CN109689585A - 具有层叠结构的照明单元 - Google Patents

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Abstract

照明单元包括玻璃层叠结构，其包括由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成的基层以及熔合到该基层的表面并由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成的表面层。表面层包括具有折射率n高的高折射率区域和具有折射率n低的低折射率区域。n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001，n高大于或等于n基，n低小于n基。高折射率区域光学耦合到基层，使得传播通过基层的光的至少一部分从基层泄漏出并进入高折射率区域中。显示设备或照明器可包括照明单元。

Description

具有层叠结构的照明单元
背景
本申请要求2016年7月15日提交的美国临时申请第62/362787号的优先权的权益，该申请的内容通过引用整体结合于此。
1.领域
本公开涉及照明单元，并且尤其涉及具有用于显示设备或照明器的层叠结构的照明单元。
2.技术背景
液晶显示器(LCD)设备通常包括光源和LCD面板。由光源发射的光穿过LCD面板，以生成可由观看者观看到的图像。光源可包括定位于LCD面板后面的单独光源(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、卤素灯、荧光灯或白炽灯)的二维(2D)或三维(3D)阵列。或者，光源可包括定位于LCD面板后面的导光片和一个或多个单独光源，该一个或多个单独光源定位成将光引入导光片。
照明器可包括发光以例如用于建筑照明应用的光源和/或导光片。
发明内容
本文公开了具有层叠结构的照明单元、用于形成该照明单元的方法、以及包括该照明单元的显示设备和照明器。
本文公开了一种照明单元，其包括玻璃层叠结构，该玻璃层叠结构包括由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成的基层以及熔合到该基层的表面并由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成的表面层。表面层包括具有折射率n高的高折射率区域和具有折射率n低的低折射率区域。n基和n表面满足等式|n表面–n基|≥0.001，n高大于或等于n基，n低小于n基。高折射率区域光学耦合到基层，使得传播通过基层的光的至少一部分从基层泄漏出并进入高折射率区域中。
本文还公开了一种显示设备，包括如本文所述的照明单元。
本文还公开了一种照明器，包括如本文所述的照明单元。
应理解的是，前述概括描述和以下详细描述都仅是示例性的，并且旨在为理解所要求保护的主题的本质和特征提供概述或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入并构成本说明书的一部分。附图图示一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。
附图说明
图1是包括层叠结构的照明单元的一个示例性实施例的透视图。
图2是图1所示照明单元的横截面示意图。
图3是包括层叠结构的照明单元的另一示例性实施例的透视图。
图4是包括层叠结构的照明单元的另一示例性实施例的横截面示意图。
图5是包括层叠结构的照明单元的另一示例性实施例的横截面示意图。
图6是在图1所示的玻璃层叠结构的表面层中形成低折射率区域之前的横截面示意图。
图7是可用于形成玻璃层叠结构的溢流分配器的一个示例性实施例的横截面示意图。
图8是图6的玻璃层叠结构的横截面示意图，其中，掩模应用于表面层的外表面。
图9是在选择性地对图8的玻璃层叠结构的表面层的外表面的未覆盖部分进行离子交换处理以形成表面层的低折射率区域之后的横截面示意图。
图10是在从图9的玻璃层叠结构的表面层的外表面去除掩模并将涂层施加到表面层的外表面之后的横截面示意图。
图11是在从图9的玻璃层叠结构的表面层的外表面去除掩模并在表面层的低折射率区域中形成腔之后的横截面示意图。
图12是在玻璃层叠结构的表面层中形成高折射率区域之前的横截面示意图，其中掩模应用于表面层的外表面。
图13是在选择性地对图12的玻璃层叠结构的表面层的外表面的未覆盖部分进行离子交换处理以形成表面层的高折射率区域之后的横截面示意图。
图14是包括如本文所述的照明单元的显示设备的一个实施例的示意横截面图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中图示出的示例性实施例。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。附图中的组件并不必须是按比例的，而是将重点放在展示示例性实施例的原理上。
如本文所用，术语“离子交换扩散率”是指离子交换过程中涉及的离子的互扩散或相互扩散系数。菲克第二定律可以描述离子的互扩散或相互扩散，其在一个维度上由以下等式定义：
其中x是玻璃厚度方向上的坐标，c是离子(诸如例如Na+)的浓度，J是浓度通量，D是有效相互扩散率，该有效相互扩散率定义在J.Crank的“扩散数学(THE MATHEMATICS OFDIFFUSION)”，第2版，牛津科学出版社(2001年)中。
如本文所用，术语“光敏玻璃”是指可以响应于暴露于辐射而经历转变的玻璃，诸如玻璃的至少一部分被转变成玻璃-陶瓷。光敏玻璃的示例包括但不限于光反应玻璃和光折变玻璃。该转变可以例如通过蛋白石化、通过折射率的变化、或通过电磁辐射的吸收谱的变化(例如，颜色的变化)来表现。在一些实施例中，辐射包括紫外(UV)辐射。在一些实施例中，暴露于辐射之后进行显影处理(例如，热处理)以帮助实现玻璃的转变。在一些实施例中，将光敏玻璃暴露于辐射，然后进行显影处理，引起光敏玻璃的暴露部分的蛋白石化。术语“光敏玻璃”可用于指未转变状态(即，在暴露于辐射和/或显影处理之前)或已转变状态(即，暴露于辐射和/或显影处理之后)的材料。
如本文所用，术语“平均热膨胀系数”或“平均CTE”是指给定材料或层在0℃和300℃之间的平均线性热膨胀系数。除非另有说明，否则本文所用的术语“热膨胀系数”或“CTE”是指平均热膨胀系数。CTE可以例如使用ASTM E228“(用推杆式膨胀计测量固体材料的线性热膨胀的标准试验方法)Standard Test Method for Linear Thermal Expansion ofSolid Materials With a Push-Rod Dilatometer”或ISO 7991：1987“玻璃-平均线性热膨胀系数的确定(Glass--Determination of coefficient of mean linear thermalexpansion)”中描述的过程来确定。
在本文所述的各种实施例中，玻璃层叠结构包括在玻璃层叠结构内的给定深度处的压缩应力或拉伸应力。可以使用任何合适的技术来确定压缩应力和/或拉伸应力值，包括例如基于双折射的测量技术、折射近场(RNF)技术或(例如，使用偏振计的)光弹性测量技术。用于应力测量的示例性标准包括例如ASTM C1422/C1422M-10“化学强化平板玻璃的标准规范(Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass)”和ASTMF218“用于分析玻璃中的应力的标准方法(Standard Method for Analyzing Stress inGlass)”。
