TWI554796B - 用以將光耦合進入透明板的系統和方法 - Google Patents

用以將光耦合進入透明板的系統和方法 Download PDF

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Description

用以將光耦合進入透明板的系統和方法 相關申請案之交叉引用
本申請案主張申請於2011年4月26日之美國申請案序號第13/094,221號之優先權權益，本文依據該美國申請案之內容且將該美國申請案之內容以全文引用之方式併入本文。
本揭示案大致上針對將光耦合進入光學媒體，且特別是關於用以將光耦合進入透明板的系統和方法。
利用平面螢幕顯示器的基於電子之裝置的種類不斷增加。該等裝置的尺寸範圍從最大的平面螢幕電視到最小的手持裝置例如行動電話。
在某些類型的平面螢幕顯示器中，光源提供觀看顯示器所需的光。舉例而言，在液晶顯示器的一個類型中，以光源來背面照射可定址液晶顯示結構，且於該結構的兩側採用交叉的偏光片。平面螢幕顯示器的其他類型為反射式顯示器(例如，反射式液晶顯示器)，反射式顯示器在無背光或無外部光源的情況下操作，反之使用環境光來操作。
雖然利用環境光的反射式顯示器吸引某些應用(例如，所謂的電子書應用)之注目，但該等顯示器在黑暗環 境中無法操作而需要額外光源。然而，較佳地，設置外部光源以維持顯示器之緊密度(compactness)同時亦提供具有足夠均勻度與強度的光，使可讀取顯示器。
本發明之一個實施例為一種用以將光耦合進入透明板之系統。該系統包含光源及光擴散光纖，該光源產生光。光擴散光纖光耦合至光源且配置於鄰近透明板處。光擴散光纖具有芯、覆層及長度。芯包含隨機配置的孔隙，該等孔隙經設置以提供來自該芯且離開覆層的實質上連續光發射且進入透明板。
本揭示案之另一實施例為一種用以將光耦合進入透明板之系統，該透明板具有邊緣及表面。該系統包含產生光的光源，且該系統亦包含至少一個光擴散光纖，該至少一個光擴散光纖光耦合至該光源。該至少一個光擴散光纖具有芯、覆層及長度。芯的至少一部份包括隨機配置的孔隙，該等孔隙經設置以提供來自該芯且沿著長度的至少一部份而離開覆層的實質上連續光發射。該系統亦包含該透明板，而該至少一個光纖之部份配置於鄰近該透明板之邊緣及表面中之至少一者處，使得來自該光纖部份的光進入該透明板。
本發明之另一實施例為一種將光耦合進入透明板之方法，該透明板具有邊緣及表面。該方法包括以下步驟：將至少一個光擴散光纖的至少一部份設置於鄰近透明板 之邊緣及表面中之至少一者處。該至少一個光擴散光纖具有芯、覆層及長度。芯的至少一部份包括隨機配置的孔隙，該等孔隙經設置以提供來自該芯且沿著光擴散光纖之長度的至少一部份而離開覆層的實質上連續光發射。該方法亦包括以下步驟：將光沿著該至少一個光擴散光纖傳送，使得來自該光擴散光纖之該部份的光進入透明板。
額外特徵與優點將記載於以下的詳細描述中，且對於本領域熟知技藝者而言，從該描述或藉由實踐本文之描述而明瞭，部份地將是顯而易見的，包含以下的詳細描述、申請專利範圍以及附加圖式。
應瞭解到前述一般性描述及以下詳細描述兩者呈現旨在提供用於瞭解申請專利範圍之本質及特徵之概述或框架之實施例。本文含有附圖以提供進一步瞭解本揭示案，且圖式併入至本說明書並構成本說明書的一部份。圖式圖解各種實施例，且圖式與描述一起作為解釋原理與操作。
現在將詳細參照本揭示案之實施例，本揭示案之實施例之範例圖解於附加圖式中。儘可能使用相同的元件符號參照相同的部件或部份。在一些圖式中圖示有直角座標作為參照。
第1圖為根據本揭示案之光耦合光學系統(「系統」)10 範例之從上往下視圖。第2圖為第1圖之光耦合光學系統之立面圖(elevated view)。系統10大致上包含透明板20、光擴散光纖50及光源100，光擴散光纖50操作上設置於鄰近該透明板處，光源100光耦合至該光擴散光纖。在一個範例中，光源100包括至少一個發光二極體(LED)或至少一個二極體雷射。光源100所發出的光102，在一個範例中，光在波長從350nm至1,000nm的範圍內，而在另一範例中，光在可見光波長範圍內，例如從380nm(紫光)至750nm(紅光)。
