度脊角的微结构；图5E是图4A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有1.5的折射率和85度的脊角的微结构；图5F是图4A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有1.6的折射率和85度的脊角的微结构；图6A是根据本专利技术实施例的LED光源和具有微结构的单个透光基底的等距示意图；图6B是图6A的基底的单个微结构的等距示意图；图6C是图6B的单个微结构的俯视示意图；图7A示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有90度脊角的微结构；图7B示出了图7A的三维极坐标图的俯视图；图7C示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有1.5的折射率和90度的脊角的微结构；图7D示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有1.6的折射率和90度的脊角的微结构；图7E示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有80度脊角的微结构；图7F示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有80度的脊角的微结构；图7G示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有70度的脊角的微结构；图7H示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有70度的脊角的微结构；图7I示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有60度的脊角的微结构；图7J示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布的二维极坐标图，该实施例具有具有60度的脊角的微结构；图7K示出了图6A的实施例的转移的蝙蝠翼强度分布三维极坐标图的等距视图，该实施例具有具有100度的脊角的微结构；...

【技术保护点】
1.一种用于将朗伯光分布变换成蝙蝠翼光分布的透光基底，所述透光基底包括：/n包括多个微结构的第一表面；和/n在基底的与第一表面相对的一侧上的第二表面，/n其中所述基底被配置为在所述第一表面处从光源接收朗伯分布的光，并将所述光变换成离开所述第二表面的蝙蝠翼分布，所述蝙蝠翼分布在与X轴和Y轴成约±30°至约±60°处具有峰值强度，并且在最低点处具有最小强度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180130 US 62/623,8941.一种用于将朗伯光分布变换成蝙蝠翼光分布的透光基底，所述透光基底包括：
包括多个微结构的第一表面；和
在基底的与第一表面相对的一侧上的第二表面，
其中所述基底被配置为在所述第一表面处从光源接收朗伯分布的光，并将所述光变换成离开所述第二表面的蝙蝠翼分布，所述蝙蝠翼分布在与X轴和Y轴成约±30°至约±60°处具有峰值强度，并且在最低点处具有最小强度。


2.根据权利要求1所述的透光基底，其中，所述多个微结构中的每一个具有在远离所述第二表面的方向上延伸的棱锥体形状。


3.根据权利要求2所述的透光基底，其中，至少所述微结构由具有约1.5的折射率的材料制成，并且所述棱锥体具有在约70°至约95°之间的脊角。


4.根据权利要求2所述的透光基底，其中，每个棱锥体具有基部和连接到该基部的顶部，顶部包括棱锥体的尖端并且具有以与基部的侧面不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈冰，K·G·普彻斯，T·A·莱因哈特，J·W·威尔逊，
申请(专利权)人：亮视技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US