在各种实施例中，照明单元包括玻璃层叠结构，该玻璃层叠结构包括基层和与基层相邻的至少一个表面层。基层和表面层中的每一个是玻璃层，其独立地包括玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或其组合或者独立地由玻璃材料、陶瓷材料、玻璃陶瓷材料或其组合形成。基层具有基础折射率n基，并且表面层具有表面折射率n表面。基础折射率n基和表面折射率n表面是指在如本文所述的任何离子交换处理之前各层的折射率。例如，基层由具有基础折射率n基的第一玻璃组合物形成，并且表面层由具有不同于n基的表面折射率n表面的第二玻璃组合物形成。例如，n基和n表面相差至少约0.001。在一些实施例中，n基小于n表面。在其他实施例中，n基大于n表面。表面层包括具有折射率n高的高折射率区域和具有折射率n低的低折射率区域。高折射率区域的折射率n高大于或等于n基。因此，表面层包括折射率相对较高的区域，其至少部分地被折射率相对较低的区域围绕。例如，高折射率区域包括分散在表面层的相对低折射率基质内的多个相对高折射率的点和/或在表面层的相对低折射率基质内延伸的相对高折射率的通道。在一些实施例中，表面层的一部分的折射率被降低以形成低折射率区域(例如，以形成相对低折射率的基质)。在其他实施例中，表面层的一部分的折射率被增加以形成高折射率区域(例如，以形成相对高折射率的点或通道)。通过使玻璃层叠结构经受离子交换处理以形成如本文所述的高折射率区域和/或低折射率区域，可以修改表面层的折射率。高折射率区域光学耦合到基层，使得引入基层的光的至少一部分传播通过基层并从基层漏出并进入高折射率区域中。因此，基层可以用作引入基层的光的波导，并且高折射率区域可以用作从基层漏出并进入高折射率区域中的光的波导。泄漏到高折射率区域中的光可以从如本文所述的照明单元发射。在一些实施例中，照明单元可以用作照明器(例如，用于建筑照明应用)或用于显示设备(例如，LCD设备)的背光的光导。在其他实施例中，照明单元可以用作光耦合器以将来自光源的光耦合到光导(例如，用于显示设备的背光的导光片)中。
图1是包括玻璃层叠结构100的照明单元10的一个示例性实施例的透视图，并且图2是图1中所示的照明单元10的横截面示意图。图3是包括玻璃层叠结构100的照明单元10的另一示例性实施例的透视图。图4是包括玻璃层叠结构100的照明单元10的又另一实施例的横截面示意图。图5是包括玻璃层叠结构100的照明单元10的又另一实施例的示意横截面图。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括层叠玻璃片，该层叠玻璃片包括多个玻璃层，如图1-图4所示。层叠的玻璃片可以是如图1-图4所示那样基本上平面的，或者是非平面(例如，弯曲或弯折)的。在其他实施例中，玻璃层叠结构100包括如参考图5所示和描述的层叠玻璃棒。玻璃层叠结构100包括基层102和与基层相邻的表面层104。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括与基层102相邻的第二表面层106，并且基层设置在表面层104和第二表面层之间，如图1-图4所示。在其他实施例中，省略第二表面层。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106是外层，如图1-图4所示。例如，表面层104的外表面108用作玻璃层叠结构100的外表面和/或第二表面层106的外表面110用作玻璃层叠结构的外表面。在其他实施例中，表面层和/或第二表面层是设置在基层和外层之间的中间层。在这样的实施例中，外层可以是外部玻璃层、涂层(例如，聚合物、金属或陶瓷涂层)、或另一种合适的层。在一些实施例中，外层包括透明导体、半导体、电光学器件或液晶。
基层102包括第一主表面112以及与第一主表面相对的第二主表面114。在一些实施例中，表面层104熔合到基层102的第一主表面112。另外或替代地，第二表面层106熔合到基层102的第二主表面114。在这样的实施例中，表面层104与基层102之间的界面和/或第二表面层106与基层之间的界面不含任何粘合材料，诸如，例如粘合剂、涂层、或者被添加或配置以便将相应的表面层粘附到基层的任何非玻璃材料。因此，表面层104和/或第二表面层106直接熔合到基层102或与基层直接相邻。在一些实施例中，玻璃层叠结构包括设置在基层与表面层之间和/或基层与第二表面层之间的一个或多个中间层。例如，中间层包括在基层和表面层的界面处形成的中间玻璃层和/或扩散层。扩散层可包括混合区域，该混合区域包括与扩散层相邻的每个层的组分(例如，两个直接相邻的玻璃层之间的混合区域)。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括玻璃-玻璃层叠体(例如，原位熔合的多层玻璃-玻璃层叠体)，其中直接相邻的玻璃层之间的界面是玻璃-玻璃界面。
在一些实施例中，基层102由第一玻璃组合物形成或包括第一玻璃组合物，并且表面层104和/或第二表面层106由不同于第一玻璃组合物的第二玻璃组合物形成或包括该第二玻璃组合物。在使玻璃层叠结构经受如本文所述的任何类型的离子交换处理之前，第一玻璃组合物和与第二玻璃组合物彼此不同。例如，在图1-图4所示的实施例中，基层102包括第一玻璃组合物，并且表面层104和第二表面层106中的每一个包括第二玻璃组合物。在其他实施例中，表面层包括第二玻璃组合物，第二表面层包括与第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物不同的第三玻璃组合物。在一些实施例中，第三玻璃组合物的折射率小于基层的折射率n基。例如，第三玻璃组合物包括比n基小至少0.001的折射率。
表面层104包括高折射率区域132，其至少部分地被低折射率区域134围绕或包围。术语“高折射率”和“低折射率”是相对术语，意味着高折射率区域132的折射率n高大于低折射率区域134的折射率n低。例如，n高和n低相差至少约0.001和/或满足等式n高-n低≥0.001。在一些实施例中，表面层104包括高折射率区域132与低折射率区域134之间的过渡区域。过渡区域的折射率在n高和n低之间变化。过渡区域可以是例如由用于形成如本文所述的高折射率区域132和/或低折射率区域134的离子交换处理产生的组分梯度的结果。在一些实施例中，n高基本上等于或等于n表面。因此，可以减小表面层104的一部分的折射率以形成低折射率区域134，而基本上不降低如本文所述的高折射率区域132的折射率。在其他实施例中，n低基本上等于或等于n表面。因此，可以增加表面层104的一部分的折射率以形成高折射率区域132，而基本上不增加如本文所述的低折射率区域134的折射率。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括矩形形状(例如，矩形主表面)。例如，图1中所示的玻璃层叠结构100包括四个边缘116、118、120和122，它们共同限定层叠玻璃片的外周。在其他实施例中，玻璃层叠结构包括圆形、椭圆形、三角形、矩形或其他多边形或非多边形形状。
在一些实施例中，照明单元10包括光源160，该光源160定位成将光注入到玻璃层叠结构100的基层102中。光源160光学耦合到基层102以将光注入到基层中。例如，在图1所示的实施例中，光源160包括位于层叠玻璃片的边缘116处的灯条，以在边缘处将光注入基层102中。在各种实施例中，光源包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、卤素灯、白炽灯或另一种合适的光源。在一些实施例中，光源包括如图1所示的灯条，该灯条包括LED的行(例如，1维阵列)。在各种实施例中，可以定位多个光源以在多个位置将光注入到玻璃层叠结构的基层中。例如，在一些实施例中，光源定位在层叠玻璃片的相对边缘(例如，边缘116和118)处，以将光注入该相对边缘。在多个位置注入光可以使得来自玻璃层叠结构的光发射更均匀(例如，用于更均匀的照明或背光)。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100的边缘被配置为反射边缘，其将传播通过基层102并且入射在该边缘上的光反射回基层中。例如，在图1所示的实施例中，玻璃层叠结构100的边缘118、120和122中的每一个包括反射涂层。反射涂层包括镜面涂层(例如，包括银、铬或另一种镜面材料)、浅色(例如白色)涂层或另一种反射涂层。反射边缘可以帮助减少或消除玻璃层叠结构的边缘处的光损失，以使光在基层内循环，直到光能够从基层泄漏到波导中。边缘中的任何一个或全部可以被配置为反射边缘。在一些实施例中，没有光源的边缘中的每一个被配置为反射边缘。