透明板20具有主體22，主體22界定厚度TH22、相對的頂部與底部實質上平坦且實質上平行的表面24以及一或更多邊緣26，例如對於矩形透明板之四個邊緣26。透明板20可由例如玻璃、塑膠、顯示玻璃以及熔融矽石、像是PMMA的塑膠材料或任何其他透明材料所製成，顯示玻璃例如康寧公司的EAGLE XG®玻璃、EAGLE®玻璃及Gorilla®玻璃及PYREX®玻璃。在此，用語「透明」大致上意指透明板至少於可見光波長範圍內穿透光102，且對於透明板主體22之給定厚度TH22，穿透光比吸收光多。
在一個範例中，透明板主體22之給定厚度TH22為0.3mm或大於0.3mm，且在另一個範例中為0.7mm或大於0.7mm。在一個範例中，透明板主體22於550nm下之折射率約為1.5或大於1.5。此外在一個範例中，頂表面與底表面24中之一或更多者可為粗糙表面，粗糙表 面之粗糙度經設計用以散射光102。
系統10包含至少一個光擴散光纖50。用語「光擴散」意指沿著光擴散光纖50之長度光散射為實質上連續的，亦即，沒有跳躍或不連續，例如有關於離散(例如，點)散射。
在一個範例中，光擴散光纖50包含耦合端52及終端54。耦合端52及終端54界定光擴散光纖50之長度L。耦合端52光耦合至光源100，使得來自光源的光102於光擴散光纖50中行進，作為導引光102G。光擴散光纖50設置於鄰近透明板邊緣26與透明板表面24中之至少一者處。在一個範例中，終端光學構件56操作上設置於鄰近光擴散光纖50之終端54處。在一個範例中，終端光學構件56為光學吸收體而吸收光102，而在另一個範例中，終端光學構件56為光學反射體而反射光102(例如，導引光102G)，使得反射的導引光以相反的方向沿著光纖50行進，亦即，朝向光源100。在該範例中，可採用光學絕緣體(未圖示)以避免光102返回光源100。
第3A圖為光擴散光纖50範例之橫截面視圖，光擴散光纖50具有中央核心部份(「芯」)60CS及外覆層66，且詳細圖示芯之設置範例。光擴散光纖50包含中心(或內部)核心區域60及外部核心區域62，中心(或內部)核心區域60具有直徑D60，且外部核心區域62至少部份圍繞該中心核心區域。中心核心區域60包含中央乾淨(固態)區域60C，中央乾淨(固態)區域60C由環型孔隙 區域60V所圍繞，環型孔隙區域60V包含隨機配置且隨機大小的孔隙64，如第3圖之插圖中所圖解。光擴散光纖50亦包含覆層區域66，覆層區域66圍繞芯60CS。在一個範例中，覆層區域66由低折射率聚合物製成，而芯60CS包括矽石。
具有隨機配置且隨機大小的孔隙64(亦稱作「隨機航線」(random air lines))之光擴散光纖之範例描述於美國專利第7,450,806號中，在此引用該專利而併入本文。
在一個範例中，中央乾淨區域60C於波長550nm下之標稱折射率約為1.46。此外在一個範例中，芯直徑DCS為在從約125微米至300微米的範圍內。此外在一個範例中，光擴散光纖50之直徑D50為在從0.2mm(200微米)至0.25mm(250微米)的範圍內。
第3B圖及第3C圖為實際光纖芯60CS之橫截面照片，圖解針對光纖中心核心區域60及外部核心區域62的兩種不同設置。第3B圖之光纖芯60CS具有相當大的環型孔隙區域60V且有相當小的孔隙64，且耗損約1.2dB/m。第3C圖之光纖芯60CS具有相當小的環型孔隙區域60V，該環型孔隙區域包含相當大的孔隙64，且耗損約0.4dB/m。針對第3B圖及第3C圖中所示之芯60CS兩者，中心核心區域60及外部核心區域62為矽石，且覆層66為低折射率聚合物。
光擴散光纖50可能有由於散射所造成的耗損，取決於中心核心區域60及外部核心區域62之特定設置，耗損 從0.2 dB/m變化至2 dB/m。然而，如以下更詳細之描述，本揭示案之態樣有關於修改光擴散光纖50，以獲得較大耗損，例如，上達約300 dB/m。因此，在一個範例中，光擴散光纖50可能具有於從約0.2 dB/m至約300 dB/m範圍內的耗損，其中於從250 nm至2,000 nm的波長範圍內，耗損為實質上頻譜均勻，且在另一個範例中，耗損為實質上頻譜均勻分佈於可見波長或「白光」光譜範圍(例如，380 nm至750 nm)。
第3D圖相似於第3A圖且第3D圖圖解光擴散光纖50之實施範例。第3D圖之光擴散光纖50包含中心核心區域60及外部核心區域62，中心核心區域60具有乾淨部份60C及孔隙部份60V。覆層66圍繞外部核心區域62。芯60CS包括矽石，而覆層66由低折射率聚合物所構成。
光擴散光纖50進一步包含塗層70及光散射層72，塗層70例如丙烯酸酯聚合物材料作為次要塗層而圍繞覆層66，光散射層72圍繞該塗層。光散射層72包括光散射材料，例如磷、二氧化鈦(TiO2)粒子或摻雜聚合物，摻雜聚合物例如白色的丙烯酸酯油墨(white acrylate inks)，用以於角度空間中有效散射(亦即，均勻角度散射)。
再次參考第1圖及第2圖且亦參考第5A圖之橫截面視圖，光擴散光纖50操作上設置於鄰近透明板20之邊緣26處，且光擴散光纖50可與該邊緣接觸或是可從該邊緣間隔開來用以界定間隙36。在一個範例中，間隙36 可具有寬度W36於從0 mm(亦即，光擴散光纖50與邊緣26接觸)至多達5 mm的範圍內。
於系統10之一般操作中，光源100產生光102，光102於耦合端52耦合進入光擴散光纖50，藉此形成導引光102G，導引光102G沿著該光擴散光纖行進朝向該光擴散光纖之終端54。然而，當導引光102G沿著光擴散光纖50行進時，光纖之光擴散性質產生擴散或散射光102S，擴散或散射光102S離開芯60且(在一個實施例中)離開覆層66，藉此沿著光纖長度的至少一部份而提供散射光102S之實質上連續光發射。
第4A圖為於芯60中行進的導引光102G之強度IC(z)相對於沿著光纖的距離z之圖形。強度IC(z)從光擴散光纖50之耦合端52處的最大值IMAX單調地減小至終端54處的最小值IMIN。當光散射於光擴散光纖50之長度上為均勻時，散射光102S之強度IS(z)具有相似的形狀。第4A圖之圖形形狀由特定光擴散光纖50之耗損特徵所決定。
第4B圖為散射光102S之理想強度IS(z)之示意圖形，圖解散射光作為距離z的函數(亦即，沿著光擴散光纖50之長度)所希望的散射光定值強度ICONST。在一個範例中，ICONST可隨著公差範圍改變，亦即，狹窄的強度範圍，上界為IU且下界為IL。第4B圖之圖形亦可為耦合進入透明板20的散射光102S光量，使得即使具有來自光擴散光纖50的非均勻散射光強度分佈，於散射光進入 透明板20之前可使用技術來決定散射光。以下描述對於隨著沿光擴散光纖50的距離而減小之散射光之強度IS及導引光102G之強度IC，至少部份地補償之方法範例。
在一個範例中，光散射為等向性的，使得散射光102S的一部份導引朝向透明板邊緣26且於該板邊緣處耦合進入透明板主體22，而剩下部份錯過該透明板邊緣且因此不耦合進入該透明板主體。在圖式中，為了便於說明，僅圖示耦合進入透明板主體22的散射光102S之該部份。耦合進入透明板主體22的散射光102S之該部份可作為用於各種應用之照明光，該等應用包含平面螢幕顯示器，例如以下更詳細的描述。
第5B圖相似於第5A圖，且第5B圖進一步包含反射構件140，反射構件140具有反射面142。反射構件140係鄰近光擴散光纖50處相對於透明板20所設置。反射構件140經設置(亦即，經由反射面142之形狀)以接收且反射散射光102S，否則散射光102S會錯過透明板20，且反射構件140導引此散射光的至少一部份朝向透明板之邊緣26，作為散射且反射光102SR。因此，藉由增加至少一些散射(且反射)光102SR(否則由於光擴散光纖50內散射過程之等向性本質，該至少一些散射(且反射)光102SR會損失)，反射構件140作用為增加耦合進入透明板20的散射光102S光量。
第5C圖相似於第5A圖，且第5C圖進一步包含折射率匹配材料200，折射率匹配材料200設置於光擴散光 纖50與透明板20之間，使得散射光102S行進通過該折射率匹配材料(亦即，該折射率匹配材料設置於光學路徑中)。舉例而言，折射率匹配材料200之折射率n 200介於光擴散光纖50之芯60之折射率(n 60)與透明板20之折射率(n 20)之間，亦即，(0.99)n 60<n 200<n 20。
在一個範例中，折射率匹配材料200亦作用為相對於透明板20而支撐光擴散光纖50。在一個範例中，折射率匹配材料200具有黏著性質。於波長為550 nm下，對於n 60之範例值為1.46，且於波長為550 nm下，對於n 200之範例值範圍為從1.45至1.55。折射率匹配材料範例包含基於聚合物的膠、光固化聚合物及環氧樹脂膠。
第5D圖相似於第5B圖且第5D圖圖解其中使用折射率匹配材料200以支撐光擴散光纖50與反射構件140之實施範例。