在图1-图2所示的实施例中，高折射率区域132包括多个高折射率点(在图1中图示为黑点)，并且低折射率区域134包括至少部分地围绕这些点的低折射率基质。高折射率点分散在低折射率基质内。例如，高折射率点围绕沿X方向延伸的玻璃层叠结构100的长度和沿Y方向延伸的玻璃层叠结构的宽度分散。高折射率点可具有圆形、椭圆形、三角形、矩形或其他多边形或非多边形的横截面。高折射率点的横截面尺寸和形状可以在厚度方向(例如，Z方向)上变化。例如，高折射率点可以在从玻璃层叠结构100的外表面朝向基层102的向内方向上具有增加的横截面积(如图2所示)，或者在从玻璃层叠结构的外表面朝向基层的向内方向上具有减小的横截面积。或者，高折射率点的横截面尺寸和形状可以在厚度方向上基本恒定。例如，高折射率点可具有基本上圆柱形的形状。在各种实施例中，相对于其他高折射率点，各个高折射率点可具有相同或不同的尺寸和/或形状。
高折射率点在其横向侧由低折射率基质界定。另外或替代地，高折射率点在其面向基层102的基底侧上由基层界定。另外或替代地，高折射率点在其与基底侧相对并且背离基层102的表面侧上是无界的。例如，高折射率点从基层102与表面层104之间的界面延伸到玻璃层叠结构100的外表面。利用具有较低折射率的材料部分地围绕高折射率区域132使得高折射率区域132能够用作光波导。例如，高折射率区域132光学耦合到基层102，使得传播通过基层的光可以从基层漏出并进入高折射率区域中以从玻璃层叠结构100发射。
高折射率点的分布可以影响光从玻璃层叠结构100的发射。在一些实施例中，高折射率点围绕玻璃层叠结构的长度和/或宽度基本均匀地分布。在其他实施例中，高折射率点围绕玻璃层叠结构的长度和/或宽度非均匀地分布。例如，高折射率点可以被限制在玻璃层叠结构的限定部分(例如，限定字母、数字、图像或另一图形)，使得光仅可以从该限定部分发射。另外或替代地，高折射率点的尺寸和/或节距(pitch)可以沿着玻璃层叠结构的长度和/或宽度变化，使得从玻璃层叠结构发射的光的强度可以被控制(例如，改变或保持基本均匀)。
图3所示的实施例与图1所示的实施例基本相同，除了高折射率区域132和低折射率区域134的配置之外。在图3所示的实施例中，高折射率区域132包括多个高折射率通道，并且低折射率区域134包括至少部分地围绕这些通道的低折射率基质。高折射率通道在低折射率基质内延伸(例如，沿长度方向或X方向)。高折射率通道在其相对的横向侧由低折射率基质界定。另外或替代地，高折射率通道在其面向基层102的基底侧上由基层界定。另外或替代地，高折射率通道在其与基底侧相对并且背离基层102的表面侧上是无界的。利用具有较低折射率的材料围绕高折射率区域132使得高折射率区域132能够用作光波导。例如，高折射率区域132光学耦合到基层102，使得传播通过基层的光可以从基层泄漏出并进入高折射率区域中以从玻璃层叠结构100发射。
高折射率通道的分布可以影响来自玻璃层叠结构100的光发射。在一些实施例中，高折射率通道围绕玻璃层叠结构的宽度基本均匀地分布。在其他实施例中，高折射率通道围绕玻璃层叠结构的宽度非均匀地分布。例如，高折射率通道可以被限制在玻璃层叠结构的限定部分和/或高折射率通道的尺寸和/或节距可以沿着玻璃层叠结构的长度和/或宽度变化，如本文参考高折射率点所描述的。
尽管图1-图3中示出的实施例被描述为包括设置在表面层104内的多个高折射率区域，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，高折射率区域包括设置在表面层内的单个区域(例如，单个点或通道)。可以如本文参考多个高折射率区域所描述那样配置该高折射率区域。
尽管图1-图3所示的实施例被描述为包括层叠玻璃片，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，玻璃层叠结构包括层叠玻璃棒(例如，如参考图5所描述)。多个高折射率区域可以围绕层叠玻璃棒的纵向尺寸或长度、以及径向尺寸或宽度分布，使得光可以以确定的图案从层叠玻璃棒的外表面发射。这样的实施例可以用于例如照明单元是如本文所描述的照明器的组件的照明应用。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括长度(例如沿X方向上)、宽度(例如沿Y方向)和厚度(例如沿Z方向)。长度是玻璃层叠结构100的最大尺寸，并且厚度是玻璃层叠结构的最小尺寸。玻璃层叠结构100的长度和/或宽度比玻璃层叠结构的厚度大至少10倍、至少100倍或至少1000倍。因此，玻璃层叠结构100可以描述为平面光波导、平板光波导或条形光波导，以区别于光纤波导。在各种实施例中，玻璃层叠结构100可以是非平面的。因此，玻璃层叠结构100的长度、宽度或厚度中的一个或多个可以是非线性的或弯曲的。
虽然本文将高折射率区域132描述为包括多个高折射率点或通道，并且将低折射率区域134描述为包括设置在相邻点或通道之间的低折射率基质，但是其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，高折射率区域包括一个或多个曲线、分支通道、另一种合适的形状或其组合。在各种实施例中，高折射率区域包括使得光能够沿期望路径传播通过那儿和/或以期望图案从该高折射率区域发射的形状。
玻璃层叠结构100的厚度可以测量为其相对的外表面(例如，外表面108和110)之间的距离。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括至少约0.05mm、至少约0.1mm、至少约0.2mm或至少约0.3mm的厚度。另外地或可替代地，玻璃层叠结构100包括至多约2mm、至多约1.5mm、至多约1mm、至多约0.7mm、或至多约0.5mm的厚度。在一些实施例中，基层102的厚度与玻璃层叠结构100的厚度的比率为至少约0.1、至少约0.2、至少约0.3、至少约0.4、至少约0.5、至少约0.6、至少约0.7、至少约0.8、至少约0.85、至少约0.9、或至少约0.95。另外地或可替代地，基层102的厚度与玻璃层叠结构100的厚度的比率为至多约0.95、至多约0.93、至多约0.9、至多约0.87、至多约0.85、至多约0.8、至多约0.7、至多约0.6、至多约0.5、至多约0.4、至多约0.3、或至多约0.2。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106中的每一个的厚度为约0.01mm至约0.3mm。
高折射率区域132包括次要(minor)尺寸。次要尺寸是玻璃层叠结构100的外表面处的高折射率区域132的最小尺寸。例如，图1-图2所示的高折射率区域132的次要尺寸是具有圆形横截面的多个高折射率点的最小直径W高，并且图3所示的高折射率区域132的次要尺寸是多个高折射率通道的最小宽度。在一些实施例中，高折射率区域132的次要尺寸为约1μm至约10μm。这种次要尺寸可有利于使用玻璃层叠结构作为光耦合器，以将来自光源的光耦合到如本文所述的薄和/或柔性的光导中。在其他实施例中，高折射率区域132的次要尺寸为约20μm至约200μm。这种次要尺寸对于将玻璃层叠结构用作如本文所描述的光导可能是有益的。
图4所示的实施例与图3所示的实施例类似，除了高折射率区域132和低折射率区域134的配置以及光导的添加之外。在图4所示的实施例中，高折射率区域132包括单个高折射率通道，并且低折射率区域134包括至少部分地围绕该通道的低折射率基质。高折射率通道在低折射率基质内延伸(例如，沿长度方向或X方向)。高折射率通道在其相对的横向侧由低折射率基质界定。另外或替代地，高折射率通道在其面向基层102的基底侧上由基层界定。另外或替代地，高折射率通道在其与基底侧相对并且背离基层102的表面侧上是无界的。利用具有较低折射率的材料围绕高折射率区域132使得高折射率区域能够用作光波导。例如，高折射率区域132光学耦合到基层102，使得传播通过基层的光可以从基层泄漏出并进入高折射率区域中。