第5E圖相似於第5C圖且第5E圖圖解其中沿著光擴散光纖50之長度的至少一部份從光擴散光纖50移除覆層66的一部份之實施範例，使得曝露出芯60CS或該覆層的厚度實質上減小。覆層66之移除部份形成間隙68，圖示為由折射率匹配材料200充滿間隙68。在芯60CS曝露的範例當中，應用矽烷至芯之該曝露部份以保護芯表面。
圖解於第5E圖中的設置增加從光擴散光纖50之芯60CS所發射的散射光102S光量，而該增加的散射光光量經導引從該芯實質上徑向朝外且進入間隙68。此設置 允許光擴散光纖50中散射耗損為相當高，亦即，高達上述300 dB/m。
第5F圖相似於第5D圖且第5F圖圖解其中光擴散光纖50包含由折射率匹配材料200充滿的間隙68之實施範例。注意即使光散射不再為等向性的，讓反射構件140反射散射光的至少一部份回到透明板20中仍為有利的。
第5G圖相似於第5A圖，且第5G圖圖解其中折射率匹配材料200以黏著條的形式應用至透明板20之邊緣26之實施範例。折射率匹配黏著條200作用為相對於邊緣26支撐光擴散光纖50且亦作用為上述折射率匹配功能，上述折射率匹配功能增強將散射光102S耦合進入透明板主體22。
第5H圖相似於第5G圖且第5H圖進一步包含反射構件140，反射構件140操作上直接設置於相對於透明板20的覆層66的一部份上。在一個範例中，反射構件140包括設置於該覆層部份上的反射帶或反射膜。
第5I圖相似於第5G圖且第5I圖圖解包含支撐構件150之實施範例，支撐構件150經設置以相對於透明板20而支撐光擴散光纖50。支撐構件150具有前端152及於前端152處開口之內部空腔154。在一個範例中，空腔154包含反射式後表面142，反射式後表面142可彎曲成如圖示，或可為平坦的。在一個範例中，支撐構件150為由鑄模形成的單式結構。在一個範例中，支撐構件150包含支撐座或桿156，光擴散光纖50可裝載於 支撐座或桿156。此外在一個範例中，支撐構件150可經設置以支撐多個光擴散光纖50。
在一個範例中，支撐構件150之前端152界定孔徑158，孔徑158的大小為透明板20之厚度TH22，使得藉由握住頂表面24與底表面24，支撐構件150可滑動地且緊貼接合該透明板之邊緣部份26。在一個範例中，前端152為柔性的以促使握住透明板20之頂表面24與底表面24。第5J圖相似於第5I圖且第5J圖圖解例如使用反射帶所形成的支撐構件150範例。
第5K圖相似於第5G圖，除了折射率匹配黏著條200及光擴散光纖50坐落於鄰近透明板20之頂表面24處。第5L圖相似於第5K圖，除了使用折射率匹配材料200以支撐光擴散光纖50與反射構件140兩者。
第5M圖相似於第5K圖，且第5M圖圖解多個光擴散光纖50經由各自的折射率匹配黏著條200附著至透明板頂表面24。在替代的範例中，可採用單一折射率匹配黏著條200。此設置提供多個位置，用以經由頂表面24將散射光102S耦合進入透明板主體22。
第5N圖相似於第5L圖，除了第5N圖沒有反射構件140，且移除了覆層66之一部份以形成如上論述的覆層間隙68。此設置允許散射光102S於覆層間隙68處離開光擴散光纖50且從上表面24進入透明板主體22。
第5O圖相似於第5K圖及第5M圖，且第5O圖圖解多個光擴散光纖50經由各自的折射率匹配材料部份200 附著至透明板頂表面24。在替代的範例中，可採用單一折射率匹配層200。此設置提供提供多個位置之另一方法，用以經由頂表面24將散射光102S耦合進入透明板主體22。
第6A圖相似於第1圖且第6A圖圖解其中折射率匹配材料200之折射率n 200為距離z(亦即，沿著光擴散光纖50的距離)的函數而隨之改變之實施範例，該折射率至少部份補償來自光擴散光纖50的散射光102S之強度IS之減小。第6B圖為折射率n 200相對於距離z之分佈範例之圖形。折射率匹配材料200之厚度TH200大約為10微米。芯60之(有效)折射率為1.46，如由圖形中的水平實線所指出。透明板20由玻璃所製成，具有之折射率n 20為1.5。折射率匹配材料200之變化的折射率分佈於光擴散光纖50之耦合端52處或接近光擴散光纖50之耦合端52處具有剛好低於芯折射率之折射率值，且朝向終端54增加至折射率值1.49。當折射率匹配材料200之折射率增加，且增加從芯60散射的光量。此作用為至少部份抵銷光擴散光纖50中所固有的隨著距離而減小之散射光量。