在一些实施例中，照明单元包括光导。例如，在图4所示的实施例中，照明单元10包括光导170。光导170光学耦合到高折射率区域132，使得在高折射率区域内传播的光可以耦合到光导中。因此，图4所示的玻璃层叠结构100可以被配置为光耦合器，以将来自光源的光经由基层102和高折射率区域132耦合到光导170中。在一些实施例中，光导170被配置为如图4所示的导光板。导光板可以是如图4所示那样基本上平面的，或者是非平面的。导光板包括玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、聚合物或其他合适的材料或由玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、聚合物或其他合适的材料形成。在一些实施例中，导光板被配置为传播光和/或从其表面发射光。例如，导光板可以如国际专利申请公布第2015/195435号中所描述那样进行配置，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，光导170包括薄导光板。例如，光导170包括至多约0.5mm、至多约0.4mm、至多约0.3mm、至多约0.2mm、至多约0.1mm、或至多约0.05mm的厚度(例如，沿Y方向)。在一些实施例中，光导170包括柔性玻璃导光板。例如，光导170包括具有至多约0.3mm的厚度的玻璃导光板。这样的柔性玻璃导光板配置可用作例如柔性显示器的背光或用于照明器的适形光导(例如，用于弯曲照明应用)。将光耦合到薄导光板的边缘可能是困难的。例如，如果导光板的厚度显著小于位于导光板边缘的光源(例如，LED)，则光源发射的大部分光可以沿远离导光板的方向传播，而不是耦合到该边缘中。本文所描述的玻璃层叠结构的高折射率区域可具有相对小的尺寸(例如，相对小的宽度)。例如，高折射率区域的宽度可以基本上等于导光板的厚度，以有效地使光通过高折射率区域耦合到导光板的边缘中。
尽管参考图4将光导170描述为导光板，但其他实施例也包括在本公开中。例如，在其他实施例中，光导可以被配置为光导纤维或其他合适的光导配置。
尽管图1-图4中示出的实施例被描述为包括表面层104中的高折射率区域132，但其他实施例也包括在本公开中。例如，在其他实施例中，照明单元包括设置在第二表面层中的一个或多个高折射率区域。可以如本文针对在表面层中形成高折射率区域所描述的那样在第二表面层中形成高折射率区域。另外或替代地，可以将额外的层和/或涂层施加到第二表面层的外表面，如本文关于表面层所描述的。另外或替代地，设置在第二表面层中的高折射率区域可以具有与设置在表面层中的高折射率区域相同或不同的配置(例如，尺寸和图案)。包括设置在表面层和第二表面层中的每一个中的高折射率区域的照明单元可以有利于在多个方向上(例如，从玻璃层叠结构的相对表面)发射或耦合光。
图5所示的实施例与图4所示的实施例类似，除了玻璃层叠结构100的配置以外。在图5所示的实施例中，玻璃层叠结构100包括层叠棒。层叠棒包括沿纵向轴线延伸的细长玻璃棒。玻璃棒可包括如图5所示的矩形横截面形状、或者圆形、椭圆形、三角形、或其他多边形或非多边形横截面形状。基层102包括层叠棒的芯，并且表面层104包括基本上包围芯的包层。芯和包层可具有与图5所示相同的横截面形状、或者不同的横截面形状。
在图5所示的实施例中，高折射率区域132包括单个高折射率通道，并且低折射率区域134包括至少部分地围绕该通道的低折射率基质。高折射率通道在低折射率基质内延伸(例如，沿纵向方向)。高折射率通道在其相对的横向侧由低折射率基质界定。另外或替代地，高折射率通道在其面向基层102的基底侧上由基层界定。另外或替代地，高折射率通道在其与基底侧相对并且背离基层102的表面侧上是无界的。利用具有较低折射率的材料围绕高折射率区域132使得高折射率区域能够用作光波导。例如，高折射率区域132光学耦合到基层102，使得传播通过基层的光可以从基层泄漏出并进入高折射率区域中。
在图5所示的实施例中，照明单元10包括光导170。光导170光学耦合到高折射率区域132，使得在高折射率区域内传播的光可以耦合到光导中。因此，图5所示的玻璃层叠结构100可以被配置为光耦合器，以将来自光源的光经由基层102和高折射率区域132耦合到光导170中。在图5所示的实施例中，光源可以与玻璃层叠结构100的端部相邻地设置，使得光源发射的光在玻璃棒的端部处被引导到基层102中。可以如参考图4所描述的那样配置光导170。图5所示的实施例可用作如本文所描述的显示设备的背光。例如，层叠棒可以设置在便携式电子设备(例如，智能手机)的边框或框架内，以将光耦合到设置在如本文所描述的显示堆叠中的光导中。光导可以是薄的和/或柔性的，以实现用于便携式电子设备的薄和/或柔性的显示器。
在一些实施例中，一种用于形成照明单元的方法包括在玻璃层叠结构的表面层中形成高折射率区域和/或低折射率区域。图6是在表面层104中形成高折射率区域132和低折射率区域134之前的玻璃层叠结构100的横截面示意图。基层102的第一玻璃组合物包括基础折射率n基。表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括与n基不同的表面折射率n表面。例如，n基和n表面相差至少约0.001和/或满足等式|n表面-n基|≥0.001。在图6所示的实施例中，n基小于n表面。在其他实施例中，n基大于n表面。
基层102的第一玻璃组合物包括基础离子交换扩散率D基。表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括大于D基的表面离子交换扩散率D表面。因此，表面层104和/或第二表面层106是可离子交换的。在一些实施例中，D基基本上为零。因此，基层102是基本上不可离子交换的或不可离子交换的。在其他实施例中，D基大于零。因此，基层102是可离子交换的，但程度小于表面层104和/或第二表面层106。在一些实施例中，离子交换扩散率D基和D表面包括相对于如本文所描述的折射率增加离子和折射率降低离子的离子交换扩散率。在一些实施例中，基层102的第一玻璃组合物不含或基本不含碱金属或包括碱金属的化合物。例如，第一玻璃组合物不含或基本上不含Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O中的一种或多种。另外地或替代地，基层102的第一玻璃组合物不含或基本不含Ag或包括Ag的化合物。另外地或替代地，基层102的第一玻璃组合物不含或基本不含碱土金属或包括碱土金属的化合物。例如，第一玻璃组合物不含或基本上不含BeO、MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种。D基和D表面之间的差异可以使得能够使用如本文所描述的离子交换过程在表面层中形成波导结构。与表面层104相比，基层102的相对低的离子交换扩散率可以使得基层能够充当离子交换屏障，其限制离子在本文所描述的离子交换处理期间在玻璃层叠结构100内穿透的深度。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括光敏组分。例如，基层102的第一玻璃组合物和/或表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括光敏组分。在一些实施例中，表面层104的第二玻璃组合物包括光敏组分，使得在表面层中形成高折射率区域132和低折射率区域132之后，高折射率区域包括光敏组分。可以将高折射率区域132暴露于辐射(例如，紫外光)以在其中形成图案。例如，图案包括布拉格光栅、衍射光栅或其他合适的光学图案。图案可以用作光散射光学图案以帮助高折射率区域发射和/或散射光或者用作光耦合光学图案以将光耦合到如本文所描述的光导中。在一些实施例中，光敏组分包括Ce、光敏金属或其组合。光敏金属包括例如Ag、Au、Cu或其组合。Ce和/或光敏金属可以处于+1氧化态(例如，Ce2O3或AgNO3)。Ce可以用作敏化剂离子，其能够响应于玻璃层叠结构暴露于辐射而被氧化和释放电子。响应于玻璃层叠结构暴露于辐射和/或使玻璃层叠结构经受显影处理，光敏金属可以被还原以形成胶体金属颗粒。例如，具有光敏组分的高折射率区域132包括光敏玻璃。光敏玻璃的示例包括，例如，FOTALITETM或FOTAFORMTM，各自来自纽约州康宁市的康宁公司。
可以使用合适的工艺形成玻璃层叠结构，诸如，例如熔合拉制工艺、下拉工艺、槽拉工艺、上拉工艺或浮法工艺。在一些实施例中，使用熔合拉制工艺形成玻璃层叠结构。图7是溢流分配器200的一个示例性实施例的横截面示意图，该溢流分配器200可用于形成玻璃层叠结构，诸如，例如玻璃层叠结构100。溢流分配器200可以如美国专利第4,214,886号中所描述那样配置，该专利的全部内容通过引用合并于此。例如，溢流分配器200包括下溢流分配器220和位于下溢流分配器上方的上溢流分配器240。下溢流分配器220包括槽(trough)222。将第一玻璃组合物224熔化并以粘性状态馈送到槽222中。第一玻璃组合物224形成玻璃层叠结构100的基层102，如下面进一步描述的。上溢流分配器240包括槽242。将第二玻璃组合物244熔化并以粘性状态馈送到槽242中。第二玻璃组合物244形成玻璃层叠结构100的表面层104和第二表面层106，如下面进一步描述的。