第6C圖及第6D圖相似於第6A圖且第6C圖及第6D圖圖解其中折射率匹配材料200之厚度TH200隨著距離(z)而變化之實施範例，亦即，TH200=TH200(z)。較大的厚度TH200對應至散射光102S之較大的衰減量。因此，於光擴散光纖50之耦合端52處或接近光擴散光纖 50之耦合端52處，TH200(z)為最厚且單調地減小而於終端54處或接近終端54處有最小值厚度。第6C圖圖解線性變化厚度分佈TH200(z)，而第6D圖圖解彎曲的厚度分佈TH200(z)。特定厚度分佈TH200(z)由光擴散光纖50之耗損特徵所決定。
在一個範例中，厚度分佈TH200(z)經設置以實質上補償散射光102S之強度IS中隨著沿光擴散光纖50距離的變異，使得散射光強度沿著光擴散光纖之長度為實質上均勻。
在另一個實施範例中，光擴散光纖50經設置以使得散射光強度IS作為沿著光擴散光纖之距離的函數為實質上定值。舉例而言，此可藉由在光纖抽拉過程期間改變溫度而達成，光纖抽拉過程期間之溫度作用為改變核心孔隙區域60V中的孔隙64的大小。孔隙64越小，則光纖50中的耗損越大。因此，在一個實施範例中，光擴散光纖50經設置以使得光擴散光纖50發射之散射光102S於光擴散光纖50之長度的至少一部份上有實質上定值強度IS。形成如此光擴散光纖50之方法範例揭示於美國專利申請案序號第12/950,045號中，在此引用該申請案而併入本文。形成具有隨機配置孔隙的光纖之方法範例揭示於美國專利案第7,450,806號中，在此引用該專利而併入本文。
第6E圖相似於第6A圖且第6E圖圖解其中光擴散光纖50於各自的端52及54處光耦合至兩個光源100之實 施範例。選擇性地於鄰近各光源100處採用光絕緣體58以避免光進入光源100。此兩個光源設置的對稱性造成散射光102S之實質上均勻強度IS。
第6F圖相似於第6A圖且第6F圖圖解其中折射率匹配材料200(為了便於觀看而現以交叉排線圖示)為不連續的且使用折射率匹配材料200之數個部份200P於數個離散位置DL處將光擴散光纖50光耦合至(且在一個範例中，附著至)透明板20(例如，如圖示，於邊緣26處)之實施範例。在一個範例中，折射率匹配材料部份200P所坐落之離散位置DL的密度從輸入端52沿著光擴散光纖50之長度而改變，於耦合端52處具有相當低密度且於終端54處具有相當高密度。為了便於說明，於各離散位置DL處的折射率匹配材料200之部份200P於一個實施例中係圖示為實質上相同。然而，亦可於不同離散位置DL處使用不同大小的折射率匹配材料200之部份200P。在一個範例中，選擇折射率匹配材料部份200P及離散位置DL的特定設置，以提供進入透明板主體22的散射光102S沿著光擴散光纖50之長度實質上均勻光量。
第7A圖相似於第6A圖且第7A圖圖解系統10之實施例，其中光擴散光纖50包含彎曲51，彎曲51允許光纖如圖示坐落於鄰近兩邊緣26處。此允許散射光102S進入不同側，藉此將更多光耦合進入透明板20。
第7B圖相似於第7A圖且第7B圖圖解系統10之實施 範例，系統10沿著透明板20之不同邊緣26採用多個光擴散光纖50。第7B圖之系統10採用非光擴散光纖250的三部份。光纖250之第一部份將光源100光連接至1x2耦合器280。光纖250之第二部份及第三部份將光耦合器280光連接至位於透明板20之相反邊緣26上的第一光擴散光纖50及第二光擴散光纖50。在一個範例中，光纖250之第二部份及第三部份經由接合構件59而光連接至各自的光擴散光纖50，接合構件59可為機械連接器。
在第7C圖中圖解的一個替代的實施例中，不使用單一光纖及環，而是將兩個光纖250匯集在一起於光源100處作為光纖束FB且光102直接耦合進入兩個光纖端252。同樣的，可使用多個光源100，一個光源用於光纖束FB中的各光纖250。
大致而言，光纖束FB可包含非光擴散光纖250、光擴散光纖50或該等之組合，而有兩個或兩個以上光擴散光纖250配置於鄰近對應的透明板20之各自邊緣26及/或表面24處。第7D圖圖解相似於第7C圖的實施例，其中三個光擴散光纖50及一個光纖250匯聚以形成光纖束FB，且其中四個光擴散光纖坐落於鄰近透明板20之各自邊緣26處。