第一玻璃组合物224从槽222溢出并沿下溢流分配器220的相对的外成形表面226和228向下流动。外成形表面226和228汇集在拉制线230处。沿着下溢流分配器220的相应外成形表面226和228向下流动的第一玻璃组合物224的单独流汇集在拉制线230处，这些单独流在拉制线230处熔合在一起以形成玻璃层叠结构100的基层102。
第二玻璃组合物244从槽242溢出并沿上溢流分配器240的相对的外成形表面246和248向下流动。第二玻璃组合物244由上溢流分配器240向外偏转，使得第二玻璃组合物围绕下溢流分配器220流动并接触在下溢流分配器的外成形表面226和228上流动的第一玻璃组合物224。将第二玻璃组合物244的单独流熔合到沿着下溢流分配器220的相应外成形表面226和228流动的第一玻璃组合物224的相应的单独流中。在第一玻璃组合物224的流在拉制线230处汇集时，第二玻璃组合物244形成玻璃层叠结构100的表面层104和第二表面层106。
在一些实施例中，处于粘性状态的基层102的第一玻璃组合物224与处于粘性状态的表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物244接触以形成层叠片。在一些这样的实施例中，层叠片是远离如图7所示的下溢流分配器220的拉制线230行进的玻璃带的一部分。可以通过合适的装置(包括例如重力和/或牵引辊)将玻璃带从下溢流分配器220拉开。玻璃带在离开下溢流分配器220行进时冷却。切断玻璃带以从其分离出层叠片。因此，从玻璃带切割出层叠片。可以使用合适的技术切断玻璃带，诸如，例如划刻、弯曲、热冲击和/或激光切割。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括如图6所示的层叠片。在其他实施例中，可以进一步加工层叠片(例如，通过切割或模塑)以形成玻璃层叠结构100。
尽管图6所示的玻璃层叠结构100包括三层，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，玻璃层叠结构可具有确定数量的层，诸如两层、四层或更多层。例如，包括两层(例如，基层和表面层)的玻璃层叠结构可以使用两个溢流分配器来形成，这两个溢流分配器定位成使得两个层在离开溢流分配器的相应的拉制线行进的同时被接合(join)，或者可以使用具有分开的槽的单个溢流分配器来形成，该分开的槽使得两股玻璃组合物在溢流分配器的相对的外成形表面上流动并在溢流分配器的拉制线处汇集。可以使用额外的溢流分配器和/或使用具有分开的槽的溢流分配器来形成包括四层或更多层的玻璃层叠结构。因此，通过相应地修改溢流分配器，可以形成具有所确定数量的层的玻璃层叠结构。
尽管图6所示的玻璃层叠结构100包括层叠片，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，玻璃层叠结构包括层叠管，该层叠管包括多个管状层(例如，由一个或多个环形孔形成或通过将层叠玻璃片弯曲或轧制成管状配置来形成)，或者包括层叠棒，该层叠棒包括由一个或多个管状包层围绕的基本上实心的芯层。例如，层叠管的局部横截面包括与图6所示的玻璃层叠结构相类似的玻璃层叠结构。在其他实施例中，玻璃层叠结构包括成形玻璃层叠结构(例如，通过对层叠片进行成形或模塑来形成)。
在一些实施例中，基层102的第一玻璃组合物和/或表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括至少约30千泊(kP)、至少约50kP、至少约100kP、至少约200kP、或至少约300kP的液相粘度。在一些实施例中，第一玻璃组合物和/或第二玻璃组合物包括适于使用如本文所描述的熔合拉制工艺形成玻璃层叠结构100的液相粘度。例如，基层102的第一玻璃组合物包括至少约100kP、至少约200kP、或至少约300kP的液相粘度。另外或替代地，第一玻璃组合物包括至多约3000kP、至多约2500kP、至多约1000kP、或至多约800kP的液相粘度。另外或替代地，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括至少约50kP、至少约100kP、或至少约200kP的液相粘度。另外或替代地，第二玻璃组合物包括至多约3000kP、至多约2500kP、至多约1000kP、或至多约800kP的液相粘度。第一玻璃组合物可有助于在溢流分布器上承载第二玻璃组合物以形成(多个)表面层。因此，第二玻璃组合物可以包括低于通常认为适合于使用熔合拉制工艺形成单层片材的液相粘度的液相粘度。
在一些实施例中，玻璃层叠结构100被机械强化。例如，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括与基层102的第一玻璃组合物不同的CTE。玻璃层叠结构100的直接相邻的层之间的这种CTE对比可以导致玻璃层叠结构的机械强化。例如，表面层104和第二表面层106由具有比基层102的玻璃组合物(例如，第一玻璃组合物)低的CTE的玻璃组合物(例如，第二玻璃组合物)形成。与基层102相比，表面层104和第二表面层106的相对较低的CTE导致在冷却玻璃层叠结构100时在表面层中形成压缩应力和在基层中形成拉伸应力。因此，基层102的CTE与表面层104和第二表面层106的CTE之间的差异在表面层中产生压缩应力，由此玻璃层叠结构100被机械强化。在表面层是玻璃层叠结构的外层的实施例中，表面层中的这种压缩应力通过抵抗存在于玻璃层叠结构外表面处的缺陷的传播而有利于玻璃层叠结构的强度。在各种实施例中，第一表面层和第二表面层中的每一个独立地可以具有比基层更高的CTE、更低的CTE或基本相同的CTE。包括表面层104和第二表面层106两者可以帮助保护可能处于拉伸应力下的基层102，和/或防止玻璃层叠结构100的翘曲，无论是否有任何高折射率区域或低折射率区域形成在第二表面层中。
在一些实施例中，基层102的CTE和表面层104和/或第二表面层106的CTE相差至少约1×10-7℃-1，至少约2×10-7℃-1，至少约3×10-7℃-1，至少约4×10-7℃-1，至少约5×10-7℃-1，至少约10×10-7℃-1，至少约15×10-7℃-1，至少约20×10-7℃-1，至少约25×10-7℃-1，或至少约30×10-7℃-1。另外或替代地，基层102的CTE与表面层104和/或第二表面层106的CTE相差至多约100×10-7℃-1，至多约75×10-7℃-1，至多约为50×10-7℃-1，至多约40×10-7℃-1，至多约30×10-7℃-1，至多约20×10-7℃-1，至多约10×10-7℃-1，至多约9×10-7℃-1，至多约8×10-7℃-1，至多约7×10-7℃-1，至多约6×10-7℃-1，或至多约5×10-7℃-1。例如，在一些实施例中，基层102的CTE与表面层104和/或第二表面层106的CTE相差约1×10-7℃-1至约10×10-7℃-1或者约1×10-7℃-1至约5×10-7℃-1。在一些实施例中，表面层和/或第二表面层的第二玻璃组合物包括至多约90×10-7℃-1、至多约89×10-7℃-1、至多约88×10-7℃-1、至多约80x10-7℃-1、至多约70×10-7℃-1、至多约60×10-7℃-1、至多约50×10-7℃-1、至多约40×10-7℃-1、或至多约35×10-7℃-1的CTE。另外或替代地，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括至少约10×10-7℃-1、至少约15×10-7℃-1、至少约25×10-7℃-1、至少约30×10-7℃-1、至少约40×10-7℃-1、至少约50×10-7℃-1、至少约60×10-7℃-1、至少约70×10-7℃-1、至少约80×10-7℃-1、或至少约85×10-7℃-1的CTE。另外或替代地，基层102的第一玻璃组合物包括至少约40×10-7℃-1、至少约50×10-7℃-1、至少约55×10-7℃-1、至少约65×10-7℃-1、至少约70×10-7℃-1、至少约80×10-7℃-1、或至少约90×10-7℃-1的CTE。另外或替代地，基层102的第一玻璃组合物包括至多约120×10-7℃-1、至多约110×10-7℃-1、至多约100×10-7℃-1、至多约90×10-7℃-1、至多约75×10-7℃-1、或至多约70×10-7℃-1的CTE。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成高折射率区域和/或低折射率区域包括将掩模施加到玻璃层叠结构的表面。图8是玻璃层叠结构100的横截面示意图，其中掩模140被施加到表面层104的外表面108。掩模140覆盖表面层104的外表面108的一部分。表面层104的外表面108的被覆盖部分对应于高折射率区域132的预期图案。在图8所示的实施例中，掩模140包括对应于多个高折射率点(图1)的多个孔或对应于多个高折射率通道(图3)的多条线。在其他实施例中，掩模包括一个或多个孔、线、曲线、分支通道、其他合适的形状或其组合。表面层104的外表面108的未被掩模140覆盖的剩余部分对应于低折射率区域134的预期图案。
在使玻璃层叠结构经受离子交换处理以在表面层中形成如本文所描述的低折射率区域时，掩模140用作离子交换屏障。因此，掩模140包括抑制表面层104的外表面108的被覆盖部分处的离子交换的材料。例如，掩模140包括金属材料(例如，钛或铝)、聚合物材料或另一种合适的离子交换屏障材料。可以使用例如溅射(例如，离子辅助溅射)、蒸发(例如，电子束蒸发或热蒸发)、气相沉积(例如，化学或物理气相沉积，包括等离子体化学气相沉积)、印刷(例如，凹版印刷或丝网印刷)、光刻或其他合适的沉积工艺将掩模140施加到表面层104的外表面108。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成高折射率区域和/或低折射率区域包括使玻璃层叠结构经受选择性离子交换处理以在表面层内形成低折射率区域。例如，使其上施加有掩模140的玻璃层叠结构110的表面层104经受离子交换处理，以选择性地降低表面层的一部分中的折射率并形成低折射率区域134而基本上不降低表面层的对应于高折射率区域132的剩余部分的折射率。选择性地使表面层104的外表面108的未覆盖部分经受离子交换处理使得能够形成包括期望图案的高折射率区域132。图9是在将掩模140施加到表面层104的外表面108并且选择性地使表面层的外表面的未覆盖或暴露部分经受离子交换处理之后的玻璃层叠结构100的横截面示意图。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括足够高浓度的折射率增加离子(例如，K+或Ag+离子)，其与包括折射率降低离子(例如，Na+)的离子交换介质的离子交换处理降低经离子交换的区域内的表面层和/或第二表面层的折射率。
在一些实施例中，离子交换处理包括将离子交换介质施加到玻璃层叠结构100的外表面108。离子交换介质包括溶液、糊剂、凝胶、液体、蒸气、等离子体或包括折射率降低离子的另一种合适介质，该折射率降低离子将与玻璃基质(例如，表面层104的玻璃基质)中的折射率增加离子进行交换。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括碱铝硅酸盐玻璃。因此，表面层104中的折射率增加离子和离子交换介质中的折射率降低离子可以是一价碱金属阳离子(例如，Li+、Na+、K+、Rb+、和/或Cs+)。或者，表面层104中的一价阳离子可以用除碱金属阳离子之外的一价阳离子(例如，Ag+等)代替。在一些实施例中，表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括碱土铝硅酸盐玻璃。因此，表面层104中的折射率增加离子和离子交换介质中的折射率降低离子可以是二价碱土金属阳离子(例如，Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、和/或Ba2+)。在一些实施例中，离子交换介质包括熔盐溶液，并且离子交换处理包括将玻璃层叠结构浸入熔融盐浴中，该熔融盐浴包括折射率降低离子(例如，Na+)，其将与表面层104的玻璃基质中的折射率增加离子(例如，K+)交换。在一些实施例中，熔融盐浴包括折射率降低离子的盐(例如硝酸盐、硫酸盐和/或氯化物)。例如，熔融盐浴包括熔融的NaNO3。另外或替代地，熔融盐浴的温度为约380℃至约450℃，浸渍时间为约2小时至约16小时。
在一些实施例中，离子交换处理可能影响玻璃层叠结构100的强度。例如，用离子交换介质中的Na+离子交换玻璃基质中的K+离子可以降低表面层104的至少一部分中的压缩应力。在一些实施例中，如本文所描述(例如，通过CTE失配)机械强化玻璃层叠结构100。即使在离子交换处理之后，这种机械强化也足以使表面层104保持压缩。
通过在外表面108的未覆盖部分处用折射率降低离子替换表面层104的玻璃基质中的折射率增加离子，表面层的一部分的折射率被减小以形成低折射率区域134。例如，在离子交换处理期间，来自离子交换介质的折射率降低离子扩散到表面层104的外表面108的未覆盖部分中，并且来自玻璃基质的折射率增加离子从表面层的外表面的未覆盖部分扩散出。因此，表面层104的未覆盖部分(以及发生离子交换的未覆盖部分下方的相应部分)包括表面层的经离子交换的区域，并且表面层的其余部分包括表面层的未离子交换区域。经离子交换的区域中增加的折射率降低离子浓度降低了经离子交换的区域中的表面层104的折射率，而基本上不降低未离子交换区域中的表面层的折射率。因此，高折射率区域132的折射率n高基本上等于或等于表面层102的折射率n表面。
如图9所示，低折射率区域134具有由来自表面层104的外表面108的离子交换产生的弯曲或非线性形状。这种非线性形状是离子交换是在多个维度上发生的扩散过程的结果，导致在掩模140的边缘下方发生一定程度的离子交换。例如，增加离子交换处理的时间和/或温度可以增加低折射率区域134向掩模140下方延伸的距离。在一些实施例中，高折射率区域132的次要尺寸(例如，沿Y方向的宽度)为至多约300μm、至多约200μm、至多约100μm、至多约50μm、至多约40μm、至多约30μm、至多约20μm、至多约10μm、至多约5μm、或至多约2μm。通过从表面层104中的高折射率玻璃开始并且使用离子交换来降低表面层的选定区域中的折射率，使得掩模140不必具有与高折射率区域134的次要尺寸一样小的次要尺寸(例如，沿Y方向的宽度)。相反，掩模140可以具有较大的次要尺寸，并且可以以这样的方式进行离子交换处理，来控制低折射率区域134在掩模下方延伸的程度，以实现具有期望的次要尺寸的高折射率区域132。使用较宽的掩模来实现较窄的高折射率区域的能力可以降低将掩模沉积在表面层的外表面上的复杂性，同时实现具有期望尺寸的波导。
基层102是基本上不可离子交换的或不可离子交换的，如本文所描述。因此，基层102用作离子交换屏障，其防止越过表面层104的玻璃层叠结构100深处的离子交换。这种离子交换屏障可以使高折射率区域132的厚度(例如，沿Z方向)能够独立于高折射率区域的宽度(例如，沿Y方向)被控制。因此，可以调节离子交换处理以实现如本文所述的高折射率区域的期望宽度，而不增加高折射率区域的高度。独立控制高折射率区域的横截面尺寸可以实现具有有益的性能特性的光波导。另外或替代地，基层102的低离子交换扩散率可以防止存在于高折射率区域132中的折射率增加离子越过表面层104和基层之间的界面扩散到玻璃层叠结构100更深处。这种离子交换屏障可以帮助在离子交换处理、额外的离子交换处理和/或其他加工处理期间保持高折射率区域的形状。
在包括第二表面层的实施例中，第二表面层可包括与表面层相同或不同的玻璃组合物或由该玻璃组合物形成。例如，第二表面层106可以由表面层104的第二玻璃组合物或如本文所描述的第三玻璃组合物形成。因此，在任何离子交换处理之前，第二表面层可具有高于或低于基层的折射率。在第二表面层的玻璃组合物的折射率小于n基的实施例中，可以不执行第二表面层的额外处理(例如，离子交换)，因为传播通过基层的光将不倾向于从相对高折射率的基层泄漏到相对低折射率的第二表面层中。或者，在第二表面层的玻璃组合物的折射率大于n基的实施例中，第二表面层的额外处理可有利于防止传播通过基层的光泄漏到第二表面层中并潜在地从玻璃层叠结构泄漏出。在一些实施例中，使第二表面层经受离子交换处理以降低第二表面层的至少一部分的折射率。例如，除了没有掩模之外，第二表面层经受如本文参照表面层106所描述的离子交换处理。因此，在离子交换处理期间暴露第二表面层的整个或基本上整个外表面，使得第二表面层的至少一部分的折射率降低至小于n基。例如，第二表面层的所有或基本上所有部分包括低折射率区域。另外或替代地，第二表面层包括包括折射率梯度的经离子交换的区域。例如，经离子交换的区域的折射率在外表面附近最高，并且在朝向基层的向内方向上降低(例如，作为折射率降低离子从外表面扩散到第二表面层中的结果)。在省略第二表面层的实施例中，玻璃层叠结构的与表面层相对的外表面可包括反射表面。例如，反射表面包括如本文参考反射边缘所描述的反射涂层。反射表面可以帮助防止光通过与表面层相对的表面从基层逸出。