第8圖為平面螢幕裝置300範例之分解立面視圖，平面螢幕裝置300包含本揭示案之系統10。平面螢幕裝置300包含光調變顯示組件310，光調變顯示組件310具有 頂表面312及底表面314。光調變顯示組件310電性連接至光調變電子電路315。透明板20坐落於光調變顯示組件310之頂表面312上或鄰近光調變顯示組件310之頂表面312處。在一個範例中，光調變顯示組件310包含複數個畫素316，可藉由光調變電子電路315經由透明電子連接器318使畫素316為可定址的。透明電子連接器318通常具有網格狀設置(例如，源極匯流排線及閘極匯流排線)，且為了便於說明僅圖解選擇電性連接。光調變顯示組件範例為液晶顯示器組件，該液晶顯示器組件包含液晶矩陣，該液晶矩陣界定由交叉的偏光片所夾層之液晶胞(畫素)陣列。反射式液晶顯示器組件範例揭示於美國專利案第6,404,471號中，在此引用該專利而併入本文。
平面螢幕裝置300亦包含反射構件330，反射構件330包含反射表面332。反射構件330坐落於鄰近光調變組件底表面314處。
在平面螢幕裝置300之操作中，散射光102S耦合進入透明板20，即如上述方式於邊緣26處。然後散射光102S藉由透明板20所再次導引，亦即，藉由從粗糙表面24散射，而行進通過光調變顯示組件310。此散射光102S藉由反射構件330之反射表面332所反射而行進返回通過光調變顯示組件310，其中光離開透明板20且由觀看者400看見。因此，散射光102S藉由通過光調變顯示組件310兩次而經調變，該調變由操作光調變電子 電路315而決定。結果為觀看者400可見之顯示器影像。
雖然已參照本揭示案之較佳實施例及特定範例而說明與描述了本揭示案，但對於該領域具有通常技藝者而言其將顯而易見的是，其他實施例與範例可執行相似的功能及/或達到相同的結果。所有的如此均等實施例及範例係於本揭示案之精神與範疇內且旨在由所附申請專利範圍所涵蓋。對於該領域具有通常技藝者而言其亦將顯而易見的是，在不脫離本揭示案之精神與範疇的情況下，可對本揭示案作各種修改及變異。因此，若本揭示案之修改及變異係於所附申請專利範圍及申請專利範圍之均等物的範疇內，則預期本揭示案涵蓋本揭示案之修改及變異。
10‧‧‧光耦合光學系統
20‧‧‧透明板
22‧‧‧主體
24‧‧‧頂表面與底表面
26‧‧‧邊緣
36‧‧‧間隙
50‧‧‧光擴散光纖
51‧‧‧彎曲
52‧‧‧耦合端
54‧‧‧終端
56‧‧‧終端光學構件
58‧‧‧光絕緣體
59‧‧‧接合構件
60‧‧‧中心核心區域/芯
60C‧‧‧中央乾淨(固態)區域/乾淨部份
60CS‧‧‧中央核心部份/芯
60V‧‧‧環型孔隙區域/孔隙部份
62‧‧‧外部核心區域
64‧‧‧孔隙
66‧‧‧外覆層/覆層/覆層區域
68‧‧‧間隙
70‧‧‧塗層
72‧‧‧光散射層
100‧‧‧光源
102‧‧‧光
102G‧‧‧導引光
102S‧‧‧擴散或散射光
102SR‧‧‧散射(且反射)光
140‧‧‧反射構件
142‧‧‧反射面/反射式後表面
150‧‧‧支撐構件
152‧‧‧前端
154‧‧‧空腔
156‧‧‧支撐座或桿
158‧‧‧孔徑
200‧‧‧折射率匹配材料/折射率匹配黏著條
200P‧‧‧折射率匹配材料之部份
250‧‧‧非光擴散光纖
252‧‧‧光纖端
280‧‧‧光耦合器
300‧‧‧平面螢幕裝置
310‧‧‧光調變顯示組件
312‧‧‧光調變顯示組件之頂表面
314‧‧‧光調變顯示組件之底表面
315‧‧‧光調變電子電路
316‧‧‧畫素
318‧‧‧透明電子連接器
330‧‧‧反射構件
332‧‧‧反射表面
400‧‧‧觀看者
D50‧‧‧光擴散光纖之直徑
D60‧‧‧中心核心區域之直徑
DL‧‧‧離散位置
DCS‧‧‧芯直徑
FB‧‧‧光纖束
IC‧‧‧導引光之強度
ICONST‧‧‧散射光定值強度
IL‧‧‧散射光定值強度公差範圍下界
IMAX‧‧‧導引光之強度最大值
IMIN‧‧‧導引光之強度最小值
IS‧‧‧散射光之強度
IU‧‧‧散射光定值強度公差範圍上界
L‧‧‧光擴散光纖之長度
n 200‧‧‧折射率匹配材料之折射率
TH‧‧‧厚度
TH22‧‧‧主體之厚度
TH200‧‧‧折射率匹配材料之厚度
TH200(z)TH200‧‧‧隨著距離(z)而變化
W36‧‧‧間隙寬度
z‧‧‧距離