在一些实施例中，表面层的外表面包括涂层材料。图10是在其中形成低折射率区域134、从表面层104的外表面108去除掩模140、并将涂层150施加到表面层的外表面之后的玻璃层叠结构100的横截面示意图。涂层材料包括例如玻璃材料、聚合物材料、金属材料、另一种合适的涂层材料或其组合。在一些实施例中，涂层150包括透明导体、半导体、电光学器件或液晶。可以使用例如溅射(例如，离子辅助溅射)、蒸发(例如，电子束蒸发或热蒸发)、气相沉积(例如，化学或物理气相沉积，包括等离子体化学气相沉积)、印刷(例如，凹版印刷或丝网印刷)、光刻或其他合适的沉积工艺将涂层150施加到表面层104的外表面108。在一些实施例，诸如涂层150包括聚合物材料的实施例中，涂层包括一种或多种掺杂剂。这种掺杂剂可以提供功能。例如，这种掺杂剂包括荧光染料掺杂剂、有机非线性光学聚合物或电光材料，诸如液晶。在一些实施例，诸如涂层150包括玻璃材料的实施例中，涂层包括一种或多种稀土掺杂剂。在一些实施例中，涂层包括光散射层，其帮助从如本文所描述的玻璃层叠结构提取、发射和/或散射光。另外或替代地，涂层包括光耦合层，其帮助将光耦合到如本文所描述的光导中。可以将涂层施加到玻璃层叠结构的整个或基本整个外表面上，如图10所示，或者选择性地施加到玻璃层叠结构的外表面的仅一部分上。例如，涂层可以选择性地施加到外表面的高折射率区域(例如，波导)，留下外表面的低折射率区域未被涂层覆盖。或者，涂层可以选择性地施加到外表面的低折射率区域，留下外表面的高折射率区域(例如，波导)未被涂层覆盖。
在各种实施例中，玻璃层叠结构100的一层或多层(例如，基层102、表面层104、和/或第二表面层106)包括一种或多种掺杂剂。这种掺杂剂可以提供功能。例如，这种掺杂剂包括稀土元素(例如，Nd或Er)，其可以有益于波导激光应用。
在各种实施例中，玻璃层叠结构的外表面包括纹理化表面。例如，表面层的外表面掺杂有快速蚀刻材料(例如，在选定的溶剂中具有比表面层的第二玻璃组合物更高的蚀刻速率的玻璃组合物)。可以蚀刻外表面以在波导附近或波导上形成表面特征(例如，腔或沟槽)。在一些实施例中，表面特征填充有一种或多种功能材料。功能材料包括例如散射颗粒、染料(例如，荧光染料或激光染料)、环氧树脂(例如，UV环氧树脂)、电光液体(例如，液晶材料)、或其组合)。在使用中，传播通过波导的光可以与功能材料相互作用，例如，以执行设备功能(例如，以激活设置在表面特征中的功能材料)。
图11是包括形成在其中的腔12的玻璃层叠结构100的一个实施例的横截面示意图。例如，腔12包括从表面层104的外表面108朝向基层102向内延伸的空隙或凹陷。另外或替代地，腔12设置在低折射率区域134内。在一些实施例中，通过蚀刻表面层104的外表面108来形成腔12。例如，低折射率区域134在选定的蚀刻剂中比高折射率区域132更可溶，使得将选定的蚀刻剂施加到外表面108去除高折射率区域的一部分以形成腔12。在其他实施例中，腔12可以通过激光烧蚀或另一种合适的材料去除工艺形成。在一些实施例中，玻璃层叠结构100包括设置在腔12内的一种或多种功能材料。
在各种实施例中，玻璃层叠结构、光导和/或照明单元包括如本文所描述的一个或多个涂层(例如，玻璃或聚合物涂层)。在一些实施例中，涂层包括光敏组分。可以将涂层暴露于辐射(例如，紫外光)以在其中形成图案。例如，图案包括布拉格光栅、衍射光栅或其他合适的光学图案。另外或替代地，涂层包括玻璃材料与聚合物材料的混合的混合物。例如，涂层包括可UV固化的聚合物与玻璃纳米颗粒的混合的混合物，该玻璃纳米颗粒的折射率与聚合物匹配。纳米颗粒可包括具有或不具有掺杂剂材料的基础玻璃。
在一些实施例中，在玻璃层叠结构的表面层中形成高折射率区域和/或低折射率区域包括使玻璃层叠结构经受选择性离子交换处理以在表面层内形成与低折射率区域相反的高折射率区域。图12是玻璃层叠结构100a的横截面示意图，其中掩模140a被施加到表面层104的外表面108。玻璃层叠结构100a类似于玻璃层叠结构100，除了玻璃层叠结构100a的表面层104和/或第二表面层106的第二玻璃组合物包括足够高浓度的折射率降低离子(例如，Na+)，其与包括折射率增加离子(例如，K+或Ag+)的离子交换介质的离子交换处理增加经离子交换的区域内的表面层和/或第二表面层的折射率。
表面层104的外表面108的被掩模140a覆盖的被覆盖部分对应于低折射率区域134的预期图案，并且表面层的外表面的未被掩模覆盖的未覆盖部分对应于高折射率区域132的预期图案。在图12所示的实施例中，掩模140a中的开口142包括对应于多个高折射率点的多个孔或对应于多个高折射率通道的多条线。在其他实施例中，掩模中的开口包括一个或多个点、曲线、分支通道、其他合适的形状或其组合。掩模140a可以由本文关于掩模140描述的材料形成和/或使用本文关于掩模140描述的工艺形成。
使其上施加有掩模140a的玻璃层叠结构110a的表面层104经受离子交换处理，以选择性地增加表面层的一部分中的折射率并形成高折射率区域132而基本上不增加表面层的对应于低折射率区域134的剩余部分的折射率。图13是在将掩模140a施加到表面层104的外表面108并且选择性地使表面层的外表面的未覆盖或暴露部分经受离子交换处理之后的玻璃层叠结构100a的横截面示意图。离子交换介质包括折射率增加离子，其将与玻璃基质(例如，表面层104的玻璃基质)中的折射率降低离子交换。在一些实施例中，离子交换介质包括熔盐溶液，并且离子交换处理包括将玻璃层叠结构浸入熔融盐浴中，该熔融盐浴包括折射率增加离子(例如，K+)，其将与表面层104的玻璃基质中的折射率降低离子(例如，Na+)交换。在一些实施例中，熔融盐浴包括折射率增加离子的盐(例如硝酸盐、硫酸盐和/或氯化物)。例如，熔融盐浴包括熔融的KNO3。另外或替代地，熔融盐浴的温度为约380℃至约450℃，浸渍时间为约2小时至约16小时。
在离子交换处理期间，来自离子交换介质的折射率增加离子扩散到表面层104的外表面108的未覆盖部分中，并且来自玻璃基质的折射率降低离子从表面层的外表面的未覆盖部分扩散出。经离子交换的区域中增加的折射率增加离子浓度增加了经离子交换的区域中的表面层104的折射率，而基本上不增加未离子交换区域中的表面层的折射率。因此，低折射率区域134的折射率n低基本上等于或等于表面层102的折射率n表面。
在从表面层104中的低折射率玻璃开始并且使用离子交换来增加表面层的选定区域中的折射率的实施例中，掩模140a中的开口142包括小于或等于高折射率区域134的次要尺寸的次要尺寸(例如，沿Y方向的宽度)。
基层102可以用作离子交换屏障，其防止越过表面层104的玻璃层叠结构100a深处的离子交换，如本文关于玻璃层叠结构100所描述的。