第1圖為根據本揭示案之光耦合光學系統範例之從上往下視圖；第2圖為第1圖之光耦合光學系統之立面圖；第3A圖為光擴散光纖範例之橫截面視圖，包含中央核心部份(芯)之詳細橫截面視圖；第3B圖及第3C圖為光擴散光纖範例之橫截面照片，該等光擴散光纖具有不同的芯與覆層幾何結構；第3D圖相似於第3A圖且第3D圖圖解光擴散光纖之另一個實施範例，該光擴散光纖包含光散射材料製成之外層； 第4A圖為散射光強度IS(z)作為距離z(沿著光擴散光纖範例從耦合端至終端)之函數的圖形，圖解由於散射損失造成散射光強度下降；第4B圖為來自光擴散光纖的散射光之理想強度IS(z)之示意圖形，圖解了散射光作為距離z的函數所希望的散射光定值強度ICONST；第5A圖為透明板之邊緣部份及光擴散光纖的特寫、橫截面視圖(X-Y平面)，該光擴散光纖操作上配置於鄰近該透明板邊緣處；第5B圖相似於第5A圖且第5B圖進一步包含反射構件，該反射構件操作上配置相對於光擴散光纖，使得否則不會耦合進入透明板的散射光的至少一部份耦合進入透明板；第5C圖相似於第5A圖，且第5C圖進一步包含折射率匹配材料，該折射率匹配材料設置於光擴散光纖與透明板之間，使得散射光行進通過該折射率匹配材料；第5D圖相似於第5B圖且第5D圖圖解其中使用折射率匹配材料以支撐光擴散光纖與反射構件之實施範例；第5E圖相似於第5C圖，且第5E圖圖解其中沿著光擴散光纖之長度的至少一部份從該光擴散光纖移除覆層的一部份以界定覆層間隙之實施範例，而該覆層間隙充滿折射率匹配材料；第5F圖相似於第5D圖且第5F圖圖解其中光擴散光纖包含由折射率匹配材料充滿的覆層間隙之實施範例； 第5G圖相似於第5A圖，且第5G圖圖解其中折射率匹配材料以黏著條的形式應用至透明板之邊緣之實施範例；第5H圖相似於第5G圖且第5H圖進一步包含反射構件，該反射構件操作上直接設置於覆層的一部份上；第5I圖及第5J圖相似於第5G圖，且第5I圖及第5J圖圖解包含支撐構件之實施範例，該支撐構件經設置以相對於透明板而支撐光擴散光纖；第5K圖相似於第5G圖，除了折射率匹配黏著條及光擴散光纖坐落於鄰近透明板之頂表面處；第5L圖相似於第5K圖，而折射率匹配材料支撐光擴散光纖與操作上配置之反射構件兩者；第5M圖相似於第5K圖，且第5M圖圖解多個光擴散光纖附著至透明板頂表面；第5N圖相似於第5L圖，除了第5N圖沒有反射構件，且光擴散光纖具有覆層間隙；第5O圖相似於第5K圖，且第5O圖圖解多個光擴散光纖如第5M圖中的設置而附著至透明板頂表面；第6A圖相似於第1圖且第6A圖圖解其中折射率匹配材料之折射率n 200為沿著光擴散光纖的距離z之函數而隨之改變之實施範例；第6B圖為折射率匹配材料之折射率n 200相對於沿著光擴散光纖的距離z之分佈範例之圖形；第6C圖及第6D圖相似於第6A圖且第6C圖及第6D 圖圖解其中折射率匹配材料之厚度隨著沿著光纖的距離z而變化之實施範例；第6E圖相似於第6A圖且第6E圖圖解其中光擴散光纖光耦合至兩個光源之實施範例；第6F圖相似於第6A圖且第6F圖圖解其中折射率匹配材料(為了便於觀看而以交叉排線圖示)為不連續的且於光擴散光纖與透明板之間於離散位置處以離散部份來提供之實施範例；第7A圖相似於第6A圖，且第7A圖圖解實施例其中光擴散光纖包含彎曲，該彎曲允許光纖坐落於鄰近透明板之兩個邊緣處；第7B圖相似於第7A圖且第7B圖圖解沿著透明板之不同邊緣而採用多個光擴散光纖之實施範例；第7C圖相似於第7B圖且第7C圖圖解其中非光擴散光纖之端匯集在一起以形成光纖束之實施範例；第7D圖圖解相似於第7C圖的實施例，其中三個光擴散光纖及一個非光擴散光纖匯聚以形成光纖束，且其中四個光擴散光纖坐落於鄰近透明板之各自邊緣處；以及第8圖為平面螢幕裝置範例之分解立面圖，該平面螢幕裝置包含本揭示案之光耦合系統。
10‧‧‧光耦合光學系統
20‧‧‧透明板
22‧‧‧主體
24‧‧‧頂表面與底表面
26‧‧‧邊緣
36‧‧‧間隙
50‧‧‧光擴散光纖
52‧‧‧耦合端
54‧‧‧終端
56‧‧‧終端光學構件
60‧‧‧中心核心區域/芯
62‧‧‧外部核心區域
100‧‧‧光源
102‧‧‧光
102G‧‧‧導引光
102S‧‧‧散射光
W36‧‧‧間隙寬度

Claims (15)

  1. 一種用以將光耦合進入一透明板之系統，該透明板具有一邊緣及一表面，該系統包括：一光源，該光源產生光；一光擴散光纖，該光擴散光纖光耦合至該光源且設置於鄰近該透明板處，該光擴散光纖具有一芯、一覆層及一長度，該芯具有隨機配置的孔隙，該等孔隙經設置以提供來自該芯且離開該覆層的實質上連續光發射且進入該透明板；以及一折射率匹配材料，該折射率匹配材料設置於該光擴散光纖與該透明板之間，使得光通過該折射率匹配材料的至少一部分而進入該透明板；其中該折射率匹配材料包含以下至少一者：a)一折射率空間變異；b)沿著該光擴散光纖設置於離散位置處的離散部分；及c)一厚度變異，作為沿著該光擴散光纖的長度之一函數。