在一些实施例中，显示设备包括如本文所描述的照明单元。例如，照明单元用作显示设备的背光。图14是包括照明单元10的显示设备300的一个实施例的示意横截面图，该照明单元10可以如本文关于图1-图3中的任何一个所描述的那样配置。显示设备300包括设置在背板350与图像单元380之间的照明单元10。例如，玻璃层叠结构100设置在背板350与图像单元380之间，使得被引入边缘116并从玻璃层叠结构的外表面发射的来自光源160的光入射到图像单元上以产生可视图像。图像单元380包括LCD面板、电泳面板或另一种非发光显示面板，当由照明单元10照明时，其产生可视图像。在一些实施例中，照明单元10通过结构元件355附着到背板350，该结构元件355可在玻璃层叠结构110的外表面与背板的面之间产生间隙。另外或替代地，照明单元10通过结构元件385附着到图像单元380，该结构元件385可在玻璃层叠结构100的外表面与图像单元之间产生间隙。反射和/或漫射膜340可以设置在玻璃层叠结构100与背板350之间(例如，在玻璃层叠结构的外表面上和/或背板的面上)以将经再循环的光送回通过玻璃层叠结构。背光膜370可以设置在玻璃层叠结构100与图像单元355之间(例如，在玻璃层叠结构的外表面上和/或在图像单元的面上)，以反向散射高角度光并将低角度光朝向反射器膜340反射回以便再循环。在一些实施例中，显示设备300包括边框320或其他结构构件，以将组件的层保持就位。在各种实施例中，显示设备可包括其他光学组件(例如，棱镜膜、偏振器或TFT阵列)。在一些实施例中，显示设备包括透明显示设备。因此，背板355和/或反射器膜340可包括透明组件或可从显示设备中省略。另外或替代地，照明单元10可以结合到结构中(例如，使用光学透明粘合剂OCA或压敏粘合剂PSA)，使得照明单元被置于与显示设备的另一结构元件(例如，背板和/或图像单元)光学接触。
尽管图14所示的实施例被描述为包括如参照图1-图3描述的照明单元，但其他实施例也包括在本公开中。在其他实施例中，显示设备包括参照图4-图5描述的照明单元10的实施例。例如，照明单元10可以定位成使得光导170设置在背板350与图像单元380之间，使得从光导的外表面发射的光入射在图像单元上以产生可视图像。因此，反射器膜340和/或背光膜370可以与光导170相邻地设置且与玻璃层叠结构100相对。
在一些实施例中，电子设备包括如本文所描述的显示设备。例如，电子设备是消费或商业电子设备，诸如便携式电子设备(例如，移动电话或智能电话、个人媒体播放器、平板计算机或电子阅读器)、电视、计算机监视器、电器(例如冰箱)、或数字标志。
在一些实施例中，车辆包括如本文所描述的显示设备。例如，显示设备可以结合到车辆仪表板、控制台、玻璃窗、门板、支柱或车身板中以显示车辆信息、导航信息、娱乐或其他媒体。
在一些实施例中，本文描述的照明单元可用于照明应用。例如，照明器包括照明单元，用于引导和/或发射光来用于建筑照明应用。
对本领域技术人员显而易见的是在不背离所要求的主题的精神或范围的情况下可做出各种修改和变化。因此，本发明不受限制，除了所要求的主题及其等同物之外。

Claims (30)

1.一种照明单元，包括：
玻璃层叠结构，该玻璃层叠结构包括：基层，该基层由具有折射率n基的第一玻璃组合物形成；以及表面层，该表面层熔合到所述基层的表面并由具有折射率n表面的第二玻璃组合物形成，所述表面层包括具有折射率n高的高折射率区域和具有折射率n低的低折射率区域；
其中，n基和n表面满足等式|n表面-n基|≥0.001，n高大于或等于n基，并且n低小于n基；并且
其中所述高折射率区域光学耦合到所述基层，使得传播通过所述基层的光的至少一部分从所述基层泄漏出并进入所述高折射率区域中。
2.如权利要求1所述的照明单元，其特征在于，
所述玻璃层叠结构是层叠玻璃片；并且
所述照明单元还包括在所述层叠玻璃片的边缘处与所述基层相邻定位的光源。
3.如权利要求1所述的照明单元，其特征在于，
所述玻璃层叠结构是层叠玻璃棒；并且
所述照明单元还包括在所述层叠玻璃棒的端部处与所述基层相邻定位的光源。
4.如权利要求1至3中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述高折射率区域包括围绕所述表面层分散的多个高折射率区域，使得从所述基层泄漏出并进入所述高折射率区域中的所述光被散射并从所述玻璃层叠结构的外表面发射。
5.如权利要求4所述的照明单元，其特征在于，所述多个高折射率区域包括围绕所述玻璃层叠结构的宽度和长度分散的多个高折射率点。
6.如权利要求4所述的照明单元，其特征在于，所述多个高折射率区域包括沿着所述玻璃层叠结构的宽度或长度延伸的多个高折射率通道。
7.如权利要求4至6中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述高折射率区域包括光散射光学图案。
8.如权利要求4至7中任一项所述的照明单元，还包括设置在所述玻璃层叠结构的所述外表面上的光散射涂层。
9.如权利要求1所述的照明单元，还包括光学耦合到所述高折射率区域的导光片。
10.如权利要求9所述的照明单元，其特征在于，所述导光片的厚度为至多约0.3mm。
11.如权利要求9或10所述的照明单元，其特征在于，所述导光片包括柔性玻璃片。
12.如权利要求9至11中任一项所述的照明单元，其特征在于，
所述玻璃层叠结构包括层叠玻璃片；
所述高折射率区域包括沿着所述层叠玻璃片的长度延伸的高折射率通道；并且
所述导光片的边缘光学耦合到所述高折射率通道，使得从所述基层泄漏出并进入所述高折射率区域中的光被引入所述导光片的所述边缘中。
13.如权利要求9至11中任一项所述的照明单元，其特征在于，
所述玻璃层叠结构包括层叠玻璃棒；
所述高折射率区域包括沿着所述层叠玻璃棒的长度延伸的高折射率通道；并且
所述导光片的边缘光学耦合到所述高折射率通道，使得从所述基层泄漏出并进入所述高折射率区域中的光被引入所述导光片的所述边缘中。
14.如权利要求1至13中任一项所述的照明单元，其特征在于，
所述高折射率区域至少部分地被所述低折射率区域围绕；并且
n高基本上等于n表面。
15.如权利要求14所述的照明单元，其特征在于，所述表面层的所述低折射率区域包括经离子交换的区域。
16.如权利要求1至13中任一项所述的照明单元，其特征在于，
所述高折射率区域至少部分地被所述低折射率区域围绕；并且
n低基本上等于n表面。
17.如权利要求16所述的照明单元，其特征在于，所述表面层的所述高折射率区域包括经离子交换的区域。
18.如权利要求1至17中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述第一玻璃组合物包括基础离子交换扩散率D基，并且所述第二玻璃组合物包括大于D基的表面离子交换扩散率D表面。
19.如权利要求18所述的照明单元，其特征在于，D基和D表面中的每一个包括相对于折射率增加离子和折射率降低离子的离子交换扩散率。
20.如权利要求1至19中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述玻璃层叠结构包括第二表面层，该第二表面层熔合到所述基层的第二表面并由所述第二玻璃组合物或第三玻璃组合物形成，该第三玻璃组合物具有比n基低至少0.001的折射率。
21.如权利要求20所述的照明单元，其特征在于，所述第二表面层由所述第二玻璃组合物形成。
22.如权利要求20或21所述的照明单元，其特征在于，所述第二表面层包括具有小于n表面的折射率的经离子交换的区域。
23.如权利要求20至22中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述第二表面层包括折射率梯度。
24.如权利要求20所述的照明单元，其特征在于，所述第二表面层由所述第三玻璃组合物形成。
25.一种显示设备，包括如权利要求1所述的照明单元。
26.如权利要求25所述的显示设备，其特征在于，
所述层叠玻璃制品为层叠玻璃片；
所述照明单元还包括在所述层叠玻璃片的边缘处与所述基层相邻定位的光源；
所述高折射率区域包括围绕所述表面层分散的多个高折射率区域，使得从所述基层泄漏出并进入所述高折射率区域中的所述光被散射并从所述层叠玻璃片的外表面发射；并且
所述显示设备包括与所述照明单元相邻设置的图像单元，使得从所述层叠玻璃片的所述外表面发射的所述光入射在所述图像单元上以产生可视图像。
27.如权利要求25所述的显示设备，其特征在于，
所述照明单元还包括光学耦合到所述高折射率区域的导光片，使得从所述基层泄漏出并进入所述高折射率区域中的所述光被引入所述导光片的边缘中并从所述导光片的表面发射；并且
所述显示设备包括与所述导光片相邻设置的图像单元，使得从所述导光片的所述表面发射的所述光入射在所述图像单元上以产生可视图像。
28.如权利要求25至27中任一项所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备为透明显示设备。
29.一种消费电子设备、商业电子设备或车辆，包括如权利要求25至28中任一项所述的显示设备。
30.一种照明器，包括如权利要求1至24中任一项所述的照明单元。
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