  2. 一種用以將光耦合進入一透明板之系統，該透明板具有一邊緣及一表面，該系統包括：一光源，該光源產生光；至少一個光擴散光纖，該至少一個光擴散光纖光耦合 至該光源，該至少一個光擴散光纖具有一芯、一覆層及一長度，而該芯的至少一部分包括隨機配置的孔隙，該等孔隙經設置以提供沿著該長度的至少一部分來自該芯且離開該覆層的實質上連續光發射；該透明板，而該至少一個光纖之部分設置於鄰近該邊緣及該表面中之至少一者處，使得來自該光纖部分的光進入該透明板；以及一折射率匹配材料，該折射率匹配材料沿著該至少一個光擴散光纖之該長度的至少一部分而設置，且該折射率匹配材料設置於該光擴散光纖與該透明板之間，該折射率匹配材料的一折射率為n 200，該透明板的一折射率為n 20且該光纖芯的一折射率為 n 60，且其中：(0.99)n 60<n 200<n 20。
  3. 如請求項2之系統，該系統進一步包括複數個光擴散光纖，該複數個光擴散光纖經由以下而光耦合至該光源：a)一光耦合器，b)一光纖束，由該等光擴散光纖所形成，或c)一光纖束，由非光擴散光纖所形成。
  4. 如請求項2之系統，該系統進一步包括一反射構件，該反射構件操作上配置於鄰近該至少一個光擴散光纖處且經設置以將來自該光擴散光纖的光導引進入該透明板。
  5. 如請求項2之系統，該系統進一步包括設置該折射率匹 配材料以具有以下至少一者：a)該折射率作為該至少一個光擴散光纖之長度之一函數而變化；b)一變化的厚度，作為該至少一個光擴散光纖之該長度之一函數；以及c)沿著該至少一個光擴散光纖之長度於離散位置處之數個離散部分。
  6. 如請求項2之系統，該系統進一步包括：該至少一個光擴散光纖具有被移除之該覆層的一部分，使得該光纖芯的一部分係透過該折射率匹配材料與該透明板光通訊。
  7. 如請求項2之系統，其中該折射率匹配材料作為一黏著物。
  8. 如請求項2或請求項7之系統，其中該實質上連續光發射於一波長範圍從250nm至2000nm內為實質上與波長無關的。
  9. 一種光學顯示器，包括：如請求項2之系統；以及一光調變顯示組件，該光調變顯示組件具有一頂表面及一底表面；一反射構件，該反射構件配置於鄰近該底表面處；以 及該透明板配置於鄰近該頂表面處，使得耦合進入該透明板的光係設置以將散射光導引至該光調變顯示組件。
  10. 一種將光耦合進入一透明板之方法，該透明板具有一邊緣及一表面，該方法包括以下步驟：將至少一個光擴散光纖的至少一部分設置於鄰近該透明板之該邊緣及該表面中之至少一者處，該至少一個光擴散光纖具有一芯、一覆層及一長度，該芯的至少一部分包括隨機配置的孔隙，該等孔隙經設置以提供沿著該光擴散光纖之該長度的至少一部分來自該芯且離開該覆層的實質上連續光發射；於該光纖部分與該透明板之間設置一折射率匹配材料；以及將光沿著該至少一個光擴散光纖傳送，使得來自該部分的光進入該透明板；其中該折射率匹配材料經設置使得來自該至少一個光擴散光纖、進入該透明板的光行進通過該折射率匹配材料；其中該折射率匹配材料經設置以具有以下至少一者：a)該折射率作為該至少一個光擴散光纖之該長度之一函數而變化；b)一變化的厚度，作為該至少一個光擴散光纖之該長度之一函數；及c)沿著該至少一個光擴散光纖之長度於離散位置 處之數個離散部分。
  11. 如請求項10之方法，進一步包括以下步驟：以一支撐構件來支撐該至少一個光擴散光纖，該支撐構件附著至該透明板。
  12. 如請求項10之方法，進一步包括以下步驟：相對於該至少一個光擴散光纖，操作上設置一反射構件，以將來自該至少一個光擴散光纖的光導引進入該透明板。
  13. 如請求項10之方法，進一步包括以下步驟：移除該覆層的一部分，使得該芯係透過該折射率匹配材料與該透明板光通訊。
  14. 如請求項10之方法，進一步包括以下步驟：將該至少一個光擴散光纖透過該折射率匹配材料而附著至該透明板。
  15. 如請求項10之方法，其中該實質上連續光發射於一波長範圍從250nm至2000nm內為實質上與波長無關的。
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